汽车车身设计的模块化研究（可编辑）

1、汽车车身设计的模块化研究 级密分类号学校代码武滗理歹大署论 文位学题目汽主垒复选盐鲍搓迭垡盟宝英文?题?塞奎:堡研究生姓名姓指导教师名受益坠职称?型耋:撞一学位?盛一 垒单位名称 茎盔鱼遮盐鲎瞳学位?副指导教师单位名称 一 ?学科专业名称 三些选盐墨堡申请学位级别 亟论文答辩日期 生旦论文提交日期生垒旦学位授予日期 生鱼月.学位授予单位 盍鎏垄王盘鲎阅卷人奎查宣答辩委员会主席 奎查富左送年月独创性声明本人声明,所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得武汉理工大学或其他

2、教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。互:趋签名:螽蕉:匕日期:砬学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定,即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文,并向社会公众提供信息服务。保密的论文在解密后应遵守此规定研究生签名:祧导师签名:摘要模块化是处理复杂事

3、物的一种设计思想,现在已经成为一种技术在国外被广泛应用。模块化设计思想最早应用在电子产品的设计和开发过程中,随后又应用在制造业中,为美国电脑行业和日本制造业带来了丰厚的经济效益。产品的创新是企业生存的灵魂,它能够使企业不断推出吸引消费者的产品以提高企业的竞争力。在信息社会,随着经济全球化的发展,用户的消费观念不断倾向于多样化、个性化以及定制化,以致每个企业都在寻求一种解决办法,应对用户需求的不确定性以及这种环境下的创新方法。模块化设计方法能够加快产品的创新速度,能使企业规避一定的创新风险,降低研发成本,解决用户定制化的个性要求,该研究具有理论与实践价值。本文首先分析了汽车车身模块化设计的研究背

4、景,提出该研究的目的和意义,并在此基础上拟定了本文的基本框架。即:首先对模块化理论以及发展历史做简要的分析,系统地讲解了模块化的历史演变过程;其次对汽车车身模块化设计行业做一定的了解,并通过斯堪尼亚商用车模块化驾驶室的著名案例,阐述了汽车模块化的一些基本形式和操作,另外还有车身模块化对企业和消费者的意义,提出汽车车身模块化设计的发展趋势;然后将设计结构矩阵的分析方法引入到车身模块化设计当中,对汽车车身各个零部件功能和结构之间的关联度进行定量分析,使该研究建立在科学的基础之上,并且以模块化操作符为基础,分析汽车模块化设计的演进过程。最后构建车身模块化创新过程模型,并在此基础上制作了设计案例。在案

5、例制作阶段,首先调查中国消费者的生活方式,从中得出与目标用户相适应的设计选择。整个设计过程以用户的体验“情境”为中心,人性化因素为依托,从汽车座舱系统的环境氛围来烘托用户的情感,使用户对汽车座舱空间氛围产生积极的情感体验。通过车身模块化的设计,为用户的座舱布局、附件选择、维修服务提供更大的选择空间,满足他们的多样化、个性化需求,从而以实例验证了模块化设计方法在汽车行业中的应用价值。关键词:模块,模块化设计,汽车车身模块化设计,设计结构矩阵,模块操作符, 旬驴. ,. . ; ,.; ,. . . . 谢 . , . . 瑟.?一., , ,. . .: , 一?一一目 录摘要?.?.第章绪论?

6、.选题背景。.课题研究现状.研究目的和意义?.研究目的?.研究意义?.论文涉及的研究方法及框架?.论文涉及的研究方法?.论文的研究框架?.第章模块化理论分析.模块的概念.车门.仪表板。.白车身?.汽车座椅?.汽车车身的模块化发展现状?.汽车车身的模块化发展现状?。.现有车身模块化设计案例分析.汽车车身设计的模块化发展趋势?一.本章小结第章汽车车身设计的模块化创新过程?.设计的微观结构?.汽车车身的设计参数及其相互关系?。.汽车车身标准模块系统的设计?。.汽车车身模块的划分与选择?.构建汽车车身设计规则。?一一.并行工作阶段?.创新过程的动态演进?.模块操作符对设计过程的影响?.设计选择权与设计

7、演进.本章小结.第章汽车座舱模块化设计应用.座舱设计参数?。.仪表板模块.副仪表板模块.侧壁模块.顶棚饰板模块.座舱模块的空间布置.实际调研?.用户生活方式调研?.汽车座舱使用体验分析.座舱内部空间与布局?.座舱设计参数的表现语言?.功能?.?.造型.色.彩.材质.案例应用.目标用户的行为分析与价值追求.汽车座舱系统模块的价值分析.概念构想与设计?.第章结论与展望?.论文主要观点及成果?.未来展望.致谢?.参考文献?附录:汽车车身功能和结构层次的量化矩阵附录:用户生活形态和汽车使用体验调研表?武汉理工大学硕士学位论文第章绪论.选题背景模块化设计是时代的需要,是市场经济的产物。模块化是一种现代设

