模塊式裝配在車輛總裝的運(yùn)用

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本文作者：田潤心作者單位：上海市機(jī)電設(shè)計研究院有限公司

1模塊化概念

傳統(tǒng)的裝配工藝（包括其它工藝制造過程）并沒有模塊化的概念，而是分總裝和部裝，或者再分合裝、組裝等工藝過程。部件是產(chǎn)品的一部分，由若干零件裝配在一起所組成。在產(chǎn)品裝配過程中，零件先被裝配成部件（部裝），然后才進(jìn)入總裝配。某些部件（稱為分部件）在進(jìn)入總裝配之前還先與另外的部件和零件裝配成更大的部件（稱為總成）。模塊化是一種新的生產(chǎn)工藝概念。模塊也是產(chǎn)品的一部分，具有獨(dú)立功能，同時還具有一致的幾何連接接口和一致的輸入、輸出接口單元。相同種類的模塊在產(chǎn)品族中可以重用和互換，相關(guān)模塊的排列組合可以形成最終的產(chǎn)品。模塊是模塊化設(shè)計和制造的功能單元，它具有以下三大特征：1）相對獨(dú)立性，能對模塊單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計、制造、調(diào)試、修改，便于由不同的專業(yè)化企業(yè)分別進(jìn)行生產(chǎn)；2）互換性，模塊接口部位的結(jié)構(gòu)、尺寸和參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，容易實(shí)現(xiàn)模塊間的互換，從而使模塊滿足更大數(shù)量的不同產(chǎn)品的需要；3）通用性，有利于實(shí)現(xiàn)橫系列、縱系列產(chǎn)品間模塊的通用，實(shí)現(xiàn)跨系列產(chǎn)品間模塊的通用。從模塊的特征可得出模塊和部件的不同。由于模塊具有獨(dú)立性，所以模塊裝配生產(chǎn)線可以脫離總裝線而單獨(dú)存在，它甚至可以不再布置在總裝線旁和總裝廠內(nèi)。

反之，由于部件不具備這種獨(dú)立性，所以部裝線只能作為總裝線的一部分，或是作為總裝線的分支而存在。由模塊組成的產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：1）不同功能模塊的組合配置，可以創(chuàng)建不同需求的產(chǎn)品，滿足客戶的定制需求；2）產(chǎn)品的開發(fā)既可以重用已有模塊和已有設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，也可以重用相似模塊生命周期中的采購、物流、制造和服務(wù)資源；3）減少產(chǎn)品設(shè)計的復(fù)雜性，在利用現(xiàn)有模塊時可不再關(guān)心模塊內(nèi)部的功能實(shí)現(xiàn)，而只需關(guān)注模塊之間的邏輯功能，可大大提高產(chǎn)品工程管理質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性?？梢哉f，“模塊化”是現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的一個“魔塊”，它能夠變幻出各種設(shè)計思路，從而完成一輛車的進(jìn)化。

