乘用车平台化设计的工艺内容和作用

刘艳兵，卢俊康，许宝强，贾思武

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 510000)



乘用车平台化设计的工艺内容和作用

刘艳兵，卢俊康，许宝强，贾思武

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 510000)

摘要：开展工艺平台化设计工作可以节省工艺成本，降低产品开发时间，保证公司竞争力。以某汽车公司为例，介绍其平台化设计的工艺工作，主要包括：建立车间设备约束，编制平台化工艺标准，同时进行平台化车间规划。

关键词：制造工艺；平台化；共线生产；标准化

0引言

汽车平台是在开发过程中使用相似的底盘和下车体的一组公共架构，该架构可以承载不同车型的开发及生产制造，在此基础上可以生产出外形和功能都不尽相同的产品[1]。

大众系列车型平台化特点：车身分块较散，但是精度较为容易控制。在大众很多车型上，使用了成本很高的热成型钢板、激光拼焊钢板、激光熔化焊、中频电阻焊和Tox铆接，使整车的刚度和疲劳特性大幅提高。丰田的分块相对精简，激光拼焊钢板并没有用多少，热成型钢板也用得很少，依然采用最普通的工艺生产，车身的强度通过结构优化进行加强。丰田的结构分块较为简单，更适宜低投入、高产出的规模化生产。

某汽车公司提出跨平台架构的理念，在不同平台车型设计中提出设计方案模板化，不同车型采用类似的设计理念和设计方案。新车型工艺在平台化方面的工作主要从建立工艺约束、编制工艺相关标准、梳理堵件、力矩种类梳理等方面展开。

1工艺平台化主要工作内容

1.1建立平台整车设备工艺约束表

不同平台对工艺设备要求不一样，需要针对不同平台的车型建立整车工艺约束表，满足不同车间生产要求。

例如一个A级别车型的平台与一个B/C级别的平台相比，车型的尺寸、质量、轴距会有明显差异，那么四大车间的通过性尺寸都不同，主要要求见表1。

1.2建立平台化质量要求

针对不同平台，四大车间的质量要求也不同，需要建立不同平台的质量要求，避免质量要求过高产生成本浪费。

例如就涂装来说，需要建立不同平台的外观质量，A级平台总膜厚控制在130 μm以内，B级车型总膜厚控制在140 μm以内，水平面橘皮A级车长短波控制在5/25，B级别车控制在4/20。

1.3建立车身平台钣金材料库

通过梳理整合，编制平台车身材料方案:梳理现有材料库，取消不常用的钢材型号，用其他方案代替；针对A级别平台车辆， 部分型号进行皮膜材替换，可以有效节省材料成本；针对B级别车型，大规模推进热成型和高强度钢材的设计，降低质量。

部分公司针对镀锌板实行平台化设计，A级及以下车型镀锌板控制在30%以下，B级车型控制在50%～60%，C级别车型控制在60%以上。

1.4建立车身平台标准件库

针对平台车型类似位置标准件类型平台化设计，同平台车选用纳入推荐范围的标准件类型，减少标准件总类，对标准件沿用率进行管控。

1.5建立RPS点平台化标准

主要包括车身定位系统坐标系设定基准、车身零件定位原则等，定位孔需要设计成统一的推荐尺寸。常用焊接定位孔孔径要求见表2。

注：框标记的孔径优先选择使用。

1.6建立各个平台焊接车间工艺规划

不同平台，焊接的焊钳尺寸会有区别，分总成线和主线的焊接工位和焊点数量会有区别，需要针对性设计，避免设计过剩。某主机厂B平台焊装生产线左侧围总成工位示意图如图1所示。

