论文-汽车生产的工艺平台化、通用化策略

工艺平台化、通用化策略关键词：柔性化、通用化、智能化、平台化、标准化、模块化。摘要：目前由于市场个性化需求的发展，汽车生产已由大批量、单一化制造方式，发展成为小批量、多品种的制造方式，随之而来的，产生了柔性化制造的概念。柔性化制造只能是相对的柔性，必须建立工艺平台以实现在尽可能低的工艺投资的前提下，最大程度的实现柔性化兼容生产，本文重点讨论如何建立工艺的平台化的问题。一.何为汽车工艺平台化、通用化汽车工艺的平台化、通用化，是指为了尽可能的降低工艺规划成本、提高工艺柔度而尽可能的将多品种、多车型用相似的工艺方法、相近的工艺流程、同一工艺装备进行兼容性生产。二.为什么要建立汽车工艺平台化、通用化工艺平台化主要是适应汽车市场由大批量、单一化的市场需求转变为小批量、多品种的市场需求的形势下，以设计平台化为基础，并在工艺装备、管理技术的支持下而诞生的。工艺平台化，可以最大程度的利用生产线的经济产能、最大程度的节省工艺装备的投资，此外，还可以节省工艺开发周期。一般来说，一个地区单款车型的年市场需求量为3万台至5万台左右。这样的数量，不足以有效的利用成批设备（一般一条整车生产线的经济产能在15万台至30万台），而同时，对于单件生产或者所谓小批生产来说，这样的数量又过大，这就需要在解决一条生产线上生产多种车型的产品以充分利用产能的问题，而工艺的平台化、通用化正好可以解决此问题。工艺流程工艺方法工艺装备三.怎样实现汽车工艺的平台化、通用化要实现汽车整车生产工艺的平台化、通用化，需要从三个方面入手：一、产品设计；二、设备开发；三、管理技术。产品设计：平台化、通用化制造技术要以产品的设计为基础，因为不存在万能的生产平台。所以，平台化、通用化制造技术对产品设计的平台化、模块化、标准化要求十分重要，产品设计要重点考虑工厂的局限性和硬点，这些，是平台化、通用化制造技术的开端和基础。设备改造：这也是汽车制造平台化、通用化的核心。在设备改造方面，主要通过设备的通用化、智能化、自动化来实现平台化生产。在汽车整车生产方面，主要通过柔性压力机、工业机器人、自动识别系统、柔性夹具、柔性工具、机械快速切换系统等柔性化装备的应用来实现设备的平台化与通用化。管理技术：平台化、通用化整车生产意味着在一条生产线上要生产多种产品。那么计划管理、物流管理、人员管理等就必须适应平台化制造的需求。为了适应这种需求，各种先进的管理方法和管理软件，如JIT系统、SAP系统、MRP系统需应用到生产管理系统中来，以支持整车平台化、通用化生产。四.工艺平台化、通用化策略。(一)、产品设计产品设计的对工艺平台化、通用化的支持主要在产品设计的平台化、模块化、通用化几个方面，具体的支持作用主要在于：第一：可以实现工艺方法、工艺流程、工艺装备的兼容，满足混流生产的技术可行性。第二：会减少工艺开发投资费用。由于目前生产线的柔性都较高，所以一般新开发的车型，都通过生产线的改造达到兼容，而其中主要的改造包括模具、夹具、车身输送设备、生产辅助设备等的改造。如果采用平台化策略，从车架结构到零部件如果通用化，就可以实现工艺方法、工艺流程、工艺装备的兼容，大大节省模具、夹具、车身输送设备、生产辅助设备的改造费用。一般一个车型在国内开发，如果采用混流生产，模具、夹具、车身输送设备、生产辅助设备的改造费用大约2-3亿元，如果在设计过程中充分考虑平台化，尽可能的满足车身及零部件的通用性、满足混流生产模具、夹具、车身输送设备、生产辅助设备的兼容性要求，则可在工艺实施过程中，较少或根本不用进行生产线的改造，大大节约改造成本，如果做得好，最多可节省非平台化工艺投资的40%-50%。1.模具的投资成本降低：如果平台化做得好，下车身件通用化率一般占整车车身件数量的50%左右，成本的40%左右(对于轿车类由于上车身比较复杂，一般通用化率可以达到数量的30%，成本的20%；对于客车类由于上车身比较简单，一般通用化率可以达到数量的70%，成本的60%)。