汽車生產工藝平台化、通用化策略

來自專欄 汽車製造專欄

一. 何為汽車工藝平台化、通用化

汽車工藝的平台化、通用化，是指為了儘可能的降低工藝規劃成本、提高工藝柔度而儘可能的將多品種、多車型用相似的工藝方法、相近的工藝流程、同一工藝裝備進行兼容性生產。

二. 為什麼要建立汽車工藝平台化、通用化

工藝平台化主要是適應汽車市場由大批量、單一化的市場需求轉變為小批量、多品種的市場需求的形勢下，以設計平台化為基礎，並在工藝裝備、管理技術的支持下而誕生的。

工藝平台化，可以最大程度的利用生產線的經濟產能、最大程度的節省工藝裝備的投資，此外，還可以節省工藝開發周期。

一般來說，一個地區單款車型的年市場需求量為3萬台至5萬台左右。這樣的數量，不足以有效的利用成批設備（一般一條整車生產線的經濟產能在15萬台至30萬台），而同時，對於單件生產或者所謂小批生產來說，這樣的數量又過大，這就需要在解決一條生產線上生產多種車型的產品以充分利用產能的問題，而工藝的平台化、通用化正好可以解決此問題。

三. 怎樣實現汽車工藝的平台化、通用化

要實現汽車整車生產工藝的平台化、通用化，需要從三個方面入手：一、產品設計；二、設備開發；三、管理技術。

產品設計：平台化、通用化製造技術要以產品的設計為基礎，因為不存在萬能的生產平台。所以，平台化、通用化製造技術對產品設計的平台化、模塊化、標準化要求十分重要，產品設計要重點考慮工廠的局限性和硬點，這些，是平台化、通用化製造技術的開端和基礎。

設備改造：這也是汽車製造平台化、通用化的核心。在設備改造方面，主要通過設備的通用化、智能化、自動化來實現平台化生產。在汽車整車生產方面，主要通過柔性壓力機、工業機器人、自動識別系統、柔性夾具、柔性工具、機械快速切換系統等柔性化裝備的應用來實現設備的平台化與通用化。

管理技術：平台化、通用化整車生產意味著在一條生產線上要生產多種產品。那麼計劃管理、物流管理、人員管理等就必須適應平台化製造的需求。為了適應這種需求，各種先進的管理方法和管理軟體，如JIT系統、SAP系統、MRP系統需應用到生產管理系統中來，以支持整車平台化、通用化生產。

三. 工藝平台化、通用化策略。

(一)、 產品設計

產品設計的對工藝平台化、通用化的支持主要在產品設計的平台化、模塊化、通用化幾個方面，具體的支持作用主要在於：

第一：可以實現工藝方法、工藝流程、工藝裝備的兼容，滿足混流生產的技術可行性。

第二：會減少工藝開發投資費用。由於目前生產線的柔性都較高，所以一般新開發的車型，都通過生產線的改造達到兼容，而其中主要的改造包括模具、夾具、車身輸送設備、生產輔助設備等的改造。如果採用平台化策略，從車架結構到零部件如果通用化，就可以實現工藝方法、工藝流程、工藝裝備的兼容，大大節省模具、夾具、車身輸送設備、生產輔助設備的改造費用。一般一個車型在國內開發，如果採用混流生產，模具、夾具、車身輸送設備、生產輔助設備的改造費用大約2-3億元，如果在設計過程中充分考慮平台化，儘可能的滿足車身及零部件的通用性、滿足混流生產模具、夾具、車身輸送設備、生產輔助設備的兼容性要求，則可在工藝實施過程中，較少或根本不用進行生產線的改造，大大節約改造成本，如果做得好，最多可節省非平台化工藝投資的40%-50%。

1. 模具的投資成本降低：如果平台化做得好，下車身件通用化率一般占整車車身件數量的50%左右，成本的40%左右(對於轎車類由於上車身比較複雜，一般通用化率可以達到數量的30%，成本的20%；對於客車類由於上車身比較簡單，一般通用化率可以達到數量的70%，成本的60%)。

2. 夾具投資成本的降低：一般車架或下車身的分總成通用化率較高，比如車架焊接總成、輪罩焊接總成、地板焊接總成、下車身焊接總成、主車身焊接總成等，一般會佔整個夾具成本的20%～40%左右。

一般來講，同一平台化的車身，車架焊接總成、輪罩焊接總成、地板焊接總成是相同的，所以，其相應的焊接夾具可以完全借用現生產夾具；而下車身總成及主車身總成一般是在同一平台基礎改制的，如果下車身總成及主車身總成的定位點和主要夾緊點與現生產一致，則也可以利用現生產的下車身及主車身夾具。

