1、模塊化裝配在汽車制造中的應用施壘 廣州（510642）華南農(nóng)業(yè)大學 工程學院摘要：汽車裝配是汽車完成制造中的最后環(huán)節(jié)，對于保正汽車質量、降低總裝成本意義重大。文章介紹了模塊化裝配在汽車中的具體應用，指出了對模塊化裝配對汽車工業(yè)供應鏈的巨大影響。同時指出模塊化裝配存在的兩點不足，對模塊化裝配技術的發(fā)展進行展望。關鍵詞：汽車制造 汽車裝配 模塊化 Abstract： Keywords：0引言 模塊化設計的思想由來已久，早上世紀五六十年代，隨著集成電路的發(fā)展各種功能模塊隨之出現(xiàn)1-4。比如放大電路模塊、電機驅動模塊2。裝配是產(chǎn)品生產(chǎn)階段的最終環(huán)節(jié)，裝配質量的科技水平直接影響產(chǎn)品質量、性能、成本及生產(chǎn)

2、周期。而模塊化裝配，則是科技進步的體現(xiàn)。在現(xiàn)代的工業(yè)制造業(yè)中，裝配工作約占整個產(chǎn)品生產(chǎn)工作量的45，約1/3的人力從事各種與裝配有關的活動5-6。1996年，大眾公司在巴西的合資公司就開始采用模塊組合生產(chǎn)1。新廠是裝配廠和零配件廠的結合物，目的是在經(jīng)濟全球化的時代，努力降低物耗以提高競爭力。在1996年，大眾公司一直從合作伙伴那里購買數(shù)百種零件，單獨裝配汽車，這種方式必須徹底改變。在這家新工廠中，大眾的主要零件供應商將承擔卡車和公共汽車的整個不見的裝配，還負責與過去大眾直接通大眾公司聯(lián)系的耳機供貨商簽訂合同。所有的這些廠家和供貨公司都成為新工廠的組成部分，分成7個模塊。每一個模塊負責管理一個生

3、產(chǎn)階段的工作，大眾負責全面的監(jiān)控。新工廠1400名員工中只有200名是大眾公司的，其他1200人是供貨商雇傭的。存儲和運輸上節(jié)省的費用使得這種分工負責所帶來的效益十分可觀，同之前相比成本降低20%到25%。在2001年，張國方老師就在文章7中預測，未來十年，汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢，其中第二點就是生產(chǎn)裝配模塊化。1. 模塊化概念1.1 傳統(tǒng)汽車裝配傳統(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），然后才進入總裝配6,8。某些部件（稱為分部件）在進入總裝

4、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，相關模塊的排列組合可以形成最終的產(chǎn)品。 模塊是模塊化設計和制造的功能單元，它具有以下三大特征5,9-10：1） 相對獨立性，能對模塊單獨進行設計、制造、調試、修改，便于由不同的專業(yè)化企業(yè)分別進行生產(chǎn)；2） 互換性，模塊接口部位的結構、尺寸和參數(shù)標準化，容易實現(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,有利于實現(xiàn)橫系列/縱系列產(chǎn)品間模塊的通用,實現(xiàn)跨系列

5、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。由于模塊具有獨立性，所以模塊裝配生產(chǎn)線可以脫離總裝線而單獨存在，它甚至可以不再布置在總裝線旁和總裝廠內。反之，由于部件不具備這種獨立性，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：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計經(jīng)驗，也可以重用相似模塊生命周期中 的采購、物流、制造和服務資源；3） 減少產(chǎn)品設計的復雜性，在利用現(xiàn)有模塊時可不再關心模塊內部的功能實現(xiàn)，而只需關注模塊之間的邏輯功能， 可大大提高產(chǎn)品工程管理質量和產(chǎn)

6、品的可靠性。可以說“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計思路，從而完成一輛車的進化11。1.2汽車總裝線中的模塊化從20 世紀初汽車生產(chǎn)工藝的流水化生產(chǎn)模式到現(xiàn)代社會的精益化生產(chǎn)工藝 ，汽車生產(chǎn)一直圍繞的主題是降低成本的基礎上制造出結構簡單性能安全的汽車。近幾年來 ，很多大型的汽車生產(chǎn)制造公司通過改進汽車的標準化配件，將不同車型的汽車公用一種配件 ，在一定程度上有效削減了投入成本12 ，又促進了多種車型的同步生產(chǎn) ，滿足市場的不同需求。在汽車生產(chǎn)中逐漸引入數(shù)字化技術 ，汽車制造工藝逐漸趨向于集約化、數(shù)字化和系統(tǒng)化 ，汽車中的總裝過程也逐漸走向模塊化的裝配生產(chǎn)。模塊化

