模块化在汽车业中的应用

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模块化汽车装配线的应用

作者：邓洪波 刘鹏

来源：《山东工业技术》2016年第10期

摘 要：随着我国国民水平的提高，我国国民对汽车需求越来越大，汽车不仅作为人们出行的交通工具，还对带动了国民经济的增长。在汽车制造过程中，汽车装配是汽车完成制造的最后一环，因此保证汽车质量、降低成本是汽车装配制造的关键。本文以模块化在汽车装配线的意义出发，从汽车模块化设计相关定义与特点进行阐述，最后对模块化在汽车装配线的应用展开分析，从而说明模块化在汽车装配线的广泛应用。

关键词：模块化；汽车装配线；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.221

随着我国汽车制造技术不断发展，我国源源不断地开始制造汽车，现在的汽车仅仅作为出行交通工具已经不能满足人们的需要，现在的人们更希望能够买到与自身相匹配的汽车，且个性化的要求不断增多。传统汽车制造技术已经无法满足人们需求，而模块化汽车设计就满足了人们所需，汽车模块化设计技术的不断应用，有效满足人们的需要。

1 模块化在汽车装配线的意义

在汽车制造行业发展过程中，模块化汽车装配技术在汽车的生产上发生重大变化。传统的汽车装配线主要在流水线外进行，而模块化的汽车装配线却是在流水线内部进行，从而减少汽车的制部件以及制车数量，进而简化汽车制造工艺。还有模块化的汽车装配线能够提高产品的可靠性、自动化水平以及汽车零部件的质量。从根本上大大减少了汽车生产制造周期，提高了我国汽车行业在国际地位。

2 汽车模块化设计定义与特征

2.1 汽车模块化设计相关定义

汽车模块化设计其实是将庞大复杂的汽车产品在某种程度上进行简化并重新组合，最后形成一个标准化模块，从而产生模块效应，进而使汽车在制造装配上更加方便。汽车模块化设计总共两个时期，分别为总装装配零件的模块化、整车层面上的整体化设计，当采用模块化对汽车进行设计，最好让同一个模块选择不同总成或零件，这样就使这一模块发生变形，选择不同模块变形装配就会得到不同类型的汽车，因此汽车模块化设计就满足了人们的心理需求。

随着汽车产业的发展．公司兼并重组　已成为汽车产业较为活跃、盛行的经济合　作茄武。在２　院末，这种方　到了空前　规模．戴姆勒—奔驰和克莱斯勒的合并，雷　诺与日产联合．通用与菲亚特结盟．通用兼　并大宇等．从而形成了当今世界汽车产业　的新格局　在当前．中国汽车产业尚处于起步阶　段．中外合资企业占彳艮大比重．经营方式的　融合是合资成功的关键。在创建国内汽车　自主品牌、构建民唉汽车产业的伟业中，研　究汽车产业经营方式是很有必要的。本文　对汽车工业的　龇与藻成让作了比较研　究．并对合作企业提出了经营方式的融合　策略。　一、汽车产业的模块化　１摸块化的内涵　“模块”概念是由ＩＢＭ公司首先提出　的．ＩＢ　十算机系统划分为不同的慎块　并确立其明确规则．于１９６　ＦＪＢＭ公司生　产开发出世界上最早的模块计算机系统。　由于广泛采用模块设汁的方法．大大提高　了电脑产业的刨新速度。　在产业经济与产业组织领域里，模块　化理论逐步形成．其应用也对各个产业的　

