TNGA是ToyotaNew Global Architecture 的首字母缩写,它是一个涉及汽车研发、设计、生产、采购等全产业链价值在内的创新体系,是丰田开创的全新的“造车理念”。
TNGA概念是丰田全新的造车理念和方法论,立足于以更高效的方式制造更好的汽车,从零起步改善进化每一个决定汽车基本性能的部件,从根本上实现汽车生产机制的全面革新。
TNGA将为广大购买的人提供更具未来感的外观设计、更有乐趣感的驾控体验、更有质感的行驶性能、更加智能安心的安全配置、更有科技感的内饰装备。
从CE(Chief Engineer)制度到TNGA (Toyota New Global Architecture)架构,丰田在汽车市场之间的竞争最为激烈的时代选择了改变。作为全世界最新的造车哲学,TNGA对于外界而言充满了神秘。
这份神秘的背后,TNGA架构慢慢的变成了丰田一次“改革”的标签;另一方面,造车体系的变革还意味着丰田将摒弃目前多数汽车行业一直奉行的CE生产制度,走上新的造车方式。
据悉,未来TNGA架构的使用将使丰田更合理、更高效地重构汽车整个产业链,同时创造出符合市场的车型。在此之前我们一定要弄懂,具有如此价值的TNGA架构相比CE制度究竟改变了什么?在“进化”之中,TNGA架构与大众所推崇的MQB平台又有何不同?
2016年在刺激政策的作用下,中国汽车销量出现了快速地增长,达到2802.8万辆。此时,车企在中国的竞争发展也达到白热化。汽车企业竞争之年,我们也可以看到这些“厮杀”大多集中在企业的汽车销量和产品类型上。
目前,中国的汽车花钱的那群人在快速的转变之中,中国85后已占到中国人口总数的20%。换句话说,中国接下来的汽车发展的新趋势将由这群人主导。这将意味着,作为全球最大汽车生产制造商之一的丰田,必须从曾经“中庸”的产品做自我突破。
查阅有关的资料发现,大多数车企在新品开发时,都是以CE制度为中心进行。所谓CE制度指在开发每一款汽车产品时配备一个单独的开发团队,而CE作为整个环节的中心要与多个部门做沟通协调。
这样的生产发展模式曾经为汽车生产提供了某些优势,但在当量庞大的企业中,CE制度在很大程度上已然浮现越发繁杂的系统和漫长的技术普及:由于要建立不同的开发部门,拥有独立的生产线平台,使得一项新的技术在丰田汽车100多个产品细分平台和800多种发动机快速普及成为难题。
另外,对于汽车零件的应用,不同部门对于都有不一样的理念,而这些部门的相互独立会使一些率先发展应用的车型提前一步与企业沟通,取得提前发展。这最后导致的结果是整体车型在发展时间上形成层级分化,呈“等级”性排布,近而在产品技术更新换代上不能同步,出现严重失衡。
丰田TNGA解决的核心问题就在于此,它不再停留于对产品线的梳理与重新组合,而是彻底将全产业链进行整合,形成生产、销售、研发、零部件等各环节于一体的聚拢体系,使先进的技术快速布局到多款产品,提升产品性能的同时优化整个生产的全部过程,同时最大化的形成柔性生产,使市场需求快速反馈到生产与研发。
相比而言,丰田的TNGA架构是整体造车体系的全面革命,生产领域只是其中涉及的一项。TNGA架构中的“A”代表的是“改革”,目的是将产品从60分做到80分,在整个企业造车结构上彻底改变。
丰田的TNGA架构能够说是将CE制度完全改革,首先TNGA架构将人的关系彻底改变。目前大部分车企的产销架构,生产和销售部门之间几乎毫无交集,而TNGA架构打破这一“传统”,将销售与生产相结合,形成集中聚合关系。
在整个车型的生产的全部过程中,生产可以与销售部门相互沟通,使生产为销售负责,销售为生产回馈信息。销售代表的是消费的人的需求,而生产则代表了企业的专业性。在这一层面上,TNGA架构首先将消费者和车企联系到一起。
