汽车模块化设计应用优势

黄方怡 郑浩

摘 要：文章通过对汽车模块化技术在车型开发之初的重要性进行分析，得出模块化技术在车型开发中发挥着非常重要的作用，（1）高度集成模块化设计装配;（2）提高设计自由度和装配精度;（3）实现装配可操作性高及安全性;（4）工厂内物料配送集中物流转运;（5）提高后续衍生车型换代降本，实现改款成本最小化，可以通过不断深入研究提高汽车模块化率的研究，来提高汽车整体架构装配质量及成本优势。

关键词：模块化设计;模块化划分;集中物流转运

Abstract： Through the analysis of the importance of automotive modular technology at the beginning of model development， it is concluded that modular technology plays a very important role in model development.1.Highly integrated modular design and assembly; 2.Improve design freedom and assembly accuracy; 3.High operability and safety of assembly; 4.Centralized material distribution， logistics and transship -ment in the factory; 5.To improve the cost reduction of subse -quent derivative models and minimize the cost of modification， we can improve the assembly quality and cost advantage of the overall structure of the vehicle through continuous in-depth research on improving the modularization rate of the vehicle.

引言

随着新能源汽车行业的发展，新能源车型需要缩短开发周期，提前抢占市场、在此背景下，模块化的生产方式则脱颖而出，要想在众多汽车生产企业竞争中夺得先机，就必须提高车型的模块化设计及模块化的生产方式，以此来提高企业自身的竞争水平，汽车模块化率的高低，将是影响车企能否抢得市场先机的重要因素之一，因此车企在研发产品模块化的集成设计程度高低就显得格外重要。

1 模块化设计的关键

模块化设计的关键在于模块结构标准化，尤其是模块接口标准化。模块化设计所依赖的是模块的组合，即联接或啮合，又称为接口。显然，为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换、互搭，模块应具有可组合性和可互换性两个特征，而这两个特征主要体现在接口上，必须提高其标准化、通用化、规格化的程度。例如，具有相同功能、不同性能的单元一定要具有相同的安装基准面和相同的安装尺寸精度，才能保证模块与模块之间的有效组合。例如在计算机行业中，由于采用了标准的总线结构，来自不同国家和地区厂家的模块均能组成计算机系统并协调工作，使这些厂家可以集中精力，大量生产某些特定的模块，并不断进行精心改进和研究，促使计算机技术达到空前的发展。相比之下，机械行业针对模块化设计所做的标准化工作就略差一筹。

2 模块化划分

模块化设计的原则是力求以少数模块组成尽可能多的产品，并在满足要求的基础上使产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，且模块结构应尽量简单、规范，模块间的联系尽可能简单。因此，如何科学地、有节制地划分模块，是模块化设计中很具有艺术性的一项工作，既要照顾制造管理方便，具有较大的灵活性，避免组合时产生混乱，又要考虑到该模块系列将来的扩展和衍生，对变型产品的辐射。划分的好坏直接影响到模块系列设计的成功与否。总的说来，划分前必须对系统进行仔细的、系统的功能分析和结构分析，并要注意以下几点：（l）模块在整个系统中的作用及其更换的可能性和必要性;（2）保持模块在功能及结构方面有一定的独立性和完整性;（3）模块间的接合要素要便于联接与分离;（4）模块的划分不能影响系统的主要功能。

3 模块化设计应用优势

将模块化的概念带入到整车设计开发中，制造与生产管理的各个环节之中。是将整车分为若干块的模块集成生产 最终拼接，整车质量容易保证，有利于国产化的实施，可以改善劳动条件降低施工难度，维修方便，同时兼顾整合与成本削减，利用“单品种或模块集成的大量生产”可以解决该问题，从而突破了降本增效的壁垒。在二十世纪20年代，美国通用汽车导入了“克隆系统”，通过推进众多车型席卷了整个汽车市场。通用汽车通过推进各零部件的标准化，使多种车型共用同一种设计零部件件，在利用这种克隆系统使整车成本下降的同时，同时能够推广多种车型共用及衍生。

3.1 高度集成模块化设计装配

通过模块划分与集成，使其具备结构与造型的可选性、功能需求的可选性和互搭性;通过集成模块间的划分，可实现模块间的自由组合，来满足不同用户个性化、定制化需求与专项功能需求等[4]，这样可以使总装装配效率可以更高，通过模块划分、规范及模块间的联系，可减少零部件种类，可规避各零部件的错装、混装，也可避免质量事件的发生几率，同事还可压缩产品的设计开发周期等。汽车的主要大模块包括前端模块、动力总成模块，前桥模块、车门模块、仪表系统模块、内饰模块、车轮模块等。在这些大模块里面还可划分一部分小的模块集成，例如：散热器模块集成、顶棚模块集成、线束模块集成、车门内饰模块集成等等，开发这些模块与集成时，开发者需考虑这些模块及集成的各零部件結构独立性和模块互搭性。