8、计方法,也是一种新的标准化形式,在计算机的发展历程中显示出了巨大的潜力。在年,美国学者鲍德温和克拉克发表了划时代的巨著设计规则?模块化的力量,其中,他们以电脑产业的发展和演变过程为基础,对模块化理论进行了理论性、系统行的总结,指出:模块化可以提高复杂性的“可操作”范围,可以使大型设计中的多个部分并行工作,可以包容不去定性。如今,模块化设计的理论已经被用到了其他的一些领域,例如:机械行业、电子电工行业、军用装备、汽车行业、家具设计等。模块化设计方法可以满足小批量、多品种的生产方式,进一步满足现代社会中人们多样化的消费需求。现在,世界上各个国家纷纷采用了模块化的发展战略,来应对激烈的市场竞争局面。

9、随着我国汽车市场需求的急剧上升,国外的汽车企业陆续入驻我国,我国的汽车企业发展迅速,汽车类上市公司的总体水平高于上市公司水平,但本土汽车品牌的创新能力相对较弱,市场占有率较外资企业偏低。最终,市场虽然是让出去了,但技术还是没有学到。我国要想打破这种尴尬的局面,必须适应时代创新的要求,选择模块化设计的道路。与国外汽车产业相比,我国自主品牌汽车的模块化程度还较低,创新能力也有局限,但模块化的趋势却很明显。在经济全球化时代,对于后发展的汽车企业,我们应该充分利用国内外的先进技术资源来创造出属于我们自己的策略。.课题研究现状汽车车身设计的模块化研究在国内还仍然停留在研究阶段,离模块化量产还有一段距离。

10、国外模块化技术发展的比较早,应用的也很成功,因此,有关汽车车身模块化的一些现状和发展情况可以借鉴外国。信息革命的到来给企业的生产方式和消费者的消费习惯产生了巨大影响,进而催生出了一些从未有过的商业模式。其中,“戴尔模式”就是一个典型的成功武汉理工大学硕士学位论文案例。戴尔通过整合公司的供应链系统,完善产品定制、零部件采购、产品组装和货物配送流程,将信息、物流、服务等环节围绕在消费者的周围,并以消费者为中心,满足消费者个性化需求的产品和服务。大规模定制理论认为,企业主要通过模块化的生产方式来满足消费者的个性化,多样化需求,即企业以模块化的方法实现了消费者的个性需求。正式如此,戴尔将不同零部件供应

11、商提供的模块化零部件进行组合、组装,从而为消费者提供个性化的产品。汽车行业也不例外,根据日本汽车工业协会最近的调查报告指出,越来越多的汽车可以像戴尔个人电脑一样,完全可以按照消费者个人喜好进行定制。现在,丰田每天要组装多辆按消费者需求定制的汽车,然后运送到美国各地的零售店,交到消费者手中。丰田汽车通过改变零部件模块的组合与组装方式,向客户提供种选择方案,价格不等,可以满足消费者的个性化需求。此外,福特、通用和宝马在年在一些城市实施了“按需定制”的试点,宝马做的比较成功。宝马汽车除了基础配置模块以外的自选配置模块,种类非常繁多,为消费者提供了更为广阔、自由的选择空间,由此可以实现真正意义上的市场

12、差异化、细分化、多元化。在中国的汽车企业中,外资生产厂商由于沿用国外的设计方案和生产线,模块化的程度较高,模块的研发能力也较强。例如一汽大众、上海通用等合资汽车企业,它们都实现了模块化基础之上的公共平台的搭建。但是在中国本土汽车企业当中,奇瑞、吉利等都采用模仿跟进的策略,仿照欧美或日韩等模块技术发展模式,不断增加企业的研发实力,提高整车和车身核心模块的设计能力,取得了后发展的强劲态势。对于汽车产业而言,世纪汽车车身设计的模块化发展趋势是系列化、简单化、高度集成化、轻量化以及个性化。目前,世界各大汽车厂商正在加紧研发,利用模块化设计战略提高零部件的通用率,以尽可能少的模块满足多样化的需求,达到降

13、低成本的目的。而我国本土的企业在模块化技术的应用与核心模块的研发方面都处于弱势,还有待研究和改进。.研究目的和意义随着全球化经济时代的到来,世界各大汽车厂商入驻中国,人们可以在大街上看到琳琅满目的汽车样式,我国如何从这一竞争激励的市场中谋求发展,武汉理工大学硕士学位论文成为了一个迫切需要解决的问题。每个国家的国情不同,企业的发展状况不同,完全拷贝国外模式是行不通的,我们只有在借鉴国外经验的基础之上,结合我国的国情,研究符合本土汽车企业车身零部件开发方法,对增强我国汽车相关产业以及其它机械行业的竞争力有很大的作用。.研究目的汽车车身设计的模块化是标准化的高级形式,其作用与标准化是相同的,即提高汽