除此之外,在市场和制造商之间,TNGA架构同时可实现符合生产、销售调度柔性生产。在这一点上,虽然如今车企都在宣称为满足那群消费的人的需求而生产某种车型,但必须承认汽车工业发展至今仍没有摆脱死板的排期生产方式:一个车型一个月乃至一个季度的整车产量都是提前半年规划,所以几乎不可能形成“这个月市场需求大幅度的增加,下个月产量迅速补上”的情况。
由于在整车量产计划中,其零部件生产都有一定的排期,且产量都是相对一定的。如果在短时间内将数量大幅度的提高或下降,零部件根本没办法准备,这条生产线也无法高效的运转。
在这一点上,TNGA架构就可以轻松解决该问题。据了解,丰田利用TNGA架构,能够将供应商有效的转化,将生产和市场快速链接,从而根据消费的人在较短时间内的需求来做增减,提前控制车型产量。以此,丰田TNGA架构从某一些程度上减少制造商在生产的全部过程中不必要的“浪费”,形成最优化的生产方式。
除了在整体架构上变革外,在生产环节,丰田基于TNGA架构,将会集成从A0级、A级、B级(前置前驱)、电动车、混动等多种车型的生产。
基于TNGA架构下打造的新车,在动力性能和经济燃油分别提高10%和20%,车身刚性提高30%-65%。同时,丰田将全面更新车身底盘和悬架,并主打全新的外观设计,逐步提升整车的产品力。
了解大众的MQB平台和丰田的TNGA架构的不同后不难发现,在汽车的整个生产线中,TNGA架构实际上更多的体现在“人”的应用上。对于TNGA架构理论,很多企业都已经理解,也都希望将汽车的柔性生产和对市场的快速反应做到极致,但如何在汽车复杂而又冗长的架构下使人改变汽车思维,是一件非常难的事情。也就是说,在TNGA架构的发展中,难点不在技术,而在于人的思维变化。
那么外界会问,丰田是怎么样才能做到的?因为所有人都知道这套复杂的体系绝不是一朝一夕敢拍板实施的,第一步是要在企业内部人的分配上做到改革成功,因此TNGA必须有某种延续性,否则很难做成,那么TNGA架构人的延续在哪?
TPS全称为丰田生产体系(Toyota Production System),是丰田公司的一种独具特色的现代化生产方式。经历了几十年的发展和完善,TPS逐渐形成了包括经营理念、生产组织、物流控制、质量管理、成本控制、库存管理、现场管理和现场改善等在内一套完整的生产管理技术与方法体系。
丰田在推行TPS的过程中,对生产每个活动、内容、顺序、时间控制和结果等所有工作细节都制定了严格的规范,例如装配轮胎、引擎需要几分几秒。但这并非是说标准是一成不变的,只要工作人员发现更好更有效率的方法,就可以主动变更标准作业,从而形成新的更先进的生产标体系,也就是说TPS充分的发挥工人的主观能动,目的是促进生产效率。
所以,TPS所奉行的指令都是 “由下至上”,从一线生产者出发,尊重劳动者成果,调动工人积极性,促使这些真正用手工作的人去寻求脚踏实地完成工作的更好方法。
另外,在丰田TPS的关键原则中,要求每个员工在每一项任何的作业环节里,都要重复的问为什么,然后想如何做……在这样的一个生产工作环境中,每一个人乐意寻找更有效、更简单的办法来进行“偷懒”。也正因为如此,丰田工厂中的很多螺母安装、生产校对等自动化生产方式都是由处在生产一线的工人发明完成。
据了解,这套体系出处来自与生产一线,但在丰田内部已发展到销售、营销等各个部门,“从下而上”发挥人的主观能动,是丰田为TNGA架构实施提供的最好基础,这是一种长远眼光的布局汇报,也可以读出丰田一直倡导的“年轮经营”理念。
因此,与其说丰田TNGA架构在生产方式层面的体现如何精细,不如说它将精益求精的生产推向了“TPS 2.0时代”,而人是TNGA架构最核心的变革要素。
提及丰田的TNGA架构,相信大多数人的第一反应就想到大众所应用的MQB平台。因为这两者的推出,在最终的效果上都节约了企业的生产所带来的成本。那么丰田TNGA特点有什么?与目前大众发展的MQB模块有何不同?
