如何做好整车开发的平台与架构?

分享

分享到:

    发表于:2018-12-01 21:45  浏览量: 1498  来源: 未知
摘要:本文分析整车产品、平台、架构和它们之间的关系。指出架构战略的推出,使平台概念得以拓展和向前延伸,从“共用零件”升华到“共同工程解决方案”。架构策略是资源和效益最优化与产品个性化之间最好的平衡。





1 整车开发中产品、平台与平台策略



1.1 产品

整车产品就是人们在日常生活中使用的各类汽车。从大类上可分为乘用车,商用车,专用车等。乘用车又可分为各种类型。我国按照GB/T 3730.1-2001给出了汽车和挂车类型的术语和定义。

      汽车在初始发展期只是一种满足人和货物移动的工具。随着社会的发展,货物运输效率的提高及不同用途的需求,形成了各种各样的汽车产品。现代社会的不断发展,用户的个性化需求日益突出,因而又出现了所谓的跨界车型,甚至会出现对汽车新种类的定义。汽车已不再是一个简单的交通工具,而且是人们生活的一部分。目前,世界上各国汽车公司生产的汽车产品有几百种,几十类。

1.2 平台与平台战略

      从产品开发过程而言,为了缩短开发周期,节约资源,降低成本等因素,在常规产品中不可能对某一个产品单独开发;而另一方面从用户的角度出发,虽然各个产品有所不同,但有些产品和产品之间并没有很大差异,且这种差异也不会导致产品构成的根本变化,因而在开发过程中会把这样接近的、类似的特性在某些开发阶段“合并”起来。从根本上讲,两个产品的有些系统,子系统或零件是一样的,特别是不可见部分;而对于可见部分则根据不同地区,针对不同市场及不同用户群进行个性化设计。这种相同的系统,子系统及零部件的组成,被称之为平台,也就是说,平台是由一些共用件组成,在一个平台上,通过针对市场的个性化设计,可形成多个产品。

1.webp.jpg

图2车型平台的基本组成

     所谓平台战略就是在开发过程中用一个平台同时承载不同车型的开发及生产制造,是零件最大共用化和产品个性化的一种平衡。这种设计思想和方法可以在满足成本,周期及质量的要求下满足用户个性化需求。在研发方面,首先一个平台上实现的技术升级,可以使这个平台上的所有车型收益,降低了开发费用;其次,减少了分析、设计及试验的种类和试验样本数,缩短了新产品上市时间;在制造方面,相同零部件的采用使生产过程相同,从而降低固定投资;而相同零件的使用又可扩大零件批量,降低物料成本。在质量方面,共用件的广泛使用,降低了解决质量问题的复杂性,便于投入最优,最大资源来进行质量攻关,减少了“犯错误”的机会。同时,也是实际生产过程中防错措施在产品规划中的扩展,使设计保证质量真正得以实施,从而在本质上提高设计过程的质量,降低产品在使用阶段的抱怨。

平台及平台战略的产生,不仅推进了汽车开发和制造领域的技术进步,也对产品的供产链和服务链都产生了革命性的影响。然而,在平台战略使企业的资源得到最优化,效益最大化的同时,其缺点也慢慢显露出来。在一些企业的平台战略的实施过程中,由于过分追求效益与产品零部件的共用,使车型趋于雷同,产品缺乏变化,引起消费者的认同度下降;其次,在同一平台上频繁地推出性能类似的新车型,也直接形成了对自身家族车型的冲击,导致对品牌的伤害。再此,平台战略的零部件共用对产品质量控制是一把双刃剑。2010年“丰田门”事件是一个典型案例。

       在当今社会个性化发展加剧和产品日益细化的时代,仅仅通过一些零部件的共用,或者说只依靠共用零件已经很难把握资源和效益的最优化和产品个性化之间的平衡。于是,汽车生产商不得不进一步考虑如何在高效,经济的前提下让用户得到最大的满意。在这样的社会推动下,打破平台战略局限性的平台深化战略,也就是架构的概念开始逐步形成。



2 架构与架构战略



2.1架构

      由于平台是有一些共同件组成,而产品的多样化(性能,尺寸,用途)使得某些时候已经不能用共用件来解决问题时,必然会产生多个平台。对于一个在市场上全方位参与竞争的汽车公司而言,开发多个平台是不可避免的。但平台数量过多同样会导致投入过大和产品技术过于复杂,所以有必要研究平台与平台之间的关系。架构实际上是平台概念的拓展,也就是在不得不采用不同零部件时,还是否能找出共同点,保持平台概念上的优点。

