模块式装配在车辆总装的运用

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本文作者：田润心作者单位：上海市机电设计研究院有限公司

1模块化概念

传统的装配工艺（包括其它工艺制造过程）并没有模块化的概念，而是分总装和部装，或者再分合装、组装等工艺过程。部件是产品的一部分，由若干零件装配在一起所组成。在产品装配过程中，零件先被装配成部件（部装），然后才进入总装配。某些部件（称为分部件）在进入总装配之前还先与另外的部件和零件装配成更大的部件（称为总成）。模块化是一种新的生产工艺概念。模块也是产品的一部分，具有独立功能，同时还具有一致的几何连接接口和一致的输入、输出接口单元。相同种类的模块在产品族中可以重用和互换，相关模块的排列组合可以形成最终的产品。模块是模块化设计和制造的功能单元，它具有以下三大特征：1）相对独立性，能对模块单独进行设计、制造、调试、修改，便于由不同的专业化企业分别进行生产；2）互换性，模块接口部位的结构、尺寸和参数标准化，容易实现模块间的互换，从而使模块满足更大数量的不同产品的需要；3）通用性，有利于实现横系列、纵系列产品间模块的通用，实现跨系列产品间模块的通用。从模块的特征可得出模块和部件的不同。由于模块具有独立性，所以模块装配生产线可以脱离总装线而单独存在，它甚至可以不再布置在总装线旁和总装厂内。

反之，由于部件不具备这种独立性，所以部装线只能作为总装线的一部分，或是作为总装线的分支而存在。由模块组成的产品具有以下特点：1）不同功能模块的组合配置，可以创建不同需求的产品，满足客户的定制需求；2）产品的开发既可以重用已有模块和已有设计经验，也可以重用相似模块生命周期中的采购、物流、制造和服务资源；3）减少产品设计的复杂性，在利用现有模块时可不再关心模块内部的功能实现，而只需关注模块之间的逻辑功能，可大大提高产品工程管理质量和产品的可靠性。可以说，“模块化”是现代汽车工业发展的一个“魔块”，它能够变幻出各种设计思路，从而完成一辆车的进化。

2汽车制造中模块化生产概念的提出

从20世纪初的福特公司T型车的流水线生产，到近代以丰田公司为代表的精益生产方式，汽车的生产模式一直围绕着降低生产成本、让汽车构造简单安全的主要目标进行。多年来，各大汽车公司通过推进汽车配件的标准化，使多种车型共用同一种配件，大大削减了新车型的制造成本，同时又使多种车型可同时生产，满足不同的市场人群。随着数字化技术在生产中的应用，汽车的生产制造从配件的标准化开始向集约化、标准化、数字化和模块化发展，由此让汽车的“组成结构”也开始趋向于模块化生产。所谓模块化生产模式是指通过将独立配件整合起来形成一个更大的单元。近几年，汽车制造业开始两种生产理念的“较量”：一种是以日系汽车为主的ECU（电子控制装置）集成和标准化，实现一个涵盖范围更大的功能，ECU群的“标准件”使之成为各车型通用的模块；另一种是以德系汽车为主的产品结构多项功能与多种配件相互关联的复杂对应关系。这两种理念形成了目前在汽车模块化制造生产过程中的两种思路。日系汽车推崇的模块化生产模式以丰田公司为代表，围绕ECU进行更大模块化装配的推进，丰田公司希望将按照各种功能细分的ECU整合起来，实现一个涵盖范围更大的功能。比如以传动控制、车身控制、安全控制和多媒体等标准系统为单位进行模块开发。德系汽车走的是另外一种模块发展思路，它被业界公认的四大模块分别是：动力总成模块、车门总成模块、仪表总成模块和车前端总成模块。通过对这几大总成的模块化制造，使原来的生产线得以缩短。

3汽车制造中的模块化生产运用

传统汽车装配采用的是零件逐一叠加的方式，工位较多，装配线较长，装配效率较低。模块化的装配生产打破了传统上的串行生产流程，改为并行生产。通俗讲就是不同的模块装配生产线同时工作，最终将所有模块在一条总装线上整合起来完成一辆车的生产，大大加快了工作效率。