MQB的“B”在德语中的意思为“积木”、“堆积”,它所做的是零部件的组装,以此来降低生产所带来的成本。MQB模块是将大量的汽车零部件实现标准化,令它们能在不一样的品牌和不同级别的车型中实现共享。现在,该平台能够生产从A00、A0、A到B四个级别的车型。
换句话说,MQB模块仅仅是在原有的CE制度生产方式上进行提升优化,该技术的应用只是围绕降低车型的开发费用、周期以及生产环节的制造成本,MQB主要围绕生产环节重新组合车型。
丰田TNGA的英文全程是Toyota New Global Architecture,而Architecture用中文来准确表达是十分艰难的,大体有“体系结构、建筑学、建筑风格”等几层意思。所以,从这个意思看,TNGA既包含造车思想和理念,又包含造车方法和体系。
其实丰田TNGA是Toyota New Global Architecture的缩写,中文意思是丰田新全球架构,与我们所熟悉的平台概念是完全不同的。在汽车行业中“平台”的英文是“Platform”,而“Architecture”则是建筑学的英文,意为“架构”。丰田TNGA简单来讲是描述了一种新的汽车生产理念,囊括了汽车从研发开始的制造全过程。
就像当年福特T型车开创了汽车制造的生产线模式,将汽车繁复的生产的基本工艺分解为若干个简单的步骤,大幅简化了工厂工人的工序,降低了单车的制造成本,提升了福特T型车的竞争力一样,丰田TNGA是汽车生产理念的一种全面创新。丰田发布TNGA架构,就是想进一步改革自己,在生产环节、研发设计环节、产品力上都要做出改革,以更低的成本,实现更高效的生产更高质量的产品,提升竞争力。
在公司架构层面,TNGA将过去复杂的独立生产单元归拢,最终按照车型、产品为主线,分为了小型车公司、中型车公司、大型与商用车公司、雷克萨斯公司、动力总成公司、先进的技术公司以及智能互联公司共七个内部公司。集团内工程师,设计人员将被重新分配到各个内部公司中,针对不同车型和研究方向进行一定的产品设计研发,让研发团队运作更加集中高效。而在传统汽车企业中,底盘工程师、发动机工程师、变速箱系统工程师、外观/内饰工程师的工作相对独立,这就会导致针对某款车型的研发过程中各个系统之间的匹配度出现一些明显的异常问题,而TNGA公司架构则避免了这样的问题出现。
在新架构之下,市场人员、设计师以及工程师能轻松实现无缝的通力合作。从一开始,设计师以及工程师就清楚市场调查与研究结果,明白需要开发一款怎样的车,可以最大限度做到减少分歧,保证效率。因此,基于TNGA的车型,概念车和最终量产车的差别变的很小,比如C-HR,与许多“概念林志玲,量产罗玉凤”的车型有着明显差异。
在制造环节,新TNGA架构则摆脱了传统平台的束缚,比如大众“MQB“和大众”MLB”平台的车型,由于一个是横置平台一个纵置平台,车型定位也有较大区别,因此零件没办法做到更多的通用性,生产线也没办法做到共用。而TNGA则在研发阶段就尽可能的考虑零件的通用性,实现零配件的开发和制造成本平摊。TNGA比传统模块化平台生产模式的柔性程度更高,尽量使用高集成、小型化的生产设备,TNGA可以在一定程度上完成多款车型的共线生产。
简单来讲,TNGA架构让品牌下各款车型的零部件高度共通,使得图纸减少,研发人员的生产力得到最大释放,并打破了平台化生产线的固有模式,让生产线实现了更多车型的共享。
上文中已经介绍了TNGA是一种制造体系,那么,目前基于丰田TNGA制造体系的车型,可大致分为几种平台呢?类似大众针对前置前驱车型的MQB模块化平台(代表车型高尔夫),针对纵置发动机的MLB平台(代表车型奥迪A6),以及针对高端车型的MSB平台(代表车型保时捷帕拉梅拉),丰田TNGA架构之下根据车型定位也可大致分为TNGA-L ,TNGA-K,TNGA-C三大平台,代表车型如下:
作为“豪华版的凯美瑞”,最新一代的雷克萨斯ES同样基于GA-K平台。未来的丰田汉兰达也有很大的可能性诞生于GA-K平台。
基于后驱TNGA-L平台的还有雷克萨斯的豪华GT跑车LC。TNGA-L平台还将诞生更多后驱车型,比如下一代雷克萨斯GS,雷克萨斯IS,下一代皇冠等车型。
最近比较热的全新雷凌则基于TNGA-C前驱小型车/紧凑型车平台打造,兄弟车型卡罗拉也诞生在TNGA-C平台。
