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行業(yè)新聞

汽車研發(fā)的五大階段及制造的四大工藝

2017年06月23日


汽車研發(fā)是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)工程,甚至需要上千人花費(fèi)幾年的時(shí)間才能完成;一款汽車從研發(fā)到投入市場(chǎng)一般都需要5年左右的時(shí)間。不過隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,研發(fā)的周期也在縮短,當(dāng)然,我們說的是正向設(shè)計(jì),事實(shí)上很多國(guó)內(nèi)的廠家都是逆向設(shè)計(jì),但即使是逆向設(shè)計(jì)同樣也需要很多的時(shí)間。我們可以仿制別人的外觀,但是我們無法仿制別人的工藝,我們依然需要進(jìn)行大量的機(jī)構(gòu)分析、材料分析、力學(xué)分析等,依然需要去試制、測(cè)試、檢測(cè)等等,這些研發(fā)的過程是無法省略的。

當(dāng)年有家企業(yè)剛進(jìn)入汽車業(yè),就夸下了“2010年做到中國(guó)第一,2015年做到世界第一”的“豪言壯語(yǔ)”。于是舉全公司之力,完全自主設(shè)計(jì)了一款車型,樣品完成后,廣邀其全國(guó)經(jīng)銷商對(duì)這款車進(jìn)行評(píng)價(jià),99%的經(jīng)銷商都太“震驚”了,這車也能賣,他們對(duì)這款車沒有點(diǎn)滴信息?好在這家公司做出了很英明的決定,沒有把此款車型投向市場(chǎng)。

很快這家公司認(rèn)識(shí)到模仿是必須經(jīng)歷的過程,從copy 到change再到design,這也是日韓汽車走過的過程。此后,此公司做出了一個(gè)戰(zhàn)略選擇,他們開始了大力copy工作,copy的車型從A00級(jí)車到C級(jí)車,從MPV到SUV一共十幾款車,而且這么多車型的研發(fā)工作基本上都是同時(shí)進(jìn)行的,并再次提出了一年研發(fā)3—4款車型的“豪言壯語(yǔ)”。但是他們沒有認(rèn)識(shí)到copy并不是那么簡(jiǎn)單,同樣copy也需要積累的。當(dāng)他們把他們copy的第一款車拿到車展的時(shí)候,業(yè)內(nèi)的人都笑了,太粗糙了吧?這個(gè)車型只會(huì)把自己的品牌永遠(yuǎn)的毀掉。但是這款車連模具都開了,繼續(xù)向市場(chǎng)推廣,還是廢掉重來?這可是好幾億。這個(gè)時(shí)候,這家企業(yè)真正意識(shí)到“模仿也不是個(gè)簡(jiǎn)單的活”,他們立即停止了對(duì)奔馳等車型的仿制工作,全部精力投入到一款A(yù)級(jí)車的研發(fā)中來,他們用幾個(gè)億RMB和三年的時(shí)間,買了一個(gè)重要的教訓(xùn)。


不同的汽車企業(yè)其汽車的研發(fā)流程略有不同,正向開發(fā)的一般研發(fā)流程為:

一、市場(chǎng)調(diào)研階段

一個(gè)全新車型的開發(fā)需要幾億甚至十幾億的大量資金投入,如果不經(jīng)過很細(xì)致的市場(chǎng)調(diào)研可能就會(huì)“打水漂”了;現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有專門的市場(chǎng)調(diào)研公司,汽車公司會(huì)委托他們對(duì)國(guó)內(nèi)消費(fèi)者的需求、喜好、習(xí)慣等做出調(diào)研,明確車型形式和市場(chǎng)目標(biāo),即價(jià)格策略,很多車型的失敗都是因?yàn)槭袌?chǎng)調(diào)研沒有做好。譬如:當(dāng)年雪鐵龍固執(zhí)的在中國(guó)推廣兩廂車,而忽視了國(guó)人對(duì)“三廂”的情有獨(dú)鐘,致使兩廂車進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)太早,失去了占領(lǐng)市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。

 二、概念設(shè)計(jì)階段

概念設(shè)計(jì)主要分三個(gè)階段:總體布置、造型設(shè)計(jì)、制作油泥模型。

1.總體布置(草圖)

總布設(shè)計(jì)是汽車的總體設(shè)計(jì)方案,包括:車廂及駕駛室的布置,發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器及變速器的布置、傳動(dòng)軸的布置、車架和承載式車身底板的布置、前后懸架的布置、制動(dòng)系的布置、油箱、備胎和行李箱等的布置、空調(diào)裝置的布置。

