文_宋喜秀

車架之價

文_宋喜秀

本文從會計學(xué)角度，對車架的生產(chǎn)成本由材料費、工時費、制造費等幾部分進行深入探討和分析。選擇車架不僅要考慮材料成本和工藝成本，更要在總體成本核算的基礎(chǔ)上，進行統(tǒng)籌分析，選擇更加經(jīng)濟適用的車架。

從法語“Chassis”一詞衍生而來的汽車“車架”，早期是在2根平行的鋼骨梁柱所構(gòu)成的大梁上，以類似階梯的方式加上許多左右相連的橫梁制造而成的籠狀結(jié)構(gòu)，所以車架又簡稱為大梁。

表1 “棟梁之材”性能表

根據(jù)制造工藝差別，車架分為焊接車架、鉚接車架、鉚/焊車架。其中，中重型卡車主要采用鉚接車架。按照受力情況不同，車架又可分為非承載式，半承載式和承載式3種。根據(jù)車體性質(zhì)特點，車架還有底盤車架、掛車車架及副車架等分別。

車架質(zhì)量占整車整備質(zhì)量的15%左右，是名副其實的棟梁之材。從價格結(jié)構(gòu)角度理解車架價值，具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟意義。按照會計學(xué)原理，車架的生產(chǎn)成本由材料費、工時費、制造費等幾部分構(gòu)成。

1 直接材料費

直接材料費指企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營單位產(chǎn)品過程中實際消耗的原材料、輔助材料、備品配件、外購半成品、燃料、動力、包裝物以及其他直接材料的費用。規(guī)定車架材料的技術(shù)文件是定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的物料清單(Bill of Material，簡稱BOM)。

BOM描述了以車架為父項的所有子項裝配件、零組件和原材料之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，是制造車架所需的每種零部件數(shù)量的清單。根據(jù)用途和信息特征，BOM分為設(shè)計BOM、工藝BOM、生產(chǎn)BOM和成本BOM等4種類型。其中，生產(chǎn)BOM既確定了原材料、零部件的用量，又規(guī)定了采購、外協(xié)、加工和裝配的屬性，是生成、管理和控制各項具體業(yè)務(wù)計劃的技術(shù)依據(jù)。

材料費核算，離不開材料材質(zhì)、型號規(guī)格及品種數(shù)量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.1 棟梁之材

車架是底盤的主心骨，也是上裝的承載體。車架承受的載荷，包括汽車自身的重力、行駛動力形成的沖擊力、慣性力、路面顛簸及各種外力形成的彎矩和翻轉(zhuǎn)扭矩等。因此，一般都采用具有較強剛度和韌性的鋼結(jié)構(gòu)車架。

鋼結(jié)構(gòu)車架的縱梁一般用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板沖壓而成，由于需要很高的強度、良好的塑性、韌性和冷彎成形性，所以通常采用熱軋鋼板。GB/ T 3273-2005《汽車大梁用熱軋鋼板和鋼帶》規(guī)定了汽車大梁(縱梁、橫梁)用熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝標(biāo)志及質(zhì)量證明書等。隨著16Mn等低合金結(jié)構(gòu)鋼、T700L等工程結(jié)構(gòu)鋼等高強大梁鋼先后問世，車架材質(zhì)表現(xiàn)出了普通熱軋鋼板、低合金結(jié)構(gòu)鋼與高強度鋼競相發(fā)展的新常態(tài)。

表2 WB/A比值

屈服強度越大，越不容易變形斷裂；伸長率越高，韌性越好；容重越小，自質(zhì)量越輕。而強度、韌性和容重又往往不能兼容，鋁合金、碳纖維車架于是成了后起之秀。車架常用材質(zhì)的性能比較見表1。

從表1不難看出，高強度鋼屈服強度大，是錳鋼的2倍左右，普通鋼材的3倍左右，但是伸展率較低，韌性教差，所以“寧折不彎”。錳鋼伸展率高，韌性好——在形變較大的情況下，卸貨后還能恢復(fù)原狀，適合山區(qū)、重載等工況。

鋁合金大梁一般由上翼板、下翼板和腹板焊接而成工字型縱梁，在掛車車架上應(yīng)用較多，具有質(zhì)量輕，強度高，抗大氣腐蝕，方便加工等突出優(yōu)點，但熱塑性較低，焊接性能差。