丰田C-HR和丰田弈泽这两个同胞兄弟车型也基于TNGA-C平台。值得一提的是,丰田C-HR是在研发过程中才转到TNGA-C平台的,这充足表现了TNGA平台的包容性。
丰田的氢能源车Mirai,也基于TNGA-C平台打造,可见TNGA架构的兼容性是非常强的,不但可以实现燃油车制作,新能源车也不在话下。未来,雷克萨斯UX,丰田Auris也将基于TNGA-C平台制造。
目前已经上市的TNGA新车型都表现出了一些共同的卖点,比如高刚性车身,不仅安全性得到提升,也带来了更好的行驶质感。TNGA车型普遍重心更低,轮距更宽,带来更好的操控。
TNGA在车身结构上更注重高刚性设计,还引入了德系车经常宣传的长距离激光焊接工艺。以全新丰田雷凌为例,车身刚性比老款车型提升了50%,车身刚性,这些概念在过去的丰田车型宣传中是难以见到的。
通过将动力总成倾斜放置和降低总成高度,TNGA车型的重心相比老款车型降低,以丰田凯美瑞为例,新款凯美瑞比上代车型重心降低了25mm,这可以大大降低车辆在弯道中的重心转移,减小侧倾,从而提升操控性能。
丰田TNGA车型针对严苛的25%小面积偏置碰撞测试进行了结构优化,因此TNGA车型在面对25%碰撞测试均拿到了优秀的成绩,无论是凯美瑞,还是C-HR,在美国IIHS还是国内中保研的25%碰撞测试中均表现不错。
丰田TNGA架构的应用是的其产品在动力系统、车身结构、制造工艺、悬架系统、空气动力学、NVH性能以及人体工程学上都作出了优化来实现整车性能的逐步提升,其中又以动力系统的改进最明显,这也是下文将要展开讲解的内容。
欧盟排放法规一直倒逼着汽车制造厂商进行技术改进,以降低车辆二氧化碳及有害化学气体的排放量。2008年,欧盟确立了2020年欧盟境内销售的新车二氧化碳排放量要降低至95g/km的目标。作为一个全球性车企,丰田必须在“大限”到来之前把旗下车型产品的排放指标提升至欧盟标准以上,以保持其产品竞争力。按照丰田的计划,在2021年之前,丰田旗下车型产品的二氧化碳排放量将降低15%以上(相比2015年的产品)。
丰田的节能减排思路在大方向上和各大厂商保持一致,通过提升发动机热效率、降低发动机运转损耗以及增强动力系统电动化程度来实现。技术升级的难点在于,在节能减排的同时不能降低动力输出性能,最好还能够在轻量化和小型化方面有所建树。
丰田在过去的日子里都坚持自主研发和精益生产,对技术的专注孕育了全球首款量产混合动力车型普锐斯和全球首款量产氢燃料电池汽车Mirai。但在汽车产业产品迭代提速的今天,为实现新车型产品的开发及紧跟技术的发展,丰田不得不通过联合开发和技术共享来紧跟时代发展。丰田经营方式的改变正是为了应对上面提到的技术升级难点众多与较短开发周期的冲突。从某个程度上来说,TNGA架构带来的开发周期缩短优势也是应对产品迭代提速的产物。
电动化是汽车行业未来的重要发展的新趋势,而电池、电机、电控这“三电系统”则是成就电动/混动汽车的重要的条件。有鉴于此,丰田将在2021年前增加电动化技术研发人员30%以满足电动化技术开发的人员需求。从TNGA架构混合动力系统结构上的重大改变(具体变化我们在下文详细讲解),我们大家可以看到丰田在电动化领域“招兵买马”后成果初显。
在过去,丰田不同系列的发动机产品会采用不一样的设计,零部件通用性不高。而到了TNGA架构,丰田将更多地采用统一的设计以提升零部件通用化率。TNGA架构发动机的气缸容积和气缸数实现了模块化,规格数量相较过去有所减小。工程师通过选取特定的气缸容积规格以及气缸数来设计出新的发动机产品。
发动机的模块化设计使得在工厂能够使用统一的加工设施和工装来实现发动机零部件的加工及整机组装工作,提升生产线生产效率和柔性化程度(同一条生产线能共线生产更多种类的发动机)。
TNGA架构下的这款应用在前置前驱车型上的8AT变速箱出自爱信(丰田是爱信的其中一个大股东)之手,国产全新凯美瑞即将搭载的就是这款变速箱。TNGA架构下的这款8AT变速箱(下称“丰田全新8AT变速箱”)在液力变矩器总成上有较大的优化。
液力变矩器总成主要由锁止离合器、扭转减振器和液力变矩器这三部分所组成。丰田全新8AT变速箱采用了多片式锁止离合器,并扩大了锁止离合器的锁止范围(即在更低的车速下,锁止离合器就会结合,使发动机与变速箱之间实现刚性连接),让车辆给人以更好的直接驱动感,提升了变速箱的传动效率和燃油经济性。
