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汽车工业的模块化战略 成本工程2.0

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图1德国奔驰汽车的纯电动汽车架构MEA (Mercdes-Benz Electric Car Architecture)(图片来自“Motor Authority” 2016.06.13)

2008年世界经济危机后的汽车工业,痛定思痛,各大企业都在寻找突破困境、可持续性发展的道路:

2009年,德国奔驰汽车首先提出模块化战略(Modulstrategie), 定义出Mercedes-Benz Front-Wheel-Drive Architecture(MFA)和Mercedes-Benz Rear-Wheel-Drive Architecture(MRA)的整车架构。核心目的就是要在150亿欧元的年采购总额中,降低成本20%(30亿)欧元

2010年至2015年间,大众汽车也提出车型平台化,计划了Modulare Querbaukasten (MQB)和Modulare L?ngsbaukasten (MLB); 宝马汽车公布了FWD (Front-Wheel-Drive)和RWD(Rear-Wheel-Drive)的整车架构;2015年3月27日,丰田汽车也宣布了TNGA(Toyota New Global Architecture)整车架构,目的要降低25%的研发成本

为什么这些先进的大型汽车企业,纷纷提出模块化、整车架构?这里首先要从零部件的成本和需求量的解析关系说起:

每一个零部件,都有它相应的生产线及生产设备,当这条生产线全年满负荷生产时,零部件单件成本指数为1,单件成本指数和产量有如下的解析函数关系:

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图2 零部件单件成本指数和产量的解析函数关系(刘晓毅博士首次提出的成本工程理论)

也就是说,产量的增加,使零部件的单件成本降低,其主要原因是生产线的投资总额可以分摊到更多的零部件上了;产量需求超过了一条生产线的产能,增加的第二条生产线,将导致解析函数的跳越(见图2)。这就是为什么要模块化、共通化的主要原因了,一个零部件如果不只是用在一个车型上,而是用在多个车型上,它的需求量就大幅增加,单件成本也就降低了。

以此为基础,这里就深入地介绍一下作者参与的奔驰模块化战略的经历:

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图3 奔驰C级轿车(W205)(图片来自奔驰官网)

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图4 奔驰V级MPV(VS20)(图片来自奔驰官网)

图3和图4这两款车型,外观、尺寸大不一样,但是,如果仔细观察一下内饰,不难发现,许多零部件、系统是一样的(或几乎是一样的),比如方向盘、仪表盘、导航仪、中央控制单元(Zentralbedieneinheit)和Touchpad,空调出风口,电子开关等等。这些,就是模块化的系统和零部件,是在多款车型通用的,如果有细节的区别,通常是装饰框、亮条,或表面处理不一样而已,其核心系统,是完全一样的。

模块化战略,有如下的核心要点:

目的:

通过模块化战略,大规模降低模块的单件成本(降低20%,总额30亿欧元)

降低eHPV(Engineered Hour per Vehicle, 设计出的单车制造时间),并使生产过程标准化(提高制造质量,降低制造成本)

降低研发成本,降低单车研发深度、减少研发风险

降低整车重量,减少油耗(轻量化)

提高整车可靠性和质量

实施过程:

针对所有的15款车型,每个车型统一按功能分解成90多个模块

对每个车型都做其两个生命周期的模块化定义并设定各模块投入时间表

全集团共有约3000工程师,投入模块化战略过程中,为期18个月。共有90多个模块小组,每个模块小组由研发、成本、生产工艺、质量工程师组成,每周两次会议,周一是技术研讨会,周三是跨部门课题会议

模块化方法:

在模块化的18个月内,分为三个阶段:模块分析阶段、战略和技术方案阶段、实施阶段(因各个模块开发周期不同,有不同的实施时间表)

每一个阶段,都用了大量标准化指导问题。分析和战略技术方案过程中,对模块功能定义、接口、成本、重量、可制造性、供应链都应用了各类方法、数据库,以达到性能、成本、重量、质量综合最优的技术方案

这里涉及许多的方法、流程、模块化战略运作模式的细节,作者就不作一一描述。

总之,模块化战略是汽车企业的未来核心工作,无论是常规动力的车型,还是新能源车型的研发,无论是数字化、无人驾驶,还是共享车型(奔驰提出的CASE: connected, autonomous, shared, electric),从产品定义、系列开发、直至量产,需要贯通模块化战略至每个车型的两个生命周期

模块化战略是德国工业4.0(中国制造2025)的重要组成部分

模块化战略可以大规模降低汽车企业的产品成本15%-20%,它不是从单一车型甚至单个零部件着手,而是从所有车型统筹、全体的成本企划,所以,模块化战略也是成本工程2.0!

模块化战略可以降低研发成本、缩短研发周期,减低研发风险,同时提高车型的可靠性和质量

模块化战略也可以应用到汽车零部件供应商企业,这里的方法、运作模式是可以借鉴的

中国的汽车企业,还处在成本工程1.0的初期,有的企业甚至还没有成本工程。企业所有车型的模块化战略提到议事日程上了吗?何时能进入到成本工程2.0?“比你优秀的,比你还努力”!加油吧,中国的汽车企业和汽车工程师们!

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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