3.2 提高设计自由度和装配精度配

通过模块划分使开发者提高设计自由度，能最大限度的发挥实现该模块的设计预想，模块集成的优点在于较为灵活，受其他因素约束较小，易于设计开发、制造安装。由于单体零件尺寸相对较小，更有利于零件本身成型制造，形状相对简单、有利于控制零件的变形及尺寸偏差，并对生产装配的定位方式、安装精度及互换性需求可以更为灵活布置开发，所以在汽车开发之初就需要考虑到结构、形状、功能等的模块化设计，不但能实现技术风险最小、成本控制最佳、质量标准更高的综合目标，而且能更好地满足用户的个性化定制的要求[2]，通俗来讲，就好比乐高玩具。不同的动力模块、电器模块、底盘模块、车身模块等都可以在同一个架构上如乐高积木般随意组合，各模块接口在架构设计之初就实现了标准化和共享化，设计自由度非常之高。

3.3 实现装配可操作性高及安全性

产品高度的模块化集成包括了很多小的集成模块。使模块与模块之间的装配更为简化，从而提高生产节拍效率，车型的模块化率集成成度的越高，生产工厂的生产节拍则越快，生产投入成本则越低，模块化技术在汽车总装工艺系统优化升级方面也发挥了很大的作用，大大降低了汽车装配的难度，提高了生产效率[1]。更有主机厂可以将一个或者几个的整个模块进行外包处理，简化装配流程，提高生产效率。结合合众汽车项目代号EP12项目前端模块案例，该项目车型是从已有成熟量产车型改款而来，设计开发则是利用车身模块化设计的一个成功案例。其原有车型是不具备前端模块结构，在生产工厂生产装配时，操作员工需要穿过车身一体前横梁进入到机舱进行安装作业，在生产过程中操作人员往复穿过前横梁过程中存在较大安全隐患，为生产过程带来很大的不安全性和不便利性。

3.4 工厂内物料配送集中物流转运

物流配送是企业生产管理的重要环节部分，它贯穿于生产过程的每一个环节，模块化设计是满足与模块化装配的先决條件，而模块化装配是不再由单体零部件由物流配送至生产流水线体上，而是由物流集中转运供货至独立的模块化分装区域，集中配送模式可借鉴现代物流模式，改变以往分散式配送，组织专门的物流配送[3]。而另一种供货方式为：零部件供应商提供给生产主机厂一个模块或一个模块化集成，主机厂直接采用整个模块化集成的整个模块化装配。还是以合众EP12车型的前端模块结构为例，采用前端模块与不采用前端模块的生产方式，使总装生产线的工位数量减少了10多个。随着模块化生产方式的越来越普遍，国外成熟的主机厂模块化装配甚至已经达到了80%之多。

3.5 模块化设计提高车型换代降本，实现成本最小化

模块化技术的优势在于，产品可以分散地开发与生产，极大地降低了开发和制造过程中的成本，这种方式的使用，最直接的获益是生产主机厂，减少了开发费用，减少了设备厂房等投资，减少采购费用、库存、物流费用、管理费用，从而提高利润比[2]。当前企业如已有成熟平台模块化，那就可以在后续车型开发直接借用或做一些微小的变动，不同的模块集成可以组合出不同的排列组合，以各模块集成之间的互搭性来实现车型更新换代，模块化架构造车。例如国内自主品牌吉利汽车的CMA平台架构模块，CMA作为一个模块化、可伸缩全新中级车架构，给予设计师、工程师较大创造空间，让汽车工程设计灵活度高，同时可以适应不同级别的车型开发、可覆盖由A0到B级产品的开发;轴距、前悬后悬均可按需调节，A0级到B级、两厢或三厢定义开发，坐姿高度可按需调节，可同时适配轿车、跨界车、SUV及MPV基于平台模块可实现轴距可变，宽度可变，CMA架构模块之间的互搭与配合将模块化集成设计展现的淋漓尽致。

4 汽车模块化设计的展望

汽车产业作为当前国民经济重要战略支柱产业，尤其是进入新能源汽车时代，模块化应用技术是未来汽车生产总装装配过程中必不可少的技术，也是最具竞争力的技术，只有不断优化和提高模块技术的实际应用，才能保证汽车企业的长远发展[5]，因此，我们必须充分利用模块化带来的便利，积极向欧洲国家学习，不断提高我国汽车企业的核心竞争力，提升汽车汽车整体技术水平。因此对汽车模块化集成有迫切的需求，模块化的设计可分阶段实施，由单一零件过渡为总成零件，由总成零件集合为小的集成模块、由小的集成模块提升到中度集成模块，最终发展为高度集成模块，实现模块与模块之间的互换与互搭，对此需重点关注如下几点：

（1）企业加大模块化的研发力度、深度研究模块化集成的可行性及集成率。

（2）整合企业模块资源，使单个零件得到高度平台化、通用化。

（3）整合供应商模块资源，零部件供应商可直接参与主机厂商的产品设计开发当中，做到同步开发，缩短开发周期，降低开发费用，采用模块化供货方式，提高整车技术水平，这将会成为未来主机厂的一条重要生存之道。

参考文献

[1] 石领占.关于模块化技术在汽车总装工艺应用的分析南方农机（2018）07-0176-01.

[2] 黄青斌; 陈平 浅谈模块化发展在汽车产业中的应用国防制造技术ISSN：1674-5574.

[3] 王鹏，崔胜军.“快递式”集中配送模式在矿井物流系统中科技创新与应用ISSN：2095-2945.

[4] 王云峰，模块化设计在专用车汽车制造中的优势及其应用示例  科技创新与应用商用汽车ISSN：1009-4903.

[5] 许博.基于CAPP的汽车总装工艺与TS16949集成与应用实施研究[D].济南：山东建筑大学，2015.