发展起到了极大地推动作用。Ｅｔ本产业经　济学者青木昌彦先生对“模块”下的定义　是：“模块”是指半自律性的子系统，通过和　其他同样的子系统按照—定规则相互联系　而构成的更加复杂的系统或过程。由这个　概念．把按照某种联系规则将可进行独立　设计的子系统　央疏—起来，构成更加复　杂的系统或过程的行为．称为‘　合”：将—个复杂的系统或过程按照—定的　联系规则分解为可进行独立设计的半自律　性子系统的行为．称为‘　分解”。　溪块化在汽车产业中的适用条件　①汽车生产是—个很复杂的过程，每　个零部件都能作为—个子模块存在于整个　系统中．也都能形成一定的市场规模，成为　独立的产业．这为发挥模块化带来的生产　和组织优势创造了重要条件。　②汽车被　央化　解后，形成许许多　多的子模块．这些模块可以独立设计和制　造．最终进行组装，改变了传统的序列生产　２４　ｃＨＩＮＡ　ＡｕＴ０＆Ｍ０Ｔ０ＲＢＩＫＥ　ＰＡＲＴＳ　方式．达到平　。　③茁　央“：分解的条件下，风险得以　分散．各个模块只需要承担相对确定的风　险．从而使得企业抗御行业风险的能力增　强。　３．汽车产业模块化特点　汽车产业的　央化＝包含开发没计的模　块化、生产组装的蘸块化以及组织模块化，　前两种模块化需要汽车制造商与模块化供　应商　有良好的合作｝霹＿望、相似性以及信　息共享．而后者是由于产品结构与组织结　构有一定的关系。　通　措　央化．汽车系统就能分解为一　系列相对独立的具有特定功能价值的模块　系统）．可以从根本上改变企业之间的关　系　系统中的所有企业划分为两类：系统设　计师和摸块供应商。汽车产业的模块化对　汽车产业的发展起到了极大地推动作用，　其特点主要体现在以下『ｌ／卜方面：　（１）汽车子模块的独立没计。　时一定范围内的不同　、不同规格的产　品进行功能分析的基础匕＿分解出一系列　功能模块．通过模块的选择和组合可以构　成不同的产品．以满足市场不同需求的设　更加富有弹性．更容易适应现代市场瞬息　万变的需求形势　（３）改变市＝　宕构，加强企业竞争。　在模块化的影响下，产业集群式的市　场结悔医步形成。由于　吡的特点，使得　越来越多的模块企业在市场上竞争和聚　集．在某—特定领域中相互联系的、在地理　位置集中的企业和机构大量积聚，形成某　—个模块的汽车产业集群。　模块环境下．企业竞争更为激烈。上级　模块对下级模块的选择具有开放性，能够　达到功能标准和界面要求的子模块，均在　选择范围之内．因此，企业必须把握技术的　发展方向．不断对产品进行改进和创新，力　争在市场Ｅ取得有利地位。模块选择的开　放性．加剧了企业的竞争激烈程度，韧发水　平和技术仓　；取胜的关键。—些研发能　力强、技术水平高的企业容易与Ｅ级模块　企业合作．使之融人匕层的模块，成为它的　子模块．达成紧密的合作关系．在模块与子　模块之间形成良性循环。　二、汽车产业的集成化　１．集成的内涵　．同时也　是　耐叻法。集成突出强调集成主体的目　车产业模块化　计方法。　在模块化的产业结构下．汽车各模块　只须遵守固定的标准．分散在各个企业进　行独立的　开发，从根本Ｅ改变了产　品的没　式。此外，模块似　能　够以较少的．更好的零部『牛进：　换代，　从而使整个链条的生产都处于较高的水　平。　（２）子模块的可变性与延展性。　汽车系统的不确定性要求各椟　Ｅ　有　可变性和延展性。子模块可以通过添加、拆　分、整合、转化等“模块化的操作”，以适应　模块临时的改变．保证系统运行的最佳效　果：为了应对市场的变化，可以通过合并模　块、拆分模块等使整个生产链条符合市场　的要求：模块可以通过扩充子模块的办法　来完善甚至改变漠块的功能；模块可以从　Ｅ级模块中独立出来．成为—个单独的产　业．开辟广阔的　。　子模块的可变性和延民陆陡整个系统　的性、组织性和行为性。因此，集成的思想　和方法被广泛用于构造复杂系统和解决复　杂系统的效率问题。　企业集成岜置过连接企业所有必需的　功能和异构功能实体来方便跨越组织界限　的信息流、控制流和物料流的传递，通过改　善企业内的通信、合作与协调，将企业组成　—个协调的整体．达到提高生产率、柔性以　及应变管理的能力。企业集成的内容包括　企业的组织、经营过程、人员、制造资源与　信息系统．不同的企业集成方法，都是在不　同深度和广度上实现企业内不同实体之Ｉ司　的通信．提供信息技术应用之间的互揉怍　并协调功能实体之间的执行，使得整个企　协同优化的运行．以完威：共同的企业目　标。　企业集成的分类：按企业集成的深度　划分．可分为信息集成、过程集成和知识集　成：按集成的范围或广度划分，可分为松集　成和全面集成、横向集成与纵向集成、

