简论模块化设计在汽车生产中的应用

　　0引言
　　随着我国经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，人们对汽车的质量、舒适性等性能需求也越来越高，这种需求促使汽车制造商不断地开发新车型，以满足人们的需要。因此，如何缩短汽车生产周期，在最短的时间内，制造出多种物美价廉的产品是目前汽车企业生存与发展的关键。总装模块化设计可以有效地缩短汽车生产周期，提高汽车整车质量，降低整车制造成本，方便维修，必要时可直接更换模块，同时有利于装配线的柔性化生产。
　　1模块化设计的定义
　　所谓模块化设计，是指在设计时把整车按功能分成几大独立的模块，每个模块上集成多个零件或总成，各模块之间的联接是固定的，不会因为其中零件或总成的变化而改变，在装配时以模块为基础装配。模块化设计的第一阶段，是总装装配零件的模块化;第二阶段，要达到整车层面上的整体模块化设计。
　　2装配设计原则与非模块化设计的缺点
　　2.1装配设计原则
　　装配设计DFA(DesignForAssembly)是模块化设计思想的理论基础之一。装配设计原则首先是把零件数减少到最少，其次要考虑零件装卸的简易性，最后要考虑最优的连接方式等。装配设计认为装配总成本是零件数、装配简易性及再定位数目的函数，如果能够减少装配的零件数，装配总成本相应会下降。模块化设计思想很好地体现了装配设计原则。在总装装配时，没有数量众多的单件，它们都事先装配好在各个模块中，模块之间联接设计简易可靠，装配简单方便，成本大大下降。
　　2.2非模块化设计的缺点
　　按照非模块化设计思想设计汽车，当油漆车身运送到总装线后，大部分零件都是单件形式由工人在装配线上一件一件装到车身上。这种装配方式，一方面造成工位很多，使得总装车间的流水线布置得相当长，投资成本升高;另一方面因为单件太多，各车型之间的单件存在细微的差异，部分件除了零件号不同外，外观基本相似，这样在紧张的工作环境中容易错装或漏装零件，导致发生质量事故。同时生产的车型比较单一，不能满足现代人对汽车个性化的追求。
　　3模块化设计在当今国内车型中的应用
　　随着国外汽车产品模块化的发展趋势不断稳固，模块化设计理念的应用已经比较普遍且较为成熟，国内乘用车设计中也逐渐应用了模块化设计理念，并且将模块化设计理念应用到了生产实践中，模块化设计理念的优势已逐渐展现出来。
　　4汽车模块化装配内容及模块化装配设计
　　4.1汽车模块化装配内容
　　汽车模块化装配零件主要包括仪表板、动力总成及前悬架、后轴总成及后悬架、车门等，在不同车型混线生产时，精简了作业内容，提高了劳动生产效率，实现了柔性化生产的目标。
　　4.2汽车模块化装配设计
　　4.2.1仪表板模块设计
　　仪表板模块主要包括仪表板本体、仪表线束、仪表横梁、转向管柱、组合仪表、组合仪表罩、DVD或CD、中控面板、储物盒、阳光温度传感器等。
　　(1)仪表板模块分装设计要求
　　仪表板模块分装设计需要考虑的因素:①仪表横梁上工艺孔数量及位置;②仪表板模块在工装上的翻转方式;③仪表板模块分装台的高度，符合人机工程要求;④仪表板本体表面耐刮擦系数;⑤仪表板横梁中间轴强度满足要求，能够承载整个仪表板总成的重力;⑥横梁两端需焊接带凹槽形状的定位销，确保仪表板模块稳固地挂在车身上，方便工人操作。
　　(2)仪表板总成助力机械手设计要求
　　仪表板总成助力机械手设计需考虑的因素:①机械手的抓取方式，是在仪表横梁两端采用销孔式抓取还是在仪表横梁的管梁下方采用支座托起式;②校核左、右前门处的室内空间，确保机械手能顺利进入和撤出车内;③机械手采用三点定位方式，防止抓取过程中仪表台模块旋转;④仪表板总成机械手移动速度需与流水线的速度相同，同时机械手移动到最大行程位置时，系统设置报警装置进行提醒。
　　(3)仪表板模块设计优点