      从产品开发的角度出发,根本之处是在为产品的实现找到技术路线,也就是技术方案,或称为工程解决方案。在不同平台上,虽然零部件是有差异的,但解决问题的工程方案是一致的,这同样可以缩短开发周期和降低成本,使开发资源用在关键点上。而在制造方面,当采用平台战略时,由于采用共用件策略,所以制造方式也必然是相同的。在扩展到架构策略时,虽然某些零部件已有所不同,但在相同工程解决方案的基础上,也有可能确定相同的制造方式或找到可以互换的制造方式,这就是所谓的模块化设计和制造。因此,所谓架构,实际上就是相同的工程解决方案和模块化制造工艺的综合。它从平台概念上物理的“同零件”扩展到了设计过程上的“同方法”和制造过程中的模块化,是一种更深层次的协同。是从采购同零件到开发资源同方法的提升。

2.2 产品,平台,架构之间的关系

      从上述分析中可知,如果两个产品沿用了相同的关键系统,子系统或零部件,则可称为同平台产品,或者我们说这两个产品出自同一平台。如果两个平台的关键部分采用的是相同的工程解决方案,则称为同一架构上的两个平台。架构实际上是平台概念基础上的扩展和往上延伸。图3是汽车整车产品架构,平台与产品生成的一般关系。平台与平台,平台与架构之间的划分各公司之间也是有差异的。随着技术的进步也在演变之中。


2.webp.jpg

 图3汽车整车产品架构,平台与产品生成的一般关系

2.3 架构战略

       在单纯的平台化战略受到的质疑日益增多的今天,架构战略,也就是这个架构和平台结合运用的新战略的出现给出了一个令人满意的答案。

所谓架构战略是一种更为灵活的整车规划和研发战略,它以架构-平台-产品这样一个自上而下的树状结构承载了具有相同架构特性的所有公司车型开发。

架构战略,或者说统一架构的车型应具有这样一些特性:

(1)一组共用的零件,在保证工程方案相同的前提下尽可能最大化地实现关键零件共用;也就是说在平台化过程中能保留下来的优点一定要尽可能的保留。

(2)共同的功能和性能限制,共用的工程解决方案决定了架构所有车型具有一定的性能共性,并且建立起工程解决方案之“最优性”;

(3)一组共用的界面,用以保证关键架构零件的共用性;

(4)相同的制造体系,统一架构车型相同的制造体系确保企业整体制造规划的灵活性。

(5)一定的尺寸带宽,用共同的工程方案解决关键尺寸在一定范围内的浮动,进一步满足用户个性化的需求。

3.webp.jpg

 图4 架构的5大特征

        图5所示的是某一系列产品的主要尺寸参数,它包含三个平台,短轴距平台负责中级的三厢/两厢轿车及其换代产品的开发;长轴距的负责中高级别轿车及其换代产品;而第三个平台则承载高端SUV、MPV产品。

三个平台分工明确但在一些原理上共享相同的工程方案,从而大大降低了开发周期及风险。

4.webp.jpg

 图5 架构规划实例

        当然,H点高低只是区分不同平台时的参数之一,并非全部。实际上,各汽车生产厂商会依据自身的技术能力和工程规划来定义适用于自己的架构和平台,但大体上是相近的。

      由此可见,架构战略给现代汽车开发提供了一条崭新的思路,在平台化沿用和全新开发之间架起了一座桥梁。

       首先,它提供了更为广泛及灵活的产品规划方式,如果按照平台战略,由于产品的外型,布置有较大差异,SUV、MPV、轿车等车型相互之间是很难共平台开发的,架构思路的出现避免了一系列新平台各自为政的情况出现,使公司资源得到最合理的整合。由于架构战略有共同的功能及其性能的前瞻性,使得规划部门更早的着手前期规划,让人员,经验及硬件尽早到位。