2汽車制造中模塊化生產(chǎn)概念的提出

從20世紀(jì)初的福特公司T型車的流水線生產(chǎn)，到近代以豐田公司為代表的精益生產(chǎn)方式，汽車的生產(chǎn)模式一直圍繞著降低生產(chǎn)成本、讓汽車構(gòu)造簡單安全的主要目標(biāo)進(jìn)行。多年來，各大汽車公司通過推進(jìn)汽車配件的標(biāo)準(zhǔn)化，使多種車型共用同一種配件，大大削減了新車型的制造成本，同時又使多種車型可同時生產(chǎn)，滿足不同的市場人群。隨著數(shù)字化技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，汽車的生產(chǎn)制造從配件的標(biāo)準(zhǔn)化開始向集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和模塊化發(fā)展，由此讓汽車的“組成結(jié)構(gòu)”也開始趨向于模塊化生產(chǎn)。所謂模塊化生產(chǎn)模式是指通過將獨(dú)立配件整合起來形成一個更大的單元。近幾年，汽車制造業(yè)開始兩種生產(chǎn)理念的“較量”：一種是以日系汽車為主的ECU（電子控制裝置）集成和標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)一個涵蓋范圍更大的功能，ECU群的“標(biāo)準(zhǔn)件”使之成為各車型通用的模塊；另一種是以德系汽車為主的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多項(xiàng)功能與多種配件相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜對應(yīng)關(guān)系。這兩種理念形成了目前在汽車模塊化制造生產(chǎn)過程中的兩種思路。日系汽車推崇的模塊化生產(chǎn)模式以豐田公司為代表，圍繞ECU進(jìn)行更大模塊化裝配的推進(jìn)，豐田公司希望將按照各種功能細(xì)分的ECU整合起來，實(shí)現(xiàn)一個涵蓋范圍更大的功能。比如以傳動控制、車身控制、安全控制和多媒體等標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)為單位進(jìn)行模塊開發(fā)。德系汽車走的是另外一種模塊發(fā)展思路，它被業(yè)界公認(rèn)的四大模塊分別是：動力總成模塊、車門總成模塊、儀表總成模塊和車前端總成模塊。通過對這幾大總成的模塊化制造，使原來的生產(chǎn)線得以縮短。

3汽車制造中的模塊化生產(chǎn)運(yùn)用

傳統(tǒng)汽車裝配采用的是零件逐一疊加的方式，工位較多，裝配線較長，裝配效率較低。模塊化的裝配生產(chǎn)打破了傳統(tǒng)上的串行生產(chǎn)流程，改為并行生產(chǎn)。通俗講就是不同的模塊裝配生產(chǎn)線同時工作，最終將所有模塊在一條總裝線上整合起來完成一輛車的生產(chǎn)，大大加快了工作效率。

模塊化裝配生產(chǎn)可在總裝場地旁或在相對獨(dú)立的區(qū)域（或車間）內(nèi)進(jìn)行；也可以由供應(yīng)商以模塊化形式供貨。過去的汽車總裝生產(chǎn)模式，總裝線上需要裝配2萬多個零部件，而采用模塊化裝配、集約化管理的總裝線上只需要裝配2000多個零部件，由于模塊化裝配生產(chǎn)將部分任務(wù)從總裝線移到了模塊裝配線上，從而使總裝線縮短，主線上的工人數(shù)量可大大減少，每一輛車的裝配時間也可大大縮短。如某汽車生產(chǎn)廠將發(fā)動機(jī)、變速箱以及前軸和前懸掛都集成在同一模塊（底盤模塊）上，而不是傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)裝入整車的生產(chǎn)流程，最終由類似于這種集成的模塊組合成一輛完整的車，這就是模塊化生產(chǎn)的簡單原理。某汽車廠總裝車間汽車總裝生產(chǎn)線裝配工藝簡易流程示意如圖1所示。

從裝備成本角度看，模塊裝配線并不比傳統(tǒng)的總裝配線便宜，但模塊化裝配生產(chǎn)可以帶來其它傳統(tǒng)方式無法比擬的好處。比如，獨(dú)立的模塊裝配線不受總裝廠房尺寸和布局限制；模塊裝配線更易于進(jìn)行調(diào)整和擴(kuò)產(chǎn)，以適應(yīng)新車型的加入和產(chǎn)量的提升；縮短后的總裝線還降低了生產(chǎn)成本。假設(shè)傳統(tǒng)總裝線有120個工位，采用模塊化裝配生產(chǎn)后，將線上的20個工位的裝配內(nèi)容移到線外的模塊裝配線上，總裝線可縮短為100個工位，總裝線上在制的120輛車也就變成了100輛車。如果以1輛在制車占用的流動資金為5萬元計算，那么在總裝線上的流動資金就從原先的600萬元降低到了500萬元，按不同的產(chǎn)量可以算出總裝車間每小時、每天和每年所節(jié)約的流動資金。