1.7建立车身颜色平台化管理系统

涂装车间一般仅有10条颜色的喷漆管路，加上小循环管路，能容纳色漆的颜色是固定的。通过平台设计，优化现有的涂装颜色，降低颜色数量。具体做法如下：

(1)黑、白、银、灰4个主色装饰质量提升，做到全系通用，3～5年后才更换；

(2)开展珠光等个性效果油漆开发，提高车型装饰性；

(3)取消个别销量极少的颜色，每年开发1～2款个性色跟上主流趋势。

1.8建立平台化车身堵件要求

在初版车身数据阶段，对堵件孔进行平台设计，推荐常用的堵件孔尺寸，降低堵件种类，可以降低操作工时，降低堵件研发成本。

通过几个车型的努力，涂装堵件种类控制在5种以下，整车堵件控制在15种以内，相对老平台，堵件种类减少了60%。

1.9建立车身涂胶喷蜡平台化

针对涂胶喷蜡的车身结构和涂胶种类、数量进行平台化设计：B平台对NVH要求更高，涂胶区域相对较多，涂胶美观性要求也更高。

1.10建立平台化定位工装方案

通过优化设计，做到平台车型以下定位方式统一：

(1)翼子板和机盖装配定位方式统一；

(2)前端模块装配定位定位方式统一；

(3)前后门装配定位方式统一；

(4)滑移门装配定位方式统一；

(5)行李箱盖/掀背门装配定位方式统一；

(6)其他模块化(如天窗/IP)装配定位方式统一；

1.11建立整车模块化标准，逐步推行零部件模块化

1.11.1车身分块是平台化的基础

好的车身分块，综合成本较低而且易于拓展。 按照焊接顺序进行分级(目前最多分到7级)，建议以2级作为内外制件区分，可以保证主机厂内部焊接精度，同时，车身实现模块化可以实现主线和总成线设备高度共用。

1.11.2推行零部件模块化

工艺部门在平台设定之初定下零部件模块化策略，和设计部门商讨后确定方向，完成零部件模块化工作。

(1)建立零部件接口标准化，主要建立如下系统的标准化接口：

①燃油加注机的兼容性要求；

②动力总成与底盘分合装设备的兼容性要求；

③防冻液、制动液、动力转向液的加注设备的兼容性要求；

④仪表板抓手对新仪表板模块的要求；

⑤组合加注系统的要求；

⑥整车ECU要求等。

(2)逐步推行总装模块化。 零部件模块化主要包括仪表板模块、前端模块、动力总成及前悬架模块、后桥总成及后悬架模块、车门模块、顶棚模块等，需要针对企业实际情况逐步推行，保证模块化的模块成本降低，保障模块精度要求。

2工艺平台化推进主要问题

2.1冲压热成型件应用问题解决

通过推动产品趋同设计，优化工艺流程，解决工艺问题，可平台化使用热成型材料及工艺，零件数量减少15个，零件质量减轻18 kg左右，如图2所示。

2.2焊点优化

部分车型的顶棚和后轮罩焊点超标，无法焊接，需要工艺部门联合车身等设计部门优化焊点，保证同平台车共线的同时还可以降低成本。焊点优化案例如图3所示。

2.3行李箱盖焊接方式规划

同平台不同车型的行李箱盖焊接方式不同，工艺部门对机器人焊接、手工焊接、间接焊3种方式进行综合对比，认为间接焊空间较紧凑，可满足小批量切换生产要求，投资较低，比较适合多车型共线生产。行李箱盖焊接方式示意图如图4所示。

2.4顶盖天窗滚边结构优化

平台内车型天窗翻边结构设计不合理会导致节拍较长，所以需要优化翻边结构，保证共线生产。顶盖天窗滚边结构优化示意图如图5所示。

2.5涂装双色方案设计

同平台车型，部分车型设计有双色，部分车型无双色，双色的产量一般都不会太高，工艺部门需要根据实际情况进行生产线规划：如何低成本地满足部分车型双色需求。图6是某公司设计的双色方案，字体加粗部分为设备改造部分。

2.6传统H型总装吊具无法满足平台化车型需要

车间机械化设备约束过多会阻碍车型平台化共线生产，工艺部门需要根据平台战略对车间的机械化设备进行统一改造，保证平台化的车型都可以共线。例如某工厂采用H型吊具方案，无法同时满足两款较大车型座椅投入，后期更改为L型吊具才满足了较大车型和较小车型共线的可行性。总装吊具更改示意图见图7。

