電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的模塊化設(shè)計

錢柯浙 ，顧 復(fù)， ，顧新建

(1. 浙江大學(xué) 工程師學(xué)院，浙江 杭州 310015；2. 浙江大學(xué) 機械工程學(xué)院，浙江 杭州 310027)

當(dāng)今世界，為了適應(yīng)全球化的市場競爭，滿足客戶多樣化的需求，制造企業(yè)漸漸將個性化服務(wù)作為賣點，根據(jù)不同客戶的需求進行定制化產(chǎn)品的開發(fā)。祁國寧等提出了大批量定制技術(shù)的基本原理和方法[1]。邵曉峰等分析了大規(guī)模定制生產(chǎn)的特點，即以客戶需求為出發(fā)點，以模塊化設(shè)計、零部件標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，以敏捷為標(biāo)志組織生產(chǎn)[2]。王海軍在其博士學(xué)位論文中闡述了大規(guī)模定制與模塊化設(shè)計的概念，提出了面向大規(guī)模定制的產(chǎn)品族結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法和模塊化產(chǎn)品配置設(shè)計方法[3]。在模塊化設(shè)計方法的研究方面，顧新建等以理論結(jié)合多個產(chǎn)品的應(yīng)用案例，對機電產(chǎn)品模塊化設(shè)計方法進行全面研究，建立了產(chǎn)品模塊化設(shè)計的過程模型——“Y模型”，并且提出了機電產(chǎn)品模塊化程度的評價方法(包括產(chǎn)品模塊化程度評價與模塊化效益評價)[4]。侯亮等認(rèn)為模塊化設(shè)計的核心是分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與設(shè)計過程，并對它們進行重組；同時，他們將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為“功能域”“技術(shù)域”“物理域”，構(gòu)建了三者之間的映射模型[5]。孫銳等針對模塊化設(shè)計中用模糊聚類法劃分模塊時存在的精度缺陷，提出了基于核函數(shù)的模糊C均值聚類和遺傳算法的模塊劃分方法[6]。王東星等將模塊化設(shè)計方法運用在動車制動系統(tǒng)設(shè)計中，提高了制動系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量與穩(wěn)定性，降低了整車組裝難度，縮短了整車裝配時間[7]。不同層級的產(chǎn)品開發(fā)都可以運用模塊化設(shè)計方法[8]。模塊化技術(shù)能夠縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低研發(fā)成本[5]。

目前，模塊化設(shè)計方法已被廣泛應(yīng)用于船舶、燃油車、家具、計算機等產(chǎn)品的研發(fā)過程，但作為新興產(chǎn)業(yè)的電動汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，對模塊化設(shè)計的應(yīng)用還較少。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及其零部件的研發(fā)制造過程面臨下列主要挑戰(zhàn)：①因零部件眾多、裝配關(guān)系復(fù)雜，各零部件之間大多采用金屬管路硬連接或軟管抱箍連接方式，所需安裝空間大，安裝效率低，質(zhì)量風(fēng)險點多，可維修性差；②國內(nèi)外新能源造車公司眾多，對于電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及其零部件的需求各異，存在接口不統(tǒng)一，所需零件互換性、通用性差的問題，眾口難調(diào)，如何調(diào)解個性化需求與大批量定制間的矛盾，已成為電動汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及其零部件研發(fā)制造公司亟待解決的重要問題；③在電動汽車產(chǎn)業(yè)進一步整合、零部件研發(fā)周期要求縮短的背景下，電動汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及其零部件在研發(fā)制造周期和使用可靠性方面仍存在問題。

本文以電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品為例，擬提出適用于電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品高效開發(fā)的模塊化設(shè)計方法，以便面對整車客戶需求作出快速反應(yīng)，在短時間內(nèi)研發(fā)制造出滿足不同客戶要求的電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品。