14、车车身设计和制造的效率、确保汽车的质量。在竞争激烈的市场环境下,在消费者需求个性化、多样化作用下,生产方式也变为多品种、小批量,如何在稳定供给与合理价格的前提下,不断开发新产品,做到种类、产品质量.和效益的有机统一,这就是本研究的目的。从方法论的角度考虑,模块化设计是一种思维工具,通过对模块化对象的特点和结构的科学分析,采用抽象、归纳、演绎、综合等逻辑方法,以及系统的观点,对模块化对象的体系结构进行优化,并运用标准化的方法,使对象的各个设计要素有序化、规范化,以致提高系统总体的效率。可以将上述的研究目的进一步简化,即:简化系统运用模块化的方法,对复杂的设计、生产、制造等环节进行分割,使它们之间

15、的关系更加简单、明朗,从而达到简化设计、缩短新产品开发时间,快速应对消费者多样化的需求。系统的规范化与柔性化使模块化对象的系统实现规范化,组合式的构成,改变以往结构的僵硬。柔性化使得产品的设计和生产方式变的灵活适应,提升企业应对市场变化的能力。生产的全球化与专业化信息时代的到来使得生产的范围发生了变化。企业可以通过网络,实现部分资源共享,而不用考虑地域的阻碍,既可以节省资源,又可以减少重复的劳动,加快新技术的应用和推广速度。提高总体效益通过缩短新产品开发周期,提高生产效率,改善产品质量和管理水平,来取得综合的经济效益。武汉理工大学硕士学位论文.研究意义中国国内很多生产电子产品的企业都纷纷采用了

16、模块化的生产模式,但是对于发展中的国家来说,模块化技术在中国还处于理论研究的状态,还没有一套完全符合中国国情的模块化发展模式。因此,针对汽车车身企业新产品开发周期长、创新能力弱、没有一套规范的创新方法等难题,本研究试图将模块化的设计方法应用到汽车车身的设计过程中,来改善企业的这种现状,希望可以为我国的汽车产业以及其它的制造业提供参考。本研究的意义如下:理论指导意义课题选择我国的支柱产业?汽车制造业为背景,以汽车车身模块化设计为对象开展的基础研究,其目的是缩短新产品开发周期、提高零部件的通用率,降低产品的开发成本,提高快速响应市场的能力,从而提高国内汽车制造企业以及其它制造业的市场竞争力。这对于

17、模块化技术在中国国内的发展有着重要的理论指导意义。实践应用意义我国的汽车设计和生产能力与西方工业化国家相比很弱,产品创新与开发是严重的阻碍。产品的开发是企业的灵魂,是在市场中决定成败的关键。本研究以汽车车身设计为例,对我国企业制造业有很大的实践意义。.论文涉及的研究方法及框架.论文涉及的研究方法调研分析法通过市场调研了解用户对产品的期望,分析得出产品的改进方向和创新的来源,分析结果可信度高。利用国内外的书籍、报刊杂志、网络等公开的文献,以及一些官方统计的数据,从中获得对本研究有用的信息。案例比对法深入浅出地讲述实际的案例,并对其进行比较分析,对观点的论证做到生动、有条理,易于读者理解和接受系统

18、论方法从系统的观点出发研究事物背后的联系,包括汽车各个功能、结构之间的武汉理工大学硕士学位论文关联,整车装配环节的关联等。.论文的研究框架第章探讨模块化设计技术之下汽车车身设计研究的背景、目的、意义和方法;第章对模块化理论进行的一些研究和阐述,归纳可模块化产品的特征;第章对汽车车身模块化设计行业做一定的研究和分析,并选择典型案例分析并归纳模块化的形式和操作;第章通过设计结构矩阵方法的应用,分析并构建车身模块化创新设计模型,阐述模块化设计演进的本质;第章选择车身部件中的座舱模块制作设计案例;第章最终研究结论与论文有待深入探讨的方向。武汉理工大学硕士学位论文第章模块化理论分析下表.是以历史时间为主

19、线勾画的表格,主要描述了产品模块化理论发展的时间、人物、事件和研究的核心内容。表.产品模块化的研究成果概念的提出 年份 研究人员 案例 研究重点装配工艺拆分无 赫尔伯特?西蒙 手表装配.模块生产 机械制造 组合零件以实现多样化无 和 机械产品架构与部件两种创新无 和 基于神经网络软件模块框架设计的辅助工具模块 和 计算机产品 模块内部关联紧密,模块与模块之间联系松散不详 功能元素到物理部件的一对一映射模块设计理论 核电站 引入成本惩罚指数和和软件产品 基因算法软件产品 遗传算法和、模块化理论框 鲍德温和克拉克 信息产业 两套规则架 信息异化 青木昌彦 硅谷产业集群 淘汰赛奖励机制修正性模块化

20、信息产业 技术路径依赖理论高新技术产业 组织结构僵化武汉理工大学硕士学位论文.模块的概念所谓模块,就是可以组合成系统的、具有特定功能和接口的、典型的通用独立单元。它具有三大特征:相对独立性不同的模块内部相互依赖,联系在一起,而不同的模块之间却没有多大的联系,保持着相互之间的相对独立性,这样的优点在于不同的模块可以由不同的专业化企业制造。互换性模块化设计是更高等级的标准化形式,模块接口的尺寸、位置、接口形式都遵守着严格的标准化规范,很容易实现模块之间的互换,从而能以少量的模块满足多品种的需求。通用性有利于实现不同系列产品间模块的通用,方便在某一个产品族里面构建公共平台,共享部分资源,节约成本,最

