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(一)典型案例的选择
在每单元选择2~3个典型案例,根据各单元课程教学大纲的要求,所选择的2~3个典型案例涵盖了各单元的重点与难点,每个典型案例包含授课单元的概念、管理原则、管理方法等知识点。每个授课单元教师对案例情景事件进行描述,使学生了解企业管理过程中所遇到的问题,从企业管理者的角度,分析企业外部环境与内部环境,通过互联网与实地调研收集大量的数据,分析问题所在,找出主要原因,提出解决方案,并对方案进行可行性分析,选出最佳的解决方案。
(二)教师对学生分析案例过程进行指导
学生分析案例时,教师设置相关的问题,这些问题由学生进行分析与讨论,教师设置的问题应该结合本单元的知识点由浅入深,保证学生运用知识、分析问题与解决问题能力的开发。通过设置案例中的问题,对学生案例分析的过程进行指导,结合不同的单元,即企业的筹建与开业、人员资源与培训管理、全面质量管理、财务管理、设备管理、信息管理、售后服务管理、企业文化等单元,提供适合的案例,设置相关的问题。
(三)小组讨论
学生经过分析后,将个人见解、意见、疑问在小组中进行讨论,使小组对问题的见解更加的全面与深刻,不断地激发小组成员的学习热情,提高学生解决问题的能力。
(四)开展班级交流活动
教师指导学生进行班级的交流活动,扩展小组的讨论,通过不断的交流,巩固理论知识的掌握,及对遇到的问题形成共识观念。比如小组讨论中提到的关于人力资源管理环节的案例,小组讨论后,形成一定范围内的共识,然后再扩展到班级,由班级成员再对人力资源管理环节可能会出现的问题进行补充,并且提出解决问题的方案,全班学生结合各小组的方案,进行讨论与交流,从而在较大范围内形成共识。
(五)教师对案例的总结与评价
案例教学的最后一个环节就是由教师进行小组的总结与评价,同时对案例分析所运用的知识点、重点及难点进行概括与总结,从而完善学生的知识结构,提高分析问题与解决问题的能力。
汽车服务企业管理案例教学中缺乏适用的案例教材,缺乏基础的教学设施,在实施案例教学法的过程中,存在不能及时提供典型案例的问题,所以,为了保证案例教学法的顺利实施,还必须有典型的案例库和系统的案例分析模式。
(一)建立《汽车服务企业管理》课程典型案例库
为提高学生学习汽车服务企业管理案例分析的效果,建立典型案例库,比如在全面质量管理环节,质量分析的方法有很多种,比如排列图法、因果分析法、直方图法等等,而不同的汽车服务企业的应用情况是不同的,这就需要教师与学生多种渠道收集案例,完善汽车服务企业管理教学典型案例库。在案例库的建立过程中,教师和学生同时参与,鼓励学生收集相应的案例,指导学生运用所学知识寻找好的切入点,建立典型案例库。
(二)形成汽车服务企业管理新案例分析模式
由于在一定的时间内,汽车服务企业总会有新的案例,所以,在教学过程中,应不断地增加新的案例,形成对新案例分析模式,这样才能完善典型案例库。首先应选择案例,由教师布置较为开放的案例题目。接着整理案例资料,由学生搜集整理案例资料,然后进行案例小组讨论、分析、总结,教师在这个环节解答学生的疑问,充分调动整个班级学生的参与,并且由教师对整个过程进行总结,把案例作为典型案例库中的案例。这样就形成了汽车服务企业新案例的分析模式,并且完善了典型案例库。
三、结语
究竟是谁动了谁的奶酪暂且不论,但汽车外观对于国人消费心理的影响也许由此可见一斑。记者在北京亚运村汽车交易市场调查时发现,很多市民往往被一些外观新颖、颜色亮丽的汽车所吸引。“他(她)们对于汽车专业知识一般都知之甚少,在挑选时除了参考性价比和朋友的建议之外,汽车外观是否贴合心意成为选择要素之一。”北京中瑞辰汽车销售公司负责人告诉记者。
记者在市场中随机采访了一个正在办理购车手续的中年男士,他对汽车外观的选择很重视颜色,乳白色车身、造型简洁的“东风锐达起亚”由此入了他的“法眼”。记者发现,中年人一般青睐银灰色、白色等比较稳重中性的颜色,而造型偏酷色彩靓丽的汽车更容易抢到年轻人的眼球。
买辆汽车长个“面子”,国人的消费心理无疑也让本土汽车企业对汽车外观设计投入不敢小视。
中国一汽集团技术中心外观设计科科长张长林在接受中国经济时报记者电话采访时表示,“好的汽车外观能够吸引客户青睐这辆汽车,好的内饰能够让客户决定买这辆车,好的底盘则能让客户想买第二辆车。好的汽车外观自己就会说话。”由此可见,如果不能吸引住汽车买主的眼球,再好的内室、再好的底盘也可能无法让客户接触认知,这也是诸多汽车公司竞相重视汽车外观设计研发的关键。
素有“鲇鱼”之称的吉利汽车品牌虽然“土生土长”,但在外观设计上已经开始走出去,和国际顶级的专业设计公司合作,今年上海车展上亮相的概念车——吉利“城堡”已经博得掌声,另一款外观上采用欧式设计风格的量产车“自由舰”也引起了不少消费者的关注。
以及经美国汽车协会认证为汽车工业的合格供应商。产品已被广泛地应用于通讯产品、军工产品、航天工业、汽车电子等高可靠性需求的场合。相信在国内汽车电子工业里,道康宁系列硅胶也能为获得出色的高可靠性而提供最佳的解决方案。下面即对汽车电子用硅胶加以介绍。
汽车电子与保护材料
汽车行驶于道路上除了须藉由充沛的动力系统驱动外,更有赖于其灵敏与复杂的操控系统控制,使汽车能安全地在最佳条件下行驶。操控系统是一部汽车的神经中枢,它包含许多复杂而精密的控制机构和控制模块,藉由各种输出、侦测、诊断、反馈等讯息操控系统指导着各部件的运作。随著汽车工业与电子工业的发展与结合,各种电子式控制机构和模块逐渐被导入操控系统中以获得更精准、更敏捷的控制,从而提高汽车的性能。
汽车行驶于道路时必须承受风、砂、雨、雪、高低温、振动等各种地型天候与污染物的侵蚀。因此各种精密的电子式控制模块必须藉由适当的保护材料来保护以确保它的稳定性和可靠性。在汽车电子应用领域中对保护材料的选择除了基本要求绝缘、防潮、防污、防蚀、导热等特性外,特別要求具有低应力和耐热、耐寒等性能。有机硅材料因为同时具备这些性能,因此在汽车电子领域中的应用特別受到重视,在汽车电子中的应用领域也越来越广。
有机硅的特性
有机硅是一种人工合成,结构上以硅原子和氧原子为主链的一种高分子聚合物。由于构成主链的硅-氧结构具有较强的化学键结,因此有机硅高聚物的分子比一般有机高聚物对热、氧稳定得多。尽管有机硅在室温下的力学性能与其它材料差异不大,但其在高温及低温下的物理、力学性能表现卓越,温度在-60到250℃多次交变而其性能不受影响,因而有机硅高聚物可在这个温度区域内长期使用。有些有机硅高聚物更能在低至-100℃下正常使用。又由于有机硅分子内有偶极作用,它能有效缓冲和减弱外部电场的影响,从而对连接在硅原子上的羟基有保护作用,使之不易受物理因素或化学试剂的侵蚀。用聚有机硅氧烷制成的各项产品除基本具有耐腐蚀、耐辐照、耐高低温外,还具有低吸湿性、高绝缘电阻、低介电常数、低应力、减振、环保、低毒性、难燃、和可返修等特性。因此有机硅被制成各式各样的粘接密封剂、灌封胶、绝缘涂料和硅脂等成品应用于各种电子装置中。
有机硅材料在汽车电子上的应用
有机硅应用在汽车电子装置上有:粘接与密封剂、灌封胶、凝胶、绝缘涂料、导热胶等材料。这些材料被用于保护发动机控制模块、点火线圏与点火模块、动力系统模块、制动系统模块、废气排放控制模块、电源系统、照明系统、各种传感器、连接器等等。
粘接与密封剂:使用在各类控制模块中做为对线路板上元器件的粘接固定,或是对大型元器件,例如电容、电感、与线圈做辅固定以防止元器件因受振动而脱落,有固定与减振的功能。另外也用做模块外壳粘接与密封,起到密封、防潮、防污、防蚀的功能。若使用导热性粘接剂则同时具有粘接与散热功能,可以用来固定功率器件或粘接散热板以达到粘接与散热功能。道康宁DC7091在各类控制模块外壳的密封、连接器的粘接处得到了广泛的使用。发动机控制模块中线路板与铝质散热外壳间的粘接则是导热性粘接剂的典型应用,道康宁1-9226导热粘结剂非常受欢迎。
灌封胶:使用于各类控制模块上,对元器件做整体、一般性的灌封,以达到防潮、防污、防腐蚀的基本要求。使用有机硅灌封胶可达到减低应力与承受高低温冲击的功能。对于高功率的控制模块则采用导热性灌封胶,以达到散热的功能。雨刷控制器与电源系统模块等器件广泛的应用了有机硅灌封材料。HID(HighIntensityDischarge)灯模块的灌封就是典型的应用。HID模块包含了点火器和转换器。使用的灌封胶必须具有良好的粘结性能和优异的介电性能,能防尘和防渗水,起到足够的绝缘保护作用;灌封胶必须比较柔软,能防止焊点的脱落;由于模块内部含有一些发热元件,所以灌封胶需要具有一定的导热作用;为了防止挥发性物质在灯管和折射器上发生雾化,灌封胶最好是精炼型的;最后灌封胶必须是UL94V-0阻燃级别。道康宁SE1816CVMA&B双组份灌封胶应用于HID模块中就非常合适。
凝胶:凝胶灌封材料是汽车电子装置中的最主要用胶。功能与灌封胶相似,但提供更进一步的减低应力与减振的功能。对于精细线路在承受振动和承受极低温的情况下的线路保护特別具有功能。有机硅凝胶灌封材料的极低应力与有机硅原有的绝缘、防潮性能使得有机硅凝胶灌封材料成为汽车电子中主要的灌封保护材料。保护发动机控制模块、点火线圏等便是其中典型的应用。而最先进的汽电共享发动机的动力模块更使用了道康宁SE1885MA&B低温有机硅凝胶做为其灌封保护材料。这种灌封材料需要具有优异的防尘和防渗水性能,并且要求柔软度高,可以保护连线不受应力影响,甚至在-55℃环境下依旧保持高柔软度。
绝缘涂料:涂布于各类控制系统或模块中的线路板上或半导体元件上,以达到防潮、防污、防蚀的目的。也可以涂布于电压或电流较高的电极上以防止跳火与短路。通过涂覆,能够使线路板和元件表面形成一绝缘和防潮层,也避免污染物引起短路,减少元器件与环境的接触并延阻腐蚀。并且保护电子装置中的金属接点免受环境的损坏,从而使产品的耐环境可靠性有一个质的飞跃。保护各种模块中的线路板和传感器等是其中典型的应用,例如雨刮器中的线路板就可以使用道康宁3-1953无溶剂型敷形涂料加以保护,起到防水及其它液体的侵蚀。
导热材料:各种电子式控制模块中有许多高功率元器件在使用中会伴随产生大量的热,这会使得模块在工作中温度逐渐升高。为避免温度过高而损坏元器件和线路,必须有适当的散热途经以维持控制模块于适当的温度中工作。无论采用何种散热途经都必须使用导热材料做为介质来减低界面接触热阻,增加散热效能。有机硅材料中包括具有导热性的粘接剂、灌封胶、凝胶灌封材料,其中导热粘接剂被用来粘结固定功率组件与散热片。导热性灌封胶和凝胶被用来做为模块灌封,在发动机控制模块和动力系统模块中便使用了该技术的材料,例如道康宁1-9226导热粘结剂。
[关键词]产品生命周期策略选择汽车营销
产品生命周期理论是营销学中较为成熟的理论,已经被人们普遍认可。企业采取各种营销策略期望延长产品的生命周期以取得更多的利润。所以,产品生命周期理论对企业如何采取恰当的营销策略具有重要的指导意义。要利用产品生命周期理论指导营销策略的制定,首先就要区分出产品生命周期的各个阶段。本文采用计量经济学方法对产品生命周期转折点的划分作了初步的分析,同时结合营销学理论为产品生命周期各阶段应该采取的策略提出了建议,尝试用定量分析与营销理论相结合的方式来确定营销策略的选择。
一、产品生命周期及各阶段的营销策略
产品生命周期指的是产品的市场寿命,即产品从进入市场开始,直到最终退出市场为止所经历的全部时间。产品经过研究开发、试销,然后进入市场,它的市场生命周期才算开始,产品退出市场,标志着生命周期的结束。标明每个阶段的起点和终点是困难的,这些阶段通常以销售增长率或下降率的显著变化初作为区分点。因此,营销者应该审查产品阶段的正常演进和各个阶段的平均持续时间。产品生命周期一般可分为四个阶段:导入期、成长期、成熟期和衰退期。
