داستان طراحي موتورخودرو درایران

خبر اقتصادی: هر شركت خودروسازي از جمله ايران خودرو نيز از شركت ها و واحدهاي متعدد و گسترده اي تشكيل شده كه هر كدام از آن‌ها بنا بر سياست هاي شركت، وظايف خاصي دارند. شركت تحقيق، طراحي و توليد موتور ايران‌خودرو (ايپكو) يكي از واحدهاي گروه صنعتي ايران خودرو است كه گرچه وظيفه مهمي در فرايند توليد محصول نهايي دارد اما بنابر وظيفه ذاتي خود، نام كم‌تري از آن شنيده مي شود.

«مرکز تحقيقات موتور» در سال 1376 تاسيس شد. اين مركز در سال 1377 اولين آزمايشگاه موتور خود را راه‌اندازي كرده و با جلب همکاري 16 نفر از متخصصان حوزه موتور، اجراي طرح هاي تحقيقاتي و کاربردي مورد نياز صنعت را شروع كرد. در سال 1381 در حالي که تعداد كاركنان شرکت به 158 نفر مي‌رسيد، طرح ايجاد شرکت هاي رده اول در گروه ايران‌خودرو قوت گرفت، لذا «مرکز تحقيقات موتور» به سمت ايجاد شرکت رده‌اولي «تحقيق، طراحي و توليد موتور» جهت‌گيري كرد اما بعدها بخش توليد موتور مجددا به خود شرکت ايران خودرو واگذار شود و شرکت «تحقيق، طراحي و توليد موتور ايران خودرو (ايپکو)» علاوه بر فعاليت هاي تحقيق و طراحي محصولات، مهندسي محصول و تضمين کيفيت خطوط توليد موتور ايران خودرو را نيز انجام مي دهد.

براي آگاهي از فعاليت هاي اين شركت، گفت و گويي را با حسين ايزانلو عضو هيات مديره و معاون تحقيق و توسعه ايپكو انجام داده‌ايم. او كارشناس ارشد مكانيك بوده و از سال 1379 در اين شركت مشغول فعاليت است. ايزانلو ابتدا وظايف شركت را ذكر كرد و راه طولاني، دشوار و پر پيچ‌و‌خم طراحي موتور را برشمرد. از ايده گرفتن از محصولات رقبا سخن گفت و البته ملاحظاتي كه موتور EF7 در گذشته داشته است را بازگو كرد. دست آخر نيز به موتور توربوشارژ رسيد و اظهار اميدواري كه اين موتور هر چه زودتر به توليد انبوه برسد.آن‌چه در پي مي آيد مشروح گفت وگو با معاون تحقيق و توسعه ايپكو است كه جملات نقل شده از ايشان را عينا مي‌خوانيم.

شركت ايپكو از دو قسمت اصلي تشكيل شده كه يك بخش، طراحي و توسعه قواي محركه مانند موتور و جعبه‌دنده را بر عهده دارد. وظيفه بخش ديگر، پشتيباني از توليد است و در اين راستا 30 درصد پرسنل در ايران خودرو مستقر هستند.

فرايند كار ما بر اين شكل است كه معاونت استراتژي و برنامه‌ريزي ايران خودرو يك‌سري محصولات را براي آينده پيش بيني مي كند و موتور اين محصولات بر اساس نيازمندهايي مانند الزامات قانوني، مصرف سوخت، آلودگي هوا و ارزيابي بازار به صورت پارامترهاي كلي در مي آيد. در واقع پارامترهاي كلي از اين معاونت اعلام مي شود. نخستين اقدام ايپكو، تحليل و تفسير اين نيازمندهاست؛ اين‌كه چه موتوري از نظر حجم، نوع سوخت و فناوري مي تواند پاسخ‌گو باشد، مورد بررسي قرار مي گيرد. در نخستين مرحله ما كانسپت ديزاين يا همان خلق ايده را پي‌گيري مي كنيم؛ براي اين امر، الگوبرداري به ما كمك مي كند. ابتدا نمايشگاه هاي مهندسي را رصد مي‌كنيم تا ببينيم تا چه موتورهايي در چه كلاس هايي موفق بودند؛ سعي مي‌كنيم يكي دو نمونه از اين موتورها را انتخاب كرده و محصول خود را هدف‌گذاري كنيم. اگر رقيب در بازار باشد شبيه آن را انتخاب كرده و در صورت امكان چند تست را نيز انجام مي دهيم. بايد توجه كرد كه انجام تست هاي موتورهزينه‌بر است، به ويژه موتورهاي جديد كه پيچيده هستند. سعي مي كنيم با ECU اصلي و يا آزمايشگاهي، يك‌سري آزمون ها مانند ترموديناميكي، اصطكاكي و احتراقي را انجام دهيم و اگر نتوانيم اين عمليات را اجرا كنيم بر اساس استانداردها و يك‌سري از اصول هر قطعه موتور را باز مي كنيم.