7、生產(chǎn)工藝主要內容是將汽車的獨立配件通過整合形成一個綜合的單元系統(tǒng)。目前的汽車制造業(yè)領域內出現(xiàn)了兩種生產(chǎn)理念 ，一種是以日系汽車為代表的電子控制系統(tǒng)集約化生產(chǎn)理念 ，還有一種是以德系汽車為代表的產(chǎn)品多功能結構與各種零配件相互聯(lián)系的復雜體系。這兩種理念筑造了汽車的模塊化生產(chǎn)工藝。以豐田企業(yè)為例10,13 ，日系汽車推崇的理念是希望按照各種模塊的不同功能將電子裝置系統(tǒng)進行整合，能夠涵蓋更大的模塊范圍。比如汽車的制動設置、車身的控制、安全系統(tǒng)控制以及多媒體系統(tǒng)等等多個模塊的共同開發(fā)。而對于德系車來說，他的主要生產(chǎn)模塊是 ：動力構成總模塊、車門總系統(tǒng)模塊、儀表構成模塊以及車前系統(tǒng)模塊。通過對這些汽車系統(tǒng)

8、模塊的總裝配生產(chǎn) ，縮短了生產(chǎn)時間 ，改善了生產(chǎn)工藝。2 模塊化裝配生產(chǎn)的具體運用在傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)制造領域內 ，汽車裝配中的使用零件都是通過疊加的形式來完成裝配過程，整條生產(chǎn)線路比較長，配置的效率也相對較低14-15。而模塊化的裝配生產(chǎn)工藝徹底突破了傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝缺陷 ，將串型的疊加式生產(chǎn)流程改變?yōu)椴⑿惺降纳a(chǎn)流程。具體而言就是不同功能的模塊裝配技術同時在一條生產(chǎn)線上工作 ，然后通過將所有模塊整合在一條總線路上共同運作來制造一輛車 ，這樣的模塊化裝配生產(chǎn)大大提高了生產(chǎn)效率。模塊化裝配生產(chǎn)工藝不僅能夠在總裝區(qū)域內進行，還能夠在獨立的生產(chǎn)車間完成 ，供應商也可以按照模塊的形式來供應生產(chǎn)原材料。在以

9、往的汽車總裝工藝中，總裝生產(chǎn)線路上需要配備有兩萬多個各種各樣的零部件，引用了模塊化的裝配生產(chǎn)技術后，總裝線路上一共只需要兩千多個零部件，極大程度上促進了汽車生產(chǎn)的集約化管理水平5-6,16。因為模塊化的裝配工藝將一些主要任務通過總裝線路轉移到了模塊化生產(chǎn)線路上，所以能夠大大縮短總裝線，也可以減少在主線上操作的工人，生產(chǎn)一輛車所使用的裝配時間也可以有效縮短。例如某汽車生產(chǎn)企業(yè)將前端、前懸掛部位、變速箱以及發(fā)動機全部都集中在一個系統(tǒng)模塊上進行裝配，而不是以往的裝配生產(chǎn)中將發(fā)動機直接裝入整車。這就是模塊化裝配生產(chǎn)的簡單應用。然而從裝配的投入成本來看，模塊化的裝配生產(chǎn)工藝使用的資金與傳統(tǒng)的工藝不相上下

10、。但是模塊化裝配生產(chǎn)工藝卻能夠帶來許多傳統(tǒng)工藝無法企及的優(yōu)點。例如，獨立生產(chǎn)的模塊裝配線路不會受到汽車總裝生產(chǎn)車間的尺寸以及環(huán)境限制；模塊裝配生產(chǎn)線有利于方便地進行調整和擴展，快速適應生產(chǎn)新的車型以及新的產(chǎn)量要求；進行縮短后的汽車總裝線路在一定程度上降低了成本。假設傳統(tǒng)的汽車總裝線總共有130個工位，引入模塊化的裝配工藝后，將總裝線上的30個工作位置的裝配內容轉移到新設置的模塊裝配線上 ，在總裝線上就可以減少 30個工位，生產(chǎn)的130輛車也就減少了30輛。如果每輛車所使用的流動資金假定為 5 萬元 ，那么總裝線路上的原有資金為650萬元，而轉移到裝配線上之后，就會降低 150 萬元的成本資金1