对于处于不同时期的产品应该采用不同的营销策略。导入期:一般只有少数公司,甚至独家公司生产的式样。因为产量和技术方面的问题,使得产品成本高,售价也高。公司必须把销售力量直接投向最有可能的购买者,尽量缩短引入期的时间。引入期产品的市场营销策略,一般有快速掠取、缓慢掠取、快速渗透和缓慢渗透等策略。成长期:成长期的标志是销售迅速的增长。早期使用者喜欢该产品,其他消费者开始追随领先者。新的竞争者加入,他们通过大规模生产来提高吸引力和利润。针对成长期的特点,公司为维持其市场增长率,使获得最大利润的时间得以延长,可采取改善产品品质、寻找新的细分市场、改变广告宣传重点和降价等策略。成熟期:对成熟期的产品,只能采取主动出击的策略,使成熟期延长,或使产品生命周期出现再循环。为此,可以采取市场改进、产品改进和市场营销组合改进等策略。衰退期:面对处于衰退期的产品,企业需要进行认真的研究分析,决定采取什么策略以及在什么时间退出市场,通常可以采用继续、集中、收缩和放弃等策略。
二、基于产品生命周期理论的汽车营销
我们以吉林省某品牌汽车的销售情况为例,来对在营销中产品生命周期测定及预测的应用进行说明。
1.产品生命周期的划分
利用逻辑增长曲线可以近似拟合产品生命周期曲线,其常见形式为:其中K,a,b为参数。在点(lna/b,k/2)之前y的增长速度越来越快,在该点以后y的增长速度逐渐减慢,趋近于饱和值K,因此可以把点(lna/b,k/2)作为产品成长期与成熟期的分界点。可以看出在点(0,K/(1+a)),以前,y值较小,并且y的增长速度较慢,在该点以后(0,K/(1+a))的增长速度显著变快,因此可以把点作为产品导入期与成长期的分界点。根据产品生命周期理论,产品的成熟期阶段仍可以分成三个期间:成长、稳定和衰退。第一期间是成长中的成熟,第二期间是稳定中的成熟,第三期间是衰退中的成熟。假设K0为市场饱和时y的近似值,其对应的时点为T0,将增长曲线绕t=T0旋转180度,可以得到能够描述y由饱和值逐渐下降情形的曲线形式。由对称性可知y下降时,在点(2T0-lna/b,K/2)以前y下降速度较慢,在该点以后速度下降较快。因为在产品的衰退期,利润下降甚至亏损的风险很大,所以我们不妨设点(2T0-ln3a/b,3K/4)为产品成熟期与衰退期的分界点。
我们通过市场调查法取得了该品牌汽车1996年~2004年的销售量数据,如表1所示:
2.产品生命周期的测定
根据数据,可以得到曲线的形式为:。
对该品牌汽车销售量的变化过程进行模拟,得到的预测值如下所示:
从表2中的预测值我们可以看出,该品牌汽车的销售量在2008年附近会达到顶峰,所以我们可以确定T0=13。根据增长曲线模型,可以计算出该品牌汽车的导入期与成长期的分界点为(0,2.07),成长期与成熟期的分界点为(4.98,8.98),成熟期与衰退期的分界点为(18.35,13.46)。通过模拟销售量,得到产品的生命周期区间为:
3.策略选择
通过对产品生命周期的划分,可以看出该品牌汽车目前处于成熟期,这个品牌的汽车已经被大多数潜在消费者所认可,它的销售量增长较为缓慢,当度过一段销售量较高,并且销售量比较稳定的时期后,销售量会开始逐渐下降。这时企业所期望的是通过使用恰当的营销策略使该品牌汽车的成熟期尽量延长,以获得更多的利益。在这个阶段我们认为该企业可以使用以下几个方面的营销策略以实现延长该品牌汽车的成熟期。
市场改进方面:建立产品与客户之间的“非正常”关系。美国通用电器前任总裁韦尔奇说过:“当质量、品种、价格等与消费者的‘正常关系,与竞争对手不相上下时,营销活动的重点就在于建立与客户之间的‘非正式’关系,精确了解客户希望的商品和个性,把握其购买和更新商品的愿望。”也就是说要增强该品牌汽车自己的特色,这样就可以争取到更多原来使用其他品牌汽车的客户。同时应该加大树立该品牌汽车的品牌形象的强度。汽车进入成熟期以后,其消费者也更加看中汽车的设计品位。在产品同质化趋势日益明显的竞争化市场中单纯的利益需求不一定能打动消费者的心,而能够满足消费者的自尊,自我实现的高品位设计更容易引起消费者的注意。所以,该品牌汽车更应该注意自身设计的个性和品位,这样才可能在成熟期争取到更多的消费者。
产品改进方面:对于汽车来说,其自身的功能应该是其增加自身魅力的最重要属性。随着技术的不断进步,汽车功能的改进速度越来越快。该品牌汽车的制造企业应该加大技术研发的投入,开发新技术完善该车的功能。同时对汽车样式的改变也不能忽略,车型既要能体现流行时尚,又要具有自身独特的内涵,这样才能在款式繁多的汽车市场中独树一帜。
营销组合方面:从我国目前的状况来看,我国汽车的价格仍然较高,还有一定的下降空间,该品牌汽车可以适当降价,以争取更多消费者。但是,汽车无论作为代步工具还是身份的象征,其价格因素还不是惟一影响其购买的因素,消费者在购买汽车时往往更加注重其性能价格比。该品牌汽车的生产企业千万不要仅仅在价格上做文章,而应该重视汽车的整体性能,以及售后服务水平的加强,以提高整体的价值。分销渠道上,该汽车可以通过汽车品牌店和汽车连锁店进行销售。在销售中,要特别注意汽车的融资方式。在我过公款购车的数量在减少,而私人购车的数量在不断增加,而分期付款是私人消费者购买汽车的主要方式之一,所以该汽车的制造企业要注意加强与汽车融资公司的合作。在促销上,车展对汽车销售的意义重大,所以该品牌汽车的制造企业要注意利用好车展的机会。同时,该车在电视、报刊以及杂志上的广告应该更加注重艺术性,突出该汽车的特点。同时,要注重不断改善售后服务,这也是消费者非常看中的一个方面。
三、结论
产品生命周期理论是营销学中较为成熟的理论,该理论认为可以将产品的销售过程划分为四个阶段。通过这四个阶段可以描述出产品进入市场,销量迅速增加,被消费者普遍认可以及退出市场的过程。在这四个阶段中,产品的成熟期一般要长于其他几个阶段。企业通过采取各种营销策略可以延长产品的生命周期,尤其希望延长产品的成熟期,所以在产品生命周期的各个阶段确定恰当的营销策略尤为重要。要确定产品生命周期各阶段的营销策略,首先要确定产品处于哪一阶段。本文利用吉林省某品牌汽车的销售量情况,测定了该品牌汽车生命周期各阶段的区间划分,根据测定结果认为该品牌汽车目前处于成熟期,这与我国目前汽车销售的大环境基本相符合。同时,预测出该品牌汽车的销售量将于2008年附近达到饱和值,其饱和值大约为17.31万量,并且该品牌汽车将于2014年左右进入衰退期。根据营销学原理,从市场改进,产品改进以及营销组合三个方面为该品牌汽车应该采取的营销策略提出了建议。因此结合以上论述可以认为基于产品生命周期理论,采取定量方法与营销理论结合的方式来确定营销策略是合适的,营销人员可以利用这种方法去除实际操作中的误差,以获得精益的区间划分结果来更好的完善产品生命周期原理的应用。
参考文献:
[1]菲利普·科特勒:《营销管理》.上海人民出版社,2003年版
[2]冯文权等:《经济预测与决策技术》.武汉大学出版社,2002年版
[3]李子奈:《计量经济学》.高等教育出版社,2000年版
[4]韩永夫汗方寒松:现代企业产品生命周期曲线预测模型及应用.《郑州大学学报》(社会科学版)1999年第一期
在以前,专用集成电路(ASIC)能够为制造商提供成本效益较好的芯片方案,因此,汽车图形应用在半导体方面一般选用ASIC。但是,ASIC开发成本不断攀升,降低批量价格、快速面市的要求以及功能复杂性的提高可能会预示着汽车市场中ASIC统治时代的结束。顶级汽车供应商正在寻找一种最具成本效益的设计平台,其强大的功能和灵活性能够满足越来越复杂的汽车数字系统的需求。
专用标准产品(ASSP)在汽车和消费类市场上是ASIC的一种替代方案。这类产品的主要优势在于低成本。但是,ASSP具有隐含的成本,如寻找各种功能都合适的ASSP,而不必添加外部逻辑、软件以及其他ASIC或者ASSP。而且,随着需求的不断变化,在设计早期可能不需要ASSP,设计一旦投产之后,便不再采用ASSP。
FPGA能够显著缩短工程开发时间,降低多芯片重复使用成本,成为汽车图形应用中替代ASIC和ASSP的功能强大而又灵活的解决方案。ASSP可能会丢失所需功能,ASIC则有随着设计修改而必须重制的风险,而FPGA在设计过程中,可以进行编程,并根据需要重新编程,实现更快速的原型设计,加快产品面市。如果需求变化,即使是器件已经在车辆中投入使用了,FPGA也可以现场进行更新。FPGA不存在预先的ASIC流片(NRE)成本以及最小订购量问题,也不存在ASSP相关的潜在成本问题,它是系统设计最具成本效益的选择。而且,FPGA在通用硬件平台上能够重复使用的能力显得非常重要,使设计人员能够生成不同的系统,凭借一个基本设计便可以支持多种功能,从而降低制造成本。
FPGA参考设计推动汽车图形技术
信息娱乐应用要求越来越复杂的图形处理能力。这种处理可以在高端处理器和DSP中实现,但代价是极高的成本、复杂度和功耗。可以在系统中加入FPGA来降低图形系统的总成本、复杂度,以及性能需求。图1所示为一个标准的图形参考设计,该设计承载视频输入,覆盖LCD屏幕上显示的其他图像。
该参考设计在AlteraCyclone™FPGA中实现了一个视频输入模块和LCD图形控制器,展示了汽车市场需要的低成本应用中,FPGA所具有的强大功能和灵活性。参考设计运行在AlteraNiosII嵌入式处理器开发板上,并加入了用于实现相机/视频输入、输出显示驱动电路的模块。
视频输入模块包括一个前端相机接口和用于色彩空间转换、调整和缩放的IP,以及视频存储器接口。LCD显示接口包括控制不同层之间以及图象之间半透明效果的IP功能。这些输入和输出控制模块是AlteraSOPCBuilder系统的组成部分,该系统用于将所有IP模块进行无缝连接。OpenGL-E图形库子集运行在主机CPU中。该库提供处理和表征位图、帧缓冲访问和图形基元绘图的所有功能。
由于进行透视操作、旋转、绘制直线和多边形、纹理操作以及相似的任务时,这些扩展图形应用会占用大量的计算,因此,可能会需要一个功能非常强大的主机CPU来实现OpenGL图形库。FPGA可做为一个协处理器架构,卸载主机CPU中通常消耗大量CPU性能的算法功能。
图2显示了在参考设计系统中加入图形加速协处理器的实例。该协处理器可承载多种算法,如:
直接blit、拉伸blit、透明、双线性滤波、每象素alpha、着色、抗锯齿处理等位块图像传送(BLIT)操作
任意宽度直线绘制、圆角、截角、alpha梯度、图像边缘模糊(模糊化)
三角形、四边形等多边形绘制、alpha梯度、图像边缘模糊(模糊化)
圆、椭圆和二次曲线截面绘制
生成二次和三次Bézier曲线
加入协处理器后,对主机CPU的CPU要求会显著降低。当然会使用更多的FPGA资源,但是系统设计人员可以自由选择在硬件中采用何种算法,具体在软件中采用哪种以优化大部分关键系统要求(速度、功耗、成本等)。
我们可以进一步延伸该卸载范例,采用FPGA中实现的处理器将其他处理任务放在FPGA中。这样还具有减少系统元件和外部主机CPU的优点。图3显示了如何在FPGA中采用NiosII处理器实现其余软件控制任务(如抗锯齿处理和OpenGL兼容等)的图形参考设计。
平台概念——多种小变化
通过在汽车图形系统中采用FPGA,相同的平台可用于解决不同的市场需求。图4显示了怎样以单个通用平台开始,进行多种变化来满足不同的市场需求,而不必重制ASIC或者建立并调试新的电路板。
本文阐述的多种汽车参考设计说明了这种概念是如何工作的。根据市场需求,采用单个工作参考平台来实现多种图形控制器模块衍生。通过使用标准IP和参考设计,开发团队能够将精力(和花费)集中在如何使产品领先于竞争对手,满足客户的要求,而不必耗费在基本编程上。而且,使用FPGA并不排除以后采用ASIC。由于所有的基本IP在未来器件系列中可以重复使用,因此FPGA中实现的设计可以移植到AlteraHardCopy器件等结构化ASIC或者完全定制的ASIC中。