碳素纖維和傳統(tǒng)鋼材比較，容重僅為后者的1/4左右，而強度和硬度都高很多。碳素纖維也有美中不足：一是有受力向度的安全性問題，雖然它很堅韌，但整體中的某些部位韌性低，容易“粉碎性骨折”；二是價格問題，高端化纖新產(chǎn)品的身世，其還不具備規(guī)模生產(chǎn)的經(jīng)濟性。所以，碳纖維更多地應(yīng)用在車架補強方面。隨著增強型熱塑性碳纖維塑料(屈服強度≥3 500 MPa)的出現(xiàn)和日新月異的3D打印技術(shù)的發(fā)展，碳纖維材料也開始應(yīng)用于“打印”車架車體一體化的車身。

1.2 輕量之梁

車架承上啟下，安全責(zé)任巨大；而車架結(jié)構(gòu)過于龐大，又有高質(zhì)量、高油耗、高風(fēng)阻的“三高”風(fēng)險。錳鋼的各項特性都比較平衡，適合很多工況，所以一度成為主流。但是，在計重收費的條件下，相對高強度鋼，同樣的承載力，錳鋼的厚度更厚，寬度更寬，從而導(dǎo)致大梁更重，其輕量化優(yōu)勢略遜一籌。因此，高強度鋼大梁后來居上。

橫梁數(shù)量的結(jié)構(gòu)優(yōu)化也有助于車架輕量化。橫梁有連接橫梁與支撐橫梁2種，為了提高扭轉(zhuǎn)剛度、降低扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，通常在縱梁應(yīng)力相對集中的部位增加橫梁，或加大橫梁橫截面積以改善與縱梁連接處的受力狀況，這就是傳統(tǒng)的大而稀的橫梁結(jié)構(gòu)。高強度的W型輕型橫梁可以與縱梁貫穿連接，所以又稱作貫穿梁。在貫穿梁腹板處施焊，并在翼面兩端與縱梁切口處留有2 mm左右的間隙，能夠明顯降低扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和整備質(zhì)量。

1.3 后顧之憂

車架如骨架，承上又啟下，抗壓抗拉抗扭轉(zhuǎn)，還要輕量化。只有將好鋼用在刀刃上，才能免除安全與經(jīng)濟二者不可兼得的后顧之憂。

梁承受的最大彎矩Mmax與抗彎截面系數(shù)WB的關(guān)系為：

Mmax=[σ] WB

此關(guān)系式表明，在許用應(yīng)力[σ]一定的條件下，Mmax與抗彎截面系數(shù)WB成正比，WB越小越危險；另一方面，材料用量與橫截面積A成正比，A越大越浪費。因此，科學(xué)合理的截面形狀應(yīng)該是U大A小，也就是說WB/ A越大越經(jīng)濟。型鋼截面的WB/A與截面高度h(直徑d)的關(guān)系見表2。

由表2可知，運用WB/A比值較高的槽型鋼、工字鋼可以解決后顧之憂。同時，還可以根據(jù)車架應(yīng)力分布情況，在水平面內(nèi)或縱平面內(nèi)做成彎曲的，也可以做成等斷面或非等斷面的；改善梁的受力狀況；掛車縱梁通常采用鋼板焊接而成的工字梁，由于上翼板受力明顯弱于下翼板，為了降低整備質(zhì)量，上翼板厚度往往要低于下翼板1～2 mm。

在模塊化時代，汽車行業(yè)的競爭就是供應(yīng)鏈之間的競爭。要生產(chǎn)國際領(lǐng)先水平的車架產(chǎn)品，就要構(gòu)建國際性的供應(yīng)鏈，依賴全球采購信息系統(tǒng)，通過智能高效的采購平臺或者網(wǎng)絡(luò)直接向世界級的供應(yīng)商訂貨。當(dāng)然，在享受采購信息規(guī)范、高效、智能化的同時，企業(yè)還要注意對采購業(yè)務(wù)進行實時分析，對采購信息進行安全性管理。

2 工時費

工時費由2部分構(gòu)成：一是企業(yè)直接從事產(chǎn)品生產(chǎn)工人的工資、獎金、津貼、補貼和各種福利費用；二是產(chǎn)品外部加工費等能直接計入產(chǎn)品制造成本的費用。從工時費構(gòu)成原理可以看出，工藝決定工時，流程影響過程，計劃關(guān)系計價。

2.1 工藝之宜

鋼結(jié)構(gòu)車架的縱梁、橫梁是由薄板沖壓件經(jīng)焊接、鉚接、栓接及粘接等方法聯(lián)結(jié)而成的，沖壓和焊接是車架制作的主要工藝過程。