البته اين عمليات به معني مهندسي معكوس براي ساختن آن قطعه نيست بلكه به مفهوم گرفتن ايده است تا موفقيت موتور در ميزان مصرف سوخت بررسي شود.همچنين دلايل ديگري مانند ارزاني آن مورد بررسي قرار مي گيرد. بنابراين يكي از ابزارهايي كه مداوم خود را به روز مي كنيم موضوع الگوبرداري و ايده‌گرفتن از محصولات رقباست. همچنين تجربيات پروژه هاي گذشته و همكاري مشترك با خارجي ها و همچنين بانك اطلاعاتي كه در چند سال گذشته تهيه شده است از منابع انجام خلق ايده است. تقريبا سخت‌ترين و مهم‌ترين بخش طراحي محصول پيچده ‌اي مانند موتور، همين خلق ايده است. روش هاي مراحل بعدي كاملا مشخص است اما شما در كانسپت ديزاين نياز به افراد متخصص و جدي داريد و در اين بخش ممكن است مشاوره بگيريم. در ارتباط با موتورهاي گازسوز و بنزيني هيچ نيازي به مشاوره نداريم اما در مورد موتور ديزلي در خلق ايده از بيرون مشاوره گرفتيم.

در واقع خلق ايده چارچوب‌هاي كلي موتور را به شما ارایه مي دهد. در اين مرحله شاخص هايي مانند سطح فناوري، حجم موتور، تعداد سيلندر و مواد اصلي مانند آلومينيوم، چدن و …. مشخص مي شود. در اين مرحله يك‌سري شبيه‌سازي تك‌بعدي هم به كمك نرم‌افزاز انجام مي شود. در مجموع به قسمت طراحي، سفارش‌گذاري شده، يك مدل سه‌بعدي اوليه نيز درست شده و به بخش هاي مختلف ارسال مي شود و آن‌ها نظرات خود را به طراحي اعلام مي كنند.

سازنده قطعات حتما بايد از پيش معلوم باشد. نمي توانيم طراحي را تمام كنيم و بعد به فكر طراح باشيم بلكه از ابتداي پروژه سازندگان بخصوص در قطعات اصلي بايد مشخص شوند، بنابراين بر اساس محدوديت هاي سازنده، بانك اطلاعاتي و همچنين بر اساس بازخوردي كه مهندسي به كمك رايانه مي دهد، تغييرات لازم روي قطعات انجام مي شود. ممكن است تغييراتي كه طراح انجام مي دهد با قسمت محاسبات مهندسي چندين مرحله رفت و برگشت داشته باشد و درهر صورت قبل از ساخت فيزيكي قطعات، طراح و سازنده به توافق مي رسند.

طراحي كامل يك موتور تقريبا سه مرحله دارد؛ مرحله نخست، نمونه‌سازي، مرحله بعد بين نمونه‌سازي وآماده‌سازي براي توليد انبوه، و مرحله سوم نيز پيش‌توليد است. در مرحله نخست، نقش محاسبات مهندسي و در مرحله دوم، نقش سازنده، مديريت هاي ساخت و توانايي ساخت مهم است. مرحله سوم نيز در واقع اطمينان از محصول است. در مجموع براي طراحي كامل يك موتور حدود 60 تا 70 موتور بايد در سه مرحله ساخته شده و همچنين هفت هزار ساعت آزمون دوام بايد گذرانده شود. حدود 30 تا 40 آزمون عملكرد را هم بايد انجام دهيم.

