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发表于 2020-3-6 11:42:38 | 显示全部楼层 |阅读模式

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乘用车平台化设计之工艺设计

贾思武
(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州 545027)
【中国汽车材料网】摘要:阐述了乘用车平台化工艺开发策略思路,通过工艺和产品前期设计,保证零部件最大沿用率。通过零部件工艺技术形式和参数的标准化、模块化与精益工艺设计等手段实现了产品结构类似,保证了不同平台车型的共线生产,取得了大量设计技术积累同时降低了新车型开发成本。
关键词:乘用车 制造工艺 平台化 共线生产

1 乘用车平台工艺设计思路
1.1 乘用车平台化的概念和对比

汽车平台是在开发过程中使用相似底盘和下车体的一组公共架构,该架构可以承载不同车型的开发及生产制造[1]。

虽然目前各汽车厂家都提倡平台化,但是平台设计理念各不相同:大众比较强调悬架系统、传动系统、动力总成的公共架构,本田强调发动机舱、前地板和悬架系统。

从车身分块来看,大众系列车型分块较散,但是精度容易控制,在大众很多车型上,使用了成本很高的热成型钢板、激光拼焊钢板、激光熔化焊、中频电阻焊和Tox铆接等,使整车刚度和疲劳特性大幅提高;丰田的分块相对精简,激光拼焊钢板和热成型钢板使用不多,仍采用最普通的工艺生产,车身强度通过结构优化进行加强,更适宜低投入、高产出的规模化生产。

目前自主品牌大部分厂家借鉴丰田的车身分块理念,局部细节方面学习大众,逐步推进。

1.2 汽车跨平台架构工艺设计策略

跨平台架构工艺开发是在几个车型开发初期,将工艺方案细化共享给车身及其他设计部门,配合其他设计部门将平台化方案落实,在保证设计质量的情况下提高产品共用率,降低成本。根据工艺提交的车身和零部件约束要求,可以保证大部分零部件截面相似,只是尺寸有变化,因此可以降低产品开发风险,减少产品开发工作量。

2 汽车跨平台架构工艺开发策略实施方案

汽车平台工艺开发有两个目标,首先从工艺方面保证设计过程和方法与制造过程模块化,其次协助设计使不同产品找到最优化的工程方案。需要设定统一的设计制造标准,保证零部件的通用和共线生产;同时开展工艺指标化和精致精益化管理,不断优化设计,提高产品质量。

2.1 整车工艺约束及新车间规划方案

在新项目立项初期要排查新车型是否符合现有工艺设备、工艺流程和工艺方法的基本要求。工艺设计初期收集整理设备、工艺和材料等工艺

约束,约束包括必须项和建议项,在量产验证后整理工艺约束形成良性循环。整车工艺约束主要包括生产线设备信息四大车间对车身尺寸和质量、整车质量、轴距等的约束;四大车间主要设备夹紧点、吊点约束;最大车身零部件深度、最大车身零部件尺寸、工序数要求等。

若平台车型规划在新生产线,工艺部门需要针对平台车型输入规划车间建议方案,针对新车间的最大通过尺寸、产能和产品工艺设备要求等提出产品约束要求。

2.2 工艺参数标准化策略

车身方面,需要编制标准件库、RPS点和冲压方向标准、焊点布置标准、涂胶密封工艺标准、钣金材料清单等工艺标准,车身平台化后才能保证不会因为工艺问题而更改。

零部件方面,需要编制加注口设计规范、零部件装配定位设计标准、仪表盘模块化基准、底盘模块化基准、紧固件和力矩设定规范等来约束零部件平台化设计。

2.3 底盘零部件平台化工艺策划方案

工艺部门在底盘平台化方面的工作主要是技术支持,如部分零部件由铸造改为热成型技术,前副车架由焊接变为整体液压成型技术,都需要工艺部门提供技术支持,不断优化方案。

2.4 车身平台化工艺策划方案

车身平台化包括平台的零件沿用率和平台的零件类似两个方面。平台设定初期要考虑不同车型的车身平台化工艺策略,例如两个SUV车型,设定B柱完全相同,仅通过前保险杠和大灯的变化来体现差异,大大提高了零件沿用率。

2.5 推行车身模块化

按照焊接顺序进行车身分级(目前最多分到7级),建议以2级作为内、外制件区分级,2级以上的结构分块要求完全一致,2级以下的分总成结构分块基本类似,但不严格要求一致。工艺部门对比分析了行业内主流车身分块结构形式,通过几款车型开发实践,再经过乘用车生产线现状综合论证后,提炼出符合生产实际的车身分块如图1所示。

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图1 标准化分块形式

如图2所示,下车体分为前发动机舱、前地板和后地板3个总成。通过调节后地板长度可实现轴距长短变化,以最大化原则考虑不同动力总成配置,合理进行前后轮胎布置、前后地板接口标准化设计,以保证多连杆悬架和扭力梁悬架的共用性[2]。