沖壓工藝通常由下料、折邊、壓印、沖孔等工序組成，焊接工藝則有電阻焊、電渣焊、電弧焊、CO2氣體保護焊、激光焊等多種焊接方式和人工焊、自動焊、焊接機器人等多種焊接方法。確定工藝方案的指導(dǎo)思想是如下。

(1)流程宜簡不宜繁。提高車架剛度的2種技術(shù)路線里，傳統(tǒng)的大而稀的橫梁結(jié)構(gòu)，雖然工時費用總額較低，但因局部焊接量過大，增加了橫梁與縱梁連接處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，使車輛的行駛平順性變差；輕而密的橫梁結(jié)構(gòu)，焊接量、耗電量顯然要高出不少，但因局部工作量小而積少成優(yōu)。

(2)參數(shù)宜嚴不宜寬。為了預(yù)防熱變形，焊接工藝要經(jīng)歷定位、夾緊、點固三步曲。點固過程對電源極性、焊絲直徑、電弧電壓、焊接電流、氣體流量、焊接速度、焊絲伸出長度、直流回路電感等焊接工藝參數(shù)應(yīng)當(dāng)從嚴控制；否則，需要付出20%左右的工時矯正焊接變形和消除殘余應(yīng)力。

(3)裝備宜通不宜專。沖壓是一種先進的工藝方法，但對沖壓設(shè)備及專用模具的技術(shù)要求較高，所以，小批量生產(chǎn)階段多選擇組合模式。車架梁型以槽型直梁為主，為了兼容抗彎抗扭綜合素質(zhì)，鋼結(jié)構(gòu)車架常將元寶型、圓管型、X型、工字型、幾字型等曲面形狀的橫梁與槽型直梁搭配運用——此為散件組合；CO2氣體保護焊是一種熔化極氣體保護電弧焊接法，是一種經(jīng)濟實惠的焊接技術(shù)，將沖壓的槽型直梁背靠背焊接成工字型橫梁，既簡化了工藝，又降低了成本，此為工藝組合。

2.2 分工之功

車架焊裝完工，驗收合格后，工藝流程進入總成涂裝工序。涂裝既能防止腐蝕，又能增加美觀，使車架在各種氣候條件下保持光澤、色彩和美觀，而不發(fā)生退色和銹蝕。

涂裝工藝過程主要有漆前預(yù)處理、底漆、噴漆、烘干等工序。一方面，涂裝過程需要大量的化學(xué)試劑處理和精細的工藝參數(shù)控制，對油漆材料以及各項加工設(shè)備的要求都很高，涂裝工藝一般都是各公司的技術(shù)秘密。另一方面，由于涂裝過程使用的化學(xué)試劑、形成的可燃粉塵等涉及操作人員的職業(yè)保護和職業(yè)健康問題，所以有許多企業(yè)都將涂裝工序外包給專業(yè)的涂裝企業(yè)。涂裝工序外包后，由外包雙方協(xié)商確定工時費，并按外部加工費直接計入產(chǎn)品制造成本。當(dāng)然，其他工序和半成品、產(chǎn)成品都可以外包，因為外包模式不僅能夠發(fā)揮專業(yè)公司的專業(yè)優(yōu)勢，而且可以節(jié)省發(fā)包企業(yè)的作業(yè)場地，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)拍和開發(fā)創(chuàng)新周期。

車架涂裝合格后，還要按照工藝要求打刻車輛識別代碼VIN。VIN是Veterinary Information Network 的縮寫，俗稱17位碼，由17位字符組成，是表明車輛身份的“汽車身份證”。該號碼的生成有著特定的規(guī)律，能保證50年內(nèi)在全世界范圍內(nèi)不重復(fù)出現(xiàn)。

2.3 規(guī)模之磨

生產(chǎn)制造BOM確定的材料批量規(guī)模，對產(chǎn)品生產(chǎn)成本也有重要影響。

一方面，原材料、零組件是即時采購，還是領(lǐng)用庫存，是單件采購，還是批量訂貨，是有時間和周期差別的；即使是庫存物料，也會因批次不同而不同。所以，采購批次和批量對產(chǎn)品成本的形成有著不容忽視的直接影響。

另一方面，企業(yè)也會因自制單件訂單生產(chǎn)成本核算問題陷入尷尬處境。如果接一件干一件，如實安排生產(chǎn)，有可能把“豆腐盤成肉價錢”；順?biāo)浦鄱嗯庞媱潟r，計劃可能會隨時更改，一旦發(fā)生變化，又有可能帶來不良影響；此外，庫存越大風(fēng)險越大，企業(yè)因此越容易陷入惡性循環(huán)。