11、0-11。由此可見，在汽車總裝生產(chǎn)工藝中，使用模塊化生產(chǎn)能夠為汽車制造業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。此外，汽車裝配生產(chǎn)中的模塊化裝配工藝在一定程度上降低了新車生產(chǎn)的風險。如果制造出的新車型在市場上比較暢銷，那么就能夠利用模塊化的裝配生產(chǎn)線進行擴大生產(chǎn) ；如果新的車型不受市場歡迎，模塊生產(chǎn)線就能夠及時滿足其他車型的生產(chǎn)需要14,17。隨著全球汽車行業(yè)的市場競爭日益加劇，世界各大汽車生產(chǎn)企業(yè)紛紛實現(xiàn)了模塊化供應的生產(chǎn)要求，利用新技術開發(fā)汽車零部件主要依靠于零部件生產(chǎn)企業(yè)，整個企業(yè)行業(yè)的競爭主要趨向于品牌之間的競爭。模塊化裝配生產(chǎn)模式使得汽車制造商可以在全球的汽車制造范圍內選擇合適的裝配工藝以及各類零部件，

12、設計汽車制造方案時能夠得到最大程度的優(yōu)化，有利于擴大和提高各類汽車零部件的種類、智能化水平以及生產(chǎn)質量。2.2汽車模塊化裝配設計2.2.1 儀表板模塊設計儀表板模塊主要包括儀表板本體、儀表線束、儀表橫梁、轉向管柱、組合儀表、組合儀表罩、DVD或 CD、中控面板、儲物盒、陽光溫度傳感器等5。圖 1 為儀表板模塊主要組成部件.圖1 儀表板模塊主要組成部件( 1) 儀表板模塊分裝設計需要考慮的因素: a) 儀表橫梁上工藝孔數(shù)量及位置;b) 儀表板模塊在工裝上的翻轉方式; c) 儀表板模塊分裝臺的高度，符合人機工程要求;d) 儀表板本體表面耐刮擦系數(shù); e) 儀表板橫梁中間軸強度滿足要求，能夠承載整個

13、儀表板總成的重力; f) 橫梁兩端需焊接帶凹槽形狀的定位銷，確保儀表板模塊穩(wěn)固地掛在車身上，方便工人操作。( 2) 儀表板總成助力機械手設計要求a) 儀表板總成助力機械手設計需考慮的因素: b) 機械手的抓取方式，是在儀表橫梁兩端采用銷孔式抓取還是在儀表橫梁的管梁下方采用支座托起式; c) 校核左、右前門處的室內空間，確保機械手能順利進入和撤出車內; $機械手采用三點定位方式，防止抓取過程中儀表臺模塊旋轉;d) 儀表板總成機械手移水線的速度相同，同時機械手移動到最大行程位置時，系統(tǒng)設置報警裝置進行提醒。( 3) 儀表板模塊設計優(yōu)點儀表板模塊設計優(yōu)點: a) 減少員工室內作業(yè)頻次，降低車內遺留件

14、!面漆劃傷等風險;b) 總成上線，可保證儀表板模塊與車身的定位精度;c) 可以在上線前，利用電檢設備檢測電路是否異常并及時進行處理; )采用機械手抓取儀表板總成的方式，可降低員工勞動強度。2.2.2 動力總成及前懸架模塊裝配( 1) 動力總成及前懸架模塊組成部件動力總成及前懸架模塊包含動力總成模塊及前懸架模塊，其中動力總成模塊包含發(fā)動機、變速器、助力轉向泵、壓縮機、起動機總成、驅動軸等; 前懸架模塊包含副車架總成、前穩(wěn)定桿總成、下控制臂總成、動力轉向器帶橫拉桿總成、轉向高壓油管總成、左右制動器總成等"兩個模塊分別組裝好后進行合裝，形成動力總成及前懸架模塊"圖2為動力總成及前

15、懸架模塊示意圖"圖2 動力總成及前懸架模塊6（2）總裝裝配工藝對動力總成及前懸架模塊組裝基本要求基本要求:a) 動力總成模塊與托盤需要相對定位，因車型的結構不同，定位方式會有所不同，可根據(jù)實際需要，設計定位方式;b) 動力總成及前懸架模塊放置在托盤上應固定牢靠，防止滑落傷人; c) 托盤在水平面上能夠 360°旋轉，方便工人操作。3汽車模塊化裝配的影響近十年內，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容轉移到了線外進行，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)費用。采用模塊化生產(chǎn)方

