模塊化設計在專用汽車制造中的優(yōu)勢及其應用示例

王運峰

在專用汽車《及半掛車）制造領域，對于產品的設計研發(fā)管理，以往一個制造企業(yè)強調最多的是產品設計的標準化與零部件的通用化，而很少在產品零部件的集成化與產品設計的模塊化細分上做過多的、硬性的要求。而在產品質量、成本、交期被車輛使用者和管理者這一購車群體日益關注的今天，制造企業(yè)在產品模塊的劃分和集成設計上顯得越來越重要。

1.產品模塊化設計、零部件集成設計的意義

產品的模塊化設計、零部件的集成設計，對企業(yè)又有什么樣的直接意義呢？

通過模塊劃分與集成，使其具備結構與造型的可選性、功能需求的可選性和互搭性;通過集成模塊間的劃分，可實現(xiàn)模塊間的自由組合，來滿足不同用戶個性化、定制化需求與專項功能需求，提升企業(yè)的設計實施效率與設計質量，使模塊間的焊裝就像玩積木一樣更具備生產作業(yè)樂趣，使企業(yè)合理開展的工藝流作業(yè)顯得更簡單，使平衡式生產作業(yè)模式變得更易實現(xiàn)。這樣，也就自然使得制作效率更高效、產品質量與產品制造成本更可控：此外，通過模塊劃分與結構規(guī)范、用材規(guī)范，可減少選材類型與零部件種類，可避免零部件的錯用、混用，亦可避免高制成本與低質量的發(fā)生幾率，還可縮短產品的設計開發(fā)周期等。

2.專用汽車產品模塊化劃分的原則和依據(jù)

專用汽車產品模塊化劃分，需要遵循以下原則和依據(jù)：

《1）便于生產效率提高的工藝原則《即工藝型模塊）：

《2）便于物流運輸?shù)募晒?jié)約原則《即內部物流型模塊）：

（3）便于減少現(xiàn)場零散作業(yè)與配作的制程集成原則《即集成型制程模塊）：

《4）便于運輸不同物質，或用戶在使用習慣上、需求上的定制型功能實現(xiàn)原則《即功能型定制模塊）;

《5）便于不同車型間兼容同種結構模塊而所需的通用性與互換性原則，或便于銷售過程中用戶合同變更的高適應性原則，或一線維修時的低作業(yè)難度及低維修成本原則《即通用型與互換型模塊）：

《6）便于實現(xiàn)長制程總成的拆分與均衡原則，使其更可控、可調，來解決由此產生的生產瓶頸《即縮短單個工序制程型模塊）。

此外，在模塊化劃分的同時，除了要考慮以上所提到的原則外，還要考慮用戶用車環(huán)境差異以及行業(yè)標準、地方法規(guī)政策等因素，來逐步完善模塊的劃分與集成，使其更加成熟、有效、實用：最后，還要考慮在模塊問通用件庫的建設，使其在車型間、品系間更易檢索與組合設計，使生產用BOM表更精細化與實用化。

3.產品模塊化、集成化設計在廂式半掛車中的應用實例

以廂式半掛車的設計制造為例，并結合不同車型問零部件單體或模塊的共享性、可組裝性，建立以鋼結構總裝配、電氣路與行走系統(tǒng)及附件總裝配為主線，以分模塊為支線的柔性生產線來適應不同模塊間、車型間的混線生產，以節(jié)約場地資源和便于物流管理、糾錯管理、合同變更管理等《如支持車輛產中變化，提升車輛配置廣度與功能需求變化的適應深度）。

這樣，廂式半掛車模塊可劃分或集成為：牽引裝置總成模塊《工藝、結構型模塊）、橋輪行走系統(tǒng)集成模塊《工藝、結構型模塊）、縱梁組對主模塊《結構型模塊）、縱梁組對進一步細分為“中橫梁+鑲入式縱梁”小集成模塊與縱梁總成模塊《結構通用型模塊）、邊梁模塊、車架進一步的集成模塊《大結構件模塊）、地板模塊《個性化定制模塊，可納入車架大模塊）、車廂頂板骨架模塊《結構型模塊）、側片骨架模塊《定制型結構模塊）、物料在車廂地板上的栓接固定模塊《定制性功能型模塊）、前墻總成模塊《工藝型模塊）、后墻總成骨架模塊《通用型結構模塊）、車門模塊及其細分的門桿系統(tǒng)模塊與門骨架模塊《工藝型/功能型定制化結構性模塊）、廂體蒙皮模塊《定制型模塊）、備胎安裝總成模塊《通用型結構模塊）、側護欄總成模塊《功能型結構模塊）、后防護總成模塊《功能性集成型模塊）、支撐裝置總成模塊《功能型互換模塊）、立柱總成模塊《減少現(xiàn)場配做的零部件集成型模塊或車型間通用型模塊），……。