除了經(jīng)濟(jì)性外，在裝配工裝的采用上、裝配質(zhì)量的控制上和產(chǎn)品質(zhì)量的追溯上，模塊化裝配生產(chǎn)都有很大優(yōu)勢。汽車的模塊化裝配生產(chǎn)模式降低了新車進(jìn)入市場的風(fēng)險。如果新車型暢銷，模塊化的裝配生產(chǎn)可靈活地進(jìn)行擴(kuò)大生產(chǎn)；如果市場前景不好，模塊化的裝配生產(chǎn)又可快速滿足另一個新車型的生產(chǎn)。

隨著全球化競爭的日益加劇，世界各大汽車公司紛紛實(shí)行全球生產(chǎn)、全球采購、系統(tǒng)設(shè)計及模塊化供貨，使汽車零部件新技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)正在向零部件企業(yè)轉(zhuǎn)移，整個汽車工業(yè)上升為全面的品牌競爭。利用“模塊化”生產(chǎn)方式，汽車廠商可以在全球范圍內(nèi)進(jìn)行汽車模塊的選擇和匹配設(shè)計，優(yōu)化汽車設(shè)計方案，有利于提高汽車零部件的品種、質(zhì)量和自動化水平，提高汽車的裝配質(zhì)量，縮短汽車的生產(chǎn)周期。

4模塊化裝配生產(chǎn)對汽車行業(yè)發(fā)展的影響

近十年內(nèi)，模塊化裝配生產(chǎn)已經(jīng)使汽車的生產(chǎn)方式發(fā)生了重大變革，傳統(tǒng)汽車總裝線上的部分裝配內(nèi)容轉(zhuǎn)移到了線外進(jìn)行，減少了汽車制造企業(yè)中在制部件、在制車的數(shù)量，簡化了總裝工藝，節(jié)省了總裝時間，降低了管理成本和生產(chǎn)費(fèi)用。采用模塊化生產(chǎn)方式有利于提高汽車零部件的質(zhì)量、自動化水平和產(chǎn)品的可靠性，縮短生產(chǎn)周期，并有利于推進(jìn)國際化采購。在模塊化裝配生產(chǎn)方式下，汽車技術(shù)創(chuàng)新的重心部分移到了模塊化的零部件方面，零部件供應(yīng)商直接參與汽車廠商的產(chǎn)品設(shè)計，做到同步開發(fā)，縮短了整車開發(fā)時間，節(jié)約了開發(fā)經(jīng)費(fèi)。當(dāng)前，世界各大汽車公司以全球范圍作為市場空間，生產(chǎn)配套基地必需進(jìn)行汽車模塊的選擇和匹配設(shè)計，優(yōu)化汽車設(shè)計方案。汽車公司也要求零部件供應(yīng)商向模塊化發(fā)展，以模塊化、成套化、系統(tǒng)化供貨。例如儀表板供應(yīng)商不僅要生產(chǎn)儀表板，而且要將儀表板上的儀表、電氣件、電線束及風(fēng)道等部件全部組合，向汽車總裝線提供一個儀表模塊。在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，迫于市場競爭力和成本壓力，汽車制造業(yè)開始進(jìn)行全球生產(chǎn)鏈的改革，主要汽車生產(chǎn)企業(yè)都實(shí)施了零部件全球化采購，模塊化生產(chǎn)方式是汽車裝配行業(yè)的一場變革。

5結(jié)束語

隨著新工藝、新材料、新技術(shù)與新裝備在汽車工業(yè)中的投入使用以及全球經(jīng)濟(jì)一體化日趨明顯和市場競爭的日趨激烈，世界汽車工業(yè)也必然發(fā)生深刻的變革，汽車生產(chǎn)制造技術(shù)也將會有更新和更快的發(fā)展，也許未來在中國以純電力驅(qū)動的電動車將把汽車模塊化制造生產(chǎn)模式發(fā)揮到極致。