模块化成就百年辉煌

——解读斯堪尼亚的模块化思想

文 / 宋 易

编者按：对于在当今重卡行业保持了 70 多年连续赢利的斯堪尼亚公司来说，绝不是靠一两个偶然因素取得成功的。研究并解读斯堪尼亚的成功因素，对我国汽车企业无疑具有很多借鉴意义。本刊继上期刊发了《 尊重个体 演绎奇迹——探寻斯堪尼亚连续 70 年赢利之谜》，从企业文化角度对其解读之后，本期再从斯堪尼亚引以为荣的“模块化”入手，从生产制造角度来寻找斯堪尼亚的成功秘诀。

每当记者采访问到斯堪尼亚成功的秘诀是什么？斯堪尼亚如何解决小批量与成本之间的矛盾？等等问题时，斯堪尼亚的相关负责人总是会提到模块化系统。很显然，在斯堪尼亚的百年征程中，模块化系统是其制胜的一个重要法宝！也是其研发、生产的重要特色！那么，斯堪尼亚的模块化系统是什么？它又是如何产生并发展的？

对于斯堪尼亚致力开发的模块化系统，人们通常认为在 20 世纪 80 年代面世的 2 系列是该系统设计创新的基石，而实际上，模块化概念早在上世纪 20 年代的斯堪尼亚就已初露端倪。在后来的发展过程中，这个理念不断得到实践并持续完善，逐步成为引导斯堪尼亚取得辉煌成就的重要因素和条件。

20 世纪 20 年代至 50 年代

零部件的简化是模块化系统发展的雏形

拯救措施

20 世纪 20 年代对年轻的公司 —— Scania-Vabis 和整个欧洲来说都是一段艰难的时期。战争过后一切资源都很匮乏，尤其是资金短缺，给 Scania-Vabis 公司带来了巨大的困难。产品种类陈旧过时、价格高昂、加上当时像通用和福特这样的大型汽车制造商，带来大批低廉的产品使得 Scania-Vabis 这个工匠式生产的小公司在竞争中步履维艰，一度处于破产的边缘。

为了挽救局面， Scania-Vabis 改任了两位公司关键人物：原设计部门的主管 August Nilsson 被公司改任为 南泰利耶 工厂的经理，原研究生工程师 Gunnar Lindmark 被改任为总工程师。

两位的先进理念很快为公司带来了技术上的进步，其中最重要的则是对零部件的改进。新的零部件可以通用于 1.5 吨、 2.5 吨和 3 吨的卡车，这大大提高了生产效率，降低了成本并简化了零部件管理。同时，公司开始在设计开发发动机、离合器、变速箱、转向系统和减速器方面投入大量精力，使所有类型的卡车都可以最大程度地通用这些关键零部件。然后通过将这些关键部件与不同类型和长度的大梁以及悬挂和车轮结合使用，非常有效地降低了成本，这便是早期的零部件模块化思想。

技术的进步和高效的生产系统，将一个濒临破产的公司快速转变为一个具有竞争力的公司，销售的成功接踵而至。手工作坊式的生产被更具规模化的工厂生产模式所取代。公司最后一次赤字在 1933 年结束， 斯堪尼亚（ Scania ） 从此开始了在瑞典乃至全球的平稳快速发展之路。

大胆的创新

在 20 世纪 30 年代末期， August Nilsson 和另一位产品工程师 Tage S?derberg 建立了这样一条原则： “ 独创的设计即是最简单的设计 ” 。 Nilsson 的设计思想意味着用更少的零部件可以组合出更多类型和尺寸的发动机、卡车和巴士。

在 Nilsson 担任总工程师期间， Scania-Vabis 公司的发动机已经发展为以轻量化、高产量和高燃油经济性为特点的高科技产品。在当时生产的最新款发动机是包括四缸、六缸及八缸，被称为 “ 一元发动机 ” 的发动机系列，并且这些发动机都使用通用零部件，如汽缸盖、缸套、活塞、连杆、轴承和排气岐管。