21、终达到大批量生产环境下的多品种供应。.模块化的概念模块化是为了取得最佳经济效益,利用系统论的方法,研究产品的构成形式,用分解和组合的方法,建立模块体系,并运用模块组合产品的全过程。本概念的含义如下:模块化的宗旨是经济效益。模块化是时代的产物,模块化的最终目的是满足人们个性化的需求和应对激烈的市场竞争,在多品种、小批量的生产方式下,实现最佳的经济效益。模块化的对象是产品族。模块化研究的不是某一个孤立的产品的设计,而是某个产品族的设计,例如计算机设计的模块化,汽车设计的模块化等。由于模块化的对象是一个“系统”,因而模块化过程当中会用到系统工程的一些方法和原理。模块化的主要方法是模块的分解和组合。模

22、块化的产品是由模块组合而成的。模块是如何产生的,怎么样对一个产品进行模块划分,划分的点如何选童时中,模块化原理设计方法及应用.七京:中国标准出版社,.童时中。模块化原理设计方法及应用.北京:中国标准出版社,.武汉理工大学硕士学位论文择,这是模块化的核心问题。模块化的目标是构建模块系统。构建模块系统是实施模块化设计的前期工作,模块化设计产品的出现是模块系统的归宿。产品设计的模块化过程是一个动态的过程。模块化不是一个孤立的、静止的事物,而是一个动态演进的活动过程。在模块化这个过程当中还有模块系统的建立、发展、完善、成熟和更新的过程。没有建成模块体系,模块化过程没有完成;如果建立了模块体系,但是没有

23、带来经济效益,则这个模块系统就毫无价值可言,模块化过程就未完成。为了应对市场的变化,模块化过程还需根据技术的发展和市场的变化不断修改、更新,直到这个系统废除为止。.可模块化产品的特征模块化的应用范围虽然很广,但并不是所有产品都可以成为模块化产品。从模块化理论发展的历史来看,它的研究和实践都建立在复杂产品体系的基础之上。模块化的应用必须考虑模块化对象的一些特征:模块化的对象必须是复杂产品模块化对象的设计与制造的过程容易分解。另外,更重要的一条就是建立模块体系的设计原则必须得到完备的界定。因此,要研究模块化设计对产品的创新过程有何影响,首先要确定什么样的产品适合模块化的操作特征,即可模块化产品有什

24、么特殊的地方。该研究总结了五个方面的特征:物理分解性模块分解的首要条件是产品在物理层面上的可分解性,这跟产品的构成方式有关。如果产品在物理层面上是独立的,就不可能分解出具有独立功能的子模块,即使强行进行模块化,也毫无意义,分解出的子模块也没有独立的功能,只是徒劳,完全没有意义。技术复杂程度高可模块化产品不仅要能够在物理层面上进行模块分解,还要满足消费者对产品性能的要求,因此各个功能单元需要包括多学科的知识和技术。例如汽车车身就涉及到多个领域的相关知识,这样才能使各个单元在更大的范围内实现功能上的相对独立,成为模块化的产品。可模块化产品是指在功能上能够分解,并且具有层级结构和复杂技术的产品。前期

25、开发成本高可模块化产品可以满足消费者大规模定制,因此非常重视知识、信息等能武汉理工大学硕士学位论文力的发掘和运用,而且产品功能复杂,技术含量高,产品研发成本非常高,以致于可模块化产品的创新成本远远高于常规产品。创新空间大可模块化产品的创新过程与常规产品比起来,形式更加灵活和方便。设计者可以利用六种模块操作符的不同组合来改变产品的性能,能够快速响应市场的变化。另外企业还可以把一些非核心的模块外包给一些专业化的开发公司,不仅可以省去开发费用,还可以提高模块的专业化水平。用户参与性强可模块化产品的整个创新过程都需要用户的参与,从产品的整个生命周期到维护保养、产品更新和再设计,用户的各种需求都能直观地

26、反馈到设计过程中,而不像常规产品的开发模式研发、生产、销售、市场反馈、研发那样动作迟缓。可模块化产品与传统产品相比,有以下区别如表.表.可模块化产品与传统产品的区别传统产品 可模块化产品零部件接口简单,功能复杂 零部件接口复杂,功能多产生命周期短 生命周期长品单位成本低 单位成本高特硬件为主 软件内嵌特性征线性产品 非线性特征标准化零部件 按客户需求设计定制零部件多为下游产品 多为上游产品产品框架简单 产品具有系统性、层级性生面向制造的设计、关注产品的工艺 系统集成产生产的核心为成本控制 柔性化生产方式特 具备规模经济效益 具备一定程度的规模经济性大批量生产 小批量、多品种创供应商驱动 用户、

