整車開發的平臺與架構方法前言自1886年戴姆勒和本茨發明世界上第一輛汽車以來，汽車工業的發展對人類的社會進步和生活質量的改善發揮了積極作用。美國福特公司在1908年創立了流水線生產方式，極大的提高了生產效率，從產量上提供了一種讓車輛滿足社會需求的方式，但產品趨于雷同。隨著社會文明的進程及文化多樣化的發展，用戶的個性化要求越來越多;社會分工的細化，也導致了車輛用途分類的日益繁雜。怎樣滿足社會和用戶對產品多樣化的需求;同時又能高質量，高效率，低成本地開發出各類汽車，是每一個汽車公司面臨的重要課題。豐田，大眾，通用汽車等全球大公司為此投入了大量的精力來制定戰略和規劃產品，由此而產生了整車架構、平臺的概念，并被社會所接受。圖1 德國奔馳車型發展的歷史作為中國的自主品牌汽車企業，為了將來能成為具有國際競爭力的品牌，必然要有計劃的，逐步參與全方位市場競爭，制定適應自己的市場戰略，科學地規劃整車系列產品、發動機、變速箱及新能源動力總成。面對強大的國際品牌的競爭，本土自主開發往往是起步時間短，資源少，時間緊，任務重。但后發就要充分利用后發的優勢，總結他人超越百年的經驗教訓。特別是在產品規劃、開發策略、制造工藝、質量控制和成本優化等方面。從設計決定質量、設計決定成本和設計為制造服務等理念出發，在產品開發的早期就要有明確的用戶理念。產品企劃及設計開發是后續業務鏈的源頭，因而有必要制定結合自主品牌自身特點，符合科學發展觀，與實際情況相符的，并富有挑戰性的產品開發平臺與架構策略。1 整車開發中產品、平臺與平臺策略1.1 產品整車產品就是人們在日常生活中使用的各類汽車。從大類上可分為乘用車，商用車，專用車等。乘用車又可分為各種類型。我國按照GB/T 3730.1-2001給出了汽車和掛車類型的術語和定義。 汽車在初始發展期只是一種滿足人和貨物移動的工具。隨著社會的發展，貨物運輸效率的提高及不同用途的需求，形成了各種各樣的汽車產品?，F代社會的不斷發展，用戶的個性化需求日益突出，因而又出現了所謂的跨界車型，甚至會出現對汽車新種類的定義。汽車已不再是一個簡單的交通工具，而且是人們生活的一部分。目前，世界上各國汽車公司生產的汽車產品有幾百種，幾十類。1.2 平臺與平臺戰略從產品開發過程而言，為了縮短開發周期，節約資源，降低成本等因素，在常規產品中不可能對某一個產品單獨開發;而另一方面從用戶的角度出發，雖然各個產品有所不同，但有些產品和產品之間并沒有很大差異，且這種差異也不會導致產品構成的根本變化，因而在開發過程中會把這樣接近的、類似的特性在某些開發階段“合并”起來。從根本上講，兩個產品的有些系統，子系統或零件是一樣的，特別是不可見部分;而對于可見部分則根據不同地區，針對不同市場及不同用戶群進行個性化設計。這種相同的系統，子系統及零部件的組成，被稱之為平臺，也就是說，平臺是由一些共用件組成，在一個平臺上，通過針對市場的個性化設計，可形成多個產品。圖2 車型平臺的基本組成所謂平臺戰略就是在開發過程中用一個平臺同時承載不同車型的開發及生產制造，是零件最大共用化和產品個性化的一種平衡。這種設計思想和方法可以在滿足成本，周期及質量的要求下滿足用戶個性化需求。在研發方面，首先一個平臺上實現的技術升級，可以使這個平臺上的所有車型收益，降低了開發費用;其次，減少了分析、設計及試驗的種類和試驗樣本數，縮短了新產品上市時間;在制造方面，相同零部件的采用使生產過程相同，從而降低固定投資;而相同零件的使用又可擴大零件批量，降低物料成本。在質量方面，共用件的廣泛使用，降低了解決質量問題的復雜性，便于投入最優，最大資源來進行質量攻關，減少了“犯錯誤”的機會。同時，也是實際生產過程中防錯措施在產品規劃中的擴展，使設計保證質量真正得以實施，從而在本質上提高設計過程的質量，降低產品在使用階段的抱怨。平臺及平臺戰略的產生，不僅推進了汽車開發和制造領域的技術進步，也對產品的供產鏈和服務鏈都產生了革命性的影響。然而，在平臺戰略使企業的資源得到最優化，效益最大化的同時，其缺點也慢慢顯露出來。