结论
本文主要介绍网中网设计的分层式软件结构,以及讲述网中网如何利用其分层式软件支持新一代汽车的电子装置,其中包括汽车电子系统控制(动力传动、车速排档、空调/暖风系统等)、音像娱乐系统、移动电话及因特网接入系统,以满足未来一代驾驶者的要求。
分层通信协议
分层的结构可提高通信协议的灵活性及可延展性。某一功能层可将其具体实施情况的数据收藏起来,以免较高级的功能取得这些数据,以确保这些高级功能不会受其它功能的执行方式所影响。例如,文件传送协议甚至可能不知道究竟是采用光纤、有线还是无线技术传送有关数据。只要所有数据链路协议都采用同一的协议,较高层的协议便可改用任何一个协议。
图1显示分层通信协议只要为编程人员提供高级应用程序编程接口(API),便可简化软件的设计。若编程人员想传送文件,高级文件传送协议可以为其提供一组最简单的服务,让编程人员可以列明文件服务器名称、源文件名称、目的文件名称等。
从应用软件编程人员的角度看,应用程序编程接口可以视为高度简化的用户接口,能够不受其它功能层的影响独立处理与数据通信有关的所有麻烦问题。应用程序编程接口是一条理想的虚拟连接,让编程人员无需理会奇偶错误、流量控制等细节。编程人员只需提供建立连线所必要的信息。
当数据通信达到某一层级之后,我们便必须为传送的数据提供一条物理连线,但应用程序编程接口与物理层之间的功能层可以处理所有底层的操作,以便支持这条虚拟连线。
这个模型分为以下四层:
应用程序层:为应用软件提供可以直接使用的协议,其中包括文件传送协议(FTP)、简单邮件传送协议(SMTP)、超文本传输协议(HTTP)等。
传输层:传输控制协议(TCP)采用双向的端至端连线,可以传送TCP信息段。用户数据报协议(UDP)采用报文传送的模型,以收发UDP数据报。
网络层:负责通过网络传送及收发信息包。大部分网络层都采用因特网协议(IP),以传送称为IP数据报的信息包。
物理层:这是连接数据链路硬件的接口。协议堆栈有不同的功能层,这一层真正负责将数据载入通信设备寄存器及存储缓冲器或从中取出。控制器区域网(CAN)及以太网等网络都采用公共电缆网络连系标准。称为微微网(piconet)的蓝牙射频网络是无线耳机、手机免持听筒远程控制系统及其它短程音频/数据通信系统等普遍采用的无线通信网络。无线红外线通信系统则普遍采用IrDA标准。
每一功能层无需知道其上下层的操作方式。事实上,每一功能层必须不受这些操作方式的影响,才可与不同功能层的其它服务在运作上互通。例如,网络层只负责将信息包由信源传送至目的地,本身并不知道也无需理会这些信息包是利用单向UDP数据报通信方式还是双向TCP连线传送信息。
分层协议具有较大的延展性,因为按照协议规定,所有链路必须采用模块式结构及标准接口。若果有人发明了一种全新的数据链路技术,并想在新媒体内运行协议的全部堆栈,那么他只需编写一套兼容的物理层驱动程序便可。其它的功能层全部无需更改,因此技术的换代更新变得非常简单容易。
网中网模型
由于不同的情况有不同的要求,因此未来一代的汽车需要为其电子系统装设多种不同的通信网络,以确保其稳定性及带宽都可满足不同情况的要求。我们只要采用分层协议及中央网关处理器,便可解决不同网络之间的相互通信问题。
以下是新一代汽车可能会装设的车内通信网络:
控制器区域网:这种中频频带网络具有高度可靠的特性,是几乎所有汽车都必定装设的标准网络。
蓝牙微微网:这是专为移动电话及笔记本电脑而设的中频频带无线通信网络,也是几乎所有汽车都必定装设的标准网络。
音像网络:这是专为播放音像制作的高频频带网络,目前市场上有多种不同的适用协议,其中包括国内数据总线(DomesticDataBus,D2B)、FireWire(IEEE1394)、媒体导向系统传输(MediaOrientedSystemsTransport,MOST)以及移动媒体链路(MobileMediaLink,MML)等。
低成本有线网络:这是一种采用通用异步收发器的网络,而且还配备I2C、SPI及MicroWire等接口,使不同芯片可以获得直接的总线连系,因此是最适合小键盘、显示屏及传感器采用的低成本接口。
随着汽车工业与电子工业的发展,越来越多的电子技术被应用在现代汽车上。汽车也将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展。由于实时驾驶信息系统及多媒体设备在汽车上普及,汽车更具个性化、通用性、安全性和舒适性。无线及移动电脑技术迅速发展,即使独自驾驶在陌生的土地上,也不会觉得孤独或迷失方向。汽车在人们的生活中不仅仅是代步工具,而逐步成为一种享受生活的方式。在汽车电子领域的研究成为汽车研发中最活跃的一部分,在这方面取得的成果,将在市场上取得更大的回报。
本文针对汽车研发过程中所涉及到的发动机分析、驱动分析、振动分析、环境影响、燃料电池效率分析、CAN总线分析等方面,介绍横河电机提供的各种测试解决方案(图1)。
电动汽车燃料电池的测试
对于从事汽车研发的工程师来说,在测试中如下几方面是影响测试效率和结果的重要因素:
1.各种高频和低频、高功率和低功率的电磁辐射干扰
2.共模电圧、振动、多变的环境
3.数据采集分析的可靠性
4.路试时仪器的供电及能耗
5.便于移动和现场使用
通过和汽车生产研发企业的测试工程师沟通,横河电机不断改进其产品,使其更适应汽车研究发展的需要。譬如为了适应电动汽车燃料电池的研究需要,横河电机在DARWIN系列的基础上开发出DAQMaster系列MX100。
因为每个电池只输出0.8-1.5VDC,为了输出足够的电力。燃料电池组一般由约一百个单片电池组成,特别是汽车应用,电池组会由六百个单片电池构成。电池电压监视(CVM)系统通过测试电池组结构中每个单片电池的电压可以检测出有问题的电池;分析现场或带负荷长时间运行时的电池性能。
检测电池电压时使用差动输入。虽然单片电池的电压不高,可是差动输入端子对测试仪表地端会产生几百伏的电压。这种电压被称为共模电压。多数数据采集仪器(DAQ)没有绝缘,输入电压限制范围一般是5伏或10伏。另外,非绝缘仪器经常容易受接地环路的影响。为了克服燃料电池CVM系统中高共模电压的问题,要求高电压绝缘。虽然可以使用外部信号变换器或缓存,为了在减小体积和间低成本的同时保证较高的信号分辨率和精度,现在许多的DAQ系统内置缓存。
MX100DAQMaster可以提供最高水准的通道对地,模块间和通道间隔离。另外,它的模块化结构和标准软件使MX100很容易实现最多1200通道的电池电压的监视。
同时实现高电压绝缘和多通道的DAQ系统的设计是一个难题,因为大多数数据采集仪器模块使用单一A-D转换器与前端倍增或扫描组合。高共模电压信号在经过绝缘变压器和A-D转换器实现绝缘和离散化之前一定要通过切换继电器。
MX100在扫描器中使用横河专利技术的高耐压固态半导体继电器,实现了多通道输入信号的切换,这种继电器由高耐压(1500VDC)、低漏电流(3nA)的MOSFET(金属氧半导体场效应晶体管)和电压输出的光电耦合器构成,具有1秒周期内10通道高速扫描、无触点、长寿命、无噪音等优点。
此外,MX100内部的绝缘变压器和积分式A-D转换器也是横河的专利技术。其他使用电磁式继电器提供绝缘的DAQ系统,会产生切换时间,切换稳定性,和日常维护的问题。最后,MX100DAQMaster提供高性能的绝缘和4通道的同期采样,因为4通道模块每个通道的硬件采用互相独立的硬件构成。
对于正确再现波形,采样率非常重要、高速采集可以得到正确数据。为此MX100的最小测量周期10ms,并且一个系统中可以混合使用3种测量周期,测量周期可以对每个模块单独进行设定。MX100支持最大容量2GBytes的CF卡,当通讯故障时开始数据备份当通讯恢复正常时,重新自动开始向PC传送数据。MX100针对燃料电池测试的高速/多通道/高耐压/多周期的特点,帮助测试工程师提高了测试的效率和准确性。
CAN总线分析
在当今汽车中广泛采用了汽车总线技术。汽车总线为汽车内部各种复杂的电子设备、控制器、测量仪器等提供了统一数据交换渠道。汽车上由电子控制单元(ECU)控制的部件数量越来越多,例如电子燃油喷射装置、怠速控制(ISC)、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用,车上的ECU数量越来越多。于是,一种新的概念--车上控制器局域网络CAN的概念也就应运而生了。CAN最早是由德国BOSCH公司为解决现代汽车中的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种数据通信协议,按照ISO有关标准,CAN的拓扑结构为总线式,因此也称为CAN总线。
随着CAN总线的广泛使用,在汽车的研发、生产、维修的各个环节上总线信号的测试与分析变得越来越重要,特别是噪音信号观测与分析。
由于电缆配线长度、终端阻抗位置而引起的反射噪音等或由连接复数接点时超负荷LEVEL变动等造成的异常现象,可以利用DL7400系列的CAN信号触发,捕获CAN总线信号并显示其波形。根据CAN协议进行的分析以列表的形式和波形信号显示在一起。触发条件能被设置成CAN数据帧(ID,Data,RTRbits,等.)的字段或多字段。触发在错误帧时也能被激活。可在时间轴上对捕获的CAN总线波形数据进行分析,每帧的ID和数据以16进制或二进制符号显示。
ABS工作时的电池电压波动
ABS控制装置通过比较来自附在每个车轮上的速度传感器的信号监测车轮是否被锁上。当ABS控制装置探测到一个轮子被锁上后,它会给ABS传动装置送去一个信号从而打开阀门。ABS传动装置包括螺旋管阀门、泵、马达、制动液箱。打开阀门可以瞬间降低盘式液压,减弱制动力,可以恢复车轮速度。接着再次迅速提高盘式液压,通过ABS传动装置增加制动力。换句话说,可通过增减盘式液压防止制动器被锁上。增加盘式液压也就是用泵将液体压入汽缸,会使泵马达迅速工作。这个快速的马达将影响控制螺旋管阀门的PWM电流信号。一般ABS操作无法得到这是否影响电池电压波动。因此,有必要观察这个电池电压波动。
利用DL750Max.1GW长内存可以高速采样捕捉从开始到结束的所有制动动作过程。也可在捕捉到整体过程后,利用放大功能详细地测试其中某个不规则部分。此功能可自动设定波形参数的自动测试区域,包括放大区域。此放大功能不仅能够准确的测试一个周期中的不规则部分也能够自动测试该放大区域内的波形参数。
动力方向盘控制ECU(含变频器)/电机开发
动力方向盘(EPS)在小型汽车中应用已经比较普及了,但在需大扭矩的大型车中应用时需要采用3相电机.不同于传统的DC机,测试3相交流电机需要功率计测试电力及效率.此外,ECU间采用CAN总线通信,还必须测试CAN总线信号。
DL7400可以对CAN总线上特定的ID/Data触发,实现与其它信号的同步观测。通用示波器DL1640/DL1740,可以测试ECU的CPU信号,使用100MHz差分探头和150A电流探头还可以测试电机的浪涌电流等。DL750最多16ch绝缘输入,适用于变频器输入输出电压/电流及ECU控制信号的长时间观测。WT1600可以评测大型汽车EPS用3相驱动系统变频器的1次端DC、2次端的3相电流/电压/功率,变频器效率。对特定运行模式还可以进行累积功率测试。使用WE7000的时间模块/CAN模块/隔离A/D模块/温度模块等可以实现多通道综合测试。操舵角/消耗电流/电压/温度等多通道长时间同时测试。使用CAN模块可以将CAN总线上的数据同时转化为物理量实现同时测试。
直喷式柴油发动机喷射实验
直喷式柴油发动机可以降低燃料费用和净化废气排放.以下就其开发的关键-高压喷射和电子控制的性能评价方法提出解决方案:
1.机械部分设计值的评价(喷射时间与喷射压力)
