長安汽車對未來汽車制造平臺化技術的探索與思考
時間：2022-11-23 8:19:05 發布者：管理員
近幾年以來，國內外汽車企業都在持續加碼自身模塊化平臺化的打造，以求在未來全球化競爭中爭得先機。中國品牌車企在平臺化方面的研究，也已有不少成果，吉利汽車推出模塊化平臺“CMA 超級母體”架構，在吉利體系內沃爾沃、極 星、領克、吉利 4 個品牌的多個車型上推廣應用。長城汽車發布“檸檬平臺”，不僅可以完成從 A0、 A、B、C、到 D 五種車型級別的開發，還能夠覆蓋運動型汽車（Sport Utility Vehicle，SUV）、轎車、多用途汽車（Multi-Purpose Vehicle，MPV）3 種類型，同時還可以滿足燃油動力、多種混合動力、純電動、氫燃料電池 4 種動力方案，可謂將平臺應用到了極致。這些平臺化戰略，從設計源頭提高了零部件通用化率，加快了產品開發周期，降低了設計成本和零部件采購成本。從結果來看，取得了相當大的成功。然而，在從產品轉化為商品的過程中，制造領域的平臺化也影響著產品的成本和競爭力，如制造質量的一致性、制造成本的降低、制造周期的縮短、交付周期的進一步提升。長安汽車在追求設計平臺化的同時，對于制造領域的平臺化技術開展方案進行了如下研究。將具有相近外型尺寸、相近單車制造工時、高零件通用化率、高模塊化率、相同工藝流程、相同制造技術、相同傳輸定位尺寸的車型集中在一條生產線上生產，實現投資最優化、生產成本最低化、生產資源利用最大化的生產模式。如圖1所示。制造平臺能有效地消化產品間設計差異，但差異超出制造平臺消化極限時，制造平臺將失去意義，生產資源將大量浪費。為保證生產資源最大化利用，充分發揮制造平臺優勢，需要建立制造平臺約束條件，如表1所示。通過統一零部件結構設計、搭接方式、車身分塊、焊接成型工藝、噴涂工藝（如3C1B）、裝配方法、檢測通訊協議，來建立標準化的汽車制造工藝流程與工藝方法，有助于生產線柔性提升和制造過程質量控制。涂裝標準工藝流程如下：白車身檢查→大流量噴淋→預脫脂（噴淋）→第一水洗（噴淋）→第二水洗（浸洗）→全浸表面調整→磷化→第一純水洗（噴淋）→第二純水洗（浸洗）→第三純水洗（噴淋）→第四純水洗（浸洗）→第一新鮮純水洗（噴淋）→潤濕噴淋→電泳→槽上噴淋→第一超濾水洗（噴淋）→第二超濾水洗（浸洗）→第三超濾水洗（噴淋）→新鮮超濾水洗（噴淋）→第五純水洗（浸洗）→第六純水洗（噴淋）→第二新鮮純水洗（噴淋）→空槽瀝水→自動吹水→電泳固化→電泳強冷→工裝切換→遮蔽→底部密封→安裝隔音墊→寬膠密封→上罩→擠底部密封膠→噴涂底部抗石擊涂料→除罩→噴裙邊抗石擊涂料→裙邊 PVC 檢查→密封膠固化→密封膠強冷→電泳打磨→涂裝車型顏色確定→中面涂人工擦凈→中面涂靜電除塵。平臺化的質量管控標準，如模夾檢具質量驗收標準、外觀標準、防腐標準、過程質量門設定等，有助于保障制造過程的穩定性，減少制造資源偏差發生率，避免質量要求過高造成成本浪費（圖2）。為快速實現不同車型在同基地共線生產或同一車型在不同基地切換生產，建立傳輸定位的平臺設計標準是先決條件。通過約束產品結構尺寸設計，實現不同級別車型共用一套定位系統，提升生產線柔性，減少設計工時、改造工作量和對量產車擾動（圖3）。車身零部件通用化對制造模具開發投入、生產排產靈活性、庫存量、采購成本和物流成本優化貢獻重大，也是所有主機廠努力的方向。優化車身設計，統一車身分塊，結合不同級別車身結構特征，基于“通用件-衍生件-專用件”原則，最大化提升同平臺車型通用件和衍生件比例達90%以上。裝配零部件模塊化可簡化主線復雜度，提升裝配通用化率，減少生產線主線工位，最終提升生產效率。根據零部件裝配層級，將總裝零部件分成5類模塊，即主線基礎模塊（MainlineBasicModule，MBM）、分裝大模塊（AssemblyBigModule，ABM）、分裝小模塊（AssemblySmallModule，ASM）、供貨大模塊（SupplyBigModule，SBM）、供貨小模塊（SupplySmallModule，SSM），建立零部件接口標準化，推動模塊成本優化（圖4）。汽車制造生產線分為沖壓、焊接、涂裝、總裝與檢測5大線體，其中沖壓、涂裝、總裝設備通用化可達到 90%以上。在產品設計端，通過設計優化，保證車身同區域結構相當，提升焊接涂膠與焊接設備通用化率。在生產線端，通過統一設備接口和提升設備兼容性，提升沖壓與總裝設備通用化率。在規劃端，通過顏色規劃，最大化利用現有基地噴涂設備，提升涂裝設備通用化率。提升零部件通用化，實現模檢具共用；提前做好零部件衍生規劃，在模檢具開發中做好預留，減少模檢具多次開發。如燃油與 PHEV 車型同時規劃，在側圍模具開發中，可預留充電口成型模塊，實現模具共用，可減少1個沖次模具。