27、生产商驱动新 规范化、程序化 柔性化的融合特创新路径由市场选择 创新路径由用户和集成商事先商定性职能流程:研发一生产一营销 职能流程:订单一生产和改进武汉理工大学硕士学位论文竞 关注规模经济 关注产品设计和研发争强调批量生产能力 关注系统集成能力战企业内部项目管理 跨企业项目组管理略机械性组织 有机组织产大企业 精密网络业供应链管理 多层级、复杂组织结构结单个企业规模化生产 基于项目的多个企业联合构产业结构整体水平上长期稳定主导设计确定后出现产业振荡现象由以上研究结果可知,可模块化的产品包括汽车车身、医疗器械、通信设备、军事装备、计算机及其软件等,涵盖了工业设计、机械设计、电工电子、汽车业、航

28、空业等领域的知识和技术。在现实生产活动中,这些行业不但可以在物理层面进行拆分,并且在知识层面上也具有可模块化的特征。武汉理工大学硕士学位论文第章现有汽车车身模块化行业研究.汽车车身的模块化设计概述一直以来汽车行业都较为重视汽车的造型设计,尤其是车身的设计。车身属于汽车三大总成之一,是运载乘客或货物的移动式建筑,但却受到了空间和质量的限制。在人们使用汽车的过程中,跟他们接触时间最长的是汽车的车身,无论是汽车内饰还是明显的车身外观,都对消费者产生了一定的吸引力,造成一定的视觉效果。汽车车身的组成部分十分复杂,一般包括:车身壳体俗称白车身、车门、车窗、车前钣金制件、车身内外装饰件和车身附件、座椅以及

29、通风、暖气、冷气、空气调节装置等,其涉及范围之广早已超越了一般机械产品的范畴,例如:车身造型艺术、照明设施、汽车座椅设计、汽车内饰、取暖通风、人体工程等方面,车身零部件的加工方法也是各式各样的。由此可见,汽车车身的设计与制造需要各种不同部门之间的配合与协调,需要综合运用各种不同领域的知识与技术。模块化技术在车身开发、设计过程中的应用能够简化系统的复杂程度。设计师可以根据用户的需求,在原有模块的基础之上开发一些新功能的模块,参照用户的要求,通过对不同功能模块的选择与搭配,快速设计出具有不同系列、不同性能、不同用途的各种新车型,速响应市场的变化。汽车车身的模块化设计是在平台化设计和系列化设计的背景

30、之下提出来的,它的主要目标是,企业在保证产品供应多样化和产品质量的前提下,通过模块化设计来降低产品零件的数目,最大程度地降低成本,以适应激烈的市场竞争。以下是汽车车身主要可模块化部分的简要概述。.车门车门是车身的重要组成部分,直接影响汽车的美观度和安全性能。汽车车门由内外壳体、附件、和内饰板系统组成。车门附件包括车门铰链、车门开度限制器、车门密封条、定位器、门锁等,在门内外板之间还有玻璃、玻璃升降器和玻璃升降导槽。武汉理工大学硕士学位论文门饰板的主要功能是包裹金属门板,给使用者优美的外观造型,并满足人机工程、功能和便利性等要求。门饰板上的地图袋是车内的主要储物空间之一,有时门饰板上还会附带烟灰

31、盒、卡片夹等,以满足使用者的个性需求。此外,在碰撞过程中,门内板还能提供一定的吸能保护。对于不同系列的汽车,它们的车身外观造型可以不同,但是它们的门饰板却是可以通用的模块。.仪表板仪表板是汽车内饰的重要部件之一,它的结构和制造工艺非常复杂,位于前排座椅和挡风玻璃之间。车上的各种驾驶仪表、音响娱乐系统、空调、安全气囊、控制开关等附件都安装在仪表板上。由于仪表板跟驾驶者的关系比较紧密,是车厢内最吸引驾驶者的部分,直接影响驾驶者对汽车内饰的评价,因此对它的造型、质感、舒适度以及对成员的保护方面都有严格的要求。仪表板的可集成模块包括仪表板本身、便标版装饰件、空调出风口、手套箱、中控面板、烟灰缸、杯托、

32、储物盒等。.白车身白车身是一个比较大的系统,结构复杂,一般包括车身主体、车门、发动机罩及行李箱盖。白车身的外装件包括保险杠、外饰件、散热器面罩、车门机构及附件、密封件和汽车后视镜等。内饰部件包括仪表板、座椅、安全带、遮阳板以及车内后视镜等。电气附件包括空调装置、收音机或音响、刮雨器、开关以及各种等组成。.汽车座椅汽车座椅被用来给驾驶者提供支撑,并且能够保证驾驶者方便操作和进出驾驶室。座椅应该提供驾驶者一定的调节空间,例如座椅的前后或上下移动,靠背椅坐垫之间的角度,来满足驾驶者的舒适度。汽车座椅主要由骨架、头枕、发泡材料和面套组成。另外,根据不同消费者的不同需求和产品的市场定位,许多座椅还装有其