1939 年， Scania-Vabis 公司开始规划大规模的生产扩张， 当时担任 经理助理的 Carl-Bertel Nathhorst 被认为是 斯堪尼亚成为一个现代化公司的最初创立者，正 是他最早意识到 August Nilsson 的零部件思想将会为公司的增长发挥关键作用并开始不断进行推进。在 30 年代末期， Scania-Vabis 第一次正式认可了零部件的模块化方式对其商业发展的重要性。

Carl-Bertel Nathhorst 在之后的产品开发和生产中引入了以下新的理念：

•  通过一个精心构思的设计方案缩小了零部件的范围并限制了数量。公司的重心集中在重型卡车上，在很大程度上也推动了这个概念的实施。

•  在可行的情况下，卡车和巴士的发动机和底盘将基于有限数量的零部件，并尽可能多地使用通用零部件。

•  用于生产的零配件装配线生产规模太小， Nathhorst 引入了设置简单、生产线完整的流水线，这在瑞典的机械制造业中是一大创新。

新发动机的概念

为了加速发动机的开发，公司在 1947 年与当时欧洲最主要的重型汽车供应商 —— 英国利兰汽车公司（ Leyland Motor ）签订了合作协议。归功于 Nathhorst 卓越的谈判技巧， Scania-Vabis 几乎取得了参与利兰汽车公司所生产工程部门工作的可能。由此， Scania-Vabis 的工程师经常辗转于瑞典和英国之间，汲取利兰公司的先进制造经验。

但是 Scania-Vabis 并没有完全复制对方的经验，而是不断研究收集到的信息进行技术创新。 1949 年，公司开发了技术改进后的直喷式一元发动机，其在燃油经济性和可靠性上大大优于利兰汽车公司的发动机。作为关键部件之一的发动机， Scania-Vabis 由此开始逐步实现自行研发生产的目标。

20 世纪 50 年代至 80 年代

研发经验的不断累积， 2 系列的诞生让斯堪尼亚收获了模块化系统的成果

保证质量的举措

来自德国和其他国家供应商的不良零部件和材料使得 Scania-Vabis 产品质量不尽人意。零部件尺寸错误、材料缺陷或未经过完善检测的货品，造成了关键部件的尺寸过大或过小。生产速度的快速增长但同时测试的不完善造成了发动机和底盘的重大质量问题，情况甚至严重到公司不得不暂停新产品和发动机的开发工作。

为解决这些零部件质量问题， Scania-Vabis 公司建立了三个新的实验室，分别由三个人领导，全权负责零部件开发工作： Folke Hedlund 负责发动机实验室， Egon Ardelius 负责材料实验室，而 Sverker Sj?str?m 则被任命负责强度测试实验室。

Sverker Sj?str?m 在 1947 年 5 月加入公司时仅 27 岁。他毕业于瑞典皇家理工学院，获得 工程物理 学位，在高科技公司任过职，如：瑞典航空研究院（ FFA ）和 Bofors 公司。之前的工作使他具有非常丰富的实验室研究经验，因此他习惯于运用先进的测量技术、高标准的理论分析和试验测试来进行研究。 Sj?str?m 的到来让 Scania-Vabis 公司开始了对卡车实际运行强度承受力的系统研究。

“ 当我来到公司时， Carl-Berthel Nathhorst 对我说的第一句问候语是：山峰上遇到暴风雨了。 ”Sj?str?m 博士回忆道。其实， Nathhorst 是指当时在分拆关键部件时遇到了很大的困难，其中包括在连杆、大梁和转向球头方面的困惑。

“ 我开始对这些部件承受的压力进行系统地测量和强度计算。通过我早期在瑞典航空研究院（ FFA ）和 Bofors 公司的经验，我顺利创建了计量资源。但之后屡次的实际测试结果常常与计算出的承受强度的结果有很大差距。我清楚地记得当时工程师们得抵触和分歧。因为当时的计算方法是在静负荷状态下计算强度而不参照实际使用的情况，所以我只能强制工程师对部件的承受强度全部进行重新估算，不过研究进行到后来也逐渐获得了他们的认可。 ” 由于 Sj?str?m 博士和他同事不知疲倦地研究， Scania-Vabis 才得以建立不同汽车零部件中压力承受的系统数据库。这些数据在之后开发各种用途的新部件时都显得异常珍贵。 Sj?str?m 博士的工作成果最后被采编成为一篇博士论文 —— 《随机负载分析》，其中详细分析描述了在实际运行过程中计算压力的方法，这为现代模块化系统提供了一个优秀平台。