1 電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊化分析

某公司2005年成立，從事汽車熱管理系統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)銷售，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，其目前的單品功能零部件銷售量已經(jīng)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，車用熱力膨脹閥年銷售量達1 700萬件，穩(wěn)居世界前三甲；其他產(chǎn)品如電子水泵、電子水閥、油冷器、電池冷卻器、電子膨脹閥、電磁閥等的銷量在國內(nèi)領(lǐng)先。其單品功能零部件技術(shù)積累扎實，產(chǎn)品系列全面?；诖罅繂纹饭δ芰悴考挠唵螖?shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)有電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的整車客戶需求、已有產(chǎn)品功能等數(shù)據(jù)，能夠開展電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的模塊化設(shè)計。

1.1 產(chǎn)品的客戶需求分析

目前該公司在批量化生產(chǎn)的單品功能零部件方面已經(jīng)擁有大量的國內(nèi)外整車廠訂購戶，如戴姆勒、通用、福特、大眾、吉利、沃爾沃、比亞迪、北汽新能源、蔚來汽車等公司。其電動汽車電池?zé)峁芾砑?/p>

產(chǎn)品擁有吉利、福特、沃爾沃、通用、恒大、比亞迪、小鵬等客戶的批量產(chǎn)品訂單。對單品功能零部件的大批量訂單及已有電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合電動汽車市場發(fā)展趨勢，可確定該公司的產(chǎn)品模塊化設(shè)計需求。

電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的客戶需求分析步驟為：①調(diào)研并收集已有車廠的需求信息(此項數(shù)據(jù)主要由經(jīng)營部門在與客戶日常項目溝通中積累獲取)，預(yù)測客戶未來需求或潛在需求，尤其需要挖掘其興奮需求(此項數(shù)據(jù)主要由產(chǎn)品技術(shù)人員在與整車客戶技術(shù)人員的實際項目合作中積累獲取)；②對獲取的整車客戶需求信息(包括產(chǎn)品要求、技術(shù)規(guī)范、壽命指標(biāo)、法規(guī)要求等)進行矩陣分析，并判定哪些技術(shù)要求是目前公司電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品能夠滿足的、哪些是需要重新開發(fā)的、哪些是可以與客戶討論后舍棄的；③對戰(zhàn)略客戶需求進行分析提煉(戰(zhàn)略客戶主要為全球幾大車廠，如本田、豐田、通用、戴姆勒、寶馬、標(biāo)致等)，形成不同整車廠的共有需求，為構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)據(jù)平臺提供支持。

表1所示為電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的部分戰(zhàn)略客戶技術(shù)要求和共性需求。

表1 產(chǎn)品的部分戰(zhàn)略客戶技術(shù)要求和共性需求

1.2 零部件ABC分析

電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的單品功能零部件規(guī)格眾多，初步估計上千種。在產(chǎn)品模塊化設(shè)計之前要對公司已有的零部件進行ABC分析，按照不同的功能要求，將零部件分成A、B、C 3類。A類零部件指客戶為滿足整車安裝要求所定制的各類安裝板、換熱組件、接管、虛擬程序以及根據(jù)客戶特定接口定制的零部件。它們的通用化程度較低，成本較高。B類零部件指對產(chǎn)品的關(guān)鍵性能、主要功能有影響的零部件。它們可以在不同電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品中互換，通用化程度高，容易進行變型設(shè)計，過程工藝的一致性較強，如驅(qū)動電機、傳動齒輪、電容、電阻、絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)、O形圈、異形圈、減震墊圈等。C類零部件通常指標(biāo)準(zhǔn)件。它們在結(jié)構(gòu)、尺寸、畫法、標(biāo)記等各方面有國標(biāo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以參照，如螺釘、螺母、彈簧等。

零部件ABC分析的作用在于為建立模塊化產(chǎn)品平臺打基礎(chǔ)，提升零部件在不同產(chǎn)品中的重用率，一方面將不同產(chǎn)品的專用零部件變?yōu)槎鄶?shù)產(chǎn)品可以通用互換的零部件；另一方面將大部分產(chǎn)品通用的

零部件盡可能變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)件。通過零部件ABC分析，能夠篩選可通過模塊化設(shè)計工作減少的零部件種類。電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品中A、B、C類零部件數(shù)量與成本占比情況如圖1所示。