测试对象是喷嘴喷射出燃料的喷射压力,发动机转速变化及喷嘴电磁阀开关时间。发动机开发需要进行动态测试(逐步提高发动机转速检查是否符合设计要求)和静态测试(在转速固定状态下检查是否运转稳定)。
2.与ECU控制信号同步测试
与ECU控制信号同步测试,测试ECU正时和实际喷射正时。
目前,中国汽车电子研发项目在国内汽车产业飞速发展的带动下,呈现出一片繁荣景象。但在这种繁荣背后所隐藏的,是国内汽车电子研发项目核心技术和管理技术的缺失。我国汽车电子研发项目远不能适应汽车工业的发展需要,当汽车市场繁荣时,旺盛的需求掩盖了汽车电子研发项目的所有矛盾,当汽车市场遇冷时,依靠简单重复劳动的汽车电子研发项目不堪一击,无法推出适合市场的产品。此外,电子信息产业在规模、人才和产品等方面对汽车电子研发项目的支撑功不可没。简言之,汽车电子研发项目是电子信息与汽车工业相互交叉、社会分工不断细化而形成的新兴研发项目,汽车电子研发项目在很大程度上取决于电子信息技术与汽车工业的融合度。
1.1汽车电子研发项目的发展趋势
(1)汽车技术与信息技术的融合。汽车电子是一个跨界的行业,汽车电子研发项目是信息技术在汽车行业的基础上进行的具体产品应用开发。随着信息及微电子技术的发展,智能汽车概念的提出,广大用户对汽车电子产品提出了更高的要求,这就需要对研发项目提出高要求,以市场需求引领技术开发,将信息技术与汽车进行深度融合,更加广泛地便利人们的日常生活。未来汽车电子研发项目的演进方向,必将是打破各种设备之间的隔阂,实现信息的无缝整合和自由交换,及用户和使用模式的无缝切换。(2)人才与科技聚集。随着汽车电子产品及智能汽车的进一步发展,汽车电子研发项目对人才的需求将进一步提高。汽车电子注定了是人才和科技密集型,需要掌握汽车制造、电子技术、软件开发、电子科技的跨界人才。汽车电子研发项目只有将人才与科技进行完美结合,才能推出适应发展趋势的各种汽车电子产品。(3)应用范围广泛(前装、后装)。前装市场是指汽车电子研发项目团队与汽车制造企业相关部门的深度合作,根据整车企业的特定要求而进行的定制开发项目。这需要汽车电子研发项目有强大的整合同化能力、而不只是单一的产品研发。有资料显示今后的前装汽车电子的一体化、整体化程度会越来越高,这就对研发项目提出了更高的要求。后装主要指通过渠道销售直接面对终端用户,这就要求后装汽车电子产品有一定的灵活性,根据车主的个性化要求提供。(4)法律与标准相继出现。汽车电子相关标准的确立,极大地促进了电子技术在汽车上的各种应用,同时一定程度上起到了对汽车电子研发项目进行规范的作用。我国于2002年组织成立了汽车电子标准工作组,2008年6月,我国成立了在全国汽车标准化技术委员会下的汽车电子与电磁兼容分技术委员会(SAC/TC114/SC29),负责汽车电子与电磁兼容,包括汽车电子控制系统、传感器及汽车通信协议、汽车零部件及整车的电磁兼容性技术等领域的标准化工作。汽车电子标准工作组和分技术委员会一直就具体的各种细分领域的汽车电子标准制定进行积极推进。
1.2汽车电子研发项目管理存在的问题
汽车电子的技术更新速度快及其应用的复杂性导致了该行业内的企业间竞争激烈,同时,汽车电子研发项目产品化并广泛推向市场本身也是一个异常困难及相对漫长的过程。一方面,汽车电子市场长期以来被国外制造厂商占据,他们掌握了先进的技术、成熟的应用、与大品牌整车厂商长期稳定的合作关系,都使得国内的汽车电子厂商的汽车电子研发项目举步维艰,难以开展;另一方面,国内大部分汽车电子厂商的汽车电子研发项目团队缺乏核心的技术人才、专业的项目管理人才,在整个项目研发过程中更未曾运用科学的管理方法对项目进行引导和控制。由于受技术和研发经验的限制,研发项目范围无法确定,研发项目目标不明确,需要的成本和研发周期无从把握,如何进行风险识别也无从入手,对整个项目研发过程和研发结果失去掌控。
二、汽车电子研发项目中项目管理思想的具体应用
为了紧跟现代企业的发展步伐及在竞争中脱颖而出,必须在汽车电子研发项目中采用先进的管理方法,而项目管理指导思想应是解决其现有问题的一个有效手段。项目管理思想在其他行业的成功应用为汽车电子研发项目管理奠定了坚实的基础。项目管理的核心思想是指在项目活动中运用专门的知识、技能、工具和方法,使项目能够在有限资源及明确时间等限定条件下,实现或达到设定的需求和期望。
2.1团队建设
现有的汽车电子研发团队是以部门为单位,人员定位及组织结构固化,无法适应汽车电子研发项目所要求的灵活性,也无法满足随着项目的转换,团队成员的知识结构应做不同调整的要求,这都使得管理人员要重新思考研发团队的组织形式和团队成员的配备及其知识结构体系的构成。在项目团队组织结构的形式上,基于汽车电子研发项目的特点:各个项目相互独立、具有明确的开始结束时间,应采用矩阵式组织结构。矩阵式组织结构能充分发挥原有各职能部门的优点,又有利于特定项目的实施。为了打破以往汽车电子研发项目以职能部门领导为主的格局,必须在项目团队中确立项目经理责任制。由项目经理负责组织研发项目实施,并由其他的相关职能部门为其提供支持。汽车电子研发项目团队人员的配备有其行业特性:项目经理需要具备汽车及电子行业的相关知识,以及其他类型项目经理所必备的素质,成员需要具有高度的创造能力、捕捉前沿技术转化市场应用的把控能力,接受新知识、新概念、快速学习的能力,真诚沟通、合作致诚的团队精神。在研发项目启动的初期,就应进行技术交底,在项目团队各成员间形成一致的研发项目目标。
2.2范围管理
汽车电子研发项目是根据前装车厂和后装市场对其提出的要求而进行的,有的项目在一开始时即能预知到项目的研发成果,有的则无法在项目启动时就明确研发成果。在这种情况下,一个明确的项目范围说明,既是保证团队成员所做的工作充分且必要,更是使团队成员清楚地知道完成哪些工作可以实现项目的目标。基于在汽车电子研发项目初期预期结果有可能不明朗的情况下,项目范围说明书将显得非常有必要,整个项目团队对研发项目应该包括什么和不应该包括什么进行定义和明确。项目范围说明书包括:确定项目的需求、定义项目的范围、范围管理的实施、范围的变更控制管理以及范围核实等。简言之,项目范围是指整个研发项目所包括的工作和活动以及产生最终研发结果所用的过程。由于汽车电子研发项目有其特殊性,其项目成果也许会随着科技的发展、市场的演绎有所变动,这就需要项目经理及团队成员对市场有准确的把握,根据需要时时修正,采用滚动计划法来编制具体的实施方案就显得非常有必要。在项目研发过程中逐步推进对研发的预期结果,逐步明确将会得出的目标。这对处于高速发展和瞬息万变的汽车电子市场来说是一个有效控制研发项目朝着较好结果发展的方法。由于汽车电子研发项目启动初期可能目标不明确,这就需要设定里程碑事件来检验工作的有效性,保证其朝着预期和可能的方向推进。具体来讲,在汽车电子研发项目中,里程碑计划是一种控制工具,项目管理者及利益相关者可以通过它知道团队成员将在什么时候达到什么样的阶段成果。项目工作分解结构是在项目范围说明书及里程碑计划的基础上,将具体的研发项目活动细分、分解成日常可操作的任务。工作分解结构的目的是保证项目所有活动被识别,使项目的参与者明确所要做的事情。
2.3成本、质量及进度管理
对项目的成本、质量及进度需要设定相应的计划及目标,以便在过程中对其进行检验、控制。项目成本是指根据工作分解结构所得到的工作任务逐项进行核算,用以对整个研发周期所需资金成本进行控制。目前,比较通用的项目成本控制方法是挣值法,即将项目完成的工作量及其费用支出的比值与计划的比值进行比较。质量目标是指研发项目的成果满足项目参与各方需求的一个程度。在汽车电子研发项目中,要保证电子产品的研发质量,必须做到动态地了解客户及市场的变化、运用先进合理的信息技术、并将技术很好地用于解决需求上。目前通用的质量管理方法是采用计划-执行-检查-措施(PDCA)原理,在整个项目研发过程中,四个步骤不断循环,从而使质量达到各参与方的期望。进度目标是指对整个项目周期过程的时间控制、什么时间节点完成什么里程碑事件、什么时间节点达到某个设定的目标。在进度控制中有两种常用的方法:横道图和网络图。在研发项目过程中,如何平衡成本、质量及进度的相互关系是项目管理的重点。从某种程度上来讲,三者的关系是矛盾的,要得到高质量的研发成果,就不得不付出高成本和比较长的研发时间;如果想加快进度,也要以高成本和相对低质量为代价。在汽车电子研发项目过程中,项目管理者可利用价值工程法对这三者的关系进行验算及控制。
2.4沟通管理
管理是艺术与技术的结合,其艺术方面正是体现在沟通管理上,沟通管理是研发项目能否出成果的关键。汽车电子研发项目管理的过程,也就是沟通的过程。通过沟通了解客户的需求,通过沟通分析总结市场的要求,项目经理通过与项目成员的沟通了解项目成员的诉求,通过沟通发现研发项目过程中可能存在的各种风险并加以控制。在整个汽车电子研发项目过程中通过沟通整合各种资源,以期研发出让各利益相关者满意的产品。与此同时,项目经理在项目初期就应建立与研发项目相适应的沟通机制、沟通渠道,同时做好外部沟通和内部沟通。
2.5风险管理
汽车电子研发项目具有作为项目的一般性风险,如来自市场、来自竞争、来自政策、来自沟通不畅造成的风险等;还具有其行业特殊性风险,如与汽车本身的匹配性差、汽车电子技术更新换代过快、研发初期产品形成不明确、研发周期太长不足以应对市场要求等。在整个汽车电子研发项目过程中,项目经理要对各种风险进行识别并加以控制,即如何使整个研发项目在具有各种潜在风险的条件下把这种风险的不确定性降至最低,最后形成让各方满意的成果。
三、结语
1)实时性,能够实时掌握车辆运行信息;2)真实性,燃油虚增、公车私用、司机偷工现象在车辆管理中普遍存在,掌握车辆的真实使用情况是降低成本支出的重要依据;3)智能性,车载终端可以进行自我检测,对于由于车辆故障、人为破坏的等行为可以报警;4)便于统计分析,目前的车辆定位管理系统都集成了车辆驾驶员、检车、保险、维修等信息的录入功能,并且按照使用需求,可以定制软件功能,实现管理者所需要达到的目的。在数据的采集录入的基础上,可以定期通过系统自带的数据分析功能对指定车辆、驾驶员、线路、燃油等进行分析,甄别出效率低、费用大的车辆和司机,通过考核来控制成本的支出;5)车辆定位管理系统的可扩展性,在管理者使用管理系统过程中,如果发现需要增加的功能,在车辆上通过车载终端预留的执行端口配备相应的硬件设备就可以实现,在监控中心监控端,可以通过定制特定的软件功能升级来实现。
2车辆定位管理系统能够实现的作用
现代车辆定位管理系统,已经不仅仅能够实现定位、调度等功能,随着通信网络技术的不断发展,车辆数据、声音、图像等信息的实时回传已经实现,同时伴随着定制软件功能和车载终端功能的开发,车辆管理上一些存在着的弊端、难点都将逐步得以解决。目前车辆管理软件已经能够实现的作用如下:1)依据卫星定位系统能够实现的作用:实时监控,调度,定位,轨迹回放,超速、超范围、超线路等电子栅栏报警,防盗等;2)根据软件功能能够实现的作用:车辆信息管理,车辆驾驶员信息管理,车辆保养维修、保险、检车等提醒提示,燃油、过路费、维修等费用的统计分析,车辆使用效率控制、事故数据分析,使用成本控制;3)根据车载终端配备的软硬件,现在已能够实现的作用:车辆行驶数据(行车记录仪)、车辆油耗、车辆故障码的实时记录与回传,控制车辆停止运行,监听、监视车辆,语音命令,车载电话等。
3辆定位管理系统在现代企业车辆管理中的应用