2.夹具投资成本的降低：一般车架或下车身的分总成通用化率较高，比如车架焊接总成、轮罩焊接总成、地板焊接总成、下车身焊接总成、主车身焊接总成等，一般会占整个夹具成本的20%～40%左右。一般来讲，同一平台化的车身，车架焊接总成、轮罩焊接总成、地板焊接总成是相同的，所以，其相应的焊接夹具可以完全借用现生产夹具；而下车身总成及主车身总成一般是在同一平台基础改制的，如果下车身总成及主车身总成的定位点和主要夹紧点与现生产一致，则也可以利用现生产的下车身及主车身夹具。3.其它生产设备的投资成本降低：主要体现在输送线、机器人、打码设备、机械手、底盘合装设备、轮胎拧紧设备、加注设备、检测设备等。如果平台上的车架或下车身完全相同，或者适应现生产输送设备的要求进行简单的改制，就可以与现生产的输送设备兼容，整个输送线就不必或很少进行改造，而节约输送线投资费用。一般而言，一个新车型进行混流生产，如果充分考虑输送线的兼容性要求，输送线的改造费用可以节约几百万至几千万元，而且大大降低输送线改造的技术风险。机器人一般用于车身焊接、车身喷涂等方面，一般运行轨迹都是可以通过编程控制的，如果车身设计时能充分考虑到机器人的运行空间，则可以与现生产机器人设备相兼容，节省再投资。车身上一般都要布置整车VIN码的刻印位置，如果此处的位置结构与现生产的车型一致，则就可以实现打码设备的兼容而节省此设备的投资，大约十几万元。整车的仪表板一般都采用模块化生产，仪表板模块一般都采用机械手进行与车身合装，如果整车仪表板模块的定位与夹紧点与现生产车型一致，则就可以实现仪表板机械手的兼容而节省设备的投资，大约十几万元。整车的底盘一般都采用模块化生产，底盘模块一般都采用合装设备进行合装，如果底盘模块的定位、支撑点与现生产车型一致，就可以实现此设备的兼容而节省设备投资，大约几十万元。整车的轮胎的安装螺栓的头部尺寸、头数、分度圆直径、拧紧力矩如果与现生产车型一致，则就可以实现轮胎拧紧设备的兼容，大约会节省一百多万元。整车的各种液体的加注口型式如果与现生产车型一致，也会节省生产线加注设备改造的投资几十万元。此外，整车电器检测的通讯协议、检测规范如果通用化，也可以节省整车电器检测的设备改制投资几十万元。第三：可以大大减少生产管理成本，由于零部件及生产设备的通用性，可以大大节省新增零部件和设备的场地面积、新增零部件物流周转器具种类、新增零部件物料管理费用，设备维修费用等。第四：能充分保证生产线充分的柔度。一条生产线，被改造的次数越少，其生产的兼容度越高，即接纳后续车型的能力越强。而如果生产线的改造量越大，会使备用的生产场地被占用而减少、生产设备的兼容度降低，而且有些生产线的改造，有可能会破坏原有生产线对现有车型的兼容性。第五：能充分保证生产线的自动化水平。一条生产线，一般由于新车型的上线需求而经过改造后，很多自动的部分都需要改为手动，这样就降低了生产线的自动化水平。第六：平台化设计对工艺平台的满足，也可以大大缩短整个项目开发中工艺开发部分的周期。第七：可以高质量生产。采用平台化设计，零部件的种类大幅度减少，使得在批量化生产和维修过程中的质量控制的关键点变少，对质量控制而言有很大好处。而且产量增加有助于增加重复性而提高产品质量。目前存在的主要问题是：由于设计开发时对工艺部分的平台化要求的满足程度较差，大部分的新车型上线生产时，都需要新增大量的模具、夹具，并要对整个车身输送设备、辅助设备，专机的改造才能兼容，这对整个工艺开发的进度以及投资、生产线的柔度和自动化程度都是不利的。产品设计的平台化、模块化、通用化的具体入手点：第一、整车基本结构、基本参数的定义：整车的基本结构、基本参数的定义要满足工艺方法、工艺流程、工艺装备的要求。新车型要能够与现生产的工艺方法、工艺流程、工艺装备兼容，其基本结构、基本参数要满足现生产工艺方法、工艺流程、工艺装备的要求范围。比如整车的模块化分块方案，长宽高和表面积(其中表面积涉及到涂装的最大喷涂面积)，白车身及整车重量，轮距轴距、车身板材规格、白车身焊点总数、白车身弧焊总长度等。