圖1 集成產(chǎn)品中A、B、C類零部件數(shù)量和成本占比

圖2所示為電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品中部分零部件的頻譜分析圖。

從圖2可看出，B類和C類是使用頻率較高的零部件，模塊化設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選用。

注：PCB為印刷線路板(Printed Circuit Board);TVS為瞬變電壓抑制二極管(Transient Voltage Suppressor)。

1.3 產(chǎn)品型譜分析

產(chǎn)品型譜是反映產(chǎn)品型號與發(fā)貨量(需求量)的關(guān)系圖。圖3所示為某公司電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品型譜。對電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品型譜進行深入分析，制定相應(yīng)的發(fā)展規(guī)劃，有利于提升電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖3 某公司電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品型譜

電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的分類主要由產(chǎn)品參數(shù)決定，產(chǎn)品參數(shù)又與客戶需求相關(guān)聯(lián)(表2)。

表2 電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的客戶需求與產(chǎn)品參數(shù)

1.4 產(chǎn)品功能模塊劃分

產(chǎn)品功能模塊劃分的基本準(zhǔn)則有零件合并準(zhǔn)則、功能準(zhǔn)則等[9]。零件合并準(zhǔn)則是指把已有的多個零件整合成單個新零件，把已有多個零件各種相互關(guān)系變?yōu)橐粋€零件內(nèi)的相互關(guān)系，以減少材料的使用量，降低加工和裝配的成本；功能準(zhǔn)則主要是指從各零件間的結(jié)構(gòu)、能量、物質(zhì)、信號、作用力的相關(guān)度出發(fā)，完成模塊劃分[9]。

電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品功能模塊劃分是根據(jù)已有批量產(chǎn)品的功能原理、整車客戶技術(shù)要求，按照產(chǎn)品功能模塊劃分的基本準(zhǔn)則進行的。電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的核心功能是熱量交換、流量調(diào)節(jié)、流量開關(guān)，其主要功能模塊有換熱芯體、制冷劑流量調(diào)節(jié)模塊、冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊等。

1.4.1 換熱芯體

換熱量是電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的核心指標(biāo)之一，反映了產(chǎn)品的熱量交換能力。電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品不同型號的換熱芯體對應(yīng)于系列化的功能參數(shù)，從而形成具有不同熱量交換能力的電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品。換熱芯體的換熱量參數(shù)系列化設(shè)計如圖4所示。

圖4 換熱芯體的換熱量參數(shù)系列化設(shè)計示意圖

1.4.2 制冷劑流量調(diào)節(jié)模塊

制冷劑流量調(diào)節(jié)模塊能夠通過調(diào)節(jié)電動汽車空調(diào)系統(tǒng)回路中制冷劑流量，改變空調(diào)系統(tǒng)用于電池包冷卻的換熱量、用于乘客艙降溫的冷量，并輔助電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)進行電池包的冷卻。制冷劑流量調(diào)節(jié)模塊能根據(jù)閥口大小來定義流量調(diào)節(jié)能力，使流量調(diào)節(jié)能力系列化(表3)。

表3 制冷劑流量調(diào)節(jié)模塊的系列化流量調(diào)節(jié)能力

1.4.3 冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊

冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊能夠通過調(diào)節(jié)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)冷卻液流量與流向，來控制電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的換熱量，從而使電池包的工作溫度在合理范圍，提高電池的效率，提升電動汽車的續(xù)航能力。冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊能根據(jù)換向功能數(shù)量實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化(表4)。圖5所示為不同換向功能數(shù)量的冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊。

表4 根據(jù)換向功能數(shù)量實現(xiàn)的產(chǎn)品系列化 個

(a) 二通 (b) 三通 (c) 四通

1.5 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊劃分

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊是功能模塊的載體，結(jié)構(gòu)模塊劃分應(yīng)結(jié)合功能模塊的劃分來做，以盡可能少的模塊組成盡可能多的產(chǎn)品[10]。模塊劃分應(yīng)方便設(shè)計選用、加工裝配、物流管理和維護保養(yǎng)等。