1)真实掌握车辆使用成本,对于某一车辆,车辆使用燃油维修保险等费用都可以录入系统中用于分析。尤其是燃油,可以根据系统中提供的公里数来控制燃油消耗或者在车载终端增加设备直接采集燃油消耗数据,车辆运行的实际里程以车辆定位信息为依据计算所得,误差很小,实际测试没有超过千分之二。而车辆维修可以将每次维修的配件、工时等费用录入系统,同时对系统做出设定,规定某些配件更换周期,低于正常情况的可以提示报警,同时还可以设置车辆保养时间里程提醒。这样就可以杜绝燃油和修理费用虚增。定期对车辆运行成本做出分析,可以得出司机单公里消耗的费用,对司机做出考核;2)杜绝公车私用,通过实时监控、轨迹回放、车载终端欠压掉线报警、超范围行驶报警等,可以有效的控制公车私用;3)统一调度管理,提高用车效率。通过实时监控,可以掌握每台车辆运行的具置、情况,依据生产需要,对闲置、利用率不高的车辆可以进行统一调配;4)辅助修理车辆,减少车辆故障。目前车载终端产品中已经出现了与车辆故障诊断接口(OBD)相连接的设备;5)分析事故,通过系统中记录的行车数据和事故数据,可以对车辆发生事故时,驾驶员对车辆的操控进行分析,有利于责任认定。这项功能已被交通部纳入车俩定位管理系统的部标中。例如,碰撞车辆的车速,驾驶员是否采取有效制动措施,在碰撞前多长时间采取的制动措施等;6)管理车辆与司机,通过系统中的车辆与司机管理,能够及时提醒车辆年检、保险、保养、驾驶本年检等,有效杜绝因忘记而造成的不必要损失,同时可以对特定的车辆与司机进行分析,对于维修使用费用逐月加大的车辆可以考虑车辆报废,对于屡次造成车辆损坏,增加车辆维修费用的司机可以考虑进行辞退。
4结论
汽车制造生产物流系统除了具备一般物流特征外,还具有以下两个核心特征:
1汽车制造生产物流是一个“封闭”系统
汽车制造生产物流仅发生在企业内部,与外界环境并无实质性的物质和能量交换,是企业物流的转换环节,是一个相对独立的“封闭”系统。因此,生产物流也称厂区物流、车间物流等,它是企业物流的核心部分。汽车制造生产物流包括:各专业工厂或车间的半成品或成品流转的微观物流;各专业厂或车间之间以及它们与总厂之间的半成品、成品流转;工厂物流的外沿部分包括:原材料、部件、半成品的流转和存放;产成品的包装、存放、发运和回收。生产物流系统的边界始于原材料、配件、设备的投入,经过制造过程转换成成品,止于成品仓库。
2汽车制造生产物流是和生产活动紧密伴随的企业的生产系统
实质上也是一个物流系统,企业的生产系统是用来支撑生产过程的。产品的生产过程就是一个物流的过程,同时它也导致其它的企业物流,如供应物流、销售物流和回收物流以及废弃物流。生产物流系统是和生产系统紧密联系在一起的,生产物流可以看作是每一个工序连接起来形成的过程。例如,整车制造生产线就是一个典型的生产物流系统。这条生产线把车桥、发动机、车轮、变速箱、车厢装配成一辆汽车,是一个生产系统。但从物流的角度来看,是一个物流系统或者是一个生产物流体系,它按照一定生产节拍运行前进的装配线传送带,载着汽车的车架前行,经过各个装配工序,依次装配上发动机、车轮、变速箱、车厢,最后装配成一辆完整的汽车,下线后进入成品库待售。
二汽车制造企业生产物流管理的基本职能
汽车制造企业生产物流系统包括硬件和软件部分。硬件通常是指搬运设备、生产场地、仓库、运输车辆、通讯设施等,它构成生产系统的物质形式。生产物流系统的软件指的是生产组织形式、人员配备要求、工作制度、运行方式、信息传输以及管理上的各种规章制度。笔者结合文献研究和实地调研结果,认为汽车制造企业生产物流管理主要包括:设施选址、设施布置、工艺流程设计、装卸搬运、物料计划与控制以及仓储和库存控制等6项基本职能。一般来讲,设施选址是首要的考虑因素,然后可以进行设施布置及工艺流程设计。最后可以开始进行装卸搬运系统设计、物料计划与控制以及仓储和库存控制等三项工作。
1设施选址设施选址是生产物流系统设计的首要内容
设施所处位置不仅影响建设投资的大小,员工工作和生活的方便性,更重要的是影响企业生产物流的物流量、物流路径的合理性,最终影响企业物流成本和生产成本。设施选址一旦确定下来,就很难改变,特别是对于投资额较大的项目,因此,设施选址的影响是深远的,对企业的长远发展起着制约作用。国外汽车厂家在工厂地理位置和区域位置选择时,都把物流作为一个重要条件加以考虑。例如日本丰田汽车公司的主要工厂布置在丰田市周围几十公里的范围内,距主机厂半小时的运输里程;法国贝利埃汽车公司的主要工厂布置在以里昂市为中心的75公里范围内,距主机厂一小时的运输里程;美国主要汽车公司的制造厂集中在以底特律为中心,沿大湖区的五个州内,而总装厂却分散在全国各地。设施选址对工厂布局和长远发展起着决定性的作用,体现了物流的重要价值。
2设施布置设施布置是指工厂范围内
各生产设施的位置确定,各生产设施之间的衔接和以何种方式实现这些生产手段。具体来讲,就是生产设备、仓库、厂房等生产设施和实现生产设施的建筑设施的位置确定。这是生产物流的前提条件,应当是生产物流活动的一个环节。在确定工厂布置时,单考虑工艺是不够的,必须要考虑整个物流过程,但以前建造汽车制造厂时忽略了这一点。如东风汽车公司,其地理位置十分分散,以东风公司十堰基地厂区同一汽厂区相比,一汽大院占地长4公里,宽1公里,东风公司分别是一汽的13倍和8倍;一汽发动机和驾驶室运到总装配的厂房外墙间距仅为60m和36m,东风公司分别是一汽的190倍和100倍。由于设施布置时没有考虑到物流,因而对以后生产和厂内搬运、运输活动等产生了严重影响,产品成本中的物流费用比例很高。
3工艺流程设计工艺流程可以看做是技术
过程和物流过程的统一体。加工过程中搬运路径过长、迂回运动以及相向运动等,反映了工艺流程设计过程没有充分考虑物流因素。一般来讲,工艺流程有三种典型的物流形式:一是加工和制造设备被固定,加工对象处于物流状态。在这样的生产车间内,集中了完成同一产品生产所需的设备、工艺装备和工人,可以完成相同产品的全部或者大部分的加工任务,如流水线装配汽车就属于这种类型。二是加工对象被固定,生产工人和设备都随加工产品所在的某一位置而转移。三是U型布置,即原材料或零部件从开始上线到结束下线,始终处于流转状态,上道工序结束后马上转入下道工序。通过完善的工艺流程设计,能够使物料在加工过程中减少搬运次数和搬运量,缩短生产周期,降低生产和物流成本。
4装卸搬运系统设计装卸
搬运是物流过程中每一项活动开始及结束时必然发生的活动,在任何其他物流活动互相过渡时都是以装卸搬运来衔接,因此,装卸搬运往往成为整个物流的瓶颈性环节,是物流各功能之间能否形成有机联系和紧密衔接的关键。在整个生产过程中,搬运装卸耗费巨大,所以是在生产领域中物流主要职能要素的主要体现,是生产领域中物流可挖掘的重要利润源泉。要进行搬运系统设计,需要遵循集装原则、重力原则、路径最短、标准化、安全等基本原则,并从人员、路径、工艺、路线、方法等5个方面来对搬运系统进行设计与优化。例如,用传送带式工艺取代“岛式”工艺可以明显降低反复装卸搬运的频率。
5物料计划与控制
在进行生产计划制订时,需要考虑两种基本模式,即以物料为中心生产还是以设备为中心来生产。以设备为中心生产是一种以产定销的思想,通常会造成库存过多,满足不了及时响应顾客个性化需求等问题。以物料为中心生产可以将企业内部各种活动有目的地组织起来,从而按期给顾客提供合格的产品。一般来讲,加工过程是将原材料制成各种毛坯,再将毛坯加工成各种汽车零部件,最后将零部件组装成汽车。由此形成了物料的独立需求和相关需求。为了满足在准确的时间、准确的地点提供准确数量的物料给顾客,物料需求计划就显得非常重要,从而满足时间、品种、规格、性能、质量和数量的要求。通常可以采用MRP或者ERP软件来帮助制订科学合理的生产物流计划。
6仓储和库存控制
生产物流的仓储和库存控制的表现是对仓库进行管理。各种仓库的作用、设计及技术都是有区别的。一般来讲,仓库可以划分成两种最基本的类型,一是储存型仓库。这种仓库只存储一些原材料、辅助材料、零部件、产成品、工具等。二是衔接型仓库。衔接型仓库是生产企业中各种类型中间仓库的统称,主要用来存储在制品,即尚未加工完毕,但由于加工设备处于忙的状态,故需要排队等待。在精益生产方式下,这种仓库可以得到减少甚至取消。精益生产模式下的生产物流是一个连续流,产品加工处于不停滞、不超越的状态,产品加工完毕后,直接进入下道工序,故不会产生排队等待的情况,整个生产系统由看板来进行调节,利用看板可以促进生产物流的精益化。
三汽车制造企业生产物流优化内容
如何对生产过程的物流进行科学规划、管理与控制是提高企业物流运作水平的重要手段。可以按照精益生产的思想,对企业生产物流进行全面优化,提高企业的市场响应能力和核心竞争能力。生产物流优化的内容主要包括:工厂和车间选址,车间和设施布置、工艺流程设计、物料搬运系统设计、库存控制和在制品管理、物料计划与控制、生产现场管理等。对于汽车制造企业而言,需要进行的工作有零部件加工装配工艺分析、车间设备和流水线优化布置、工序能力平衡以及车间物流成本分析等。为了更好地进行物流优化,常采用一些仿真软件如Petri网、Witness等来进行建模,对生产物流过程进行动态跟踪,全面掌控生产物流运作。生产物流优化的主要目标和主要方法,通过全面的优化,使工序能力平衡、物料流转通畅,可以缩短生产周期和交货周期、降低生产成本,生产出多品种、质量高的产品,及时地满足消费者的个性化需求。
四结束语
(一)美国的第三方物流经验
20世纪八九十年代以来,美国汽车企业遭遇了来自德国、日本汽车制造企业的巨大竞争压力,迫使美国通用、福特和克莱斯勒等汽车制造企业在加强内部管理、客户管理和销售终端管理的同时,将越来越多的精力放在了物流管理上,以期通过降低物流成本来提高企业经济效益。经过多年的实践探索,美国汽车制造企业逐渐发现使用第三方物流远比企业自己运作汽车配送要省钱,在此背景下,通用与福特先后与专业的第三方物流企业开展战略合作,通过企业间的高度互动协作,实现物流的最高效与最经济。通用和福特所强调的高度互动协作,实质上已经不再是传统汽车制造企业与物流企业的委托关系,而是建立在企业信息共享基础上、对物流解决方案的探索。一方面,物流企业看重内部职能延伸,在一定程度上承担了汽车制造企业外化的内部功能。另一方面,第三方物流企业对汽车制造企业的生产工艺有相当程度的了解,并与汽车制造企业共同研究制定物流解决方案。在最近3年内,通用汽车平均使用的第三方物流企业达到36家,福特汽车平均使用第三方物流企业达到28家,保障了两家汽车制造企业的物流需求。
(二)日本的JIT精益物流理念
日本是全球最重视物流、库存管理的国家之一。以丰田为代表的JIT精益物流管理模式帮助其在短短二十年间成为了全球第一的汽车制造企业。JIT精益物流管理理念,主要是指企业将流水线上所需的汽车零部件在必要的时候及时送到必要的生产地点,其目标是追求生产过程中的零库存。零库存的好处非常明显,一是可以最大限度降低库存。每个零部件需要多少、什么时候需要、哪个工序需要都有严格规定,以尽可能实现零库存、降低库存成本。正是依靠这点,日本汽车在20世纪80年代进入北美市场后,迅速取得成功。二是可以满足个性化、多样化生产需求。零部件等物品的物流采取了“及时制”管理模式,并依此建立了物流供应链服务体系,使得物流管理可以完全根据生产要求运转。三是有利于提高产品质量。由于库存时间大大缩短,零部件的损耗降至最低,库存流转期间的质量问题大为减少,且避免了零部件的过时,确保了产品质量。
(三)欧洲的数据公共平台建立经验
以大众、奔驰、宝马、保时捷为代表的德国汽车制造企业通过建立数据公共平台,大大提升了物流管理效率,其做法迅速被全欧洲汽车制造企业所接受。利用数据公共平台,不仅汽车制造企业自身的数据交换十分迅速,与其保持合作关系的零部件供应商、第三方物流企业、第四方物流企业以及汽车经销商等都可以共享相关信息与数据,进而围绕汽车制造协调各自工作,合作效率大为提高。数据公共平台的主要优点如下:一是电子数据交换技术先进。汽车制造企业的公共数据平台是整个制造工艺的司令部,生产厂家、部件厂、供应商、物流企业都会根据这个数据平台来安排自己的生产计划,并按照要求进行配送。数据平台可以随时掌握各家企业的执行情况,确保整个系统高效运转。二是服务方式多样化。由于每个国家和地区的情况不一,客户的需求也不一样,数据平台会根据订单提出不同的供货模式,以支持个性化订单生产。相关企业可以根据不同供货要求合理安排自己的工作。三是包装与仓库管理十分先进。由于采用了条形码技术,在仓库管理系统中,每个需求与供应都可以精确到极致,且包装环保、实用,极大降低了库存包装环节的费用。四是运输反应能力超强。由于数据共享彻底,物流企业可以在第一时间予以响应,汽车制造企业可以随时掌握物流情况并做出必要生产调整,完全实现了向全球供货的物流管理能力。