 


2.造型設(shè)計(jì) (手繪草圖)

在進(jìn)行了總體布置草圖設(shè)計(jì)以后,就可以在其確定的基本尺寸的上進(jìn)行造型設(shè)計(jì)了。包括外形和內(nèi)飾設(shè)計(jì)兩部分。設(shè)計(jì)草圖是設(shè)計(jì)師快速捕捉創(chuàng)意靈感的最好方法,最初的設(shè)計(jì)草圖都比較簡(jiǎn)單,它也許只有幾根線條,但是能夠勾勒出設(shè)計(jì)造型的神韻,設(shè)計(jì)師通過大量的設(shè)計(jì)草圖來盡可能多的提出新的創(chuàng)意。這個(gè)車到底是簡(jiǎn)潔、還是穩(wěn)重、是復(fù)古、還是動(dòng)感都是在此確定的。

 


當(dāng)然,如果是逆向設(shè)計(jì),則就不需要這個(gè)過程了,把別人的車型直接進(jìn)行點(diǎn)陣掃描,然后在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行造型勾畫就行了。

3. 制作油泥模型

隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,草圖繪制完成后,可以用使用各種繪圖軟件制作三維電腦數(shù)據(jù)模型(這種模型能夠直接將數(shù)據(jù)輸入5軸銑削機(jī),銑削出油泥模型),看到更加清晰的設(shè)計(jì)表現(xiàn)效果,然后進(jìn)行1:5的油泥模型制作。
 


完成小比例油泥模型制作后,進(jìn)行評(píng)審,綜合考慮各種因素:美學(xué)、工藝、結(jié)構(gòu)等,OK后進(jìn)行1:1的油泥模型制作。

傳統(tǒng)的全尺寸油泥模型都是完全由人工雕刻出來的,這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且模型質(zhì)量不能得到很好的保證,制作一個(gè)整車模型大約要花上3個(gè)月左右的時(shí)間,現(xiàn)在隨著技術(shù)的進(jìn)步,各大汽車廠家的全尺寸整車模型基本上都是由5軸銑削機(jī)銑削出來的,這種方法制作一個(gè)模型只需要1個(gè)月甚至更少的時(shí)間。



三、工程設(shè)計(jì)階段 (數(shù)模構(gòu)建)

在完成造型設(shè)計(jì)后,開始進(jìn)入工程設(shè)計(jì)階段,工程設(shè)計(jì)是一個(gè)對(duì)整車進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)的過程,各個(gè)總成分發(fā)到相關(guān)部門分別進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。
 


工程設(shè)計(jì)階段的主要方面:

1. 總布置設(shè)計(jì)

在前面的總布置草圖上,進(jìn)行細(xì)化,精確各部件的尺寸和位置。確定各部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)、特征參數(shù)及質(zhì)量要求。包括:發(fā)動(dòng)機(jī)艙、底盤、內(nèi)飾、外飾及汽車電器等布置圖。

2. 車身造型數(shù)據(jù)

在油泥模型完成后,使用三維測(cè)量?jī)x器對(duì)油泥模型進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量生成的數(shù)據(jù)稱為點(diǎn)云,工程師根據(jù)點(diǎn)云使用曲線軟件比如Catia、UG imageware等來構(gòu)建汽車產(chǎn)品的外形。

“模仿”的車型則是,把別人的產(chǎn)品直接進(jìn)行三維測(cè)量,形成“點(diǎn)云”數(shù)據(jù),然后根據(jù)點(diǎn)云進(jìn)行汽車產(chǎn)品的外形。

“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)(一些零亂的點(diǎn))根據(jù)“點(diǎn)云”進(jìn)行曲面構(gòu)建:


3.發(fā)動(dòng)機(jī)工程設(shè)計(jì)

一般新車型的開發(fā)都會(huì)選用原有成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成,然后針對(duì)新車型的特點(diǎn)及要求,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行布置,并進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)匹配,這一過程一直持續(xù)到樣車試驗(yàn)階段,與底盤工程設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。

4.白車身工程設(shè)計(jì)

白車身的設(shè)計(jì)工作是在車身造型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的,所謂的白車身指的是車身結(jié)構(gòu)件以及覆蓋件的焊接總成,包括發(fā)動(dòng)機(jī)罩、翼子板、側(cè)圍、車門以及行李箱蓋在內(nèi)的未經(jīng)過涂裝的車身本體。白車身是保證整車強(qiáng)度的封閉結(jié)構(gòu)。譬如;我們經(jīng)常提及的豐田“GOA”車身。