通過這些劃分或集成，來解決生產工藝上個體零部件的現(xiàn)場配焊問題，物料堆放空間的大與亂問題、易錯用問題以及物料周轉難的物流問題：通過這些工藝模塊化劃分將較大總成件分割為小型總成件模塊，或將部分零部件集成為分總成單元體且可獨立生產的模塊，不但有利于物料運輸，還更有利于生產作業(yè)的同步性與均衡性以達成生產計劃的順利落地。

4.各模塊的結構組成及其應用效果

《1）牽引裝置總成模塊：由牽引銷、牽引銷加強桿、牽引銷安裝板、安裝板縱向支承梁及橫梁組成，如圖1所示：

《2）行走系統(tǒng)集成模塊：由懸架、板簧、車軸、車輪總成、可焊接懸架的過渡承載式底架總成等分模塊組成，使車架模塊具備車輛多軸距的適應性、快裝適應性、不同品系半掛車間共享模塊及互換性與通用性，也更適宜主車架模塊定型與車輛在軸距參數(shù)上形成梯度設計，降低設計周期與圖紙管理，如圖2所示。

《3）縱梁組對模塊：由大梁總成模塊、中橫梁組成，該模塊適應系列梯度性軸距、前懸差異的車輛，可匹配于各種牽引車，以可減少因掛車軸距或牽引車關鍵參數(shù)差異而引起縱梁組對模塊的種類增加，以縮短設計周期、更利于生產儲備、更利于模塊的存放與物料集成轉移。其與牽引裝置模塊、行走系統(tǒng)模塊通過后裝配可構成同品系的系列掛車。因其具備通用性，該模塊的制作胎具簡單、夾持可靠、定位拼裝效率高。如圖3所示。

《4）邊梁模塊：獨立為前后邊梁、側邊梁。側邊梁由前、后段側邊梁及鉸接位置的垂直段邊梁、增強性曲線造型構件等附件共同構成。根據(jù)需要增設輪眉圓弧，以與行走系統(tǒng)匹配，具備先期生產可選性。便于根據(jù)市場車輛使用者的群體需求進行適量儲備，滿足現(xiàn)車提車需求。亦便于該模塊總成的預制與堆放，做到隨用隨取，如圖4所示。

以上模塊進一步集成的模塊，即底盤部分之鋼結構總裝配一一車架合焊模塊，由縱梁組對模塊、邊橫梁、邊梁模塊以及其他附件組成《如儲氣筒支架模塊、木地板模塊或與木地板等厚規(guī)格的擠壓成形鋼地板模塊集成等），如圖5所示。

《5）側片骨架模塊：對于選裝蒙皮廂車，由縱橫梁及邊梁組成：對于選裝瓦楞板廂車，由間隔布置立柱代替，各立柱問塞入預制瓦楞板模塊分段焊接打膠即可。這使工作更簡單、廂體大面更平整、外觀質量更好，還可降低工人勞動強度，提高安全作業(yè)系數(shù)。

《6）前墻總成模塊：由角立柱、上中下橫筋、瓦楞芯板及補強連接件組成：適用于封閉式廂式半掛車、簾布廂式半掛車、翼開啟廂式半掛車，也適用于現(xiàn)階段市場占有率較大的倉柵式運輸半掛車，而具備模塊共享性、互換性。該結構件因結構與寬度規(guī)格相同可采用統(tǒng)一胎具組裝鉚焊成型，不但提高了胎具利用效率，而且減少了生產輔具成本又易于模塊型物件的存放與運輸。如圖6所示。

《7）后墻模塊總成：由后墻骨架模塊與門扇模塊組成，其中骨架模塊由左右立柱、門頭梁、高度調整瓦楞板、上邊梁及下端定位定型安裝式輔具組成。該結構型模塊，具備與前墻總成相當?shù)纳a設計優(yōu)勢。如圖7所示。

《8）門扇模塊：由門框式骨架及芯板組成的分模塊與門桿鎖止機構性分模塊共同構成。其外形尺寸具備統(tǒng)一性，可在各車型問、側后門問任意選裝與切換，具備較高的通用性、互換性而形成共享性模塊。以利于物料的存放、周轉、預涂裝等優(yōu)勢。

《9）頂片模塊：由四周邊梁、微弧橫梁以及補強聯(lián)接件合焊而成，可后蒙皮構成封閉頂片總成。該結構型模塊適用于全封閉箱式半掛車、翼開啟廂式半掛車等，且可單獨或堆積木式存放與運輸。如圖8所示。