اقدام مهم ديگري كه انجام مي دهيم كاليبراسيون است. مي دانيد كه سهم الكترونيك و نرم‌افزار در طراحي و هزينه، بالاست. در واقع در كاليبراسيون، سخت‌افزاري داريم كه كل موتور را كنترل مي كند و ارتباطات زيادي با خودرو دارد. اين سخت‌افزار و نرم‌افزار مانند يك رايانه است و شما بايد ابتدا در آن برنامه بنويسيد. بنابراين كاليبراسيون، ديتا‌گذاري داخل نرم‌افزاراست. اجراي اين پروژه براي خودرو با سوخت يورو4 با EOBD براي شركت هاي معتبر حدود 24 ماه زمان برده و هزينه آن دو تا سه ميليون يورو است.

قاعدتا اجراي هفت هزار ساعت آزمون و يا انجام 30 تا 40 نوع تست عملكرد، نياز به سخت‌افزار و نرم‌افزارهاي مناسب دارد. ما آزمايشگاهي با 11 اتاق آزمون موتور داريم كه انواع مختلف تست ها در آن‌جا انجام مي شود؛ به عنوان مثال آزموني براي موتورEF4  انجام داديم كه كم‌تر مركزي توانايي انجام آن را داشت. براي تاييديه كارتر روغن، آ‍زمايش را انجام داديم كه اصطلاحا به آن تيلتينگ (tilting) يا كج‌كردن مي گويند. موتور را در دو محور خطي و عرضي در نظر بگيريد؛ پنج‌درجه پنج‌درجه، تا 40 درجه به آن زاويه داده و بدين وسيله آزمون‌هاي خاصي انجام شد كه واقعا كار ويژه اي بود. همچنين تست دبيتر مارشاك نيز به طور مرتب انجام مي شود كه در اين روش، موتور تا 20 درجه سانتي‌گراد زير صفر در حالي كه خاموش است، يخ مي زند و سپس روشن شده و به دور شش هزار مي رسد و به طور كامل 10 دقيقه زير بار قرار مي گيرد. تمام مواد به دماي بالا رفته و دوباره بعد از داغ شدن، يخ مي زند. در اين تست، دماي آب به 90 درجه مي رسد. اين فرآيند 170 ساعت ادامه دارد. اگر فرايند صحيح صحه‌گذاري قطعه به طور واقعي گذرانده شود و قطعه در فرايند محدوده نقشه توليد شود، درصد يا بهتر بگوييم، درميليون خرابي بسيار پايين است. البته به دليل محدوديت هاي فعلي ممكن است معيار پذيرش را آسان بگيريد و يا توليد خارج از نقشه صورت بگيرد.

ما مرحله صحه‌گذاري موتور EF7، آزمون 500 ساعته ديناميك را انجام مي داديم. در اين مرحله كه به توليد نيز نزديك شده بوديم، در 350 ساعت، موتور شاتون مي‌زد. موضوع اين بود كه در مرحله طراحي بوش شاتون، طراح تاكيد مي كرد كه بوش، درز‌دار نباشد. سازنده ما نمي توانست اين نوع بوش را توليد كند و در اين زمان ترجيح داده شد كه اين قطعه را از خارج وارد نكنيم؛ از اين رو بوش درزدار توليد شد و حدود 200 خودرو با آن موتور به بيرون داده شد. البته بعدها و در نهايت قطعه بدون درز را از خارج وارد كرديم. اين پيشرانه بعدا تا 300 هزار كيلو‌متر كاركرد هم داشت و هيچ ايرادي هم پيدا نكرد. بنابراين اگر معيار هاي طراحي لحاظ شود، مشكلي پيش نخواهد آمد.

زمان فرايند طراحي موتور از سفارش‌گذاري تا اولين نمونه، 36 تا 42 ماه است كه البته در ايران زمان بيش‌تري مورد نياز است. اين استاندارد جهاني است، ضمن اين كه بعضي اوقات نيز مي خواهيم اين زمان را كوتاه كنيم، اما اين امر نيازمند داشتن پشتوانه در خارج از كشور است. بايد توجه كرد 80 درصد طراحي دست سازنده‌هاي قطعات است و 20 درصد دست طراح كلي موتور است. طراح موتور، چهار، پنج قطعه اصلي را به اضافه شماي كلي موتور طراحي مي كند و بقيه قطعات را در عمل، سازنده مي سازد.