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图2 下车体拓展图

前发动机舱拓展形式如图3和图4所示。

X向拓展:通过对前纵梁或吸能盒的修改实现。

Y向拓展:通过横向平移纵梁、修改前围板、横梁、流水槽实现。

2.6 推行零部件模块化

零部件模块化工艺工作内容如表1所示。

零部件模块主要包括仪表板模块、前端模块、动力总成及前悬架模块、后桥总成及后悬架模块、车门模块和顶棚模块等,具体如图5所示。

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图3 前发动机舱X向拓展形式

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图4 前发动机舱Y向拓展形式

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图5 零部件模块化示意

仪表板模块集成了仪表板本体、组合仪表、DVD或CD、中控面板、组合开关、阳光传感器等零部件,后期还会集成HVAC等。通过对分装线工装夹持点及合车工装夹持点的标准化,可实现不同平台车型共用同一套工装设备进行共线生产。仪表盘模块化示意图如图6所示。总装工艺主要考虑事项包括分装线及合车夹持点与现有工装一致;合车通过性是否满足装配要求;仪表板总成在车身定位方式是否满足装配要求;工具的装配空间是否满足要求。

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图6 仪表盘模块化示意

2.7 推进车间柔性化设计,降低设计约束

在新生产线设计初期,收集产品设计需求后整合工艺设计经验,对新车间进行工艺柔性化设计,以降低整车平台化约束。主要从以下3个方面展开:

a.整车设计分块工艺方案;

b.新生产线生产工艺规划方案;

c.产品设计要满足的新生产线工艺约束。

底盘柔性化合装,可实现所有车型共线生产,焊接现场生产线工装定位结构采用伺服定位系统,其行程3个方向X/Y/Z可以进行无级调整,行程调整范围X方向550mm以内、Y方向250mm以内、Z方向200mm以内,可基本覆盖大部分车型,柔性化较好,具体见图7。

2.8 工艺水平优化

通过精益化、指标化管理,推行精致工艺设计和柔性化工艺设计,提高平台工艺质量,降低成本;通过新技术新课题研究,优化平台性能,为整车设计提供技术支持。

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图7柔性化设计

2.8.1 工艺指标化管理

通过工艺指标化管理,可以在设计初期就制定工艺目标,更好的推进工艺降本和工艺质量提升,使新车型的制造成本等优于同类车型,具备较强的市场竞争力。

以白车身为例,相关工艺指标主要包括材料利用率、零件平均工序数、焊点数量、焊缝长度、标准件种类、总成数量、辅料用量和焊钳共用率等。表2是某MPV车型焊装工艺指标设定前的工艺调研表。

表2 主要焊接指标调研表
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2.8.2 推行精致工艺设计

在研发阶段的产品策略指导精致工艺管理,实现整车差异化定位,通过精益设计与生产管理,形成下代产品策略的有效闭环,保证了车企标准体系与客户感知市场需求的统一。

2.8.3 推进新工艺、新材料课题研究

包括对汽车用铝合金连接技术、静音钢板开发、碳纤维材料研究等新材料新工艺的研究以保证平台化后的车身性能要求。

3 乘用车平台工艺设计成果3.1 减少工艺研发工时,提高产品质量

平台化车型的工艺研发工时只有正常车型的30%~50%。采用平台化工艺设计后,设计部门在工艺制造平台上进行设计,在设计初期就可以规避设计风险和设计问题,大幅减少了工艺研发工作量,使工艺研发重心从解决问题过渡到提高产品性能,更好的满足客户需要上来。

3.2 产品共线生产,避免新建生产线

广汽跨平台架构实现了多平台多车型共线生产,避免了新建生产线。广汽自主品牌共线车型如表3所示。

3.3 减少新车型设备工装投资费用

a.模具投资成本降低。仅内制件2/3工序优化一项,5个车型就减少投资2000万。

b.夹具成本降低,总投资费用降低20%。

c.输送线改造成本降低。通过约束定位点系统,焊装、涂装总输送线基本做到通用,很少改造,节约改造成本上百万。

d.其他大型设备改造成本降低。焊装机器人、涂装喷漆机器人、涂装UBC机器人、焊接设备、涂胶设备和底盘合装设备等大部分做到通用,改造费用大幅降低,单个车型可以节省上千万。

e.集成了动力总成、前后悬架、排气系统模块装配,通过对产品吊装点、定位支撑点的通用性设计和生产线工装柔性化设计,A、B平台在同一大托盘工装上实现共用。目前广汽自主品牌7种动力、4种变速器和2种悬架可以做到共线生产。

表3 广汽自主品牌共线车型
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4 结束语

乘用车平台化使汽车厂家频繁快速的提供新产品在周期和开发成本上可行,但是过度的平台化会抹杀产品差异化,忽视客户需求,从而导致市场销量降低。跨平台开发在设计初期就进行顶层设计,规划好产品布局,设计在工艺平台上开发,工艺尽量满足设计需求,保证了即使是同平台车型,也具有自己独特的产品个性。



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