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时代车网 汽车轻量化之前端模块刘立涛*　曹金鹏　公海星北京北汽模塑科技有限公司前端模块事业部　北京市　100300　摘　要： 本文主要针对汽车前端模块化问题，提出了在模块化中使用塑料前端框架（Carrier），降低车身重量的方案。文中重点以某车型前端框架设计为例，介绍前端框架的设计及CAE分析成果。以期能够起到降低车身前端重量，达到平台化应用的目的。关键词：轻量化；前端框架；CAE分析

1　概述1.1　开发背景汽车的电动化，轻量化以及智能化是当前汽车产业面临的三个重要方向，节能、安全、环保是汽车产业发展永恒的三大主题。据预测，到2020年我国汽车将突破1.5亿辆，年耗油量将突破2.5亿t [1]。工信部乘用车百公里6.9升的第三阶段油耗限值标准于2014年1月1日起全面实施，到2020年乘用车企平均油耗将降至每百公里5升，油耗标准日趋严苛[2]。因此，轻量化是未来技术发展走向之一，市场影响举足轻重。汽车轻量化的指导思想是在确保稳定提升性能的基础上，节能化设计各总成零部件，持续优化车型谱，其主要途径有3个方面[5]，分别是：（1）汽车主流规格车型持续优化，降低耗材用量。（2）采用先进轻质材料。（3）优化结构设计。以汽车前端模块（Front End Module，FEM）为例，其由多个部件的总成[4]构成，包括前向照明系统、散热器和冷却风扇、空调冷凝器、格栅口加固板、吸撞缓冲区、带有装饰面板的保险杠、车前盖锁闭系统、雨刷喷水瓶，以及各种电子组件和线路布置等，具有组件多、重量重的缺点[6]。对此，在前端中引入轻质材料如塑料进行减重效果明显。然而直接采用以塑代钢的思路和方法在实际实施过程中却困难重重，因为塑料结构很难达到与金属前端相同级别的刚度、强度和抗冲击性能，难以保证前端模块的可靠性和耐久性能。以塑代钢必须以合理的结构设计、安装定位方案的应用作为支撑。近年来，兴起的模块化的设计和组装带来了汽车前端设计新的契机，也为汽车轻量化进一步发展带来革命性的变化[3]。经调研，自主品牌现有车型尚未采用前端模块。本文拟在未来开发车型中推荐使用塑料前端框架，以达到车身轻量化，供货模块化，生产平台化的目标。 1.2　开发目标本文以某车型前端模块中前端框架的预研成果为基础，以PP+LGF30代替传统材料，依托设计、CAE分析等手段探讨在前端框架轻量化技术。本文所述项目的实施目标为：在某车型上使用前端模块，利用塑料前端框架，达到车身前端轻量化及平台化的目标，其中，前端框架减重目标3kg-5kg，减重率约35%，平台化目标为在不大规模变动前端框架的基础上，能够在某及后续车型上共用一款前端框架。如表1所示，使用前端模块，有望从重量、工艺、成本、供货模式等方面对车身前端进行改善。其中前端框架能够减少零件数量约21个，减少钣金件数量，减重约35%，减少总装线工位约11个，同时减少总装工序数量、零件数量、模具数量等，改善物流供货模式，减少物流运输费用。1.3　项目实施方法描述在某项目预研中，涉及前端框架的调研及设计工作，在此工作的基础上，对调研和设计结果进行分析，评价在某车型中使用前端模块的可行性及前端框架减重的预期效果。2　前端框架设计2.1　边界输入及材料选择由于前端框架是前端模块总成的主要支撑部件，其具有环境件多、变形量大、力学性能要求高的特点，因此在设计前期，需要整车厂输入设计所需的边界数据，如表2所示。依据具体项目不同，所需边界数据可能会有所变化。为达到轻量化目标，本项目采用以塑代钢的方法降低前端框架的重量，同时，为保证其力学性能不受影响，采用PP+LGF30为塑件材质进行设计。2.2　前端框架造型设计前端模块的整体定位对于框架的设计至关重要，包括集成部件、在整车组装工序中的序列等。表1 前端模块预期改造内容传统车身前端前端模块框架重量/kg8.225.22总装线工位121总装工序61零件数量265模具263供货模式零件模式总成模式