由于锁止离合器锁止范围的提升,液力变矩器不再需要传递非常大的扭矩,仅仅在起步时实现发动机与变速箱之间的传动工作,所以其尺寸可以设计得更小。同样的设计思路,我们在马自达创驰蓝天6AT变速箱上也能看到(点这里就可以看创驰蓝天6AT变速箱拆解内容)。为了在锁止离合器结合后,有效抑制发动机的振动、冲击传递至变速箱,液力变矩器内部带有一个高阻尼扭转减振器。这个高阻尼减振器内部带有弹簧元件,可对振动和冲击起到缓冲作用。
相比旧款的6AT变速箱,丰田全新8AT变速箱的总长度缩小了5mm,齿轮箱的长度缩小了15mm。由于挡位数的增多,丰田全新8AT变速箱的齿比范围更宽广,有利于增强起步时的提速性能及高速巡航时的燃油经济性。
除了上面介绍到的8AT变速箱外,TNGA架构下还有专为前置后驱车型而设计的10AT变速箱。这款全新的10AT变速箱同样由爱信打造。雷克萨斯LC500车型便采用了这款全新的10AT变速箱。丰田下一代皇冠也有一定的概率会采用这款变速箱。
与上文介绍的用于横置发动机平台的8AT变速箱一样,这款全新10AT变速箱采用了多片式锁止离合器,同时增大了锁止离合器的锁止范围,让车辆给人以更好的直接驱动感,提升了变速箱的传动效率和燃油经济性。
该10AT变速箱主要是为高端车型或注重运动性能的车型配置的,所以其换挡速度至关重要。官方公布该变速箱的换挡时间为220毫秒。这与一直以换挡速度见长的双离合变速箱200毫秒(大众的数据)的换挡时间已非常接近了。
丰田预定到2021年共推出19种37款新动力传动系统。其中,发动机为9种型号17款,变速箱为4种机型10款,混合动力系统为6种机型10款。在日本、美国、欧洲和中国等主要市场销售的车辆的6成以上将配备新系统。由此,将以每年100万辆的规模更换新动力传动系统。
丰田常务董事、内部公司“Powertrain Company”的总裁水岛寿之表示,“纯电动汽车(EV)和燃料电池车(FCV)的普及自不必说,但大多数汽车都配备发动机。为了削减二氧化碳排放量,需要改良动力传动系统。我们将全面刷新发动机、变速箱和混合动力系统”。
丰田2015年12月推出的混合动力车(HEV)“普锐斯”的第四代车型在车体下部首次采用了TNGA。作为采用TNGA的第二款产品,预定2016年12月推出小型SUV(多功能运动车)“C-HR”。目前只是在车体下部采用,今后还将扩大到以发动机为首的动力传动系统,来提升生产效率,削减成本。
在动力传动系统中导入TNGA有三个目的,即提高商品性、生产效率和开发效率。关于商品性,将通过新动力传动系统改善燃效,同时实现预期的行驶性能。生产效率方面,将统一加工和安装标准,构筑可灵活生产不一样机型的生产线。另外,将整合小、中、大型等发动机种类,把发动机整体的种类减少40%。
由于研发效率和生产效率的提升,TNGA新车型的性价比优势也逐渐体现,无论是最近亚洲龙混动车型23万多的入门价格还是雷凌混动版车型13万出头的入门价格,都体现出较高的价格竞争力。
丰田TNGA战略架构的核心意义在于重新规划不同车型最合理的开发流程,增加标准零件的应用,并采用可用于多款车型的通用零部件。由此带来的好处自然多多,可以缩短产品研究开发周期、消减设备投资以及减少相关成本等等。此外,还有一点也很重要,通用零部件的增多无疑会让零部件的类型减少,从而使得零件的制造成本更低,质量能获得更好的控制,进而提升车辆的整体可靠性。丰田自己则将TNGA战略的意义归纳为以下5点:1.改变车辆的开发流程2.改善生产程序的产品制造流程3.积极使用全球化标准零组件4.调整采购战略5.开发新一代底盘,运用新设计来降低车辆的高度和重心,车辆实现更高的行驶稳定性。
丰田利用TNGA架构,将现有生产力更高效的管理,从某一些程度上减少制造商在生产的全部过程中不必要的“浪费“,提升了效率。通过整合团队,将生产和市场更紧密的连接起来,能够准确的通过市场需求在较短时间内做出适应性改变。TNGA架构的先进理念,可以让我们中国企业学习。
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