新十年伊始,汽车制造企业、专业咨询公司、行业技术协会都在讨论未来汽车工业的发展趋势,汽车怎么演变?汽车又怎么制造?我们来看看这些大咖对汽车制造业都说了些什么?

 

 

1. 疫情带来的变革

尽管疫情并没有得到根本性控制,复工复产还是成为了主旋律。以美国为例,在疫情影响下,2020 年初主机厂和供应商的工厂关闭了大约四分之一,目前都已恢复生产。汽车可以说是美国应对疫情的领头羊,因为它早在被要求生产呼吸机和一系列 PPE(个人防护)装备之前就已开始复产。这说明这个行业是由高素质人员组成的;制造业的灵活性和供应链资源的深度可以重新配置工厂以保护员工。也就是说,汽车工业的不断努力使其动力系统电气化,自动化程度提得以高,让他们在非常时期获得了回报。

 

自动化也离不开人 

 

尽管疫情对汽车制造业产生了巨大的影响,但技术趋势和商业考量仍然会产生影响。未来,自动化不仅仅适用于同一零件的大量生产,也正越来越多地用于制造车间的高混合、低产量的工作。

 

一个例子是菲亚特 - 克莱斯勒工厂。不管一个工厂的自动化程度有多高,简单的事实是,每个厂都有数百人在相对较近的地方工作,而这一点在 3 月初并没有被认为是一个问题。3 月中旬,为了使工厂恢复运转,管理者对工厂的运行做出了广泛的修改。

 

正如该公司全球首席制造官在北美工厂重新开放前所说,“我们与工会密切合作,制定了相关协议,确保我们的员工在工作中感到安全,并采取了一切可能的措施来保护他们。”他们还与世界卫生组织(WHO)、疾病控制中心(CDC)和职业安全与健康管理局(OSHA)进行了协调。

 

在员工回到工厂前,该公司向美国和加拿大的员工发送了大约 47000 个信息包,通过实施多层保护来防止病毒的传播。

 

Scott Garberding:危则思变

 

菲亚特 - 克莱斯勒汽车公司在安全方面采取的一些措施包括:

•清洁和消毒 5700 多万平方英尺的生产场地

 

•分发 135 只手持式喷雾器

 

•安装了 2000 多个洗手站

 

•分析和评估了 17000 多个工作站是否可以保持六英尺的社交距离

 

•在 4700 多个工作区域重新设计或增加保护屏障

 

Garberding 表示:“我们采取了一种‘双保险’的方法,工人到达工作地点后,有热成像相机和自我筛选问卷。工作开始前,首先清洁工作现场。员工在设施内工作时必须戴口罩和安全眼镜。”

 

2. 电动汽车使制造大大简化

在行业趋势方面,由于电动汽车内部更简单,电气化意味着大大简化了制造过程。Paul Eichenberg 顾问公司首席策略师、总经理 Paul Eichenberg 说:“内燃机(ICE)和电动汽车动力总成的部件数量就像苹果和桔子。”意为属于两种不同类型的水果,大相径庭。

 

Paul Eichenberg:内燃机和电动动力总成一繁一简

 

Eichenberg 补充说:“大众 e-Golf 有许多微小的冗余部件,如母线、保险丝、支架、继电器等,而不是 ICE 使用的金属铸件、冲压件、锻件和注塑件。”虽然都是“水果”,与传统 ICE 相比,电动动力总成的基本特性就是简单性。据悉,大众 e-Golf 已于 12 月 23 日在德累斯顿工厂停产,以为新款 ID.3 生产让路。

 

有没有想过,为什么像 Lucid、Lordstown Motors 和 Nikola 这样的初创汽车主机厂都在研发电动动力总成(即使是氢燃料汽车也是电动汽车)呢?就是因为电动动力总成给了新势力巨大的机遇。

 