3. 其它生產設備的投資成本降低：主要體現在輸送線、機器人、打碼設備、機械手、底盤合裝設備、輪胎擰緊設備、加註設備、檢測設備等。

? 如果平台上的車架或下車身完全相同，或者適應現生產輸送設備的要求進行簡單的改制，就可以與現生產的輸送設備兼容，整個輸送線就不必或很少進行改造，而節約輸送線投資費用。一般而言，一個新車型進行混流生產，如果充分考慮輸送線的兼容性要求，輸送線的改造費用可以節約幾百萬至幾千萬元，而且大大降低輸送線改造的技術風險。

? 機器人一般用於車身焊接、車身噴塗等方面，一般運行軌跡都是可以通過編程式控制制的，如果車身設計時能充分考慮到機器人的運行空間，則可以與現生產機器人設備相兼容，節省再投資。

? 車身上一般都要布置整車VIN碼的刻印位置，如果此處的位置結構與現生產的車型一致，則就可以實現打碼設備的兼容而節省此設備的投資，大約十幾萬元。

? 整車的儀錶板一般都採用模塊化生產，儀錶板模塊一般都採用機械手進行與車身合裝，如果整車儀錶板模塊的定位與夾緊點與現生產車型一致，則就可以實現儀錶板機械手的兼容而節省設備的投資，大約十幾萬元。

? 整車的底盤一般都採用模塊化生產，底盤模塊一般都採用合裝設備進行合裝，如果底盤模塊的定位、支撐點與現生產車型一致，就可以實現此設備的兼容而節省設備投資，大約幾十萬元。

? 整車的輪胎的安裝螺栓的頭部尺寸、頭數、分度圓直徑、擰緊力矩如果與現生產車型一致，則就可以實現輪胎擰緊設備的兼容，大約會節省一百多萬元。

? 整車的各種液體的加註口型式如果與現生產車型一致，也會節省生產線加註設備改造的投資幾十萬元。

? 此外，整車電器檢測的通訊協議、檢測規範如果通用化，也可以節省整車電器檢測的設備改制投資幾十萬元。

第三：可以大大減少生產管理成本，由於零部件及生產設備的通用性，可以大大節省新增零部件和設備的場地面積、新增零部件物流周轉器具種類、新增零部件物料管理費用，設備維修費用等。

第四：能充分保證生產線充分的柔度。一條生產線，被改造的次數越少，其生產的兼容度越高，即接納後續車型的能力越強。而如果生產線的改造量越大，會使備用的生產場地被佔用而減少、生產設備的兼容度降低，而且有些生產線的改造，有可能會破壞原有生產線對現有車型的兼容性。

第五：能充分保證生產線的自動化水平。一條生產線，一般由於新車型的上線需求而經過改造後，很多自動的部分都需要改為手動，這樣就降低了生產線的自動化水平。

第六：平台化設計對工藝平台的滿足，也可以大大縮短整個項目開發中工藝開發部分的周期。

第七：可以高質量生產。採用平台化設計， 零部件的種類大幅度減少，使得在批量化生產和維修過程中的質量控制的關鍵點變少，對質量控制而言有很大好處。而且產量增加有助於增加重複性而提高產品質量。

目前存在的主要問題是：由於設計開發時對工藝部分的平台化要求的滿足程度較差，大部分的新車型上線生產時，都需要新增大量的模具、夾具，並要對整個車身輸送設備、輔助設備，專機的改造才能兼容，這對整個工藝開發的進度以及投資、生產線的柔度和自動化程度都是不利的。

產品設計的平台化、模塊化、通用化的具體入手點：

第一、整車基本結構、基本參數的定義：

整車的基本結構、基本參數的定義要滿足工藝方法、工藝流程、工藝裝備的要求。新車型要能夠與現生產的工藝方法、工藝流程、工藝裝備兼容，其基本結構、基本參數要滿足現生產工藝方法、工藝流程、工藝裝備的要求範圍。比如整車的模塊化分塊方案，長寬高和表面積(其中表面積涉及到塗裝的最大噴塗面積)，白車身及整車重量，輪距軸距、車身板材規格、白車身焊點總數、白車身弧焊總長度等。

第二、車身：

車身結構形式是影響工藝平台化的重要方面，一般會影響模具、夾具、生產輔助設備中的輸送線、VIN碼刻印設備等。

1、模夾具的要求：

由於平台化設計的變化的部分主要集中於在消費能感知的部位(如外觀造型、動力總成、電器配置等)進行個性化設計，在消費者不易感知的部分(如車架、底盤總成等)進行通用化或平台化設計。所以從車身設計角度講，同一平台的汽車，應儘可能的共用車架、下車身、主車身的車身部件及焊接總成，就可以實現部分模具和夾具的兼容。其中夾具的兼容一般只要求焊接定位點、主要夾緊點與現生產一致就可以實現與現生產夾具的兼容。

2、輸送設備的要求：

對於車身對輸送線兼容性的滿足需要重點介紹一下，由於同一平台的變型車一般都是軸距和輪距的變化，所以一般同平台的下車身一般都不可能完全COPY現生產，為了實現車身及整車輸送設備的兼容，需要對下車身進行局部的改制以滿足整車輸送設備的要求。

