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略谈面向制造的汽车设计——钟志华
 
慧聪网   2005年9月2日9时39分   信息来源:科学网    


    本报告从设计对汽车新产品开发的影响、汽车制造的关键环节与核心技术、面向制造的汽车设计理论与实践、汽车模块化设计四个方面进行详细阐述。本文为报告提纲。

    从产品竞争力的角度讲,设计对汽车新产品开发的影响可概括为三个方面:开发与生产成本、开发与生产周期和产品品质(综合性能)。前两者都是在满足基本品质要求前提下的指标,而后者指超出基本要求外的品质指标。

    基本品质要求指设计所提出的基本技术要求(质检内容),如形位公差、刚度与强度要求、法规要求等;基本要求以外的品质内涵指高于基本要求的品质特性和高的产品合格率。企业经常面临的几个经典问题在于:成本是设计决定,还是制造决定?品质是制造出来,还是设计出来?周期受谁的影响最大?产品开发的失败是设计的责任还是制造的责任?零件制造的失败是工艺的问题还是材料的问题?等等。

    汽车设计制造主要的协调环节包括造型、结构、安全性等设计环节,冲压、焊接涂装、总装等工艺环节,不同性能的普通钢板、高强度钢板、轻合金和非金属等材料以及相关装备等。对产品开发全过程来说,在给定的工艺和材料条件下,设计决定全局优化;而制造过程(包括实现给定工艺的具体方案)只能决定局部优化。与制造不相适应的设计将显著提高成本、延长周期,并给品质控制造成巨大困难。

    汽车整车制造的关键环节包括冲压、焊装、涂装、总装四大制造流程。在柔性生产线的条件下,只有模具、夹具和检具是随车型而变的主要制造装备,其中模具的设计制造对汽车新产品的成本、周期和品质有决定性影响。面向制造的汽车设计应有利于冲压、焊装、减少冲压件数量(从而减少焊点数量和装备数量)、降低材料要求、节省材料等。除焊装外,以上其他都与冲压工艺设计及模具设计制造有关。

    典型的冲压件通常要经过3至5类不同工序制成,一般一个工序对应一套模具,涉及到设计、制造和调试等各个环节。为降低成本、缩短周期、提高品质,一个零件所需的工序数越少越好。在给定工序的条件下,优化设计制造单个零件的模具、检具和夹具就尤为重要。

    面向制造的汽车设计理论与实践涉及面向制造的结构设计和面向制造的安全性设计等,前者又可分为结构分块与结构形状特征设计,后者包括整车缓冲吸能结构与成员保护系统设计等。结构分块应有利于减少零件数量、便于焊接、节省材料等。初步估计采用新一代设计制造技术可使白车身零件数量减少30%~70%。当结构分块确定后,零件形状成为面向制造的设计的主要可控手段,通过改变零件的形状特征可以改变零件的可制造性能。碰撞安全性设计要点在于车毁人不亡,这就要求采取有效的措施实现缓冲吸能与乘员空间保护,要求达到整车变刚度优化,主要缓冲吸能结构与辅助缓冲吸能结构区分,碰撞安全性能要求与其他结构、强度要求兼顾,不同碰撞条件下的碰撞安全性兼顾等。

    汽车模块化设计是系统地面向制造的汽车设计方法(自然的最低层次的模块化不在此列)。根据汽车不同功能的要求,系统地分解汽车结构,使体现汽车产品个性化的结构与保证汽车重要功能的结构相对分开,从而最大限度地方便汽车产品的更新与升级。汽车模块化设计能帮助实现低成本条件下的新产品系列开发。

    面向制造地设计的一个重要目标是在保证基本品质要求前提下,使产品设计制造成本最小化;通过减少制造工作量和制造难度显著缩短制造周期;通过协调设计制造的各个环节,并通过减少和优化制造环节减少品质控制难度、提高产品品质。真正意义上的面向制造的汽车设计将对汽车设计制造领域产生重大冲击。

 
作者:湖南大学 钟志华 
 
 
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