2.7紧固件力矩优化

工艺部门需要对紧固件力矩进行优化，相同位置、相同零件的紧固件尽量统一，紧固件数量和种类要尽量减少，这是一个持续优化的工作。

紧固件优化原则(在满足紧固性能要求下):

(1)同一螺纹直径的紧固件，对边尺寸统一。例如：M6螺栓采用10 mm对边，M8螺栓使用13 mm对边等。

(2)同一零件，在不同车型上紧固件型号规格尽量统一。

(3)同一零件系统的紧固件，紧固件型号规格尽量统一。

(4)同一工位，紧固件的型号规格尽量统一。

力矩优化原则(在满足紧固性能要求下):

(1)不同车型的相同规格、相同表面处理、相同等级以及相同紧固点(相同环境)螺栓力矩值尽量一致；

(2)大于5 N·m的力矩值不出现小数点；

(3)力矩值上下限范围对称原则。

3平台工艺设计成果

3.1为设计提供制造信息平台，提高设计质量

开展平台化设计工作，可以使提高设计质量10%左右。通过建立相应的工艺策划方案和工艺制造标准，在此基础上设计，可以最大程度降低工艺操作难度，减少设备改造，提高防错性，技术指标例如焊点优化都有很大程度的提升。

3.2降低研发方案反复，降低设计工时

推行平台化工艺设计，单个车型的设计工时可以减少20%左右。另外工艺参加平台化设计，大量的设计风险和设计问题在设计之初就得以规避，使工艺研发重心从解决问题过渡到提高产品性能、更好地满足客户需要上面来。

3.3平摊新工艺、新材料成本，使新技术得以推广

在产品设计之初针对车身、内外饰等提出统一的平台化新工艺、新材料设计方案，平台各个项目统一实施，降低了项目的成本和应用风险，使新技术的推广更加顺利。

3.4大幅度减少设备投资和工装夹具投资

(1)模具、夹具、检具成本降低。零件共用直接可以减少模具、夹具、检具数量，零件类似设计可以减少材料牌号，仅此一项可以为公司节约千万级别的投资。

(2)机械化设备改造成本降低。通过约束定位点系统、焊涂总固化机械化定位系统，节约改造成本上百万。

(3)其他大型设备改造成本降低。焊装机器人、涂装喷漆机器人、涂装UBC机器人、焊接设备、涂胶设备、底盘合装设备等大部分做到通用，改造费用大幅度减低，单个车型可以节省上千万。

4结束语

在新平台设计之初，开展平台化工艺方面工作，初步设定车身模块化方案和总装模块化方案，进行工艺策划方案的编制，根据产品定义选择合适的制造标准。通过几轮的工艺与车身的双向沟通，最终确定详细的开发方案。在此基础上开发的车型，会大大降低产品开发难度，提高产品开发质量，降低工艺制造成本。

参考文献:

【1】靳玉涛．汽车平台及发展趋势[J]．汽车工程师，2010(7):57-60．

【2】马钧，任云．整车企业产品开发战略发展趋势-基于平台的模块化发展战略[J]．上海汽车，2010(1):36-40．

Content and Main Functions of the Process Work for Passenger Car Platform Design

LIU Yanbing,LU Junkang,XU Baoqiang,JIA Siwu

(GAC Automobile Engineering Institute，Guangzhou Guangdong 510000,China)

Keywords:Manufacturing process；Platform；Collinear production；Standardization

Abstract:To use process platform design can not only reduce the cost of product development, shorten the developing time, but also improve company competition. Taking an automobile company as example, the process work for passenger car platform design was introduced, including building the equipment constraints, preparing the standard process platform, and doing workshop planning.

收稿日期：2016-01-11

作者简介：刘艳兵(1982—)，男，本科，工程师，从事整车工艺制造工作。E-mail：liuyanbing@gaei.cn。

中图分类号:U461.1

文献标志码：B

文章编号：1674-1986(2016)04-040-05