二、国内汽车制造企业在物流成本控制中存在的主要问题
目前,中国汽车制造企业的物流管理大多采取了一体化自营物流模式,即从原材料到零部件、中间件再到半成品采购物流、制造物流以及分销物流都是由汽车制造企业自己完成。换句话说,汽车制造企业既要完成整个生产过程,还要完成整个物流过程。这种模式导致汽车制造企业物流成本控制出现诸多问题。一是汽车生产过程的物流供应链过长,不易掌控的因素较多。中国大多数整车生产企业是合资企业,即使是完全国产化的汽车企业,汽车核心部件包括发动机、减速器等都是从国外采购。从采购到实际使用的过程非常长,企业不仅要支付大量采购费用,还要支付高昂的运输费用,很容易受到市场供求影响,导致采购方面的物流费用不易控制。如因某个零部件不到位导致整个生产线停产,不得不采取空运方式,产生大量额外物流费用。二是零部件供应商分布较广,使供应商地理位置过于分散。中国幅员辽阔,零部件供应商往往会出现在多个地区,使用汽车运输往往容易受到交通条件限制,大大降低了供应链物流的柔性,导致物流成本上升。三是合作意识差。虽然现在不少汽车制造企业都建立了自己的零部件供应基地,建立了比较健全的销售网络和中心库,但由于汽车制造企业习惯了包办所有物流业务,加之汽车制造企业与供应商之间缺乏高效数据信息共享平台,导致整个物流运转效率较低。有的汽车制造企业中心库利用率还不到30%。各家汽车制造企业往往更重视整车物流,当整车运送到达目的地后,往往空驶回来,致使企业物流费用居高不下。合作意识差导致中国汽车制造业第三方物流、第四方物流发展十分缓慢。
三、中国汽车制造企业物流成本控制对策建议
(一)坚持JIT理念,加强库存成本控制
汽车制造企业库存成本控制的关键在于坚持JIT理念,降低库存量,从而控制库存成本。具体而言,汽车整车生产过程中需要准备的物料种类很多,每种物料在生产过程中起到的作用各不相同,所占用的资金也会有所差异。在汽车制造企业物料管理中,应依据其重要程度进行ABC三种物料分类,其中,A类物料最为重要。中国汽车制造企业习惯于重点管理A类物料,对其他两类物料管理的重视程度不够,导致虽然A类物料管理十分到位,库存清空与运转很快,但整体物料管理不能获得好的库存成本控制结果。事实上,虽然A类物料之外的其它两类物料虽然在全部成本中所占比重不大,但在生产过程中往往起到十分重要的作用,采购难度也更大。这些物料供应一旦跟不上,很可能影响整条生产线的生产。因此,在汽车制造企业库存成本控制中,至少也要保证所有物料种类齐全,以确保生产的正常运行。从订货批量与运输成本和库存成本关系出发,要想使库存总成本最优,必须在运输成本与库存成本之间找到平衡。可以采取以下几种控制策略:一是A类物料库存成本控制。由于A类物料占到全部物料总成本的8成,其库存成本控制的目标应该是在保证企业生产不中断的前提下,确保其库存最低,实行供应周期短、经济批量订货方式,最大限度降低A类物料的库存成本。一般来说,A类物料库存成本控制得越好,整个库存成本控制目标就越容易实现。二是B类物料库存成本控制。B类物料一般占到总库存成本的15%左右,宜采取定期订货与定量订购方式。汽车制造企业库存管理的前提是随时掌握库存量,随时根据需要保持一定库存。对于用量较小的B类物料,其订货量可以稍大些;对于用量较大的B类物料,可以与A类物料一样采取批量订货方式。如此才能保证B类物料库存既不断货也不会太多,以真正降低其占用的库存费用。三是C类物料库存成本控制。由于C类物料到总库存成本的比重只有5%左右,且供应商一般不会单独发货,订货次数太多又会增加汽车制造企业此类物料管理人员和运输成本,宜采取较大采购量的方式进行订货。
(二)建立数据公共平台,控制运输成本
汽车制造企业的总装车辆运输成本是其物流成本中非常重要的一部分,其占物流总成本的比重也比较大。日本通产省的统计数据显示,汽车制造企业总装车辆运输成本占到物流总成本的6成左右,是影响物流费用的重要因素。对于汽车制造企业而言,运输费用控制的关键点包括运输时间、价格、方式、准确性以及可靠性。因此,汽车制造企业要想实现运输成本控制最优,必须建立数据公共平台,在以下几方面做好工作:一是根据数据平台选择合适运输方式。在汽车制造企业运输方式选择中,铁路、公路、航空是常见的几种运输方式。从国内汽车制造企业的运输现状来看,选择公路运输的比例较大,这主要是因为水路运输受到自然条件制约较大,且装载汽车的轮船很难在小河流中航行;铁路运输虽然费用较低,但受制于铁路动力不足且运输时间较长,无法满足汽车行业激烈的市场竞争需求。鉴于各个运输方式各有优势和劣势,汽车企业应根据所运输物品的不同,选择不同运输组合,以实现最佳运输成本控制。二是提高运输管理智能化水平。开发运输分配与跟踪自动分配系统是汽车制造企业控制运输成本的不错选择,不仅可以实现运输路径优化与车辆编组优化,还可以提高工作效率、减少运输费用。其主要做法是通过运输分析,系统自动生成运单,根据运输路线与编组自动生成运输费用,使运输费用摆脱以前的模糊管理而变得更加精确。配合GPS定位系统,还可以自动跟踪运输车辆运行情况,进而在运输车辆返回前准确计算回归时间,进行下一次编组,极大提升运输效率。三是根据数据平台选择合适物流外包。物流外包是许多汽车制造企业的选择,通过引入多家物流企业竞标,可以最大限度降低运输成本。但需要指出的是,由于外包物流企业与汽车制造企业追求的目标不同,如果一味要求降低运输成本,很可能引致物流企业以降低物流质量来获得更高效益,进而带来商品损耗,或使顾客利益受损,最终影响到汽车制造企业的品牌效益。
(三)针对装卸搬运特点,控制装卸搬运费用
汽车制造企业在生产经营过程中的装卸搬运作业较多,从原材、材料、零部件、在制品、半成品到产成品等都需要装卸搬运作业。与其它制造行业相比,汽车制造企业的装卸搬运具有以下特点。一是装卸搬运次数多,每个环节都要用到搬运装卸。二是装卸搬运占用时间多。一辆汽车从原料到成品,大概只有20%的时间是在生产线上,剩余时间都处于搬运装卸中。三是装卸搬运费用昂贵。由于汽车制造中所用的零部件、半成品占用空间大,搬运装卸要求非常高,用到装卸搬运机具的比例较大,该部分装卸搬运费用占到整车制造成本30%以上。因此,对于汽车制造企业而言,控制好装卸搬运费用对于降低物流总成本具有十分重要的意义。一是要把握控制点,即高效管理储存物资,降低物品装卸搬运过程中的损耗,提高搬运装卸效率,确保所有物品在最需要的时候以最快速度装卸搬运到位。二是要合理选择装卸搬运方式。根据不同的装卸搬运对象,形成流水线式的装卸搬运作业,这需要对装卸搬运设备进行合理选择。三是杜绝设备超负荷运转或无效作业。尽量减少作业距离和次数,提高每次装卸搬运的质量。四是不断优化作业过程。着重在时间、空间、质量上下功夫,根据本企业生产制造工序,设计自动装卸搬运系统,通过不断节约时间,用最合理的装卸搬运作业来减少分装、转运以及改装的程序。要坚持JIT理念,尽量减少中间件的库存停留时间,降低库存保管费用。同时,不断提高装卸搬运质量,减少产品、零部件以及原材料在装卸搬运过程中的损耗,降低装卸搬运费用。五是优化企业分销体系。用高效的企业分销方式,迅速将物品运送到客户手中,给客户以最好的物流感受,不断减少汽车成品的装卸次数,降低企业损害赔偿比率。
(四)选择合适控制方式,控制包装费用
根据不同的装卸运输要求,企业应选择合理的包装方式。统计数据显示,包装费用在整个物流成本中的占比在10%以上,有些行业的这一比重更高。对于汽车制造企业而言,包装设计如何对后续运输装卸影响巨大。任何包装设计都要考虑到商品的特性、运输方式与运输工具要求,以避免包装浪费和产品损耗。由于在装卸运输过程中,材料、产品要经历装卸、搬运、分类配送、选拣等工序,既不能损坏产品,也不能影响工作效率,故对包装的要求比较高。与其他企业不同,汽车制造企业从最开始的原料、材料到最后的成品,由于形状没有规律、产品种类繁多,其包装要求更高。可以想象,如果针对每一个需要包装的中间件进行包装设计,不仅费用高,而且也不现实。必须根据企业自身的原料、材料和零部件等包装要求,尽可能设计一些可以通用但又不会降低包装质量的包装方案。
四、结语
1.1严重的地区保护主义我国大部分汽车行业主要依靠省政府提供的优惠政策,严重降低了运力资源的使用效率,浪费大量的人力物力财力。企业销售整车的运送中,大多出现单向载货问题,增加了物流成本。各地区的保护政策,降低了国内第三方汽车物流服务市场竞争的公平性、透明性。部分汽车企业难以通过公开招投标的方式进行选择第三方物流服务,其选择只能限制于本区域的汽车物流公司。另一方面,地区保护主义导致第三方物流难以获取其他区域的汽车生产企业的物流业务订单,在跨区域运输过程中,难以消除单向载货现象,无法实现成本的最小化。
1.2汽车物流工作缺乏标准性汽车物流作为新兴的产业,但行业通行标准制定工作处于初级发展阶段,物流运输工具和物流服务无法达到国家规定的标准,从而导致汽车生产企业的物流设备出现严重冲突,无法充分提高设备的使用效率,导致物流成本逐渐增加。例如:在汽车零部件的物流工作中,发展水平较高的国家在早期就制定了标准的物料容器具,实现了自动化的搬运与仓储工作,合理减少了运输装卸的时间,且保证了物流中产品质量。但是国内缺乏统一的标准,导致汽车物流工作程序相当混乱,需要消耗大量的人力物力财力,从而难以从根本上降低各企业的物流成本。
1.3汽车企业缺乏物流专业人才作为汽车物流工作主要环节包括:运输、仓储、保管、搬运、包装、产品流通及信息共享等。汽车整车及零部件的物流工作具有明显的技术性特征,但是企业的物流一线工作人员大部分缺乏充足的专业理论知识,专业培训比较少,导致专业操作容易出现偏差,严重降低了工作的时效性,难以消除返工现象,不断增加了物流的成本。汽车物流企业缺乏高级物流管理人才,难以从根本上提高企业的物流成本整体控制水平。
1.4难以完善网络物流信息平台现阶段,国内部分企业可能还是沿袭落后的物流信息交换方式,在管理过程中无法构建现代化的网络信息平台。在物流信息的交流中单纯依靠手机沟通等人工手段,导致无法接通各个点,可能会造成物流信息链处于断裂状态,因此,严重影响到了物流信息传递的精确性,难以确保较高的企业生产效率,却不断增加了企业运行中所需的物流成本。
2我国汽车生产企业物流成本管理有效策略
2.1打破地方保护主义地方保护主义是汽车物流发展障碍的重要因素,成为降低物流成本的重要因素。为了实现汽车物流市场的完善化,企业必须不断打破各区域的物流服务限制,进行拓展汽车物流服务大市场。我国各大汽车企业必须加强彼此之间的联系与合作,通过销售时企业间运输的对流,共同降低企业所需的物流成本,从根本上保障企业竞争力的提升。将物流服务外包的汽车生产企业,在实际的招投标过程中,必须坚持公平、透明的原则,将招标的范围拓展至全国各地的第三方物流公司,同时,通过服务外包方式,以有效降低企业物流成本。
2.2制定汽车物流工作相关标准汽车生产企业物流成本控制的关键问题在于实现汽车物流企业的标准化发展,因此,汽车和物流的行业协会必须加强此方面的合作,共同降低企业整体成本。汽车生产企业在运营过程中应该根据发达国家汽车物流工作的标准,并结合国内的基本国情,切实推动汽车物流标准化的建设。汽车物流工作标准化涉及到物流体系、汽车物流技术、计量、专业术语等方面的标准化建设。在汽车生产企业管理过程中,必须建立统一的汽车物流标准,以实现各汽车生产企业物流成本的降低。