通過提升零部件設計通用化率、托盤與盛具兼容性，做好同平臺車型布局規劃，將產品開發中傳統的“開發-報廢”模式轉變為一個產品項目開發多個項目重復使用模式（圖5）。焊接生產線通過使用伺服模組等柔性組件，消化各車型間工作量及定位的差異，提升生產線適應能力，實現平臺車型基地間互換生產（圖 6）。通過建立傳輸定位的平臺設計標準，改造現有非平臺傳輸工裝，實現下車體工裝全面共用，減少車型工裝切換，提升生產效率。在綠色低碳國家戰略和汽車輕量化設計趨勢下，汽車外覆蓋件用材由鋼制路線轉向鋼鋁混合制、全鋁制等多條技術路線。設計滿足不同材質車身的生產制造工藝，提升生產線柔性和利用率是制造平臺研究的核心課題之一，重點涉及沖壓、焊接、涂裝生產線。a.沖壓生產線。為應對外覆蓋件不同材質，將其沖壓工藝路線設計一致，以消除已工藝不同帶來設備的新投，如圖7所示。鋼板因具有導磁性，在同性相斥的原理下可通過磁鐵可實現堆垛的分張，而鋁板不具有導磁性，無法采用磁性分張器。通過在拆垛環節對磁性分張器加裝氣刀設計（圖8），同時預留預分張裝置安裝空間，以滿足不同材質車身的技術路線。傳輸皮帶機對鋼材采用永磁皮帶進行吸附并帶動鋼板運動。對鋁板則通過增加皮帶與鋁板間的摩擦，通過摩擦力帶動零件運輸，即高摩擦皮帶。為實現鋼鋁共線，皮帶機上采用真空組合皮帶。皮帶具有磁性，同時皮帶中間有圓形掏空位置，與板料接觸有實現抽真空并帶動鋁板運輸（圖9）。不同材質板材混線生產時，為提高廢料回收利用率，廢料需分開收集。通過在廢料主線上設置切換裝置，實現不同材質廢料收集，以減少廢料主線的再投入（圖10）。b.焊接生產線。為應對板件與構件、板件與功能件混合材質連接，根據材料特性分別開發鋼-鋁鉚接、鋁-鋁鉚接工藝、鋁-鋁點焊工藝，并在同一區域連接設備上集成以實現不同混合材質的連接。c.涂裝生產線。為應對不同材質車身件，調整涂裝前處理和烘烤工藝。前處理段通過調整磷化處理工藝，減少對鋁鋅基材的刻蝕，同時增加鈍化工序，鈍化過程中生成鋯系鈍化膜替代傳統工藝下的磷化膜。烘烤段通過延長烘爐的升溫時間段和強冷時間段，避免由于升溫和降溫時過于急劇造成鋁合金變形問題發生。a.統一產品工藝方法與工藝路線，提升產品模塊化設計，建立平臺化設計語言，降低產品設計偏差，提升產品設計質量。b.規避前期造成質量問題的設計方式，選擇經充分驗證的設計語言進行平臺化，提升作業過程質量。c.通過優化焊接參數、保證工件表面清潔度和電極帽表面光滑度、優化標定電流壓力、檢查上下電極對中度、調整焊鉗對中度等措施，攻克鋁合金點焊過程常見的焊點壓痕過深、電極與工件粘連、裂紋與縮孔、焊接飛濺缺陷。a.建立產品結構、搭接方式、工藝方法及分塊平臺標準，大幅減少了項目開發中 CAE 和 SE 分析工作，優化產品設計工時。b.推動基地平臺化，生產線通用性和柔性提升，新品導入后生產線改造、調試周期可縮短幾個月。a.工裝、模具、檢具成本優化。零部件通用化提升，工裝、模具、檢具可最大化利用，直接節約千萬級固定資產投資。b.生產線新增、改造及調試費用優化。平臺化提升生產線柔性，多車型共線生產，消除剛性建線模式，提升設備工裝通用化率，減少設備新增、改造量及對應的調試工作，可節約千萬級固定資產投資。c.工具品類和成本優化。統一設備接口和車身同區域裝配扭矩參數，可優化工具品類和采購成本。d.人工成本優化。車型平臺化布局，工作量差異控制在一定范圍，提升工位間作業平衡率，可減少工作量差異帶來的新增人員數量，同時多車型共線生產，提升作業人員的共用性，降低人工成本約10%。e.輔料成本優化。產品結構、搭接方式平臺設計，可實現同區域輔料種類統一，降低輔料用量。f.資源（廠房、生產線等）利用率提升。生產線柔性設計，多車型共線生產，消除新品投入相匹配的生產線建設，最大化的利用現有制造資源。a.人力資源管理精益化。生產線柔性提升，剛性用工減少，人員共用性提升，推動作業排班精益化。b.零部件物流精益化。零部件制造分工統一和模塊化提升，助推零部件盛具工裝的標準設計，部分零部件的物流方式與庫存得到優化。c.對生產擾動性降低。工藝路線與工藝方法的統一，生產線共用率提升，減少改造量，降低新品投入對量產車型的擾動。在過去的 10 年，汽車行業在設計領域的平臺化已經取得了豐碩的成果，技術也取得了長足的進步。未來 10 年，平臺化技術仍將是值得繼續研究的工藝技術方向，推進過程中融入新型關鍵技術的應用，比如模擬仿真、多種材料的連接技術等。基于制造領域平臺化技術的發展，將進一步加劇汽車企業間的競爭，掌握低成本制造平臺化技術的企業將在未來競爭中占得頭籌。而整個汽車行業的商業模式及盈利模式，也可能因此發生進一步的質變。
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