基于零件功能識別的車身零件平臺化開發(fā)方法及其應(yīng)用

勞兵，許冰，覃鵬飛，劉燁，徐楓

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

基于零件功能識別的車身零件平臺化開發(fā)方法及其應(yīng)用

勞兵，許冰，覃鵬飛，劉燁，徐楓

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

為平衡企業(yè)開發(fā)制造成本與顧客個性化需求之間的矛盾以及市場快速需求及開發(fā)周期長的矛盾，針對自主品牌4種車型的開發(fā)，對國內(nèi)外先進的平臺化、模塊化開發(fā)方法進行研究，提出一種基于零件功能識別的車身零件平臺化開發(fā)方法。通過實際車型前防撞梁零件的開發(fā)應(yīng)用，驗證了此方法的合理性和重要性，為實現(xiàn)車身零件開發(fā)中成本、質(zhì)量、時間之間的最優(yōu)平衡點提供了理論指導(dǎo)。

車身零件；功能識別；平臺化

0 引言

隨著近年汽車市場的日趨成熟，汽車市場競爭也日趨激烈。隨著汽車開發(fā)流程不斷成熟，各大汽車廠商推出新車型的速度也不斷加快，同時用戶對汽車品質(zhì)的要求越來越高，各汽車廠商越來越注重通過平臺化、模塊化開發(fā)出符合市場需求且品質(zhì)可靠的汽車產(chǎn)品。傳統(tǒng)方式下，一款新車型開發(fā)一般需要48個月，而平臺化、模塊化開發(fā)的運用可大大縮短汽車開發(fā)周期，在平臺基礎(chǔ)上開發(fā)新車型一般只需要18～24個月，甚至更短。平臺化、模塊化的應(yīng)用使零件開發(fā)屬于成熟技術(shù)的應(yīng)用，有效減少了新工藝、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新供應(yīng)商所謂“四新”零件，零件的可靠性得到保證。合理運用平臺化開發(fā)策略，不但可以大幅縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本，而且可以有效降低技術(shù)風險、提高產(chǎn)品可靠性。

平臺化設(shè)計在國外發(fā)展已日趨成熟，目前國內(nèi)自主品牌對汽車平臺化的具體研究也日趨成熟。文獻[1]中系統(tǒng)分析了車身平臺化開發(fā)的主要問題和關(guān)鍵點，闡述了車身平臺化開發(fā)的基本思路。文獻[2]中通過對行業(yè)內(nèi)模塊化架構(gòu)開發(fā)策略的實例研究，提出前期型譜規(guī)劃、架構(gòu)要素定義和模塊開發(fā)的流程方法。文獻[3]中針對前機艙平臺化、前后地板總成平臺化、柔性共線生產(chǎn)以及平臺化車身安全控制技術(shù)進行了相關(guān)研究。文獻[4]中闡述了在流程上實施車身平臺架構(gòu)及平臺架構(gòu)效率的評價方法。文獻[5]中提出了基于平臺帶寬的車身效率評價概念，重點剖析了平臺帶寬對車身架構(gòu)開發(fā)及效率的影響，提出應(yīng)對和修正的方法，進而建立了車身綜合效率系數(shù)評價指標。文獻[6]中通過分析整車開發(fā)的實際情況, 從應(yīng)用合理的試驗設(shè)計到近似模型再到優(yōu)化設(shè)計方法, 實現(xiàn)了一種可行的車身架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思路。

通過分析，以上各類研究均是對某個系統(tǒng)或某個零件的平臺化開發(fā)的流程方法進行研究，或是從平臺帶寬或試驗設(shè)計等方面切入車身平臺化的開發(fā)研究，或是對某一零件平臺化開發(fā)的技術(shù)總結(jié)，基本沒有從零件功能識別方面展開研究。作者針對汽車車身平臺化開發(fā)，提出一個基于零件功能識別的車身零件平臺化開發(fā)方法，并在公司新開發(fā)的某平臺車型中的前防撞梁總成零件上實現(xiàn)了該方法的應(yīng)用。

1 綜述

車身的平臺化通常會涵蓋多種車，如CAR、SUV、MPV、PICKUP等，各車型之間差異較大，企業(yè)對各車型的定位和要求也不盡一致，這就要求在產(chǎn)品平臺化開發(fā)中實施更靈活的策略。

如何平衡平臺化車身零件的通用化和獨特性？文中通過對目前各主流車企不同的平臺開發(fā)模式的研究，制定了基于零件功能識別的車身零件平臺化開發(fā)方法，如圖1所示。

圖1 基于零件功能識別車身零件平臺化開發(fā)方法步驟

從產(chǎn)品設(shè)計的角度講，產(chǎn)品功能可以分解為若干子功能及更下級的子功能，可以將這種功能的構(gòu)成模式稱為功能結(jié)構(gòu)。同時構(gòu)成產(chǎn)品實體的各種零部件，也可以分解為不同層級的、相對獨立的各組成部分，可將其稱為產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)。

通過對產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)進行對應(yīng)分析，同時通過分析平臺內(nèi)不同車型要求的功能區(qū)別，識別出同平臺的不同產(chǎn)品對功能區(qū)別。