      其次,以比较小的代价解决了共平台策略车型缺少变化的问题,在同一架构的指导下,不同平台所衍生出的不同性能的车型给顾客提供了更为多样化的选择空间。

       第三,大大节省了开发费用,从图6的统计数据中可以看到,在无法做到同平台的情况下,平台之间共架构的设计理念还能够大幅缩减工程开发费用、投资费用和制造费用。

5.webp.jpg

 图6 共用性(共用零件与共用方法)对开发经费的影响

        第四,降低了同架构车型开发周期和风险,得到验证的工程方案可以应用于该架构中任意一款车型,产品质量的提升以及售后的反馈都将从中获益。

       第五,由于同架构车型在开发时就考虑了采取一致的制造体系,对于企业的生产、物流、采购体系也提供了更大的灵活性。

2.4 架构规划与产品规划

      既然架构战略能够对企业的产品规划带来的利益如此显著,随之而来的问题就是如何来规划企业的架构型谱,如何做到用最少的、最合理的架构来涵盖企业尽可能多的车型。这里首先要指出的是架构的规划和产品车型的规划并不相同,企业产品车型的规划一般来自规划和市场部门,由终端市场调研以及对未来市场判断所得,一般通过产品的尺寸(尤其是轴距和轮距)、发动机排量、车型、品牌来描述或规划。如何用合理的架构去承担这些车型的开发任务就是架构规划者要考虑的。

一般用三个因素来对架构进行分类:

(1)驱动形式。例如,TFWD-发动机横置前驱、LRWD-发动机纵置后驱等。

(2)前轮距范围。决定了所选底盘架构,前悬、转向等整车硬点。

(3)车身形式。承载式或非承载式,高地板或低地板。

      一个经过合理规划的企业架构型谱应该有这样两个特点:合理的分布能够满足主流车型细分市场的需求;最少的冲突和重叠保证了企业资源利用效率的最大化。

      美国通用汽车公司自2003年以来,坚决的实施全球化架构战略,已经由本世纪初期的全球GM共52个平台优化合并到12个架构中,其中EPSILON、DELTA、GAMMA三大主要架构涵盖了其全球60%以上的乘用车型上。海通用近两年连续将几款高品质主流车型投入市场,获得了良好的市场反馈和顾客满意度。其紧凑的开发周期、完善的产品质量体系通过通用全球化架构战略获得了可靠保障。开发成本的下降也带来了利润的上升。

日产的掌门人卡洛斯的“日产复兴计划”中,成功实施架构战略,使连续亏损7年的日产公司转为持续6年盈利,被视为车界传奇。他借助架构的理念,使原来的22个平台减至15个,并在联盟内技术共享,大幅缩减了成本。

       按照架构-平台-产品来理解并开发,制造整车产品,必须要从开发流程及组织行为中得到支持和保障。为此,在组织机构中确立了前期工程和产品工程的定位和分工,并采用矩阵式的管理方式来协同各功能块的运作。

       在架构概念得到确认后,我们把共用工程解决方案和模块化理念所确定的零件及平台中的沿用件统称为架构件。前期工程的职责就是在市场提出需求时,首先确定这一产品的技术路线及工程工作范畴。确认在现有架构规划中是否需要重新开发或优化。也就是确定哪些是架构件,哪些是非架构件,并完成架构件的开发。根据每一个项目的不同情况,确定每一个架构件的技术参数或概念设计,在需要时直至尺寸数据的发布。图7所示的就是一种基于架构概念的产品开发过程。在流程上也定义了前期工程的时间节点和提交物,明确前期工程和产品工程的责任和义务,从而保证整个产品的进程,最大限度地做好高效、高质量、低成本的开发和产品个性化之间的平衡。

6.webp.jpg

 图7 基于架构概念的产品开发过程



3 案例分析



      怎样理解平台化的“相同零件”向架构化的“相同工程解决方案”升华,我们来做一个案例分析。在产品更新过程中,对白车身来说,我们希望下车身体不变或尽量少变以节约成本,而上车身体做符合市场的更改而满足视觉上全新形象的要求。下车身体承载着众多的诉求,例如;在碰撞过程中力的传递,我们称之为安全碰撞载荷路径。

7.webp.jpg

 图8 碰撞冲击力的传递

      如图8所示,在碰撞中的冲击力将通过上中下三条路径向后传递并吸收,它是车身设计首先要考虑的重要因素。要想实现这个目标,发动机舱的结构设计一般来说有两种方案。

图9中,左边所示的是半副车架加笔直而较粗壮的前纵梁方案,右边所示的是全副车架加弯曲前纵梁方案。前者我们把它称为半副车架技术路线或半副车架工程解决方案,而后者则称为全副车架技术路线或全副车架工程解决方案。

8.webp.jpg

 图9 两种典型的发动机前舱结构

        两种方案各有优缺点,这不是我们今天的讨论的重点,我们要讨论的重点是:在一个企业的主打产品中,只能用一种方案。如图10所示,如果方案不同,则碰撞时主要受力的出发点不同,导致总布置的方法不同,从而使得很多系统、零件的原理不一样。在它的背后意味着巨大的时间和财务成本。