33、它功能的零件,比较常见的有腰托、扶手、加热和按摩等;从安全性考虑还装有安全带、气囊等。武汉理工大学硕士学位论文.汽车车身的模块化发展现状.汽车车身的模块化发展现状汽车生产厂家在年就开始了模块化设计、生产和管理方面的研究,但是直到世纪年代才开始普及应用。世纪年代末,汽车工业为了降低生产和营运成本计划采用模块化技术;年代中期,菲亚特公司的紧凑型汽车”首次使用了模块化技术,并且设计出适合模块化生产的装配线;通用汽车公司生产的第一代“土星”轿车也采用了模块化的设计,汽车前端集成为一个模块,但是在量产时却没有采用:年福特公司在概念车“上采用了模块化全球采购策略,其中包括:前悬架与转向系统、后悬架与制动系

34、统、冷却系统、空调系统等。从模块化技术发展考虑,欧洲发展的最早也相对成熟,美国其次,日本相对要滞后一些。菲亚特公司在后续的紧凑型小轿车”的开发工作中,模块化部件占汽车整车零件的%。从年开始,大众公司在巴西建造模块化的生产厂,厂区内部设立了制造单元和小车间,其优点在于供应商可以直接在小车间或制造单元内生产模块组件,然后运送到装配线上。供应商仅可以从大众公司获得必要的水、电、热,他们之间保持相对的独立。随后,大众公司在南美的重型卡车、高尔夫、奥迪和斯柯达轿车上广泛采用了模块化技术。美国李尔公司在年美国底特律召开的美国汽车工程师学会年会暨展览会上,展出了一辆新型的概念车,该车的车厢内饰全部采用模块化

35、组件组装而成,共有六个核心模块:前座、后座、仪表板、车间衬、行李箱和车门,这也是首次在车身上应用了模块化设计。这些部件在装配线以外的地方组成完成,可以在整车装配线上直接安装。德尔福公司年也在本展会上展出了一款系统化集成模块的汽车,其中包括:车门模块、座舱模块、制动模块、前端模块等,对汽车车身模块化的领域进行了完善和扩展。随后,世界上各大零部件供应商也纷纷开始了模块化设计的研究,例如:加拿大玛格纳公司的前端系统模块一集保险杠、前灯、冷却系统三位于一体;美国阿文美驰公司的车门模块;德国采埃福公司的变速器系列模块;荷兰飞利浦公司的照明系统模块;美国约翰逊控制公司的仪表盘系统模块等。最新资料表明,日本

36、马自达公司于供应商共同开发了座舱远程通讯模块和车顶系统模块集武汉理工大学硕士学位论文车灯、扶手、遮阳板于一体;沃尔沃系列车型中的项级产品上出现了驾舱操作集成模块包括驾驶杆,空调装置,踏板,及各种电子元件。通用公司的“”系列车型配备了模块化车身,克莱斯勒公司提出一个包括个模块的模块化生产概念,尼桑公司提出了汽车设计中“五个一任何批量、任何时间、任何入、任何地点、任何车。模块化理论的应用能促进产业结构的调整和优化,提高汽车企业的竞争能力。模块化的成本包括:对相互依赖的系统进行模块划分的成本、为了构建模块化系统所必要的实验需要的成本、模块装配与测试其整体性能的成本。模块化设计系统的建立不仅能够降低信

37、息交流成本,而且还能缩短汽车开发的时间和过程。.我国本土的汽车企业在模块化技术方面的应用还处于弱势地位,核心模块的研发能力不够,而国外汽车公司普遍都采用模块化技术设计车身的集成系统,并把公司的主要精力投放在自身的核心能力方面,如汽车座舱、汽车电子集成、控制模块集成等。总体来说,我国在全球汽车产业价值链中仍处于低端的代工环节,从而导致我国汽车产业模块化技术应用不足,长期处于落后的地位。.现有车身模块化设计案例分析车身前舱模块化设计汽车车身模块化设计已经不再停留在设计师的概念中,在国外的一些轿车上已经采取了这方面的设计。在国外这一模块应经可以进行大规模的定制。传统的车身前舱是框架式的结构,由许多零

38、件焊接在一起,设计师利用模块化设计方法分割车型的前舱,单独设计了一个前端模块如图卜、,它集成了散热器横梁、水箱面罩、前照灯发动机锁扣等相关零件。而且此模块采用插入式的转配方式,组装方便快捷。这种模块化的设计方案,零部件数目少,组装方便,维修起来也比较省力,并且在总装配线上不需要别是工装,缩短了总装配线的长度,降低了装配成本。另外,由于直接装配在车身身上的零件数目减少,焊接点也相应的减少,保证了整车装配的高品质。赵三明.模块化生产;零部件企业将拥有更多的话语权.中国工业报,.武汉理工大学硕士学位论文图?汽车前端模块图?奔驰汽车前端模块汽车内部空间模块化设计标志系列车型不仅具有超强的实用休闲功能,