根據(jù)文獻[4]，電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊劃分的基本過程如圖6所示。

圖6 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊劃分的基本過程

電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊劃分的順序是先整體后局部，依次劃分部件、組件、零件3個層次的模塊，或稱為I級、Ⅱ級、Ⅲ級3個層級的模塊。首先確定對產(chǎn)品關(guān)鍵功能有重大影響的主要模塊，如換熱芯體組件、制冷劑流量調(diào)節(jié)模塊等；然后劃分次要模塊；最后確定輔助模塊，如安裝支架組件等。

電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊劃分情況如圖7所示。I級模塊包括冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊、制冷劑流量調(diào)節(jié)模塊、換熱組件模塊、安裝支架組件模塊等。

圖7 電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊劃分情況

2 電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊化設(shè)計平臺構(gòu)建

2.1 建立產(chǎn)品編碼和零部件命名體系

建立產(chǎn)品編碼和零部件命名體系是指,對總成、部件、零件等用字母或數(shù)字進行編碼，并由專人對編碼、命名申請進行審核，以便在模塊化設(shè)計時搜索、選用和分析。

2.1.1 產(chǎn)品編碼體系

針對某公司的電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品，本文按照J(rèn)B/T 5054.4—2000《產(chǎn)品圖樣及設(shè)計文件編號原則》(它提供一種平行編碼體系)進行編碼。在圖8[11]所示的產(chǎn)品編碼體系中，類別號與區(qū)分號具有不同編碼規(guī)則，可以不斷擴容。編碼規(guī)則及說明如下：編碼0127-08-00001表示某個電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊。

圖8 一種產(chǎn)品編碼體系

(1) 產(chǎn)品號由4位阿拉伯?dāng)?shù)字構(gòu)成。如0127中，01表示電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，27表示集成產(chǎn)品。不同產(chǎn)品中同類零部件的產(chǎn)品號各不相同，以首次使用的產(chǎn)品代號作為其產(chǎn)品號。

(2) 類別號由2位阿拉伯?dāng)?shù)字構(gòu)成。應(yīng)根據(jù)不同的零部件功能，對部件和零件進行分類。電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品部分零部件的類別號如表5所示。

表5 電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品部分零部件的類別號

(3) 區(qū)分號是為區(qū)分具有不同參數(shù)信息的同類零部件，由電腦或者系統(tǒng)自動生成的序號。

2.1.2 零部件命名體系

零部件命名是對零部件所具備功能的簡單總結(jié)，搭建零部件命名體系是為了使零部件命名過程有章可依，方便選用零部件時快速辨別，減少零部件類型的數(shù)量，提升零部件重用度。規(guī)范化的零部件命名體系在模塊化設(shè)計應(yīng)用中具有很重要的作用。

零部件名稱規(guī)范化是對已有零部件名稱進行分析并編制命名規(guī)范的過程。在制定零部件命名規(guī)則時，應(yīng)首先根據(jù)零部件分類，基于功能和結(jié)構(gòu)特性，盡量避免歧義，以使用頻次高、名稱精練、符合邏輯的名稱作為參考，然后歸納出通用規(guī)則。此外，應(yīng)根據(jù)零部件命名規(guī)則來定義零部件名稱，以保證零部件的名稱具有一致性和唯一性。制定命名規(guī)則后對零部件名稱逐一校驗，并對每個零部件名稱進行備注說明，以便于產(chǎn)品開發(fā)人員在新建零部件時查詢。零部件名稱申請與零部件編碼申請相同，需要通過公司標(biāo)準(zhǔn)化專員的審核，審核通過后才能將新的零部件名稱添加至編碼庫。

2.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模塊并定義標(biāo)準(zhǔn)接口

2.2.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模塊

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模塊是電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊化設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，是所有產(chǎn)品模塊化開發(fā)的必有步驟。它包括分析零部件幾何形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立模塊主模型和各種主文檔等[4]。

通過分析，找出不同產(chǎn)品及零部件使用功能、機械結(jié)構(gòu)、制造過程的相似性，建立可以在不同產(chǎn)品之間互換的通用模塊，以滿足變型設(shè)計的要求，減少零部件的種類。如電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的接管零件，需要滿足不同流量、不同客戶安裝位置、不同對手件的要求，種類很多。通過機械結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)很多接管零件的尺寸和形狀特征都非常相似，如其墩頭的倒角、限位、大小等(圖9)。