在一些企業的平臺戰略的實施過程中，由于過分追求效益與產品零部件的共用，使車型趨于雷同，產品缺乏變化，引起消費者的認同度下降;其次，在同一平臺上頻繁地推出性能類似的新車型，也直接形成了對自身家族車型的沖擊，導致對品牌的傷害。再此，平臺戰略的零部件共用對產品質量控制是一把雙刃劍。2010年“豐田門”事件是一個典型案例。在當今社會個性化發展加劇和產品日益細化的時代，僅僅通過一些零部件的共用，或者說只依靠共用零件已經很難把握資源和效益的最優化和產品個性化之間的平衡。于是，汽車生產商不得不進一步考慮如何在高效，經濟的前提下讓用戶得到最大的滿意。在這樣的社會推動下，打破平臺戰略局限性的平臺深化戰略，也就是架構的概念開始逐步形成。2 架構與架構戰略2.1架構 由于平臺是有一些共同件組成，而產品的多樣化(性能，尺寸，用途)使得某些時候已經不能用共用件來解決問題時，必然會產生多個平臺。對于一個在市場上全方位參與競爭的汽車公司而言，開發多個平臺是不可避免的。但平臺數量過多同樣會導致投入過大和產品技術過于復雜，所以有必要研究平臺與平臺之間的關系。架構實際上是平臺概念的拓展，也就是在不得不采用不同零部件時，還是否能找出共同點，保持平臺概念上的優點。從產品開發的角度出發，根本之處是在為產品的實現找到技術路線，也就是技術方案，或稱為工程解決方案。在不同平臺上，雖然零部件是有差異的，但解決問題的工程方案是一致的，這同樣可以縮短開發周期和降低成本，使開發資源用在關鍵點上。而在制造方面，當采用平臺戰略時，由于采用共用件策略，所以制造方式也必然是相同的。在擴展到架構策略時，雖然某些零部件已有所不同，但在相同工程解決方案的基礎上，也有可能確定相同的制造方式或找到可以互換的制造方式，這就是所謂的模塊化設計和制造。因此，所謂架構，實際上就是相同的工程解決方案和模塊化制造工藝的綜合。它從平臺概念上物理的“同零件”擴展到了設計過程上的“同方法”和制造過程中的模塊化，是一種更深層次的協同。是從采購同零件到開發資源同方法的提升。2.2 產品，平臺，架構之間的關系從上述分析中可知，如果兩個產品沿用了相同的關鍵系統，子系統或零部件，則可稱為同平臺產品，或者我們說這兩個產品出自同一平臺。如果兩個平臺的關鍵部分采用的是相同的工程解決方案，則稱為同一架構上的兩個平臺。架構實際上是平臺概念基礎上的擴展和往上延伸。圖3是汽車整車產品架構，平臺與產品生成的一般關系。平臺與平臺，平臺與架構之間的劃分各公司之間也是有差異的。隨著技術的進步也在演變之中。圖3汽車整車產品架構，平臺與產品生成的一般關系2.3 架構戰略在單純的平臺化戰略受到的質疑日益增多的今天，架構戰略，也就是這個架構和平臺結合運用的新戰略的出現給出了一個令人滿意的答案。所謂架構戰略是一種更為靈活的整車規劃和研發戰略，它以架構-平臺-產品這樣一個自上而下的樹狀結構承載了具有相同架構特性的所有公司車型開發。架構戰略，或者說統一架構的車型應具有這樣一些特性：(1)一組共用的零件，在保證工程方案相同的前提下盡可能最大化地實現關鍵零件共用;也就是說在平臺化過程中能保留下來的優點一定要盡可能的保留。(2)共同的功能和性能限制，共用的工程解決方案決定了架構所有車型具有一定的性能共性，并且建立起工程解決方案之“最優性”;(3)一組共用的界面，用以保證關鍵架構零件的共用性;(4)相同的制造體系，統一架構車型相同的制造體系確保企業整體制造規劃的靈活性。(5)一定的尺寸帶寬，用共同的工程方案解決關鍵尺寸在一定范圍內的浮動，進一步滿足用戶個性化的需求。圖4 架構的5大特征圖5所示的是某一系列產品的主要尺寸參數，它包含三個平臺，短軸距平臺負責中級的三廂/兩廂轎車及其換代產品的開發;長軸距的負責中高級別轎車及其換代產品;而第三個平臺則承載高端SUV、MPV產品。三個平臺分工明確但在一些原理上共享相同的工程方案，從而大大降低了開發周期及風險。圖5 架構規劃實例當然，H點高低只是區分不同平臺時的參數之一，并非全部。實際上，各汽車生產廠商會依據自身的技術能力和工程規劃來定義適用于自己的架構和平臺，但大體上是相近的。由此可見，架構戰略給現代汽車開發提供了一條嶄新的思路，在平臺化沿用和全新開發之間架起了一座橋梁。