1952 年， Sj?str?m 博士聘用了另外一名后期对强度测试贡献很大的工程师： Bertil ?berg 。 Bertil ?berg 开发了测试设备并设计了一个独创的评估装置，这个装置在收集卡车的重要测量数据时起到了至关重要的作用。 “ 从第一天开始，我就把我的全部时间投入到了强度测试中。 ”?berg 说， “ 之后，我负责仪器实验室专为研发部门提供测量仪器。同时，我还开发了一个用于变速箱零件的疲劳测试和评估设备。 ”

在 Sj?str?m 博士的监督下，在几年中有数千个零部件经受了要求严格的疲劳测试。每个零部件可以承受多大的负荷、运转多长时间、在失去效用时结果的可能性。这些都是完成综合性平衡强度测试而必须面对和解决的问题，而正是这些平衡强度测试的步骤和结果最终奠定了斯堪尼亚公司模块化系统的基础。

“ 我们改变了将市场需求分成不同门类的流行做法。 ”Sj?str?m 博士解释说， “ 比如，当时流行的做法是不管应用如何，每个尺寸的发动机都需要配备一个相应规格的减速器。但根据我们的研究，这种做法不是最佳的。因为主要的尺寸决定因素要看汽车的总重量和地形路况，发动机功率的重要性则是可以忽略不计的因素。 ”

通过系统的疲劳测试， Sj?str?m 博士和 Bertil ?berg 这两位 斯堪尼亚公司的先驱贡献了很多颠覆当时汽车设计理念的发现。

新系列卡车概念的实施

从 20 世纪 60 年代开始，卡车的生产快速增长， Scania-Vabis 公司的产品中用于出口的比重越来越高。同时，卡车的设计也变得越来越复杂。客户的要求不断提高，卡车常常不得不在全新的环境下运行。 “ 这形成了按需分类卡车产品的局面。 ”Sj?str?m 博士说， “ 通过对各种零部件类型平衡强度测试的步骤和结果，我们就可以用有效数量的部件来满足客户不断变化的需求了，这也就意味着减轻最终产品的重量。 ”

1961 年， Sverker Sj?str?m 被任命为公司技术总监。为了使研究和开发部门的沟通更为顺畅，他从 1969 年开始负责所有的技术部门。除了 Sverker Sj?str?m 外，此时另一个有着特殊贡献的人是 Tage S?derberg 。 “Tage 是一个非常有实践经验的工程师，他是促进整个过程发展中相当重要的一员。在当时关键部件的研发过程中，我们逐步达成了一个共识：如果我们能生产出一个全新的卡车系列，它看上去会是什么样子？ ”

“ 我们共同研发斯堪尼亚自己的驾驶室和大梁的生产部件。同时，我们还和另一位工程师 Folke Karlsson 合作在变速箱上实现模块化思想。此时我们已经实现了一些基本的东西，在 20 世纪 60 年代末，我们研制出新的驾驶室时，清晰的模块化概念开始出现。 ”

到 1974 年，新系列卡车的研发工作已经取得了相当的进步。同时，通过各方努力， Sj?str?m 博士也得到了董事会通过实施新系列开发工作的正式决议。

之后，实施新系列的责任落到了 Stig Ericsson 的肩上。 Stig Ericsson 是 Sj?str?m 博士于 1974 年招入公司的，之前他在 ASEA 和 ESAB 之类的公司工作了 17 年。作为生产和底盘开发的主管，他成为了该项目的主力。十年之后，他接替了 Sj?str?m 博士的工作并在 1983 年 ~ 1990 年期间担任斯堪尼亚公司的技术总监。