　　仪表板模块设计优点:①减少员工室内作业频次，降低车内遗留件、面漆划伤等风险;②总成上线，可保证仪表板模块与车身的定位精度;③可以在上线前，利用电检设备检测电路是否异常并及时进行处理;④采用机械手抓取仪表板总成的方式，可降低员工劳动强度。
　　4.2.2动力总成及前悬架模块设计
　　(1)动力总成及前悬架模块组成部件
　　动力总成及前悬架模块包含动力总成模块及前悬架模块，其中动力总成模块包含发动机、变速器、助力转向泵、压缩机、起动机总成、驱动轴等;前悬架模块包含副车架总成、前稳定杆总成、下控制臂总成、动力转向器带横拉杆总成、转向高压油管总成、左右制动器总成等。两个模块分别组装好后进行合装，形成动力总成及前悬架模块。
　　(2)总装装配工艺对动力总成及前悬架模块组装基本要求
　　基本要求:①动力总成模块与托盘需要相对定位，因车型的结构不同，定位方式会有所不同，可根据实际需要，设计定位方式;②动力总成及前悬架模块放置在托盘上应固定牢靠，防止滑落伤人;③托盘在水平面上能够360旋转，方便工人操作。
　　4.2.3后轴总成模块设计
　　(1)后轴总成模块组成部件
　　后轴总成模块主要包括后轴总成、后减震器总成、后手制动拉索总成、后制动器总成等。
　　(2)总装工艺对后轴模块化设计基本要求
　　基本要求:①工装对后轴总成的支撑需稳固、牢靠，防止滑脱;②工装应考虑在水平面上360旋转，方便工人装配;③后轴工装在旋转过程中需要考虑周围空间，防止与设备干涉;④后轴总成设计需要考虑吊点位置，确保后轴总成能够安全地转运到合装小车上。
　　4.2.4前悬架总成模块与后悬架总成模块装配设计
　　(1)总装工艺对前悬架总成模块与后悬架总成模块基本要求
　　基本要求:①根据整车轴距，调整静态RGV前、后托盘间距，满足设计要求;②前、后托盘工装需满足强度要求，支撑牢靠;③小车浮盘与轨道及地面保持水平;④整车吊具左、右摆臂与地面Z方向间距要相同;⑤RGV在行驶过程中若出现异常或遇到障碍物等情况，小车须立即停止行驶，并发出报警提示声音。
　　(2)前悬架总成及后悬架总成合装
　　将前悬架总成与后悬架总成放置在RGV托盘夹具上，当模块与车身装配位置对准后，通过RGV举升装置将模块总成举起至适当位置，同时调整小车前、后浮盘，进行前、后模块同时装配。
　　4.2.5车门模块设计
　　(1)车门模块组成部件
　　车门模块主要包括门护板总成、玻璃升降系统、外后视镜、车门线束总成、密封条、扬声器总成等。
　　(2)传统车门装配方式与模块化车门装配方式对比
　　传统车门装配方式是门与车身一体，在内饰线上对门上相关零件进行装配。汽车车门模块化装配方式是用工具将门与车身联接的螺栓或轴拆卸，将门从车身上取下，放到门吊具上，通过链条的驱动，形成门总成分装线。车门模块化装配方式优点:①工人可直接进行装配，无需躺、靠、弯腰等操作方式;②零件装配一致性易控制，有利于提升制造质量;③室内作业过程中，工人不需要进行开、关门操作，降低车身面漆划伤的风险;④提高生产线宽度方向利用率，便于取件。
　　(3)总装工艺对车门模块化设计的基本要求
　　①门铰链需设计成可拆卸式结构，目前可拆卸式结构主要包含拆轴式、拆螺栓式两种。联接螺栓拆装过程中要求无零件遮挡，力矩不宜过大，否则容易导致定扭力矩扳手在拆卸螺栓过程中碰伤钣金表面油漆。②车门开启到最大角度时，门线束端子与室内地板线束端子插接空间需要考虑，一般Y方向空间预留8 10mm，方便端子插接及护套安装。
　　5模块化装配的优点
　　模块化装配的优点:(1)缩短装配线的长度，容易实现不同车型的柔性化生产，减少投资费用;(2)能够满足现代汽车大批量、多配置的生产需求;(3)实现多车型混线生产，排序供货错误率低;(4)改善主线与分装线的装配及时性及同步性;(5)降低因零件种类多而导致的错、漏装发生率，提升产品质量。
　　6小结
　　主要介绍汽车仪表板、前悬架、后轴及门总成等模块化装配方法，阐述模块化设计的概念，总结模块化装配优点及总装工艺对汽车模块化设计提出的一些需求。