首先，它提供了更為廣泛及靈活的產品規劃方式，如果按照平臺戰略，由于產品的外型，布置有較大差異，SUV、MPV、轎車等車型相互之間是很難共平臺開發的，架構思路的出現避免了一系列新平臺各自為政的情況出現，使公司資源得到最合理的整合。由于架構戰略有共同的功能及其性能的前瞻性，使得規劃部門更早的著手前期規劃，讓人員，經驗及硬件盡早到位。 其次，以比較小的代價解決了共平臺策略車型缺少變化的問題，在同一架構的指導下，不同平臺所衍生出的不同性能的車型給顧客提供了更為多樣化的選擇空間。第三，大大節省了開發費用，從圖6的統計數據中可以看到，在無法做到同平臺的情況下，平臺之間共架構的設計理念還能夠大幅縮減工程開發費用、投資費用和制造費用。圖6 共用性(共用零件與共用方法)對開發經費的影響第四，降低了同架構車型開發周期和風險，得到驗證的工程方案可以應用于該架構中任意一款車型，產品質量的提升以及售后的反饋都將從中獲益。第五，由于同架構車型在開發時就考慮了采取一致的制造體系，對于企業的生產、物流、采購體系也提供了更大的靈活性。2.4 架構規劃與產品規劃既然架構戰略能夠對企業的產品規劃帶來的利益如此顯著，隨之而來的問題就是如何來規劃企業的架構型譜，如何做到用最少的、最合理的架構來涵蓋企業盡可能多的車型。這里首先要指出的是架構的規劃和產品車型的規劃并不相同，企業產品車型的規劃一般來自規劃和市場部門，由終端市場調研以及對未來市場判斷所得，一般通過產品的尺寸(尤其是軸距和輪距)、發動機排量、車型、品牌來描述或規劃。如何用合理的架構去承擔這些車型的開發任務就是架構規劃者要考慮的。一般用三個因素來對架構進行分類：(1)驅動形式。例如，TFWD-發動機橫置前驅、LRWD-發動機縱置后驅等。(2)前輪距范圍。決定了所選底盤架構，前懸、轉向等整車硬點。(3)車身形式。承載式或非承載式，高地板或低地板。一個經過合理規劃的企業架構型譜應該有這樣兩個特點：合理的分布能夠滿足主流車型細分市場的需求;最少的沖突和重疊保證了企業資源利用效率的最大化。美國通用汽車公司自2003年以來，堅決的實施全球化架構戰略，已經由本世紀初期的全球GM共52個平臺優化合并到12個架構中，其中EPSILON、DELTA、GAMMA三大主要架構涵蓋了其全球60%以上的乘用車型上。海通用近兩年連續將幾款高品質主流車型投入市場，獲得了良好的市場反饋和顧客滿意度。其緊湊的開發周期、完善的產品質量體系通過通用全球化架構戰略獲得了可靠保障。開發成本的下降也帶來了利潤的上升。日產的掌門人卡洛斯的“日產復興計劃”中，成功實施架構戰略，使連續虧損7年的日產公司轉為持續6年盈利，被視為車界傳奇。他借助架構的理念，使原來的22個平臺減至15個，并在聯盟內技術共享，大幅縮減了成本。按照架構-平臺-產品來理解并開發，制造整車產品，必須要從開發流程及組織行為中得到支持和保障。為此，在組織機構中確立了前期工程和產品工程的定位和分工，并采用矩陣式的管理方式來協同各功能塊的運作。在架構概念得到確認后，我們把共用工程解決方案和模塊化理念所確定的零件及平臺中的沿用件統稱為架構件。前期工程的職責就是在市場提出需求時，首先確定這一產品的技術路線及工程工作范疇。確認在現有架構規劃中是否需要重新開發或優化。也就是確定哪些是架構件，哪些是非架構件，并完成架構件的開發。根據每一個項目的不同情況，確定每一個架構件的技術參數或概念設計，在需要時直至尺寸數據的發布。圖7所示的就是一種基于架構概念的產品開發過程。在流程上也定義了前期工程的時間節點和提交物，明確前期工程和產品工程的責任和義務，從而保證整個產品的進程，最大限度地做好高效、高質量、低成本的開發和產品個性化之間的平衡。圖7 基于架構概念的產品開發過程3 案例分析怎樣理解平臺化的“相同零件”向架構化的“相同工程解決方案”升華，我們來做一個案例分析。在產品更新過程中，對白車身來說，我們希望下車身體不變或盡量少變以節約成本，而上車身體做符合市場的更改而滿足視覺上全新形象的要求。下車身體承載著眾多的訴求，例如;在碰撞過程中力的傳遞，我們稱之為安全碰撞載荷路徑。