２２　技术纵横　轻型汽车技术　２００２（５）总１５３　

汽车模块化的发展　

■　李虹玉编译　

来自Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｏｍｎｉｕｍ　Ａｕｔｏ　Ｅｘｔｅｒｉｅｕｒ和　

Ｉｎｏｐｌａｓｔｉｃ　Ｏｍｎｉｕｍ的工程师们共同探讨汽车前端　

模块化和塑料仓式后门的设计构想　增加使用模块化前端结构以及加大对塑料仓式　

后门的关注力度是汽车厂家和供应商降低开发和生　产成本、装配时间、修复性、维修成本及重量，而同时　提高生产线柔性目标的根据。前端模块（ＦＥＭ）可以　

包括很多功能，安装步骤简单且节约成本。ＦＥＭ设　计主要依各个汽车制造厂的技术条件、装配车间和　工业技术文化而定。　，　

自八十年代中期，工程师们就一直在从事不同　汽车ＦＥＭ概念的开发。这些概念有推广用在许多　平台上的潜力。新的冲击特性标准、各式各样最终用　

户的增加以及通用汽车平台的开发均为ＦＥＭ的普　及出了一份力。　

ＦＥＭ概念　

在过去十年间应运而生的众多ＦＥＭ设计概念　

已能适应每一家汽车厂的技术和文化特性以及生产　或装配线的工艺变化。一些参数可以用来把不同的　

ＦＥＭ概念分类。这包括几何概念、零件整体化、模块　

的机械和ＮＶＨ性能、在线装配工艺和物流管理。　

图１不带仪表板的前端模块（ＦＥＭ）　第一批ＦＥＭ是为功能一体化（如：仪表板和前　

照灯）而设计的。然而，从造型角度来看，这种设计概　念有一定的约速性。在保险杠表面开口就允许从纵　

梁的端部接近模块装配。不管怎样，这使预装在模块　

上的仪表板、前格栅和前照灯之间的间隙和嵌平会　处理得更好。图１显示有不带仪表板的ＦＥＭ。　

ＦＥＭ在汽车上的定位非常重要。例如，它必须　补偿白车身的所有几何变化以确保前照灯和翼子板　

之间的良好衔接和间隙。为了保证换算公差与造型　目标相一致，ＦＥＭ必须以在线安装的车身板为基　

准。不管是否选择安装仪表板，模块必须与许多支撑　

面和紧固区融为一体，这样才能顾及到前照灯和保　险杠的精密几何定位。　ＦＥＭ的目的是支承汽车前部的所有零件以及　应付发动机前端零件的多样化。在这些零件中，有两