模块化装配生产可在总装场地旁或在相对独立的区域（或车间）内进行；也可以由供应商以模块化形式供货。过去的汽车总装生产模式，总装线上需要装配2万多个零部件，而采用模块化装配、集约化管理的总装线上只需要装配2000多个零部件，由于模块化装配生产将部分任务从总装线移到了模块装配线上，从而使总装线缩短，主线上的工人数量可大大减少，每一辆车的装配时间也可大大缩短。如某汽车生产厂将发动机、变速箱以及前轴和前悬挂都集成在同一模块（底盘模块）上，而不是传统的发动机装入整车的生产流程，最终由类似于这种集成的模块组合成一辆完整的车，这就是模块化生产的简单原理。某汽车厂总装车间汽车总装生产线装配工艺简易流程示意如图1所示。

从装备成本角度看，模块装配线并不比传统的总装配线便宜，但模块化装配生产可以带来其它传统方式无法比拟的好处。比如，独立的模块装配线不受总装厂房尺寸和布局限制；模块装配线更易于进行调整和扩产，以适应新车型的加入和产量的提升；缩短后的总装线还降低了生产成本。假设传统总装线有120个工位，采用模块化装配生产后，将线上的20个工位的装配内容移到线外的模块装配线上，总装线可缩短为100个工位，总装线上在制的120辆车也就变成了100辆车。如果以1辆在制车占用的流动资金为5万元计算，那么在总装线上的流动资金就从原先的600万元降低到了500万元，按不同的产量可以算出总装车间每小时、每天和每年所节约的流动资金。

除了经济性外，在装配工装的采用上、装配质量的控制上和产品质量的追溯上，模块化装配生产都有很大优势。汽车的模块化装配生产模式降低了新车进入市场的风险。如果新车型畅销，模块化的装配生产可灵活地进行扩大生产；如果市场前景不好，模块化的装配生产又可快速满足另一个新车型的生产。

随着全球化竞争的日益加剧，世界各大汽车公司纷纷实行全球生产、全球采购、系统设计及模块化供货，使汽车零部件新技术产品的研发正在向零部件企业转移，整个汽车工业上升为全面的品牌竞争。利用“模块化”生产方式，汽车厂商可以在全球范围内进行汽车模块的选择和匹配设计，优化汽车设计方案，有利于提高汽车零部件的品种、质量和自动化水平，提高汽车的装配质量，缩短汽车的生产周期。

4模块化装配生产对汽车行业发展的影响

近十年内，模块化装配生产已经使汽车的生产方式发生了重大变革，传统汽车总装线上的部分装配内容转移到了线外进行，减少了汽车制造企业中在制部件、在制车的数量，简化了总装工艺，节省了总装时间，降低了管理成本和生产费用。采用模块化生产方式有利于提高汽车零部件的质量、自动化水平和产品的可靠性，缩短生产周期，并有利于推进国际化采购。在模块化装配生产方式下，汽车技术创新的重心部分移到了模块化的零部件方面，零部件供应商直接参与汽车厂商的产品设计，做到同步开发，缩短了整车开发时间，节约了开发经费。当前，世界各大汽车公司以全球范围作为市场空间，生产配套基地必需进行汽车模块的选择和匹配设计，优化汽车设计方案。汽车公司也要求零部件供应商向模块化发展，以模块化、成套化、系统化供货。例如仪表板供应商不仅要生产仪表板，而且要将仪表板上的仪表、电气件、电线束及风道等部件全部组合，向汽车总装线提供一个仪表模块。在经济全球化的背景下，迫于市场竞争力和成本压力，汽车制造业开始进行全球生产链的改革，主要汽车生产企业都实施了零部件全球化采购，模块化生产方式是汽车装配行业的一场变革。

5结束语

随着新工艺、新材料、新技术与新装备在汽车工业中的投入使用以及全球经济一体化日趋明显和市场竞争的日趋激烈，世界汽车工业也必然发生深刻的变革，汽车生产制造技术也将会有更新和更快的发展，也许未来在中国以纯电力驱动的电动车将把汽车模块化制造生产模式发挥到极致。