圖8 碰撞沖擊力的傳遞 如圖8所示，在碰撞中的沖擊力將通過上中下三條路徑向后傳遞并吸收，它是車身設計首先要考慮的重要因素。要想實現這個目標，發動機艙的結構設計一般來說有兩種方案。圖9中，左邊所示的是半副車架加筆直而較粗壯的前縱梁方案，右邊所示的是全副車架加彎曲前縱梁方案。前者我們把它稱為半副車架技術路線或半副車架工程解決方案，而后者則稱為全副車架技術路線或全副車架工程解決方案。圖9 兩種典型的發動機前艙結構兩種方案各有優缺點，這不是我們今天的討論的重點，我們要討論的重點是：在一個企業的主打產品中，只能用一種方案。如圖10所示，如果方案不同，則碰撞時主要受力的出發點不同，導致總布置的方法不同，從而使得很多系統、零件的原理不一樣。在它的背后意味著巨大的時間和財務成本。圖10 不同方案導致的系統和零部件的巨大差異相同的方案就意味著載荷路徑一致，從而車身底板縱向走向一致;副車架結構一致;動力總成布局一致;排氣系統、油管、油箱布局一致。這時，雖然由于產品尺寸不同而一些零件不能共用，但是一致的載荷路徑使得后續很多系統的設計方法是一致的，由此可以節約大量的開發費用和質量維護費用。對供應商來說，所要提供的這個零件雖然尺寸不一樣了，但工作原理和技術方案還是一樣的，使得原有的投入在很多方面還有利用的價值，從而使主機廠降低了采購成本。這就是在零件不能平臺化共用時，采用“相同工程解決方案”帶來的好處。這個“好處”還只是表面上的，而深層次的是企業人才的聚焦，知識的積累，和文化的建設，為創新打好基礎?？偨Y一下也就是說，平臺化是第一步，架構化是第二步;平臺化是基礎，架構化是延伸;平臺化節約的是可計算的錢，而架構化還節約了不可計算的費用。對國際上的大公司來說，以架構理念來規劃產品是一條必然之路。反觀國內的自主品牌企業，差距還是比較大的。以某企業為例，在2650mm左右軸距的三個產品中，白車身沖壓件的共用件不到5%。也就是說，幾乎是3套全系列模具做3個產品，而歐美的公司像這樣的案例基本上是1.3套模具就可以了。所以，我們很多時候共平臺都沒有做好，更不要提架構理念了。而由此來比較兩個企業的成本，就根本不在一個層面上?，F在，做一個車出來已經不是什么難事了，關鍵是能否為企業帶來盈利。對于一些“新興的想做汽車的企業”來說，解決“傳統汽車行業里的傳統問題”乃是基礎，不然那些互聯網、智能化、等等只能是空中樓閣，樂視的“新物種”也就只能是曇花一現。4 平臺戰略、架構戰略的辯證應用首先，平臺和架構的劃分是相對的，一般國際化的大公司都會根據自身的情況來確定。所謂的“自身的情況”主要是指本公司的知識延續和對產品的理解及經驗的積累。其次，有些產品面比較小的公司，則只有平臺戰略而無需架構戰略，因為他們的產品相對單一，也許一個架構發展下的幾個平臺已經足以覆蓋大多數主打產品。在用平臺方法能夠勝任自己公司的產品規劃時，過度的強調架構戰略則是典型的形式主義，形而上學。反而會影響公司的正常運行。對于國內的汽車企業來說，基本處于起步階段，因而在這一點上要特別注意。我們在車展上可以看到，有些企業在展臺上放了很多產品，號稱“狼群戰術”，產品和產品之間很難看到相關性。從本質上講就是缺乏平臺意識，必將導致成本過高。這不僅僅是指開發成本，制造成本和采購成本，而更大的是質量成本和平臺維護成本。如此做法產品根本就沒有盈利的可能性，這無需到年終的銷售數據或產品生命周期結束時來證明，在產品早期開發時就可以看到這個結果。國內的很多企業都有過這樣的教訓，但你還是可以看到，還是不斷的有人還在走同樣的路。當然，過分的強調平臺化也未必是對的，特別是在企業的起步階段。一定要把平臺戰略研究完美以后再開始前幾款產品的開發，那是教條主義，也許會錯過企業快速發展的最佳時間窗口。平臺化、平臺策略及架構戰略到底要怎么做，沒有固定的公式和定論。以德國大眾和日本豐田為例，他們是以本公司技術，本公司文化，單民族思維模式向全球擴展的公司，在技術、產品和品牌上有長久的積累，這樣的公司早已把平臺化和架構策略看成必然之物。由于長期一貫的工作方法和思維模式，他們更多的把架構看作平臺化的延續而不加以特別的區分，雖然在產品規劃，