2.3提高汽车物流专业人才整体综合素质在汽车企业发展过程中,应该根据自身的发展情况,可进行制定完善的物流专业人才培养计划。生产企业必须立足于自身的发展中,进行培养各方面专业的人才。在培养专业人才中,应该不断结合长期培养和短期集训的模式,加强高校系统培养和企业在职培训的相关性,相结合高级物流管理人才与物流一线工作人员的培训等。在培养高素质人才的同时,加强对未来国际化竞争需要的关注,全面引进发达国家的先进经验,不断增强企业内部凝聚力。
2.4构建汽车物流网络信息平台汽车生产企业物流业务量逐渐扩大,对专业技术水平要求较高,物流工作流程繁琐复杂,物流信息传递时效性的低下,将造成了严重的经济损失,不断增加物流信息传导中存在的风险。因此,我国汽车生产企业应该不断加强自主汽车物流信息平台的构建,使运输、仓储、保管、搬运、包装、采购、生产、销售等环节紧密衔接。构建汽车物流网络信息平台后,将有效提高企业的物流工作效率,降低总体物流成本,减少物流损失。
3结束语
这其中最重要,也是最关键的挑战,就是面对在汽车上用了好几十年的12V电压,已经没有办法满足高度电子化对于电压的急迫需求。因此,除了必须要因应42V电压取代12V电压的技术问题之外,还有当汽车电源主体架构改变之后,可能要面临到的高成本问题。由此可见,未来车用电子必须要寻求电源管理最佳化解决方案,甚至是以模拟、分离、电源MOSFET晶体管…等元件,解决车内应用与整合性的技术问题。
车用电力系统日渐短缺迫切需要新元件及新设计
越来越多的汽车电子设备,或电子系统导入车内应用之后,车用电力供应逐渐呈现不足的现象,使得汽车制造厂必须开始面对功率的控制,以及功率转换技术提出更高的要求,借以推动车用功率半导体、相关封装技术,能够更进一步的往前发展,这当中所包含的领域,也不再只是功率大小,还是MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransister;MOSFET)晶体管、绝缘闸极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor;IGBT)及控制与保护回路整合模块(IntelligentPowerModule;IPM)等问题。
归纳其主原因,是因为车上所使用的功率半导体元件与一般较常用的功率半导体元件比较起来,不论是对电压或电流、开关频率、功率损失、动态特性,甚至对于元件保护程度,都是相当严苛的;再加上汽车产业对于「用电的规范,已经开始从12V提升到42V,所以对于汽车用电的要求也就更高了。另一方面,必须具备也可进行高频切换动作及电能处理,才能使车上的电子产品,更能够发挥轻薄短小的应用优势,甚至是具有车上所需的高效率、信赖度与可靠性等要求。
汽车对于用电控制管理的概念成熟之后,其应用层面也越来越多;比方说,利用电力来作为汽车的制动及转向等运用,使得汽车电力、电子技术领域开始进行革新动作,而在这场汽车电力变革的过程中,将以电子转向或集成式启动器交流发动机(IntegratedStarterAlternator;ISA)作为主要架构。因为这是一种完全可逆的电机系统,又可称为交流伺服电动机,它是一种具有自动平衡式显示设备,藉由随动系统来确实执行元件,将放大器的输出电压(控制电压)转变为机械能,驱动滑动触点,除了能够让系统持续保持在平衡状态,还可以在高效率的状态下,实现许多需要很大峰值功率的电子功能。
以实际例子来说明:比方说,当驾驶者在红灯要转为绿灯可前进时,在第一时间将发动机关闭,主要是因为当驾驶者踩下油门时,交流发电机促使汽车能够很快地加速前进,如此一来,汽车不但能够降低排放有害气体,同时还能减少油料的用量。在这一方面,还能使用多余的电力来进行的各项控制,包括:电子动力转向(EPS)、主动式悬挂系统、电子透平机辅助设备、电子阀门控制、变速空调等,因此,这对集成式启动器交流发动机是非常重要的。
从技术门槛的角度来看,汽车集成式启动器交流发动机主要的技术困难在于,大功率的电子控制系统是采取部分设计方式,在执行上有它的困难。换句话说,由于汽车集成式启动器交流发动机是一个三相逆变器/整流器,除了负责对42V负载进行供电作用,或者当整流器在进行工作时,也能为36V电池进行充电之外,还必须在发动机起动时,能以逆变器方式为起动电动机进行供电的动作。从这边就能看得出来,为了让汽车电子系统能具有稳定的供电设计,就必须先厘清大功率电子元件,在不同应用阶段应该要有不同的工作诉求。
MOSFET晶体管改造汽车电源供应系统
再来,谈谈功率型金属氧化层场效晶体管(简称为功率MOSFET晶体管),这是一种属于多载式导电的单极型电压控制元件,其特性就是:开关速度快、高频率性能好,输入阻抗高、驱动功率小、热稳定性优良、无二次击穿…等优点,可以提供给设计者一种高速度、高功率、高电压,以及高增益的元件,因此在各类型小功率开关电路的应用非常广泛。
图说:PowerMOSFET是一种功率集成元件,它是由成千上万个小型MOSFET并联而成,图中所示为N通道的MOSFET单元结构剖面示意图。(资料来源:交通大学电子电力芯片设计与DPS控制实验室)
这对汽车用电系统来说,由于功率MOSFET晶体管具有很强的电流管理能力,才能够满足集成式启动器交流发动机必须兼具最大负载的效果及要求。换句话说,就是让汽车能在低温度的环境下,使内燃机具有较强的冷起动功能。不过,大部分汽车制造厂普遍认为,车用交流发动机大概只需要10kW就已经足够,过去也许是如此;不过,这对使用42V功率系统的10kW系统,这样肯定是不够的,这是因为逆变器在最后产生适当的输出电压与马达相联之后,一方面要调节马达的频率,另一方面还要调节马达电压,所以每个开关接口至少要超过400A来通过峰值电流的能力,才能因应越来越强大的车用电力系统。
图说:MOSFET晶体管提供了一个非常稳定安全操作区域(SafeOperatingArea;SOA),因为MOSFET再顺向偏压时,不需苦于二次崩溃所产生的效应,此直流与脉波的SOA优于BJT。(资料来源:交通大学电子电力芯片设计与DPS控制实验室)
借以降低电压功耗设计提升汽车发电机工作效率
要如何提高汽车发电机工作效率?若从降低正向电压来思考,这或许不失为一个方法,可以藉由降低寄生电感来减少切换时产生的电压尖脉冲。由于元件对于封装电流感度很灵敏,因此很多人都认为模块设计是最好的方式。不过,因为一般的模块封装设计方式,将影响到通过电流的能力。值得注意的一点是,虽然汽车发动机在「热车阶段,不需要很大的电流支持,但是功率MOSFET晶体管的限定电流会因为温度上升而有所下降,因此交流发动机的功率电路部分温度,必须保持在比较低温的状态,才能维持稳定的电压。另外,为了尽量提高额定电流,必须使用RDS(ON)较低的MOSFET晶体管,才得以满足车用电力需求。
改进的方式则能够以先进的封装技术,借以提高通过电流的能力,或者是使用分离元件等技术来达成,同时还能够尽量降低寄生电感(ParasiticInductance),良好值约为10uH20uH之间。除此之外,在电流切换过程还有更进一步的要求;简单说,就是要针对所使用的开关频率(一般为数千Hertz)进行最佳化动作,使逆变器或整流器能够在很高频率或环境温度高达150℃的情况下,还能提供全部的功率。
如何以特殊设计方式解决车上电流需求
在多种类型的汽车中,包括:汽车、大客车、卡车…等,最主要的动力来源大都是来自于内燃机系统来供应,它的模块设计大都是由半桥电路所组成,让车上的元件能够控制或驱动半桥电路中的高/低阶开关设备。另外,还能控制该桥次级端上的同步整流器MOSFET,使具有两个功率MOSFET晶体管芯片(每个为150mm),其电源母线不会受到任何电源装置发展故障的时候而受到影响,还能在42V的电源母在线,对600A的电流进行切换动作,藉此完成匹配性的设计。
其次,则因为汽车内部的温度或者是电压、电流过大容易造成温差的问题,易使车内电子设备中的材料受到影响,导致设备产生压应力或张应力。因此,为了减少汽车电子设备的热应力问题,通常会将MOSFET晶体管芯片安置在陶瓷基片上,这是因为陶瓷基片的温度系数与矽的温度系数能够完全匹配,若采用较为先进的导线压焊技术,特殊的架构不但能改善热源分布,进而加强整个模块系统的低热组性能,使模块能承受汽车所处的多变环境与电压功率起伏。
再来,就是如何降低杂散电感,使杂散电感低于8nH,这对消除尖峰电压是非常重要的。在一般设计上,为了降低电磁干扰(EMI)带来的影响,包括:栅极驱动电路、感测电路或保护电路,都装在一块很小的印刷电路板(PCB)上,而后将印刷电路板盖在模块上,使驱动电路能够以20kHz频率之下,驱动这些MOSFETT晶体管,其中涉及的参数感测和转换,都是在这块电路板上进行。因此,除了可以降低基板及散热器之间的抗热阻效能之外,在与传统模块相比,还能够使内部杂散电感降低60%以上,使设计及安装过程更为简单。
大功率MOSFET晶体管体现汽车电动转向系统
针对汽车采用大功率逆变器/整流器等元件技术,虽然说这是最理想电路设计和实施。不过,截至目前各界还没能够有个最后的定论,主要的问题还持续存在著。不过,42V的集成式交流发动机将是未来电动转向(EPS)汽车系统的关键所在,相信这点是不容质疑。不过,由于电流能力又会因为受到分离式的MOSFET晶体管塑料封装技术,而有所限制。这些限制对已经在汽车市场逐渐成熟的电动转向系统来说,将促使设计人员,将不同分离元件并联起来一同使用,或者采取模块的方式,才能提高分离封装通过电流的能力,借以降低中档及低档电动转向的系统成本。
大多数汽车系统中所使用的模块,目前大部分都都是采用绝缘金属基片(IMST)的设计方式。而在陶瓷基片方面,则是采用直接覆铜(DBC)的方式,并在厚膜基片及电流较小的情况下,才会改印刷电路板的模块设计方式。最后,在功率逆变器封装方面,对于中等功率和低功率,一个新的构想是将芯片封装在引在线,这时没有单独的基片,MOSFET晶体管可直接安装在同一个模塑引在线,用引线架构形成连接端子,进行外部连接到模块的外壳上,便能达到较佳的电源管理。
图说:因应汽车上的电源朝向低损耗化、小型化和超薄化需求,实现了优于传统系列的超低导通电阻特性和高耐击穿性依靠低导通电阻特性,并可以降低功耗,因而最适合用作电机驱动器、点滴器、DC/DC变换器等的开关元件。(资料来源:东芝半导体)
结论
汽车设计开发粗略地分为造型、详细设计和样车试制这三个阶段。通用汽车专家团队总结出:“在汽车设计开发中,如果问题提出越早越多,则开发成本越低、周期越短,如果问题提出越晚越多,则开发成本越高、周期越长。”例如,在设计阶段,利用三维尺寸分析软件以及RSS(RootSumSquare)计算建立尺寸分析模型,将DTS(DimensionalTechnicalSpecifi-cation)的公差合理地分配到各个总成、分总成、单件,并体现在GD&T(GeometryDimension&Tolerance)上,各零件厂家依照标准加工。此种方式在设计阶段对后期可能出现的问题预警,并且在设计初期解决,使得后期多次的设计变更、模具更改、夹具调整得以规避,从而降低了研发费用,缩短了开发周期,保证了产品的质量,增加了产品的竞争力。又如,人机工程导入产品虚拟设计阶段实时地、并行地进行评估,及时发现问题,尽早地优化产品设计,实现产品开发的同步进行验证产品设计。反之,人机工程不参与虚拟制造的开发,在零件开模之后实车进行验证,发现问题再由产品工程进行必要的更改,如此的开发过程相比同步开发,开发质量明显降低,成本显著提高,并且会带来更长的开发周期。如果能够让汽车开发团队尽量早并尽量多地提出问题,将能够降低汽车设计开发的成本和缩短开发周期,这就要求问题管理贯穿到汽车设计开发全过程当中,特别是造型阶段和详细设计阶段需要鼓励大家尽早地多提问题和快速解决问题,防止问题落到样车试制阶段才发现和提出来,这样解决问题的费用就高,解决的时间周期就比较长。对应汽车设计开发每个阶段的工作内容,汽车开发团队需要及时和尽早地提出问题、处理问题和解决问题。例如在造型阶段,大家需要针对造型的整体风格、造型分缝的大小、造型圆角的工艺可行性、造型零件分区的合理性等等作出评审,并提出和解决问题;在详细设计阶段,大家需要对零件结构的合理性、总布置的可行性、结构刚度等的CAE分析合理性、公差分析通过率等进行评价,并提出和解决问题;在样车试制阶段,大家需要对工装与零件的合格率及匹配度、工艺布局的合理性等进行现场验证和评估,并提出和解决问题。因此,问题管理需要贯穿到汽车设计开发全过程中,才能为快速解决问题提供可靠地保证。如果在某个阶段忽略问题管理,则会使问题提出和解决的速度下降,势必造成汽车设计开发工作迟缓,从而导致汽车设计开发成本的增加和周期的延长。
