论设计平台化对工艺平台化的影响.doc
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论设计平台化对工艺平台化的影响
张庆庚
（沈阳华晨汽车工程研究院110141）
关键词：
平台化；工艺规划。
摘要：
目前汽车设计的平台化主要考虑节约设计成本和零部件的通用性两方面，而对工艺的平台化的满足不够，对工艺平台化的满足，可以大大节省工艺规划的投资，提高整个生产过程的兼容度、自动化水平、缩短工艺开发周期。
当前，汽车市场需求的个性化越来越高，为了更好的占领市场，必须适应个性化需求越来越高的市场趋势。
汽车生产也一样，各个汽车生产厂都不断的根据市场需求，多品种、多车型的进行汽车生产，以满足汽车市场的多品种的需要。
适应这一需求，汽车设计也改变以往的设计方式，改变了以往的单一化设计，进而进行多车型、多品种设计。
在进行整车开发过程中，为了尽可能的缩短开发时间、降低开发成本和生产成本，大多采用平台化、模块化设计。
一般来讲，汽车的平台化、模块化设计应该从零部件的技术和结构的通用性、工艺流程的通用性、接口的通用性等几方面入手，但目前来说，汽车设计时的平台化、模块化主要还是从最大程度的增加零部件的通用性入手的，而一般都忽略了生产工艺流程的通用性。
下面我们就谈谈设计平台化对工艺平台化的影响。
何为汽车设计平台化？
平台：
从概念上讲，是指基础，一般主要指具有通用性的技术基础、结构基础或业务基础。
在汽车开发过程中，平台通常是指技术基础（如基础材料技术、基础的物理技术或化工技术等）和结构基础（模块化结构\与非模块化结构、如承载结构和非承载结构、独立悬架结构和非独立悬架结构等），而较少指业务基础（如一体化开发模式或同步开发模式等）。
在这里要注意，通用性不是平台，而是平台的结果或平台具有通用性的特征。
汽车设计平台化主要是为了适应个性化需求，缩短汽车的设计开发周期、工艺开发周期，以及降低产品设计成本、零部件采购成本、工艺设计成本、生产制造成本、物流成本，采用平台化设计以提高通用化的理念，将产品平台化、模块化，以便以更低的开发成本和更短的开发周期来实现更多的产品类型的开发和生产。
由于采用平台化设计，在产品设计方面，整车的技术、结构甚至具体参数都是通用和只需要局部和简单的修改，所以设计周期会大大缩短。
同样，在工艺设计方面，在平台化下，新车型的生产，可以完全或大部分借用原有的工艺方案、工艺流程、工艺装备、甚至工艺参数，所以工艺开发周期会大大缩短。
由于采用平台化设计，对于产品设计来说，由于采用统一的技术平台和结构平台，产品设计更多的是在原平台技术和结构基础上进行简单化的修订（MODFY）而不是重新设计（NEW），使得产品设计量变少；使得零部件开发的工作量变少；使得零部件的通用化率提高，采购成本降低。
同样，对于工艺设计来说，由于采用技术平台和结构平台，工艺设计量更多的是在原平台工艺设计的基础上进行简单化的修订而非重新设计；最大程度的实现工艺方法、工艺流程和工艺装备的通用化，使整车的制造成本降低。
此外，对于物流规划来说，平台化带来的直接影响就是通用化，在平台化下，物流规划和物流器具具有更多的通用性。
还有，平台化还会降低生产管理、销售和售后的管理的成本。
就目前来说，汽车的平台化设计，主要是指发动机和电气技术的平台化（如动力总成是采用燃油技术还是新能源技术、电器线路技术构架是采用有线技术还是无线技术），以及车架、底盘设计的结构平台化（车架结构形式是否一致、底盘结构形式是否一致）。
即一个平台的车系中，是在同一个动力总成和电气技术平台、车架和底盘结构平台上进行设计的，同一平台一般动力总成技术和电气技术，以及车架结构和底盘结构形式基本相同，只是整车造型有一些变化。
现在整车平台化设计的程度越来越高，通过造型、配置和简单的结构变化，同一平台上可能有几种或十几种车型。
何为汽车工艺平台化？
汽车工艺的平台化，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。
目前现在大多数轿车生产企业所采用的生产方式都是平台化工艺生产，即多品种、多车型在同一条生产线上混流生产，这样可以大大减少工艺开发的投资费用、简化与统一工艺方法、提高生产平台的兼容度。
工艺流程
工艺方法
工艺装备
汽车设计的平台化与工艺平台化的统一的好处。
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。
如何实现汽车平台化设计与汽车平台化生产的统一？
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。
车身平台化的开发四原则为：
车身主结构模块化；纵梁系统一致性；定位系统一致性；尺寸工程一致性。
对于车身制造而言，对车身平台化的主要要求在于地板结构及定位系统的平台化，即不同车型的地板结构和定位系统尽量保持一致，有利于简化地板定位夹具及输送系统。
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：
内四孔的前两孔
内四孔的后两孔及所在平面
前
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
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