這些部件依然使用三維數(shù)模軟件來見構(gòu)建,譬如UG、CATIA等,并進(jìn)行材料的選擇,工藝性分析、焊接、裝配等分析。

5.底盤工程設(shè)計(jì)

底盤包括:傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要工作包括: 尺寸、結(jié)構(gòu)、工藝功能及參數(shù)方面的定義、計(jì)算,根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)完成三維數(shù)模;然后根據(jù)三維數(shù)模進(jìn)行模擬試驗(yàn)及零部件的樣品的制作;根據(jù)三維圖完成設(shè)計(jì)

 

6.內(nèi)外飾工程設(shè)計(jì)

這些部件很多汽車公司不是自己制作,而是由配套生產(chǎn)廠家來做的。

內(nèi)飾件主要設(shè)計(jì)包括儀表板、方向盤、座椅、安全帶、安全氣囊、地毯、側(cè)壁內(nèi)飾件、遮陽(yáng)板、扶手、車內(nèi)后視鏡等。

外裝件的主要設(shè)計(jì)包括前后保險(xiǎn)杠、玻璃、車門防撞裝飾條、進(jìn)氣格柵、行李架、天窗、后視鏡、車門機(jī)構(gòu)及附件以及密封條。

這些部件同樣可用“逆向設(shè)計(jì)”,但是相應(yīng)的材料分析、結(jié)構(gòu)分析、樣品試制等工作還是省不下的。
 

7.電器工程設(shè)計(jì)

電器工程負(fù)責(zé)全車的所有電器設(shè)計(jì),包括雨刮系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、各種儀表、整車開關(guān)、前后燈光以及車內(nèi)照明系統(tǒng)。

經(jīng)過以上各個(gè)總成系統(tǒng)的設(shè)計(jì),工程設(shè)計(jì)階段完成,最終確認(rèn)整車設(shè)計(jì)方案。此時(shí)可以開始編制詳細(xì)的產(chǎn)品技術(shù)說明書以及詳細(xì)的零部件清單列表,驗(yàn)證法規(guī)。確定整車性能后,將各個(gè)總成的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行整理合成。

 

四、樣車試驗(yàn)階段

工程設(shè)計(jì)階段完成以后進(jìn)入樣車試制階段試驗(yàn)階段。

樣車的試驗(yàn)包括兩個(gè)方面:性能試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)。性能試驗(yàn),顧名思義,主要是對(duì)一些功能性的測(cè)試,看其是否符合設(shè)計(jì)要求;可靠性試驗(yàn),主要驗(yàn)證汽車的強(qiáng)度及耐久性。汽車的試驗(yàn)形式主要有風(fēng)洞試驗(yàn)、試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)試、道路測(cè)試、碰撞試驗(yàn)等。

1.風(fēng)洞試驗(yàn)

在油泥模型階段就已進(jìn)行初步的試驗(yàn)了,這個(gè)涉及到空氣動(dòng)力學(xué)方面的科學(xué);樣品制作好后會(huì)作進(jìn)一步測(cè)試!
 

2.試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)試

很多汽車企業(yè)都有自己的試驗(yàn)場(chǎng),試驗(yàn)場(chǎng)的不同路段分別模擬不同路況,有沙石路、雨水路、搓板路、爬坡路等等。

3.道路測(cè)試

道路測(cè)試是樣車試驗(yàn)最重要的部分。通常要在各種不同的區(qū)域環(huán)境中進(jìn)行,在我國(guó)北到黑龍江南到海南島都有進(jìn)行道路測(cè)試,以測(cè)定在不同氣候條件下車輛的行駛性能以及可靠性。路試是比較復(fù)雜的,包括各種條件下的路試(高速路、沙塵路、水泥路、冰雪路等等)。

4.碰撞試驗(yàn)

碰撞試驗(yàn)主要測(cè)試汽車的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,在新車上市前,企業(yè)要經(jīng)過N多次測(cè)試,據(jù)說卡羅拉上市前撞了100多輛車。測(cè)試主要是利用人體模型,通過各種傳感器考察碰撞對(duì)人體模型的傷害,并有針對(duì)性地進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)階段完成以后,新車型基本得到確認(rèn),然后進(jìn)入小批量試制階段。