سازندگان بزرگ نمي توانند موفق بشوند مگر اين‌كه وارد طراحي موتور شوند. شما جنرال‌موتورز را در نظر بگيريد. بهترين طراح هاي موتور در آلمان هستند. بدون شك ب‌ام‌و در طراحي موتور از ساير خودروسازان بالاتر است. بنز هم در طراحي موفق است. در دهه هاي اخير كره اي ها هم تلاش فراواني براي اين موضوع كردند. البته ابتدا از حمايت هاي امريكا و اروپا در طراحي موتور برخوردار بودند. در مواقع بسياري همكاري مشترك دارند. به عنوان مثال يكي از بهترين موتورهايي كه در كلاس 1600 در زمينه مصرف سوخت اول شد موتور مشترك پژو-سيتروئن و ب‌ام‌و بود، البته طراحي را ب‌ام‌و انجام داد و توليد نيز به وسيله پژو-سيتروئن انجام شد. كره اي ها نيز با همين روش كار را پيش بردند. شما نمي توانيد در ساخت پيشرفت كنيد، مگر اين كه وارد حوزه طراحي شويد. يك سري مراكز مستقل هستند كه صفر تا 100 را نمي توانند خود انجام دهند، مانند ريكاردو، اما مي‌توانند ما را حمايت كنند.

دانش طراحي و ساخت ECU در دست سازندگان اصلي است. بوش و دنسو در اين زمينه داراي تجربه هستند؛ به عبارت ديگر در گذشته سخت‌افزار و نرم‌افزار عمدتا دست سازنده بود اما به تدريج و با گذشت زمان و با توجه به هزينه هاي بالاي مهندسي و وابستگي به موتور، ساختار دو قسمت شد؛ يك سخت‌افزار و يك سيستم عملكردي كه اصل دانش خودرو آن‌جاست و در حال حاضر خودروسازان بزرگ، ساختار عملكردي را دست خود گرفتند و سخت‌افزار توسط سازنده قطعات انجام مي شود. البته بعضي از خودروسازان در اين مورد به قطعه‌سازان وابسته هستند، ولي به هر حال اين راه بايد طي شود و اين خلا در كشور ما وجود دارد. ما اخيرا كاليبراسيون نرم‌افزار را انجام مي دهيم، ولي نرم‌افزار متعلق به خارجي هاست. لازم به توضيح است كه سازندگان بزرگ، هيچ وقت نرم‌افزار عملكردي را به صورت باز تحويل نمي دهند، بلكه آن را به صورت رمز يا كد در مي آورند.

در موتور EF7، طراحي به وسيله مشاور خارجي و صنعتي‌سازي توسط ما انجام شد. موتور توربو‌شارژ هم كه قرار است به زودي توسط شركت آپكو به بازار عرضه شود، به صورت 50 درصد توسط طرف خارجي و 50 درصد توسط ما انجام شد. در موتور EF4 كه از نسل موتور ملي و به صورت 1400 سي‌سي است، فقط خلق ايده توسط مشاور خارجي انجام و بقيه امور توسط ما انجام شد. در ارتباط با موتور بنزيني و گازسوز، چه از لحاظ دانش، ابزار، نرم‌افزار و چه از نظر تجربه، وابستگي وجود ندارد. در مورد موتور ديزل چون دانش آن فرق مي كند در مرحله خلق ايده با شركت AVL همكاري داشتيم، اما پروژه بعد از آن توسط خودمان انجام شد. در مورد موتور كامل هم وابستگي خاصي نيست، اما چون اتاق ضدپژواك يا آكوستيك نداريم، نمي توانيم در اين زمينه تسلط لازم را پيدا كنيم.

 مهم‌ترين پروژه ما موتور توربوشار‍ژ است كه بايد به توليد انبوه برسد. موتور EF4 كه تقريبا در مرحله صنعتي‌سازي آن هستيم، طراحي و تست هاي عملكردي خود را انجام داده و آزمون‌هاي دوام آن هنوز مانده است. در مورد پروژه ديزل هم مرحله نخست آن ساخته شده و تست 24 موتور نيز انجام شده است. مرحله دوم طراحي تغييرات (modifications) نيز صورت گرفته و بايد به سمت مرحله دوم برويم.