現在一般的汽車輸送線，都是將車身內四孔的前兩孔作為整車的輸送過程中的定位和前支撐，將車身內四孔的後兩孔所在的平面作為整車輸送的後支撐。如下圖：

對於混流生產的輸送線改造，主要是由於軸距、縱梁距離的變化而影響整車輸送線的定位和支撐。軸距的變化一般會直接影響車身內四孔及外四孔相對位置關係，而車身在焊裝、塗裝、總裝之間以及各工藝流程內部進行轉接時，由於要用到內四孔或外四孔，由於軸距的調整導致內四孔及外四孔的相對位置的變化。

所以在進行車身設計時，同一平台的不同車型，要保證內四孔的前兩孔的相對位置一致，後兩孔所在的平面X向前後兩向加長，以保證軸距變化時，前兩孔定位與原定位一致，後支撐面的支撐有充分的布置空間，為了保證總裝底盤合裝過程中改造工作量最小，在設計上還可以保證車身內四孔的前兩孔與車身外四孔的前兩孔的相對位置（X向、Y向）一致。這樣就可以實現整車平台化新車型在焊裝、塗裝、總裝進行輸送設備改造量最小或基本不用改造。

要進行如上工作，有一個前提，一方面在進行整個輸送線設計時，包括焊裝、塗裝、總裝的輸送設計，一般要將輸送線的支撐點統一設置於車身的內四孔上（焊裝、塗裝、總裝內部輸送及焊裝、塗裝、總裝轉接過程都要用內四孔，實現輸送過程支撐的統一，而不是有的過程用內四孔，有的過程用外四孔）。

3、VIN碼刻印設備的要求：

按國標要求，一般在車身右前方的車架上都要刻印整車VIN碼，如果新車型的車身VIN碼刻印的位置和面積、為VIN碼刻印機預留的定位及夾緊位置、以及板厚與現生產VIN碼刻印機的要求基本一致，就可以實現VIN碼刻印設備的兼容。

第三、動力總成及底盤：

1、燃油加註機的兼容性要求：

燃油加註口在車身上的位置區域（左側或右側）與現生產車型相同。

2、動力總成與底盤分合裝設備的兼容性要求：

底盤模塊（動力總成、前後橋）的型式與現生產相同，動力總成、前橋、後橋以及相應的車身主定位孔不變(孔徑、孔位、結構型式)。

3、防凍液、制動液、動力轉向液的加註設備的兼容性要求：

罐口相對於液位標誌（MAX及MIN）的Z向高度與現生產一致，加註液體型號與生產一致。

4、輪胎擰緊設備的兼容性要求：

輪胎的擰緊螺栓數量及排列分度圓直徑、螺栓的頭部尺寸、擰緊力矩應與現生產相同。

?第四、內外飾系統：

儀錶板抓手對新儀錶板模塊的要求：儀錶板模塊（駕駛模塊）的定位點、夾緊點與現生產車型相同。

?第五、其它

組合加註系統的要求：空調加註罐口結構、加註液體型號與生產一致。

整車ECU要求：發動機ECU、變速器ECU、ABS-ECU通訊協議與檢測規範與現生產相同。

(二)、 設備開發

設備開發的對工藝平台化、通用化的支持主要在設備的通用化、智能化、自動化幾個方面，具體的支持作用主要在於：

第一：設備的通用化可以最大程度的降低設備的備品備件的種類、降低備品備件的成本。

第二：設備的智能化可以將人工控制點改變為智能控制，實現根據不同車型的智能識別和智能控制，滿足同一生產工藝平台適應多種車型的需要。

第三：設備的自動化可以實現快速生產，實現車型生產的流水化，保證生產工藝平台的批量性。

設備開發的通用化、智能化、自動化的具體入手點：

第一：統計現生產工藝平台的設備信息，並按功能、技術標準、供應商進行分類整理，建立設備通用化約束條件。在進行新產品設備規劃時，盡量實現新設備選用和現生產工藝平台設備的通用性。

第二：通過對智能設備的應用，包括伺服系統、智能機器人、自動識別技術等的應用實現設備的智能化。

第三：通過自動化流水設備的應用，包括快速機械切換系統、計算機自動控制等實現設備的自動化。

(三)、 管理技術

管理技術的對工藝平台化、通用化的支持主要在混流生產管理的控制，具體的支持作用主要在於：

第一：有效的生產管理、物流管理，人員管理等可以高效的實現同一生產平台下的混流生產。

第二：有效的生產管理、物流管理、人員管理等可以大大降低同一生產平台下的混流製造成本。

管理技術的具體入手點：

第一：通過計劃管理、生產管理、物流管理軟體的應用，實現管理技術上的適應性。如JIT系統、SAP系統、MRP系統等。

第二：通過上崗人員包括直接生產人員、輔助人員的多技能培訓，實現同一平台的多車型生產控制。