2问题管理的系统化、体系化、流程化
汽车设计开发的问题管理是如此重要,大家需要把它系统化体系化流程化,这样才能确保来自不同专业领域的工程师人员能够按照统一的规则来完成相应的工作,尽早并快速地提出问题和解决问题。问题管理系统化是指针对某个专业领域的问题管理需要系统化,这样可以防止由于主观因素等原因造成问题的遗漏。例如钣金件设计冲压成型性分析过程中需要考虑哪些要点,冲压成型性问题的提出和解决需要有一套系统化的管理办法,这样不会因为年轻工程师经验不足而遗漏掉某个分析环节的问题。问题管理体系化是指在某个设计开发阶段的问题管理需要体系化,这样可以防止整个开发团队问题管理进度不一致造成问题解决效率低下。例如在详细设计阶段,造型、感知质量、总布置、冲压、尺寸、总装、涂装、车身工艺和工装等问题都会形成问题清单进行管理,但是如果整个项目组没有对这些问题管理进行体系化地管理,会造成某些区域问题解决周期较长,从而影响到整个开发的进度。进一步说,在详细设计阶段,假如只重视了造型、感知质量、总布置、冲压、尺寸、总装、涂装、车身工艺和工装问题这些清单的解决效率,忽略了冲压清单的解决效率,会形成整个车型开发项目进度的短板,延误项目的进程。因此,在某个设计开发阶段有必要对各专业提出的问题清单进行体系化的管理,整体推进问题解决状态,尤其是推动低状态问题的快速决策和解决,确保整个开发周期满足项目的要求。具体做法可以如下:对所有这个清单的总体状态做出把控,并在整个开发团队内共享相关的信息,例如及时该车型开发项目问题解决总体状态表,对低状态问题予以推动等等。问题管理流程化是指问题提出、问题解决、问题关闭需要形成相应的流程,这样可以使团队成员遵循既定的工作规则,避免因为流程不清晰而造成工作的推诿,影响工作效率,从而导致项目延误。对于汽车产品,它的特点非常明显,比如零件众多、特征复杂及材质多样等。这些特点会导致各种感知质量问题。其中,《整车静态感知质量工作流程》就对静态感知质量问题跟踪管理等进行了详细的定义,如在某个开发阶段由静态感知质量工程师进行问题状态管理,问题响应需要问题责任区域在问题清单后3个工作日内完成等等。这样其中的各种角色就能够明确工作的时间节点和工作内容,对于问题提出、解决和关闭都按照这个统一的流程来执行,分工与合作都有章可循,有法可依,工作效率高,问题解决的速度快,从而缩短汽车设计开发的周期。
3问题管理需要专人负责制并常态化
汽车设计开发过程中,各阶段的问题侧重点各不相同,各专业模块各有特点,这就需要针对不同的问题进行专人负责制地管理,并使其常态化,进行常规化、持续化管理,直到项目完成。例如冲压同步分析问题清单就需要有冲压工程背景的冲压工程师来管理,从第一个问题提出到最后一个问题关闭期间,都需要专人跟踪推动,并在汽车设计开发团队里形成常态化的管理模式。这样做的好处是能够使问题一提出来就能够传递到对应的产品工程师处,并且由提出问题的冲压工程师与该产品工程师密切沟通,共同讨论问题解决的对策,产品工程师再将达成共识的对策落实到具体的产品结构中,冲压工程师再次分析产品数据,验证其冲压成型性,直到问题关闭。例如,冲压工程师做冲压成型性分析后,发现左/右前轮罩外板加强板钣件成形时,在拐角处有开裂现象,立刻将此问题纳入冲压同步分析问题清单跟踪。他找到对应的产品工程师,并一起寻找问题解决的对策,经过双方沟通达成“在此拐角处增加缺口,向内凹5mm,并局部修改产品特征”的修改意见。产品工程师修改此零件3D数模,落实该措施,最后形成新的产品数模,提供给冲压工程师再次分析,结果满足冲压成型性分析,问题关闭。
4问题管理需要分散与集中并行
在汽车设计开发过程中,对于某个专业领域提出的问题,我们以单一问题清单的形式来管理,由问题提出区域来跟踪管控问题的进度和状态,这就是分散管理。但是由于在整个汽车设计开发过程中,不仅仅涉及到某个专业领域,而是跨多个专业领域,这样的问题就相对比较复杂,需要集中管理。例如,总布置遇到的问题大多数是跨专业科室的,需要集中管理和决策。进一步举例如下,发动机舱布置作为整车开发过程中重要的组成部分,汇集了整车各专业设计因素,集材料、性能、安全、加工、装配、维修、成本及美观等诸方面于一体,充分展示了整车的设计水平,尤其需要多个科室协同进行相关问题的处理和决策。又如,产品工程师在设计开发某个零部件时会遇到与下游科室零件搭接的问题,也需要集中协调和管理。再如,产品设计不满足制造需求,属于跨产品工程和制造工程区域的问题,也需要集中管控,召开专题会议上升决策等,避免由于专业角度不同而无法达成一致意见,妨碍问题的快速决策和解决。另外,在某个设计开发阶段,同时会存在有多个专业领域的单一问题清单,这些清单即使有专人管理,也需要集中汇总状态和做总体控制,这样才能确保整个汽车设计开发的进度不因为某个专业领域问题解决效率低下而拖后腿。
5问题管理需要发挥人的主观能动性
以上措施再完美,离开了人的主观能动性,也无法发挥作用。因此,在汽车设计开发过程中,必须要发挥开发团队每个人的主观能动性,这样问题管理才能够卓有成效。要发挥人的主观能动性来解决问题,首先就是要形成一致的目标,以解决问题的结果为导向,把大家的意识统一起来,这样行动起来大家参与解决问题的主动性和创造性才能发挥出来。例如为解决“轮罩与裙板图示处配合不美观”这个感知质量问题,感知质量工程师、造型工程师、产品工程师形成一致的目标,就是要彻底解决该问题,使轮罩与裙板图示处的配合能够满足感知质量的要求。这样大家目标一致之后,无论是在讨论方案、实施方案的过程中,大家心无杂念,都积极主动地参与到问题解决当中,一心一意做好各自的工作,直到问题关闭,目标实现。其次要发挥人的主观能动性,我们需要在整个汽车设计开发团队里倡导出一种相互学习相互欣赏共同提升的工作氛围。只有这样,大家才会主动提出问题来共同讨论,知无不言,言无不尽,大家一起集思广益,共同促进问题的解决,从而推动整个汽车设计开发项目向着既定的时间节点和成本目标、质量目标迈进。
6结束语
汽车电子系统中使用的功率器件必须能抵受极为严峻环境的考验:它们必须能承受关闭瞬流和负载切断电源故障引起的高压毛刺;若环境工作温度超过120℃,器件结温则将随之而来升高;线束中的众多连接器位于方便组装和维修的位置,这可能造成器件电气连接的间断。由于新的负载需要的功率越来越大,所以即使在正常的条件下工作,器件承受的压力也明显加大。
为了提高系统可靠性并降低保修成本,设计人员在功率器件中加入故障保护电路,以免器件发生故障,避免对电子系统造成高代价的损害。这通常利用外部传感器、分立电路和软件来实现,但是在更多情况下,设计人员使用完全自保护的MOSFET功率器件来完成。随着技术的发展,MOSFET功率器件能够以更低的系统成本提供优异的故障保护。
图1显示了完全自保护MOSFET的一般拓扑结构。这些器件常见的其他特性包括状态指示、数字输入、差分输入和过压及欠压切断。高端配置包括片上电荷泵功能。但是,大多数器件都具备三个电路模块,即电流限制、温度限制和漏-源过压箝制,为器件提供大部分的保护。
短路故障
最常见也最麻烦的故障可能是短路。这类故障有以下几种形式:负载间的短路、开关间的短路或电源接地的短路。而且,这些短路器件启动和关闭时都会发生。由于短路故障通常是间歇性,即使在很短时间中就存在多种形式,使问题更为棘手。例如,在器件之间发生短路而MOSFET关闭的情况下,电流通过短路向MOSFET周围分流。
然而,如果短路是间歇性、负载为电感的情况下,电流中断将在MOSFET上产生一个反激(flyback)电压。根据短路持续的时间和电阻,负载电感中的峰值电流可能会高于正常工作时的峰值电流。因此,器件比预期吸收更多的能量,而且多个间歇性短路事件的快速连续发生会导致峰值结温急剧升高,从而对器件产生潜在的破坏性。
过温故障
其他故障包括器件引脚的静电放电(ESD)、线路瞬流或电感负载开关引起的过压,还有就是过热。过温故障通常由其他故障引起,如短路便会快速增加器件的功耗,也可能由极端环境条件或热路径异常引起,如器件散热器和电路板之间的焊料失效。在诸多故障模式下,自保护MOSFET产品的控制电路以一种安全模式来检测并控制器件工作,使器件在故障修复后可以恢复正常功能。
由于有源元件(MOSFET门极氧化物接口除外)已与门极输入引脚连接,因此漏极与源极之间短路时,此引脚的泄漏电流(50-100uA)比标准MOSFET泄漏电流的测量值(<50nA)大三个数量级。泄漏电流的增加通常不会对门极驱动电路产生影响,但是,门极驱动电路必须能够在电流限制或热关机故障情况下驱动足够大的电流。在过流和过温故障的情况下,器件一般将功率MOSFET门极节点电压下拉至接近饱和的工作门限电压或零伏,以完全关闭器件。
通常门极输入引脚和功率MOSFET门极节点之间存在一个串联电阻Rs,所以吸收的输入电流大约等于(Vin-Vgate)/Rs。器件通常在结温超过预设限制温度时关闭。在这种情况下,Vgate=0伏,所以在过温故障时必须产生一个等于Vin/Rs的最小源极电流。否则,内部门极下拉电路将无法关闭功率场效应管,使其结温可能达到产生破坏作用的水平。
过温保护
通常过温保护是通过对主功率MOSFET有源区域的温敏器件(一般为二极管)设置偏压来实现的。若这些元件侦测到芯片结温超过过温设定值时,电路将主功率MOSFET门极拉至地,关闭该器件。一些器件内置滞后电路,使器件可以在芯片结温稍微下降(一般下降10℃-20℃)后返回导通状态。图2显示安森美的NIF5022N器件短路电流和时间响应之间的关系。在其它器件中,若检测到过温故障情况,电流将锁存,而输入引脚必须固定对锁存进行复位。
在过温故障情况下,必须考虑两个主要问题。首先,温度限制关断电路通常与电流限制电路协同工作,即电流限制电路将门极节点驱动至接近阈值电压来使器件进入饱和工作模式,以便保持电流限制设定点。在负载间短路的情况下,这意味着在通过高电流时,功率MOSFET上的压降接近电源电压。这种高功率情况很快地引起过温故障。对于采用热滞后电路让零件在过温故障情况下循环导通和关闭的器件,结温将稳定在滞后电路高低设定点之间的温度。这与高温可靠性测试类似,都取决于器件在故障情况下的工作时间。一般来说,当器件的可靠性下降变成一个受重视的问题时,别指望在故障情况下该器件工作几千小时或更长时间。align="right"BORDER=0>
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图2:NIF5022N器件短路电流
和时间响应之间的关系。
更切合实际的考虑是,当应用电路在故障情况下将门极输入循环地打开并关闭,使结温可以在过温事件之间的这段时间中进行冷却。在这种情况下,器件进入内部热循环,器件承受的热循环数量有一定的限制。循环的次数与许多因素有关,包括结温幅度差、温度侦测布局和电路设计、硅结构、封装技术等。设计人员必须清楚应用电路是否可以在短路或其他激发过温保护故障情况下对受保护的MOSFET进行循环,然后评估器件在这些情况下的可靠性。这种故障模式分析可省去昂贵的场回路。