針對不同的子零件，它們對應(yīng)的功能存在差別的情況下，確定哪些關(guān)鍵件作為共用件，哪些零件作為差異件，最后得到一系列滿足各車型需求的零件總成，如圖2所示。

圖2 子零件與功能的對應(yīng)關(guān)系

通過這一方法，可以更加靈活地平衡企業(yè)開發(fā)制造成本與顧客個性化需求之間的矛盾，并能實現(xiàn)如下要求：

(1)關(guān)鍵零件的共用。在滿足各車型所有功能差異的前提下，實現(xiàn)關(guān)鍵零件的共用，減少大型模具開發(fā)成本；

(2)子零件的差異性。通過某些子零件差異化設(shè)計滿足各車型的不同需求，這些零件的工程方案是相同的，這樣降低了零件開發(fā)的質(zhì)量風險；

(3)相同的制造系統(tǒng)。確保生產(chǎn)線能滿足多車型生產(chǎn)的靈活性，減少工裝開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。

2 某平臺的前防撞梁開發(fā)應(yīng)用

2.1 前防撞梁功能分解及歸類

前防撞梁，從名稱上就能略知其作用：汽車在發(fā)生碰撞時傳遞能量，同時吸能盒被壓潰而吸收能量，從而保護乘員和行人。前防撞梁是車身的重要組成部分，是一個獨立單元，它與乘員的乘坐安全和行人保護關(guān)系密切。其質(zhì)量的好壞對整車前端碰撞有嚴重的影響。圖3顯示前防撞梁子系統(tǒng)在整車車身的位置及碰撞時防撞梁的變形。

圖3 汽車碰撞中前防撞梁的變形

不同的車型,結(jié)構(gòu)雖不盡相同,但都要求在車輛或其他物體與該車發(fā)生碰撞時,防撞梁能吸收大部分的能量,車輛不會有很嚴重的損傷,不會導(dǎo)致車輛無法行駛或維修成本增高,也保證乘員的安全。

根據(jù)圖4對前防撞梁總成的功能分析，可以把功能分類如下：

(1)安裝固定。主要針對散熱系統(tǒng)、前蒙皮系統(tǒng)、牽引鉤系統(tǒng)、上彎梁子系統(tǒng)、前大梁系統(tǒng)。

(2)空間配合。主要針對前蒙皮系統(tǒng)、前懸長度、前大梁系統(tǒng)。

(3)保護功能。主要針對中冷系統(tǒng)。

(4)性能要求滿足碰撞法規(guī)及CNCAP相關(guān)要求。

(5)人機工程要求。主要針對散熱系統(tǒng)、牽引鉤系統(tǒng)。

圖4 前防撞梁總成的功能分析

2.2 平臺各車型前防撞梁功能構(gòu)成分析

(1)整車前懸長度各不相同，差異較大，而與前防撞連接的前縱梁需要共用，需要利用前防撞梁的位置包容各不相同的前懸長度需求。

(2)碰撞安全性從三星、四星、五星的差異，且整備質(zhì)量差異非常大，需要前防撞梁的結(jié)構(gòu)能通過某些差異化零件同時滿足以上需求。

(3)前蒙皮造型風格大體相同，其結(jié)構(gòu)需根據(jù)前蒙皮總成與發(fā)動機艙的距離而定，形狀受外飾造型的影響較大，同時需要滿足制冷系統(tǒng)的進風量需求。

表1 影響前防撞梁平臺化開發(fā)的各車型之間的差異

從表2可以看出：前防撞梁總成在安裝固定、空間配合、性能要求這3個功能上存在差異，具體來說：

(1)安裝固定。SUV車型與其他3個車型的前蒙皮造型的不一致，導(dǎo)致前防撞梁上的前保險杠安裝點不同；

(2)空間配合。由于前懸長度、造型風格、安全要求各車型的不一致，導(dǎo)致前防撞梁與前蒙皮、前大梁系統(tǒng)的空間配合的差異。

(3)性能要求。由于各車型在整備質(zhì)量、安全要求上的差異，前防撞梁總成的性能要求上也有所差異。

可見，隨著學(xué)者們對企業(yè)核心競爭能力認識的不斷深化，大家就越發(fā)注意到企業(yè)核心競爭能力與企業(yè)文化間的相互關(guān)系。企業(yè)文化中的使命與愿景、企業(yè)精神、價值觀系統(tǒng)、企業(yè)制度等“軟”要素為企業(yè)形成適應(yīng)環(huán)境、應(yīng)對變化、獲取競爭優(yōu)勢相關(guān)能力奠定了基礎(chǔ)。

表2 各車型對前防撞梁功能差異性影響分析

2.3 對前防撞總成的物理構(gòu)成進行分析

前防撞梁總成是一個焊合總成，由各子零件焊接而成。子零件一般包含前防撞梁本體、前防撞梁加強板、吸能盒、牽引鉤螺母、前蒙皮支架等。通過分析子零件的平臺化設(shè)計考慮因素及所占總成質(zhì)量比重，初步評估哪些關(guān)鍵子零件可以考慮作為共用件，哪些需體現(xiàn)車型之間差異性的零件作為差異件，如表3所示。