以上模塊進一步集成為車廂模塊，即上裝廂體鋼結構總裝配——車廂大模塊，由前后墻總成、側片骨架總成、頂片骨架總成、蒙皮及角連接構件組成。如圖9所示。

《10）備胎架模塊：由備胎支架及備胎升降器、要把托架共同組成一個安裝式集成模塊，可在全系專用貨運系列車輛上使用，具備較高的共享特性?？刹捎孟日{試、后裝配方式應用于車輛上。如圖10所示。

《11）側防護模塊：由橫桿、豎桿焊合而成。根據(jù)車輛承載面離地高度定規(guī)格生產，采用在車輛上的安裝方式進行模塊化后裝配。易于定型、易于運輸與存放、易于先涂裝后裝配生產模式。如圖11所示。

《12）后防護裝置模塊：由保險杠、立柱、牌照板及其固定件組成：通過零部件預集成式設計生產，隨用隨裝配，其根據(jù)貨物承載面離地高度差異形成誤差范圍內分規(guī)格應用結構型模塊，易于存放與運輸。如圖12所示。

《13）擋泥板安裝模塊：由擋泥板本體、支架、抱箍、螺栓組件構成，一起安裝于車架大梁上。如圖13所示。

另外，支撐裝置模塊、工具箱安裝模塊均可實現(xiàn)外購，用時按選裝規(guī)格安裝即可。

最后，以上所有構件模塊加上電氣路、照明裝置而集成為一臺完整的廂式半掛車。如圖14所示。

由上可見，通過模塊細分，根據(jù)每個模塊制成時長、用量及周轉時長實現(xiàn)均衡式同步生產，以縮短生產交期與合理儲備。同時可形成零件分向流、模塊聚集流，來滿足主線與支線合理搭配的柔性生產線而集成為一臺完整車輛。藉此，逐步完成“同質低造價優(yōu)勢、高效能短交期優(yōu)勢、高質與高性能或多性能集成優(yōu)勢，以及人性化與單個工位短制程與低勞動強度優(yōu)勢、廠區(qū)內低物流成本優(yōu)勢。

5.集成化模塊的延伸一—車輛智能化

例如，在掛車上通過智能監(jiān)測儀與行車記錄儀的整合，實現(xiàn)對掛車性能的實時監(jiān)控與管理，包括智能稱重模塊、輪胎氣壓檢測與溫度監(jiān)測模塊《TPM S）可隨時掌握車輛狀況：制動氣壓檢測裝置模塊可隨時掌握制動剎車運行狀況;行車記錄儀模塊可隨時記錄行駛里程及行駛軌跡：智能升降式電動支腿、智能可調與自摘掛自連掛式回轉轉盤，以及匹配運輸散裝顆粒物料的密封箱頂部自動化啟閉加料口蓋智能控制裝置與視頻采集監(jiān)控裝置等模塊，共同構成一輛完美的智能半掛車。這樣，車輛也將顯得更安全、節(jié)能、節(jié)人、經濟、實用化、人性化。

6.零部件集成、模塊劃分與集成制造的總體效果

通過上述零部件集成、模塊劃分與集成制造，可以實現(xiàn)如下總體效果：

《1）在生產環(huán)節(jié)上，使生產工作更加簡單化、專業(yè)化、流線化，減少組裝時間、減少單工序占位滯留時間，降低單車的標準制造工時成本。

《2）在物料與制件管理環(huán)節(jié)上，更易實現(xiàn)物料單元庫存管理與定點放置、清點，誰用料誰監(jiān)管庫存誰提報，不但簡化了流程與提高了庫存精度：還使定尺采購更易實現(xiàn)，來省略二次加工環(huán)節(jié)與提高材料利用率：提升呆滯料的利用效率與及時消化率。在內部物流控制環(huán)節(jié)，可減少散件物流長距離轉運次數(shù)、提高模塊物流周轉率。

《3）在質量提升環(huán)節(jié)上，避免了材質不同或制件小差異產生的錯用、混用所發(fā)生的質量缺陷。

《4）在產品設計環(huán)節(jié)上，更易建立設計規(guī)范，更易讓工藝與設計之間的協(xié)同作業(yè)緊密化，尋找通用化機會，縮短制成期及產品交期。

《5）在產品銷售環(huán)節(jié)上，易實現(xiàn)產品大規(guī)模的定制下的連續(xù)設計、隨意匹配與切換。

綜上，可以說，對集成化、模塊化的應用將逐步成為專用汽車《半掛車）行業(yè)內眾企業(yè)的研究與應用方向。