五、量產(chǎn)階段

投產(chǎn)啟動(dòng)階段的包括制定生產(chǎn)流程鏈,各種生產(chǎn)設(shè)備到位、生產(chǎn)線鋪設(shè)等等。投產(chǎn)啟動(dòng)階段大約需要半年左右的時(shí)間,在此期間要反復(fù)的完善沖壓、焊裝、涂裝以及總裝生產(chǎn)線,在確保生產(chǎn)流程和樣車性能的條件下,開始小批量生產(chǎn),進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性,確保小批量生產(chǎn)3個(gè)月產(chǎn)品無重大問題的情況下,正式啟動(dòng)量產(chǎn)。下面我們將詳細(xì)介紹汽車制造的四大工藝:

1.沖壓工藝:

沖壓是所有工序的第一步。先是把鋼板在切割機(jī)上切割出合適的大小,這個(gè)時(shí)候一般只進(jìn)行沖孔、切邊之類的動(dòng)作,然后進(jìn)入真正的沖壓成形工序。每一個(gè)工件都有一個(gè)模具,只要把各種各樣的模具裝到?jīng)_壓機(jī)床上就可以沖出各種各樣的工件,模具的作用是非常大的,模具的質(zhì)量直接決定著工件的質(zhì)量。

2.焊裝工藝:

沖壓好的車身板件局部加熱或同時(shí)加熱、加壓而接合在一起形成車身總成。在汽車車身制造中應(yīng)用最廣的是點(diǎn)焊,焊接的好壞直接影響了車身的強(qiáng)度。所以很多廠家在說自己的車身結(jié)構(gòu)的時(shí)候會(huì)特強(qiáng)調(diào)自己是“激光焊接”。在國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家還是人工焊接,這當(dāng)然是為了節(jié)省成本。

3.涂裝工藝:

涂裝有兩個(gè)重要作用,第一車防腐蝕,第二增加美觀。涂裝工藝過程比較復(fù)雜,技術(shù)要求比較高。主要有以下工序:漆前預(yù)處理和底漆、噴漆工藝、烘干工藝等,整個(gè)過程需要大量的化學(xué)試劑處理和精細(xì)的工藝參數(shù)控制,對(duì)油漆材料以及各項(xiàng)加工設(shè)備的要求都很高,因此涂裝工藝一般都是各公司的技術(shù)秘密。

4.總裝工藝:

總裝就是把車身、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、儀表盤、車燈、座椅等各零件安裝組合到一起。裝配工藝的水平直接影響到汽車的性能,我們會(huì)看到有些汽車扳金的接縫比較均勻,而有些汽車扳金接縫不均勻,這都是與裝配工藝關(guān)系比較大的。

20世紀(jì)90年代底興起的組合單元化,即模塊化裝配方式的采用使得總裝生產(chǎn)線上的工序得到簡(jiǎn)化,生產(chǎn)線縮短,成本大幅度降低。一般的總裝車間主要有四大模塊,即前圍裝配模塊、儀表板裝配模塊、車燈裝配模塊、底盤裝配模塊。經(jīng)過各模塊裝配和各零部件的安裝后再經(jīng)過車輪定位、車燈視野檢測(cè)等檢驗(yàn)調(diào)整后整輛車就可以下線了。 
 

作為亞洲最大的汽車材料與設(shè)計(jì)、工藝與裝備、質(zhì)量與裝配、工程與服務(wù)技術(shù)行業(yè)盛會(huì),上海國(guó)際汽車制造技術(shù)與裝備及材料展覽會(huì)(AMTS)自2004年創(chuàng)辦以來,以國(guó)際化的視角呈現(xiàn)汽車工程領(lǐng)域全方位的系統(tǒng)集成解決方案。10多年來,展會(huì)的規(guī)模、展示范圍以及專業(yè)觀眾快速增長(zhǎng),極大地推動(dòng)了國(guó)際汽車制造裝備技術(shù)交流及貿(mào)易的發(fā)展!

AMTS 2017第十三屆上海國(guó)際汽車制造技術(shù)與裝備及材料展覽會(huì)將于2017年9月5-8日在上海舉行,將匯聚來自中國(guó)/亞洲的知名汽車制造商和一級(jí)供應(yīng)商的工程技術(shù)人員和決策者到場(chǎng)參觀,預(yù)計(jì)將有來自世界各地800家展商參展,展示面積首次突破80,000平方米,吸引80,000專業(yè)觀眾到場(chǎng)參觀。
 

部分信息來源:中國(guó)汽車制造網(wǎng)
 

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