第二、车身：车身结构形式是影响工艺平台化的重要方面，一般会影响模具、夹具、生产辅助设备中的输送线、VIN码刻印设备等。1、模夹具的要求：由于平台化设计的变化的部分主要集中于在消费能感知的部位(如外观造型、动力总成、电器配置等)进行个性化设计，在消费者不易感知的部分(如车架、底盘总成等)进行通用化或平台化设计。所以从车身设计角度讲，同一平台的汽车，应尽可能的共用车架、下车身、主车身的车身部件及焊接总成，就可以实现部分模具和夹具的兼容。其中夹具的兼容一般只要求焊接定位点、主要夹紧点与现生产一致就可以实现与现生产夹具的兼容。2、输送设备的要求：对于车身对输送线兼容性的满足需要重点介绍一下，由于同一平台的变型车一般都是轴距和轮距的变化，所以一般同平台的下车身一般都不可能完全COPY现生产，为了实现车身及整车输送设备的兼容，需要对下车身进行局部的改制以满足整车输送设备的要求。现在一般的汽车输送线，都是将车身内四孔的前两孔作为整车的输送过程中的定位和前支撑，将车身内四孔的后两孔所在的平面作为整车输送的后支撑。如下图：对于混流生产的输送线改造，主要是由于轴距、纵梁距离的变化而影响整车输送线的定位和支撑。轴距的变化一般会直接影响车身内四孔及外四孔相对位置关系，而车身在焊装、涂装、总装之间以及各工艺流程内部进行转接时，由于要用到内四孔或外四孔，由于轴距的调整导致内四孔及外四孔的相对位置的变化。所以在进行车身设计时，同一平台的不同车型，要保证内四孔的前两孔的相对位置一致，后两孔所在的平面X向前后两向加长，以保证轴距变化时，前两孔定位与原定位一致，后支撑面的支撑有充分的布置空间，为了保证总装底盘合装过程中改造工作量最小，在设计上还可以保证车身内四孔的前两孔与车身外四孔的前两孔的相对位置（X向、Y向）一致。这样就可以实现整车平台化新车型在焊装、涂装、总装进行输送设备改造量最小或基本不用改造。要进行如上工作，有一个前提，一方面在进行整个输送线设计时，包括焊装、涂装、总装的输送设计，一般要将输送线的支撑点统一设置于车身的内四孔上（焊装、涂装、总装内部输送及焊装、涂装、总装转接过程都要用内四孔，实现输送过程支撑的统一，而不是有的过程用内四孔，有的过程用外四孔）。3、VIN码刻印设备的要求：按国标要求，一般在车身右前方的车架上都要刻印整车VIN码，如果新车型的车身VIN码刻印的位置和面积、为VIN码刻印机预留的定位及夹紧位置、以及板厚与现生产VIN码刻印机的要求基本一致，就可以实现VIN码刻印设备的兼容。第三、动力总成及底盘：1、燃油加注机的兼容性要求：燃油加注口在车身上的位置区域（左侧或右侧）与现生产车型相同。2、动力总成与底盘分合装设备的兼容性要求：底盘模块（动力总成、前后桥）的型式与现生产相同，动力总成、前桥、后桥以及相应的车身主定位孔不变(孔径、孔位、结构型式)。3、防冻液、制动液、动力转向液的加注设备的兼容性要求：罐口相对于液位标志（MAX及MIN）的Z向高度与现生产一致，加注液体型号与生产一致。内四孔的前两孔内四孔的后两孔及所在平面前4、轮胎拧紧设备的兼容性要求：轮胎的拧紧螺栓数量及排列分度圆直径、螺栓的头部尺寸、拧紧力矩应与现生产相同。第四、内外饰系统：仪表板抓手对新仪表板模块的要求：仪表板模块（驾驶模块）的定位点、夹紧点与现生产车型相同。第五、其它组合加注系统的要求：空调加注罐口结构、加注液体型号与生产一致。整车ECU要求：发动机ECU、变速器ECU、ABS-ECU通讯协议与检测规范与现生产相同。(二)、设备开发设备开发的对工艺平台化、通用化的支持主要在设备的通用化、智能化、自动化几个方面，具体的支持作用主要在于：第一：设备的通用化可以最大程度的降低设备的备品备件的种类、降低备品备件的成本。第二：设备的智能化可以将人工控制点改变为智能控制，实现根据不同车型的智能识别和智能控制，满足同一生产工艺平台适应多种车型的需要。第三：设备的自动化可以实现