圖9 尺寸和形狀特征相似的多樣化接管零件

對圖10所示接管零件結(jié)構(gòu)參數(shù)進行分析后，可將這些參數(shù)分為功能需求、加工需求等類別；因R1、d2、H3等為不變尺寸，而其他尺寸隨不同裝配要求而變動，所以又可根據(jù)參數(shù)是固定的還是可變的，以及不同參數(shù)間的關(guān)聯(lián)，對這些參數(shù)進行分類。

圖10 接管零件結(jié)構(gòu)參數(shù)

對應(yīng)圖10，可作圖11所示電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品接管零件的主模型。圖11中，接管零件僅有A、B、C3個參數(shù)的變化需要控制，其他參數(shù)如DAB、DAC、DAD、DAE，要么是固定不變的，要么都可以通過這3個參數(shù)進行計算。

圖11 電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品接管零件的主模型

接管零件主模型應(yīng)與事物特性表聯(lián)系起來，形成模塊主模型。事物特性表用于描述模塊族中各模塊的具體尺寸及特性(如規(guī)格、材料牌號等)[12]。表6 所示為電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品接管零件的事物特性表。

表6 電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品接管零件的事物特性表

2.2.2 定義標(biāo)準(zhǔn)接口

同類模塊的快速更換、不同模塊的方便裝配，都要用到模塊上的接口。只有各模塊間接口具備協(xié)調(diào)性，模塊才有更好的獨立性，才能對相互獨立的不同模塊進行快速組合，以形成功能協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)緊湊而具有柔性的產(chǎn)品[13]。模塊接口設(shè)計是否合理對模塊化產(chǎn)品的性能有很大影響。

電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品以接管連接、固定接口為主，以電控接口為輔。

表7所示為冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊閥體部件的接口設(shè)計規(guī)范示例。與之相應(yīng)的圖例見圖12。

表7 回路流量調(diào)節(jié)模塊閥體部件接口的設(shè)計規(guī)范示例

(a) 剖面1 (b) 剖面2 (c) 俯視圖 (d) 軸測圖

2.3 構(gòu)建產(chǎn)品模塊化設(shè)計平臺

電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊化設(shè)計平臺的構(gòu)建就是建立各模塊之間的聯(lián)系，以便在產(chǎn)品模塊化設(shè)計時選擇模塊。產(chǎn)品模塊化設(shè)計平臺構(gòu)建過程包括：建立產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)、分析產(chǎn)品參數(shù)、布置產(chǎn)品系列、設(shè)計系列化產(chǎn)品模塊等。

產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)即根據(jù)產(chǎn)品工作原理和功能模塊分類編制的結(jié)構(gòu)樹模型。產(chǎn)品模塊化設(shè)計時應(yīng)依據(jù)其結(jié)構(gòu)樹模型，在功能上選擇不同的模塊進行組合。圖13 所示為電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的主結(jié)構(gòu)。

圖13 電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的主結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)面向產(chǎn)品族，包括必選模塊和可選模塊[1]。在電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊化設(shè)計時，冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊、制冷劑流量調(diào)節(jié)模塊、換熱組件模塊、安裝支架組件模塊等都是必選模塊，而制冷劑流量調(diào)節(jié)模塊中的II級模塊傳感器、換熱組件模塊中的Ⅱ級模塊線束固定架屬于可選模塊。

通過產(chǎn)品的客戶需求分析和功能結(jié)構(gòu)規(guī)劃，將會形成產(chǎn)品功能參數(shù)、性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中，功能參數(shù)包括換熱量、換熱流道數(shù)量、冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊精度等；性能參數(shù)包括泄漏量、噪聲等；結(jié)構(gòu)參數(shù)包括安裝支架模塊尺寸、接管安裝墩頭尺寸等。圖14所示為電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的幾個代表品種。