16、式有利于提高汽車零部件的質量、自動化水平和產(chǎn)品的可靠性、縮短生產(chǎn)周期，并有利于推進國際化采購。正如100多年前福特創(chuàng)造的大批量生產(chǎn)方式,支持這一歷史性變革的是零部件的互換性。同樣道理,模塊化的技術改變了供貨的模式,打破了傳統(tǒng)供應鏈周轉的流程。在模塊化裝配生產(chǎn)方式下， 汽車技術創(chuàng)新的重心部分移到了模塊化的零部件方面， 零部件供應商直接參與汽車廠商的產(chǎn)品設計，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。當前，世界各大汽車公司以全球范圍作為市場空間，生產(chǎn)配套基地必需進行汽車模塊的選擇和匹配設計，優(yōu)化汽車設計方案。汽車公司也要求零部件供應商向模塊化發(fā)展，以模塊化、成套化、系統(tǒng)化供貨。例如儀表板供

17、應商，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)濟全球化的背景，迫于市場競爭力和成本壓力，汽車制造業(yè)開始進行全球生產(chǎn)鏈的改革，主要汽車生產(chǎn)企業(yè)都實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4 模塊化裝配存在的問題（1）整車廠與集成系統(tǒng)供應商的協(xié)調難度大 具備條件的系統(tǒng)供應商除去承擔自身產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)外,對下家(二、三級供貨商)必需具備良好的協(xié)調能力,對上家(整車廠)生產(chǎn)計劃要具備高度的同步性。為此其在供應鏈人中的地位由單一的上游角色變?yōu)楣溨谐猩蠁⑾碌年P、鍵結點,與整車廠的關系從“受制”的狀態(tài)轉為互動的關

18、系。與此同時,己往由整車廠承擔的供求關系中協(xié)調風險也一并轉移過來。協(xié)調難一直是供需鏈條中不容低估的挑戰(zhàn)。例如生產(chǎn)門鎖的基爾凱特公司與福特公司因一份新的合同協(xié)議而中斷供貨,致使福特集團的銷售額損失近億萬德國馬克。18（2）對零配件生產(chǎn)商管理水平的要求和技術要求提高李爾公司182000年在一次公開的場合展示了自行研制的汽車內飾模塊系統(tǒng)。其中僅車門單元組件的研制費用就高達100多萬美元。其次,隨著一部分原本在整車廠內周轉的制成品被分流出去,供應商將被迫分攤生產(chǎn)過程中發(fā)生的成本,成本風險增大。由于系統(tǒng)集成商在上、下家之間扮演的重要角色,整車廠與系統(tǒng)集成商一旦發(fā)生利益沖突,合作將變得十分困難,損傷巨大。

19、一位曾在西方汽車界管理層供職多年的資深人士指出;除非有重大危機發(fā)生,否則要改變汽車業(yè)根深蒂固的組織結構和經(jīng)營觀念不是一件易事。從這個意義上說,模塊化供貨,技術問題并不是最大的障礙,因為目前主要汽車生產(chǎn)商和供應商在設計、管理、制造水平上不相上下。但是對于眾多的中小型零配件企業(yè)，他們往往做了大量的工作，拿到的卻是最低的利潤。在管理水平底下，技術水平不高的環(huán)境下，拿出資金去提高自己的管理水平變得不太現(xiàn)實。這就會經(jīng)歷一場洗牌和重組，這也是經(jīng)濟發(fā)展的必然結果。5 結束語模塊化裝配有以下5個有點: (1) 縮短裝配線的長度，容易實現(xiàn)不同車型的柔性化生產(chǎn)，減少投資費用; ( 2) 能夠滿足現(xiàn)代汽車大批量!多

20、配置的生產(chǎn)需求; ( 3) 實現(xiàn)多車型混線生產(chǎn)，排序供貨錯誤率低; ( 4) 改善主線與分裝線的裝配及時性及同步性; ( 5) 降低因零件種類多而導致的錯、漏裝發(fā)生率，提升產(chǎn)品質量。同時也有2個不足：（1）整車廠與模塊供應商的溝通難度加大（2）零配件制造企業(yè)的生存壓力增大。總的來說，模塊化裝配是分工的進一步細化的結果，在提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本上效益顯著。在未來電動汽車成為主流的時代，模塊化裝配將發(fā)展到極致11。參考文獻1 運城.我們的座右銘:全球化汽車生產(chǎn)模塊組合規(guī)模效應J.國際市場,1997(5):39.2 E.m.ddvis,游鄂毓.固體邏輯電路的制造工藝J.電子計算機參考資料,1965(2):13-24.3 D.a.findlay,李航海.模塊設計提高集成電路計算機的靈活性J.電子計算機參考資料,1965(7):26-27.4 佚名.98SAE年會暨展覽會德爾福“下一世紀贏家”之六先進的集成車用電氣/電子系統(tǒng)J.汽車與配件,1998(16):28.5 范