39、还有不小视觉冲击效果。在汽车内部空间设计过程中采用了模块化设计方法,根据用户不同的需求,可以让行李箱图从变化到。汽车内部空间的变换方式如下:图?第三排座位变化图?汽车内部空间这是一辆标准的系列、座旅行轿车,如图所示汽车第三排座位可以放平:如图所示,汽车第二排第三排可以分别独立放平。武汉理工大学硕士学位论文图?空间宽度图?第二座位的变化图?后备箱整体变化图?空间高度从图可以明显看出汽车后备箱空间的变化。标志的模块化座椅设计使得后排五个座位具备了即插即用的功能,拆装方便,维修起来也省力、省时。汽车座椅模块化设计江森自控首次在年法兰克福国际汽车展上展出了一款新型汽车座椅。这款座椅采用了模块化的轻质座

40、椅骨架、舒适壳体、主动式头枕和发泡材料。如图所示图?江森自控汽车座椅模块化设计武汉理工大学硕士学位论文在保证汽车安全性和舒适性的前提下,模块化骨架可以实现轻量化的结构要求。与传统座椅相比,模块化座椅最高可以实现%的减重。它可以适用于不同的车身设计,缩短汽车座椅的开发周期,通过不断的改变可以循环性地提高模块化部件的品质。斯堪尼亚模块化驾驶室设计斯堪尼亚以其模块化的设计观念为世人所知,主要涉及到整车的各个总成,例如发动机、车架、底盘、方向盘、悬架等。在这里笔者主要分析斯堪尼亚的模块化驾驶室设计。轻松、愉悦的工作环境可以提高驾驶者的积极性和安全性。斯堪尼亚给用户提供了前所未有的选择空间,公司新推出的

41、,皿系列车型凭借其内部的舒适性,可以满足不同用途的要求:系列紧凑车型,登车高度距地面最低,适合上下车频繁的工作,如物流工作:系列豪华车型,内部空间大,可选择的范围大且丰富,适合长途的牵引或运输;系列适中车型,各方面的舒适度居于系列与系列之间,适合的用户范围较广泛。如下表.所示为斯堪尼亚、种常规系列的驾驶室。表.斯堪尼亚、种常规系列的驾驶室类 紧凑型驾驶室 日间驾驶室 卧铺驾驶室型高度较低 正常高度 较高 最高,棚?嘲、紧捌凑坛 蜷嗡 酾型婚胸适黼瘌猖中晒 蝌 固蝌 蚓虱豪翻华型龋 蟋蚓;埒蟋武汉理工大学硕士学位论文不同型号的汽车根据不同的载重和用途匹配不同马力的发动机,因而只有体积庞大的系列车

42、型才能安装超大马力的发动机。由于这三大系列之间最大的区别就是其高度,所以可以从汽车前端的进气格栅部分进行区分,其中系列最低,有四个进气格、系列有五个进气格、系列有六个进气格,如图?所示。图进气格栅的对比根据驾驶室用途的不同,斯堪尼亚的驾驶室可以划分为:紧凑型驾驶室、日问驾驶室和卧铺驾驶室;其中根据汽车的高度,又可将卧铺驾驶室分为较低、正常、较高和最高四种,参见表.。不同的用途采用不同的选择,搭配不同的模块,从而形成了种不同的内部构造,如表.所示。在这种构架之中,只有系列和系列有紧凑型驾驶室,其短小的驾驶舱可以间接增加货仓的长度,提高车辆的利用率。车内没有卧铺,主要用于短途的运输,如同城的物流货

43、运。日间驾驶室可以满足一天的短途运输,同样没有设置卧铺,但是室内的空间要比紧凑型的宽敞,有较多的储物空间和辅助设施,车的长度要比紧凑型长一些。带有卧铺的驾驶室可以满足长途运输的需要,根据内部空间的不同又可以划分为四种类型。其中系列最高车身最为舒适,里面还装配了如冰箱、车载微波炉等餐饮器具。武汉理工大学硕士学位论文表.斯堪尼亚、系列种不同构造类 紧凑型驾驶室 日间驾驶室 卧铺驾驶室型高度较低 正常高度 较高 最高紧凑型醴; 国酲 酲翻适中融;酲 酮 国嚼豪妇华型酲 路 国。国醪另外,斯堪尼亚还在系列车型的基础上开发了特种车型,分别是低入口驾驶室、双排座驾驶室和加长型双排座驾驶室,一般用在消防车、

44、垃圾处理车等特殊用途车上,如图卜所示:低入口驾驶室 双排座驾驶室 加长型双排座驾驶室图斯堪尼亚三种特殊用途车系列从外观来看,这三个系列车型有许多部件可以通用,内饰方面也可以通用,从而减少了零部件的数量。通过以上分析,模块化系统的主要原则可以归纳为:模块之间的标准化接口界面设计;通过不同模块的自由组合实现产品的多样化武汉理工大学硕士学位论文生产,满足实际需求;对同一族产品采取统一的方法。这只是一种解决问题的思考方式,而不单单是为了模块化而模块。.汽车车身设计的模块化发展趋势对于汽车产业而言,世纪汽车车身设计的模块化发展趋势是系列化、简单化、高度集成化、轻量化以及个性化。其中轻量化和系列化又被摆在