“ 我们把很多精力都投入到了具体的驾驶室设计中。 ”Ericsson 先生解释说， “ 我们此次对卡车系列的模块化实验其实是驾驶室和底盘项目的挑战。对于发动机和传动系统，公司早在 20 世纪 60 年代就已经基本实现了适应多变的市场要求的模块化。 ” 负责驾驶室设计造型的 Axel Pettersson 与德国公司 Karmann 紧密合作，与后者共同设计和生产冲压工具、固定装置和汽车生产设备。与 Karmann 公司的合作是斯堪尼亚 GPRT 驾驶室开发过程中的重要环节。

Pettersson 先生说： “ 如果你要实现模块化设计和生产，很重要的一点是需要同时设计整个系列，而整个系列必须适合所有的驾驶室类型。于是，斯堪尼亚制作了所有可以想象得到的驾驶室类型的图纸，同时研究出该系列应使用哪种发动机以及底座高度、 驾驶室 发动机凹槽和踏板高度等因素。斯堪尼亚和德国 Karmann 公司合作的结果是：著名的意大利设计师 Giorgio Giugiaro 接受了设计新驾驶室系列的任务 ， 这就是我们能够设计出外表美观、功能全面、空气阻力低的驾驶室的原因 。 我们同时也从 Saab-Scania 的航空业务部的空气动力学技术中受益良多。 ”

1980 年的 GPRT 系列

斯堪尼亚新系列的第一款车型是装置了发动机盖的 T 型 卡车，在 1980 年 4 月面世。而拥有四个驾驶室型号的整个 GPRT 系列（又称为 2 系列）于 1980 年 12 月在斯德哥尔摩举办的国际博览会上揭开面纱。新系列基于卡车的实际使用情况分为三种主要的载重级别： M （中型）、 H （重型）和 E （超重型）。 这种根据不同运输任务的载重量和耐久度标准的分类使得斯堪尼亚公司可以在 16 到 36 吨总重区间提供 250 种不同的底盘。

新的卡车系列在模块化方面几乎达到了完美，通过有限数量的关键部件组合， 斯堪尼亚 可以根据客户的特别需要创造无限的卡车型号。 公司现在负责研发部门的集团副总裁 Hasse Johansson 解释说： “ 斯堪尼亚公司模块化系统的核心是通过标准配件自由组合实现不同类型产品的生产，以满足不同客户需要。 2 系列代表了 Sverker Sj?str?m 和他的同事在 1950 年 ~ 1980 年之间工作的巅峰成就。各零部件之间标准化的接口和精心设计的，通过标准配件自由组合实现不同类型产品的生产，是对这 30 年的研究和开发工作的最佳总结。 ”

斯堪尼亚模块化生产系统的优势在于，每个单独零部件，如变速箱、驾驶室和大梁都可以单独在将来的产品换代中进一步提升和升级， 这是因为主要部件之间的接口是标准化的 。研发工作可以在前代斯堪尼亚人的成果中继续进行并释放出无穷的能量，这让斯堪尼亚的客户也能充分受益 。 对于 客户的另一个好处是配件市场的管理更趋简单，因为零部件管理和服务的效率得到了很大提升。整个新系列产品的引入虽然加重了设计师的工作量，但作为回报，今后可以在整个系列中轻松和顺利地进行创新，卡车的制造和维护得到了简化。

在上世纪 80 年代，斯堪尼亚的公共汽车和长途汽车的开发也在很大程度上得益于模块化的设计思想。其中最重要的巴士产品的创新是 1982 年引入的后置发动机 K 底盘。而在卡车领域中，此底盘的数个标准化部件也被成功地应用到多个市场以满足更多客户的要求。意料之中的是， K 底盘立刻成为了最热销的产品，并成为斯堪尼亚公司历史上销售量最大的巴士底盘。

随着新 GPRT 系列在 1980 年的斯德哥尔摩国际博览会上亮相，斯堪尼亚开始收获了一直坚持实施的模块化思想的成果并提升了公司的视野，公司从此也进入了持续改进的阶段。