“马洪河谷(俄亥俄州)正开始成为‘电压谷’。我们真的认为这是一个机会,可以说中西部是制造车辆的地方。我们不能让加州(特斯拉)拥有所有的乐趣。”Lordstown Motors 创始人兼首席执行官 Steve Burns 说。该公司已推出首款电动皮卡,预计明年上市。

 

Steve Burns 叫板马斯克

 

被誉为特斯拉最大潜在对手的 Lucid Motors 也在前几个月发布了第一款量产车型——Lucid Air 纯电动豪华轿车,每次充电的里程为 517 英里。Lucid Motors 是特斯拉创始人 Martin Eberhard 与老东家“爱恨情仇”的结晶。

 

Martin Eberhard 有个“复仇”计划

 

随着行业的电气化程度越来越高,无论是缸体、钟形罩、活塞还是连杆,制造出来的大型零部件的数量都将被越来越少的零部件所取代。我们还是看看传统主机厂的四辆典型电动汽车内有什么关键吧。

 

·大众 Volkswagen ID.3

大众 ID.3 车型有两级单速变速箱和 150kW 的驱动系统。为了使传动装置紧凑,使用两个较小的齿轮而不是一个较大的齿轮。该电机提供 310Nm 的最大扭矩,速度范围宽泛;最高速度 99mph,转速达 16000rpm。由于电力驱动系统非常安静,要求部件的加工必须精确,以便在运行过程中不会产生不必要的噪音。

 

精密齿轮变速箱

 

·梅赛德斯 eCitaro

全电动梅赛德斯 eCitaro 是一辆城市公交车。它使用 ZF AVE 130 电动门式车桥,搭载轮毂电机。每台电机的峰值输出为 125kW,扭矩为 485Nm。动力来自总容量为 292kWh 的锂离子电池。电池封装在多达 12 个模块中。由于城市公交车的行驶条件,行驶里程从 106 英里(夏天空调运行)到 174 英里(理想条件下)。

 

城市公交车构造

 

·保时捷 Taycan

保时捷 Taycan 后桥上使用双速变速器,第一档传动比为 16:1,第二档约为 8:1,最高速度达到 161mph。三个轴中有两个正齿轮级和一个行星齿轮组,可明显提升车辆的动态性。

 

Taycan 后电机最大扭矩可达 610Nm。永磁同步电机相对于感应电机(特斯拉用感应电机)的优势是高效(中低速更明显)、体积小、散热性能更好,而价格较高不是保时捷所考虑的因素。

 

双速变速器

 

·奥迪 e-tron S

奥迪已经为其 e-tron 和 e-tron Sportback 车型开发了一个“S”版本,使这些车型成为全球首款批量生产的三电机电动汽车。动力方面,搭载的三台电机采用前一后二模式,最大功率为 320kW,最大扭矩为 808Nm,在“增压”模式下,其最大输出功率为 370kW,峰值扭矩为 973Nm;电子限制的最高速度是 130.5mph。

 

这些车辆名义上是后轮驱动,在驾驶员加速更猛或检测到车轮打滑之前,前电机是无动力的。车辆提供带扭矩矢量控制的全轮电动驱动,因为每个电机都通过变速器向车轮提供动力,没有机械式后差速器。

 

三电机电动驱动

 

3. 主机厂要考虑哪些关键指标

生产汽车,不仅仅要考虑劳动力成本或供应链长度,这很复杂。咨询公司 Accenture 的董事总经理兼出行业务负责人 Brian Irwin 表示,大约五年前,“回流”或“正确的支持”受到了广泛关注。

 

 

Brian Irwin:生产汽车需要因地制宜

 

他指出:“不同国家有不同的考虑。比如使用与铝有关的部件,因为一些国家的电力成本没有竞争力。”他表示,主机厂和 Tier 1 需要考虑的供应链关键指标包括:成本、质量、性能、重量和可持续性。他说:“他们都有一个计算出来的评估方程,这个方程必须考虑上述指标。”

 

至于采购决策,Irwin 说:“不是由一个维度驱动的,公司必须对标准打分,并对每个标准进行适当权衡。决策就是这样做的。”

 