45、了优先发展的战略地位上。目前,世界各大汽车集团都在加紧这方面的研发,利用模块化设计方法,减少汽车车身零部件数目,提高零部件的通用化程度,以达到用较低的成本生产较多系列车型的目的。在具有柔性化的模块化生产方式下,车身技术创新的重点在零部件方面,零部件的设计和研发要超前发展,并参与汽车厂商的整车设计。而汽车厂商的任务就是对车身模块的选择和匹配设计,优化整车设计方案。采用车身模块化设计技术有助于提高车身零部件的质量和整车最终的性能,也可以提高企业的自动化水平,缩短整车开发周期,使汽车厂商在激烈的市场竞争当中能够占领有利地位。目前,汽车车身设计的模块化水平已经可以实现车门模块化、仪表板模块化、顶盖内饰

46、模块化以及白车身模块化。未来的发展将朝着两个方向努力,即座舱模块和白车身模块,实现模块的高度集成化和简化。.本章小结本章对车身模块化的设计以及设计参数做了一些了解,并对现有模块化的一些案例进行了研究。其中,把斯堪尼亚商用汽车驾驶舱模块化设计作为一个特例重点分析,从中可以了解到模块化设计的一些方法和优点,然后结合我国汽车车身行业发展的现状,总结得出模块化发展的趋势,即:系列化、简单化、高度集成化、轻量化以及个性化。武汉理工大学硕士学位论文第章汽车车身设计的模块化创新过程.设计的微观结构对于产品,在本研究中要加入三个相关内容:设计、设计参数、和设计任务。产品设计是对一个产品的完整描述。设计能够分解

47、成一些更小的单元,称之为设计参数。例如,一辆红色轿车和一辆黑色越野车用设计参数来描述,最明显的就是颜色不同,在其他方面一如车长、高度、宽度和材质等也不同。设计任务就是选择跟产品相关的设计参数,而设计参数又会在产品中具体体现出来。另外,还有设计结构和任务结构的概念。设计结构的内容中包含了一系列的设计参数,这些设计参数在物理和逻辑上存在的相互依赖关系。设计过程的任务结构包含了一系列任务,要完成设计需要完成这些任务,同时这些任务结构也包含了任务之间的联系。一个产品的设计是对这个产品结构和功能的抽象描述。,是以矩阵的形式对产品开设计结构矩阵发过程构建模型和实施并行产品设计计划。如图仁所示,一些产品开发

48、的模式可以用来表示。图应用方法表示的任务关联形式美卡丽斯?鲍德温,美金?克拉克.设计规则?模块化的力量.北京:中信出版社,.美卡丽斯?鲍德温,美金?克拉克.设计规则?模块化的力量.北京:中信出版社,.这个工具首先由 在年使用.武汉理工大学硕士学位论文图仁具有以下涵义、表示与产品相关的设计活动与任务,以及它们之间的顺序表示设计任务或设计活动之间的信息交流及其信息输入的方向。例如某一个设计活动对应的行与某一活动对应的列有信息交流,则在交叉点标识为“,表示该行对应的任务活动需要相应列对应任务的信息输入;类似地,对于某一列,同其他行有信息交互的地方标识为,表示对某一行对应的活动任务有信息输出。矩阵对角

49、线以下的“,表示反馈信息的输入;对角线以上的“表示反馈信息。对角线以上没有标识表示一种理想的串行产品开发模式,不需要信息的反馈。但实际的经验告诉我们,这只是我们期待的一种理想状态,现实不不是如此。通过矩阵可以对设计活动进行优化,尽量减少信息反馈带来的设计重复。设计结构矩阵采用由下而上的模式,即:先收集现有产品的设计参数及其它们之间的相互依赖关系,再通过设计结构矩阵的一些变化,对这些设计参数进行分类分析,能够解决现实产品开发过程中的一些实际问题。该研究旨在通过设计结构矩阵来分析和优化汽车车身的模块化设计,从而对以后的车身模块化开发过程起一定的指导作用。.汽车车身的设计参数及其相互关系轿车车身结构

50、主要包括:车身壳体俗称白车身、车门、车窗、车前钣金制件、车身内外装饰件和车身附件、座椅以及通风、暖气、冷气、空气调节装置等。车身壳体是一切车身部件的安装平台,通常是指纵、横梁和支柱等主要承力元件以及与它们相连接的钣金件共同组成的刚性空间结构。大多数客车车身都有较明显的骨架,而轿车车身却没有。车身壳体通常还包括其上敷设的涂层、隔热、防振、密封件等。车门、行李箱盖和发动机罩结构较复杂,通过铰链安装在车身壳体上,能够车身使用性能。车前钣金件一般采用螺栓连接的方式与车身壳体相连,形成了容纳发动机、车轮等部件的空间。车身的外部装饰件主要包括装饰条、车轮装饰罩、标志、浮雕式文字等,另外还有保险杠、后视镜、灯具、散热器面罩;车身内部装饰件主要包括仪表板、转向盘、顶棚、侧壁、门内饰、座椅等。车身附件包括门锁、门铰链、玻璃升降器、各种密封件、雨刮器、风窗洗涤器、遮阳板、后视