3 制造費

企業(yè)各個分公司及制造車間為了組織和管理產(chǎn)品生產(chǎn)而發(fā)生的各項間接費用，統(tǒng)稱制造費。主要包括管理人員的工資、員工福利費、固定資產(chǎn)折舊費、設(shè)施設(shè)備修理費、經(jīng)營性租賃費、機物料消耗、低值易耗品攤銷、取暖費、水電費、辦公費、差旅費、運輸費、保險費、設(shè)計制圖費、試驗檢驗費、勞動保護費、各種停工損失以及其他制造費用。羊毛出在羊身上，這些間接費用最終都要通過產(chǎn)品增值實現(xiàn)自身價值。

3.1 工廠之償

制造費用的本質(zhì)是企業(yè)的管理支出，體現(xiàn)了企業(yè)的資源實力和管理水平，僅從設(shè)計制圖流程就能看出差別。大多數(shù)傳統(tǒng)企業(yè)還停留在以車型為局限的尺寸數(shù)據(jù)組合階段，一車一議，一架一圖，現(xiàn)訂現(xiàn)畫，車架研制活動比較死板和被動。而那些技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)，大多采用了車架定制系統(tǒng)，車架用戶利用電子觸摸屏選配零配件模塊，瀏覽定制系統(tǒng)自動生成的BOM表，自動計算出來的價格表(成本BOM)，然后根據(jù)系統(tǒng)展示出來的零部件軸測圖，可以在極短時間內(nèi)定制自己中意的車架。

另外，有限元分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、3D打印等先進設(shè)計技術(shù)的普及，使車架設(shè)計流程日益人性化。但是，流程便捷不等于成本低廉——軟件硬件成本的高投入需要通過折舊費、設(shè)計費、辦公費等制造費科目長期消化。

3.2 關(guān)鍵之堅

縱梁是主心骨，橫梁是腹部肌肉，縱橫交錯棟梁材，成就好身價。早在20世紀(jì)60年代，德國奔馳就已采用有限元優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)研制車架，歷經(jīng)10年開發(fā)成功的奔馳NG-80系列重型汽車，裝配了不等寬、變截面、邊梁式魚肚型結(jié)構(gòu)車架。奔馳獨有的這種車架技術(shù)，在輕量化的同時，還提高了車架的抗彎強度、扭轉(zhuǎn)彈性和承受非對稱循環(huán)交變沖擊載荷的能力，在我國重型汽車產(chǎn)業(yè)特別是軍用貨車領(lǐng)域有巨大市場。但是制作這樣高新技術(shù)的車架，需要專用的沖壓設(shè)備和模具。從1978年4月出國考察，到1988年9月中德雙方在人民大會堂舉行奔馳重型汽車引進項目簽字儀式，10年的艱難談判，難點之一，就是這些關(guān)鍵設(shè)備需要全部從國外進口，這對當(dāng)時尚不富裕的中國來說，外匯開支的壓力明顯過大。所以，奔馳重卡的引進之路一波三折。3.3 裂紋之問

高強度鋼車架，不僅對生產(chǎn)設(shè)備及技術(shù)要求較高，而且不適合超載及山區(qū)路況的運輸環(huán)境。車架在空載和超載工況容易開焊開裂的4個敏感區(qū)域(見圖4)，經(jīng)常引發(fā)售后質(zhì)量糾紛：一是縱梁中段上部焊縫，二是縱梁下翼面與牽引銷座板焊接處，三是第一后懸架的板簧前支架與縱梁下翼面焊接處，四是大變形與強約束集中的螺栓孔。

表3 車架的成本BOM 萬元

(1)縱梁中段上部開焊是高強度鋼遇到強電流退火，梁退火后破壞了鋼材結(jié)構(gòu)而引起的焊縫開焊。實踐證明，采用輕而密的貫穿梁結(jié)構(gòu)，可以避免此類問題。

(2)縱梁下翼面與牽引銷座板焊接處開焊的主要原因是大而稀的橫梁間距過大，使鵝頸處幾乎成了抗扭真空地帶。改進對策是在真空地帶添加橫梁。

(3)在重載工況下，牽引銷座板與第一后懸架的板簧前支架之間處于懸空狀態(tài)，容易產(chǎn)生巨大的彎曲變形，這是第一后懸架的板簧前支架與縱梁下翼面焊接處開焊的主要原因。改進辦法是在焊接處加焊三角板分散受力。

(4)螺栓孔開裂屬于應(yīng)力集中造成的疲勞斷裂，應(yīng)通過降低加工應(yīng)力和改善外部應(yīng)力2個渠道對癥下藥。