表3 子零件是否做共用件評估表

2.4 制定開發(fā)策略

通過對前防撞梁總成的功能構(gòu)成和物理構(gòu)成進行分析，對各車型之間差異化的功能與子零件進行對應(yīng)分析，從圖5可以看出：在車型間差異的功能安裝固定、空間配合、性能要求對應(yīng)的子零件為前防撞梁本體、前防撞梁加強板、前蒙皮支架、吸能盒、前牽引鉤螺母。同時考慮到此項目中各車型的前蒙皮造型風格大致相同，且前防撞梁本體所占質(zhì)量比重較大，前防撞梁本體(關(guān)鍵件)作為共用件進行開發(fā)，滿足各車型所有性能要求。

通過圖5識別零件的功能及對每個子零件的影響因素進行

分析，根據(jù)零件及車型的特點，制定出某平臺車型的前防撞梁開發(fā)策略，如表4所示。

圖5 前防撞梁總成的物理構(gòu)成和功能構(gòu)成的分析

表4 確定開發(fā)策略

續(xù)表4

3 總結(jié)

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，各整車企業(yè)的研發(fā)技術(shù)日趨成熟，在車身零件開發(fā)領(lǐng)域，依靠傳統(tǒng)的單車型開發(fā)已不能滿足市場和用戶的需求。作者通過對國內(nèi)外先進的平臺技術(shù)的分析和總結(jié)，形成了自有的車身平臺開發(fā)技術(shù)，并且開發(fā)了基于零件功能識別的車身零件平臺化開發(fā)方法。此方法成功應(yīng)用于某系列車型前防撞梁總成零件，總結(jié)如下：

(1)同時開發(fā)出滿足4個車型差異化的前防撞梁總成，大大縮短了開發(fā)周期，節(jié)約了開發(fā)成本；

(2)通過共用件和差異件的識別和開發(fā)，很好地實現(xiàn)了成本、質(zhì)量、時間之間的平衡；

(3)前防撞梁總成實現(xiàn)共線生產(chǎn)，降低了制造成本，提高了生產(chǎn)效率。

【1】鞠曉峰．車身平臺化開發(fā)策略研究[J]．汽車技術(shù)，2012(2)：7-10． JU X F.Study of Biw Platform Develop Strategy[J].Automobile Technology,2012(2)：7-10．

【2】楊國培.面向模塊化的整車架構(gòu)開發(fā)策略研究[J]．上海汽車，2013(10):49-52.

【3】袁煥泉.車身平臺開發(fā)與關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．大眾汽車，2014(8)：49-51.

【4】沈建東,王鏑.車身平臺架構(gòu)集成開發(fā)應(yīng)用研究[J].汽車技術(shù),2013(1):34-37. SHEN J D,WANG D.Study on Integrated Development and Application of Vehicle Body Platform Architecture[J].Automobile Technology,2013(1):34-37.

【5】陳東平，沈建東，王鏑.基于平臺帶寬的車身效率綜合評價[J].汽車工程學(xué)報，2012,2(6):452-457. CHEN D P,SHEN J D,WANG D.Body Overall Efficiency Evaluation Based on Platform Bandwidth[J].Chinese Journal of Automotive Engineering,2012,2(6):452-457.

【6】姜欣,陳勇，史國宏，等.前期白車身架構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].汽車工程，2010,32(8)：682-685. JIANG X,CHEN Y,SHI G H,et al.Body-in-white Structure Optimization in Early Phase of Development[J].Automotive Engineering,2010,32(8)：682-685.

【7】陳春龍，金愛君，李宏華，等.前地板座椅前橫梁結(jié)構(gòu)的平臺化設(shè)計[J]．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2011(10):23-26. CHEN C L,JIN A J,LI H H,et al.Platform Design of Front Cross Member Structure on Front Floor Seat[J]. Agricultural Equipment & Vehicle Engineering,2011(10):23-26.

【8】陳偉泉,陳楊.基于整車架構(gòu)的汽車開發(fā)技術(shù)研究[J].北京汽車，2011(5):31-35.

The Method and Application of Body Platform Development Based on Function Discrimination of Parts

LAO Bing, XU Bing, QIN Pengfei, LIU Ye,XU Feng

(SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd., Liuzhou Guangxi 545007,China)

To balance the contradiction among the manufacturing costs, customer personalized demand , the market demand and the long development cycle, aiming at the development of four kinds of models, advanced platform and modular development methods in domestic and foreign were researched, a method of body platform development based on function discrimination of part was put forward. Through the application of the front impact beam of actual model, the rationality and importance of this method were verified. It provides theoretical guidance in the optimal balance among the cost, quality and development time for automobile body parts.

Body parts; Function discrimination; Platform

2016-11-02

勞兵(1983—) ，工程師，主要研究方向為汽車車身車體結(jié)構(gòu)開發(fā)。E-mail:laobing011@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.02.002

U461.99

B

1674-1986(2017)02-007-05