(a) 品種1 (b) 品種2 (c) 品種3 (d) 品種4

產(chǎn)品模塊系列化設(shè)計以產(chǎn)品系列化和產(chǎn)品參數(shù)分析為基礎(chǔ)。模塊系列化設(shè)計是指讓各級模塊規(guī)格和數(shù)量減少(如襯套、閥體組件的類似固定方式為3-5 種)，但能滿足不同的整車客戶需求；通過不同模塊之間的互換組合，形成多樣化的產(chǎn)品規(guī)格。對電

動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的換熱組件模塊進行系列化設(shè)計時，根據(jù)產(chǎn)品換熱能力及換熱流道數(shù)量的要求，可設(shè)計系列化的換熱組件A1、換熱組件A2、換熱組件A3等(表8)。

表8 電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的系列化換熱組件

3 電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊化設(shè)計方法應(yīng)用

電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊化設(shè)計方法主要有配置設(shè)計和變型設(shè)計。

3.1 產(chǎn)品配置設(shè)計

產(chǎn)品配置設(shè)計是指根據(jù)預(yù)定義的零部件集和它們之間的約束關(guān)系，通過合理組合，形成能滿足客戶個性化要求的產(chǎn)品設(shè)計過程[12]。電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的配置設(shè)計是根據(jù)電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的客戶需求定義，在電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的性能、功能、壽命等滿足整車廠要求下，以產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過選配不同的Ⅰ級、Ⅱ級模塊(如不同換熱量的換熱芯體組件、不同流量的制冷劑流量調(diào)節(jié)模塊)，進行設(shè)計檢查和驗證，開發(fā)能滿足各種需求產(chǎn)品的過程。

產(chǎn)品配置設(shè)計的方法可以分為：產(chǎn)品功能配置設(shè)計、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置設(shè)計[13]。其中，產(chǎn)品功能配置設(shè)計主要面向整車市場與客戶，以功能要求的輸入和選用為主；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置設(shè)計主要面向產(chǎn)品開發(fā)人員，以結(jié)構(gòu)參數(shù)的輸入與組合為主。

3.2 產(chǎn)品變型設(shè)計

改變產(chǎn)品零部件的部分結(jié)構(gòu)，進而形成新的零部件，使原有產(chǎn)品的主結(jié)構(gòu)和功能不變，這是產(chǎn)品變型設(shè)計的原則。產(chǎn)品變型設(shè)計的最大優(yōu)點是能夠快速設(shè)計成型。實踐中,產(chǎn)品變型設(shè)計往往與配置設(shè)計相結(jié)合，來完成產(chǎn)品模塊化設(shè)計，滿足不同客戶的需求[12]。

應(yīng)用電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊化設(shè)計方法時，為滿足客戶對電池包冷卻液的需求，需設(shè)計一款冷卻液流量較大的產(chǎn)品。根據(jù)換熱芯體組件、閥體組件等結(jié)構(gòu)配置要求，設(shè)計接管時采用參數(shù)系列化設(shè)計方法，對表6中A、B、C3個參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整，設(shè)計了新的接管零件，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化。某客戶需對冷卻液回路的安裝接口的方向進行調(diào)整，為此在已有冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊的閥體部件上，對接管零件進行簡單的變型設(shè)計，其余結(jié)構(gòu)不變。通過產(chǎn)品變型設(shè)計，滿足了客戶新的需求。冷卻液回路流量調(diào)節(jié)模塊的閥體部件局部結(jié)構(gòu)變型設(shè)計如圖15所示。

(a) 原有設(shè)計 (b) 變型設(shè)計

4 結(jié)束語

本文基于某公司已有產(chǎn)品數(shù)據(jù)，從加快產(chǎn)品開發(fā)速度、提高產(chǎn)品過程質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本的要求出發(fā)，提出了電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品模塊化設(shè)計方法。對電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的客戶需求進行分析，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主模塊進行劃分，建立產(chǎn)品編碼和零部件命名體系，搭建了產(chǎn)品模塊化設(shè)計平臺。實踐證明，運用模塊化設(shè)計方法，能夠加快電動汽車電池?zé)峁芾砑僧a(chǎn)品的研發(fā)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低研發(fā)成本。