9.webp.jpg

 图10 不同方案导致的系统和零部件的巨大差异

      相同的方案就意味着载荷路径一致,从而车身底板纵向走向一致;副车架结构一致;动力总成布局一致;排气系统、油管、油箱布局一致。这时,虽然由于产品尺寸不同而一些零件不能共用,但是一致的载荷路径使得后续很多系统的设计方法是一致的,由此可以节约大量的开发费用和质量维护费用。对供应商来说,所要提供的这个零件虽然尺寸不一样了,但工作原理和技术方案还是一样的,使得原有的投入在很多方面还有利用的价值,从而使主机厂降低了采购成本。这就是在零件不能平台化共用时,采用“相同工程解决方案”带来的好处。这个“好处”还只是表面上的,而深层次的是企业人才的聚焦,知识的积累,和文化的建设,为创新打好基础。总结一下也就是说,平台化是第一步,架构化是第二步;平台化是基础,架构化是延伸;平台化节约的是可计算的钱,而架构化还节约了不可计算的费用。对国际上的大公司来说,以架构理念来规划产品是一条必然之路。反观国内的自主品牌企业,差距还是比较大的。以某企业为例,在2650mm左右轴距的三个产品中,白车身冲压件的共用件不到5%。也就是说,几乎是3套全系列模具做3个产品,而欧美的公司像这样的案例基本上是1.3套模具就可以了。所以,我们很多时候共平台都没有做好,更不要提架构理念了。而由此来比较两个企业的成本,就根本不在一个层面上。现在,做一个车出来已经不是什么难事了,关键是能否为企业带来盈利。对于一些“新兴的想做汽车的企业”来说,解决“传统汽车行业里的传统问题”乃是基础,不然那些互联网、智能化、等等只能是空中楼阁,乐视的“新物种”也就只能是昙花一现。



4 平台战略、架构战略的辩证应用



      首先,平台和架构的划分是相对的,一般国际化的大公司都会根据自身的情况来确定。所谓的“自身的情况”主要是指本公司的知识延续和对产品的理解及经验的积累。其次,有些产品面比较小的公司,则只有平台战略而无需架构战略,因为他们的产品相对单一,也许一个架构发展下的几个平台已经足以覆盖大多数主打产品。在用平台方法能够胜任自己公司的产品规划时,过度的强调架构战略则是典型的形式主义,形而上学。反而会影响公司的正常运行。对于国内的汽车企业来说,基本处于起步阶段,因而在这一点上要特别注意。我们在车展上可以看到,有些企业在展台上放了很多产品,号称“狼群战术”,产品和产品之间很难看到相关性。

       从本质上讲就是缺乏平台意识,必将导致成本过高。这不仅仅是指开发成本,制造成本和采购成本,而更大的是质量成本和平台维护成本。如此做法产品根本就没有盈利的可能性,这无需到年终的销售数据或产品生命周期结束时来证明,在产品早期开发时就可以看到这个结果。国内的很多企业都有过这样的教训,但你还是可以看到,还是不断的有人还在走同样的路。当然,过分的强调平台化也未必是对的,特别是在企业的起步阶段。一定要把平台战略研究完美以后再开始前几款产品的开发,那是教条主义,也许会错过企业快速发展的最佳时间窗口。平台化、平台策略及架构战略到底要怎么做,没有固定的公式和定论。以德国大众和日本丰田为例,他们是以本公司技术,本公司文化,单民族思维模式向全球扩展的公司,在技术、产品和品牌上有长久的积累,这样的公司早已把平台化和架构策略看成必然之物。由于长期一贯的工作方法和思维模式,他们更多的把架构看作平台化的延续而不加以特别的区分,虽然在产品规划,特别是技术分析时也用架构这个词,但在型谱规划中常见的还是平台这个概念。

      与他们完全不同的是美国通用,它向全球扩展的方法主要是以资本的形式进行,也就是购买吞并或参股,所以在公司内部会形成多种技术路线。在资源整合是就会偏重把平台和架构做一定的区分,以便于沟通和理解。总之,平台与架构是一种方法,一套理论。企业想做大做强,此乃必经之路。但在实践中还需根据企业的自身情况来做。怎样才算作好了,没有绝对的结论,仁者见仁智者见智。在市场竞争的汪洋大海中,只能以结果论英雄。

关注官方微信