汽车平台化开发能有效地降低开发费用、提高开发效率、缩短开发周期和减少制造成本,是当今汽车整车行业产品工程的大趋势。根据有关文献资料,汽车企业平台化开发的支出已经占到汽车企业研发费用的50%以上。本文重点选取了不同厂家的典型平台化路径进行对比,总结出一套平台模块化水平评价方法,对车身模块化设计策略进行了探究,并介绍了平台化产品对应的柔性制造的项目实践经验。
3.车身平台化RPS系统设计车身柔性制造与车身平台模块化设计是一致延续的,柔性生产保证了平台化、模块化设计的制造可行性,并缩短新车型投产周期和生产成本。其主要策略是地板工艺孔位置一致,在主要工装设备的可调范围内,保证物流设备、夹具能够共用。另外车身的装配结构一致,保证上件工位一致,以达到在固定的工艺路线下,一条产线能柔性兼容同一平台下不同车型。车身平台化的开发在工艺设计中的原则可以概括为4点:车身主体结构模块化、纵梁系统一致性、定位系统一致性和尺寸工程一致性。在制造四大工艺中,车身成形于焊装,与内外饰装配于总装。且由于焊装和总装零件多、工位多,是车身平台化和模块化工艺设计需要重点考虑的领域,而定位孔RPS系统的设计是关键。
在开发焊装工艺时,针对新车在老线上生产的情况,应考虑焊装生产线投产后车身主线的工装(包括结构、定位销及支撑面等)已经固化的约束。不同车型虽然车身结构有差异,但为了满足共线生产,需尽量保证主线工装所对应的车身定位孔及定位面的X、Y和Z坐标、直径大小和支撑面面积相同或差异最小化。通过历史项目开发的不断迭代和经验值积累,实现产品和产线的相互匹配优化,并形成相对固定的一套定位平台硬点,如图3和表2所示,只要后续的车身设计能满足此套RPS的硬件要求,那么就具备制造可行性。
对于总装工艺,由于车身输送设备在不同的工艺段采用不同的形式,例如内装线一般采用大滑板输送线,底盘线则一般采用H形吊具,而最终的装配线采用宽板链。因此在各工艺段之间,车身需要通过移载设备转运。如图4所示,将不同平台车型的定位方案统一,并将定位信息作为工艺约束反映至产品设计过程,可实现平台化总装工艺设计。
汽车平台化制造柔性化夹具和分步实施产线规划是与平台化、模块化车身设计对应的平台化制造的主要策略。下面从这两方面介绍广汽乘用车的一些实践经验总结。1.工艺设备的共用化整车平台化制造,首先体现在工艺设备的通用化。在焊装车间中,仅有不足20%的工装和设备是为某一车型单独使用,超过80%的工装和设备是柔性或通用设备。表3是某新车型项目导入现有产线的焊装工艺设备新增和共用情况。
3.侧围夹具的柔性化方案在车身车间中,对投资成本、产能节拍和车身精度影响最大的工位是总拼工位。总拼的侧围夹具由于主控制点较多,不同车型的夹紧和定位单元很难柔性化共用,每款车型都需要单独的侧围夹具。加上侧围夹具的体积较大,因此多款车型的侧围夹具的切换就成了总拼柔性化最关键的问题。总拼侧围夹具的切换形式主要有:地面移动式切换、空中Pick-up移动式切换、Z向转台切换、X向转毂切换及前后梭动式切换等方式。图6汇总了业内当前存在的所有柔性总拼解决方案,并对主流的技术方案进行了技术参数评价,如表4所示。在项目开发过程中,通过贯彻设计—工艺一体化平台化开发理念,实施基于生产线约束制定车身主定位孔及定位面的策略,目前广汽乘用车的制造工厂部分产线能实现轴距范围2550~3000mm的跨平台6车型共线生产。
以柔性制造为导向的车身制造一般进行一次规划、分期实施,充分降低投资风险,将生产纲领分成几个阶段来实现。一个新建焊装车间采用业内主流的COMAU和ABB的总拼方案,均能一次性达到20万辆/年产能,但通常一期先实施10万辆/年产能,二期通过增加机器人和焊枪等设备后,将节拍从30JPH提升到60JPH,从而实现20万辆/年产能。根据不同阶段的产能需求来布置生产线的工装,配置设备数量和预留面积,使整个制造系统的设备折旧、投资回报率都得以优化。另外有时候也会遇到规划外的车型需要导入产线的情况,这时候就必须在车身SE工程阶段前期,将现有工装和设备的数据及对车身结构的工艺约束尽早反馈给车身设计,通过改变产品结构和定位孔的位置,使车身的主定位点(MCP)与制造约束相匹配,满足制造可行性。
结束语在国内,汽车销量下降的减量市场新形势下,最短开发周期、最优生产效率、最低制造成本和最佳质量将成为自主品牌平台化、模块化开发的核心目标。对于大部分刚完成从逆向开发到正向研发转变的自主品牌而言,平台化开发是一次产品开发模式的变革,一方面需要对老的产品平台进行技术升级,另一方面需要转变传统的单一车型项目开发的固定思维。针对部分自主品牌整车企业销量较少不具备模块化开发条件的现状,建议效仿国外的汽车企业的平台技术共享模式、联合开发模式以及代工模式,进行资源整合,将更多的精力放在新技术应用和新产品开发,以便快速响应市场。