20 世纪 80 年代至今

在模块化系统持续完善中， 3 系列和 4 系列逐步诞生

3 系列的面世

1988 年， 3 系列面世了。在 2 系列投产后的八年中，开发工作的重心被放在传动系统的提升上。公司升级了发动机和变速箱模块并投入市场，从而提高效率和进一步降低排放。 “3 系列可以被视为是 2 系列的升级版。 ”Stig Ericsson 说， “ 最重要的创新是驾驶室。 2 系列上直的仪表板被 3 系列上向驾驶员曲线靠拢的仪表板设计所取代，以实现最佳的人体工程学。仪表和控制器也是模块化的，并根据使用的频率分布在驾驶员周围。同时还引入了四点式的驾驶室空气悬挂以提升驾乘的舒适性。 ”

在 1989 年，斯堪尼亚公司的 3 系列被评为欧洲年度卡车。这是第一次整个卡车系列赢得此奖项。驾驶室人性化的内饰是决定性因素，成为市场潮流的引领者。

欧洲年度卡车的奖项证明了斯堪尼亚长期的模块化系统开发工作已经取得了成果。高标准的工程、顶级的驾乘人员舒适性、先进的发动机保证了良好的燃烧效率和优越的可靠性。

4 系列的持续探索

从 1988 年起， 4 系列的开发开始了。与 3 系列不同的是， 4 系列的目标是引入一个全新的系列以适应 21 世纪的标准。创新的力度是相当大的，几乎可以和 2 系列的诞生过程相提并论，尽管这次模块化系统对斯堪尼亚公司来说已经不是新鲜事物了，但问题是如何延伸模块化系统的最大优势，寻找极限。

项目主管 Staffan Sj?str?m 在 20 世纪 80 年代和 90 年代的底盘组成和驾驶室开发中取得了丰富的经验，他解释了 4 系列的开发背景： “ 我们对 4 系列的要求是降低部件数量和车型的数量。自从 20 世纪 80 年代引入 GPRT 系列后，生产成本和卡车车型的数量一度出现大规模的膨胀。我们面临的挑战是如何基于模块化系统和市场需求下降低生产中部件的数量。 ”

可以把对 2 系列和 3 系列的开发比作一个漏斗。斯堪尼亚基于获得成功的模块化生产系统，车型和部件的供应范围日趋广泛。 “ 漏斗的顶部越宽，要从模块化系统中继续获得收益就越难。 ”Staffan Sj?str?m 说， “ 因此我们需要新一代的产品更加满足我们自己对效率的要求和客户对性能和运营经济性的要求。 ”

4 系列诞生的标志是发动机模块的重大进步。斯堪尼亚研发出的 12 升 发动机是第一台基于统一燃烧室的全新发动机。之后，斯堪尼亚公司还开发了 11 升 的直列发动机和 16 升 的 V8 发动机，两者都采用了相同的燃烧室设计。

百年成功的根基

斯堪尼亚传承至今的模块化思想

回顾过去的三十年，就可以更好地理解斯堪尼亚新系列产品的开发是如何进行的。 “ 在 90 年代末期，技术管理部门安排 Anders Lundstr?m 、 Jonas Hofstedt 和我将模块化系统成果写成培训教材并形成一个培训项目。 ”Staffan Sj?str?m 说。

他们回顾了在 70 年代奠定斯堪尼亚 “ 工具箱 ” 的基础。模块化系统的三个主要原则是：

•  主要零部件之间的标准化接口

•  通过标准配件自由组合实现不同类型产品的生产，满足更广泛的实际应用需要。

•  对同类的产品需求采用统一的解决方案 。

“ 模块化对于斯堪尼亚来说是一种思考方式而不单单只是行为方式。 ”Staffan Sj?str?m 继续说道， “ 通过持续不断的员工培训和研讨会，我们讨论了模块化思维方式的基本原则。我们将工作方式发展成为一个持续不断的完善产品系列的过程。理解这一点对斯堪尼亚公司在新产品开发过程中广泛的跨部门合作是至关重要的。 ”

新系列产品的诞生不仅仅是斯堪尼亚迈向未来的证明，还代表了其模块化生产系统近 90 年持续改进的成果以及设计、生产和营销方面大家共同的努力，这就是斯堪尼亚公司成功的基础。