更重要的是,他指出,没有“一个模型可以适用于一辆车的所有部件。”例如,如果它是一个低价值、高劳动力的部件,那么很可能境外生产有巨大的优势。而由于不间断供应链的重要性,以及对生产计划变化的反应能力,本地劳动力成分较少的其他组件可能更有意义。

 

以座椅为例,虽然座架是一个可以在许多地方冲压、成型和焊接的子组件,但最终座椅组件需要在“离最终装配厂相当近的地方”进行装配。首先,座椅是相当大的部件,不适合运输;另一方面,它们必须按特定车辆(车型、内饰、颜色)的顺序装运。更重要的是,可能会有突然的生产计划变化,所以生产需要就近。尽管如此,Irwin 还是认为,成本、质量、性能、重量和可持续性,“一切都必须根据总体框架来衡量。”

 

4. 汽车业下一步怎么走?

与一些人工智能(AI)和机器学习方面的专家交流,他们会告诉你:数字驱动着物理学。

 

当与美国制造技术协会(AMT)副总裁兼首席技术官 Tim Shinbara 交谈时,你可能会认为讨论的重点是物理方面的东西,比如机器。如果你这么想,那就错了。

 

Tim Shinbara:制造技术的进步依靠数字工具

 

当谈到制造技术的不断进步时,他认为很大程度上要依赖数字工具:机器学习算法、人工智能等。

 

当研究对象转向更实际的东西,比如加工中心主轴时,他提出的观点是,先进的整体式电机主轴不仅提供了对 G 代码(G-code,又称 RS-274,是最为广泛使用的数控编程语言)的快速响应时间,而且还提供了“一整套不同的信息流给控制器”。关于环境的信息、振动、刚度数据、信息流可以转化为可采取行动的智力。

 

·标准化数据

Shinbara 说,机床供应商和学术研究人员都在研究有助于“调整”机器的系统,以便操作能够满足要求。各个部分之间需要有更大的一致性。

 

虽然目前机器上有大量现有的传感器和仪器可用,但 Shinbara 说,其范围将扩大,以便对一整套输入数据进行分析和评估,以改进和调整加工过程。

 

他说:“重要的是将数据标准化,以便用于分析。”其中一些工作是在云中完成的。进行这项工作要离操作现场更近,比如在工作间或工厂车间。

 

尽管有很多公司在研究这项技术,包括机器制造商、控制供应商和第三方软件供应商,Shinbara 说,他们确实完成了一些工作,但它仍然不是现成的。尽管如此,Shinbara 说,“一劳永逸的概念正变得越来越现实。”

 

·机器人的进步

Shinbara 认为明显进步的一个技术领域是机器人,它主要还是由信息驱动的。他说,改进的视觉系统和激光跟踪器的部署为机器人提供了“一个更好的工作单元的真实场景。”

 

在这个领域里,一个重要因素是辨别“一个好的数据点和一个坏的数据点”。因此,虽然训练机器做出这些决定仍然是一项艰巨的任务,但是,由于在工厂之外的其他领域所做的工作,学习曲线正在缩短,比如自动驾驶。在这方面,系统必须了解什么是真正的车辆或行人,什么不是;一些不总是成功的事情,可能产生致命后果。

 

Shinbara 说,机器人可控制采用 AI 的精确而经济的视觉系统,用来创建从时间和准确性角度做出“智能动作”的机器人系统,实现快速、精确的装配操作。

 

“机器人正从机械工程走向计算机科学世界,”他说,另一个重要的发展是机器人变得越来越即插即用。也就是说,你可能有一个 A 公司的机器人,但用 B 公司的机器人来控制。他说,这是由标准协调来推动的,标准协调主要发生在工业物联网(IIoT)领域,标准开发者包括 MTConnect、ROS-Industrial 和 OPC UA。

Shinbara 认为,更智能、更经济的机器人可以利用更少人员的能力帮助制造业运营,以应对人才短缺问题;但最终,机器人技术创造的新就业机会反而要多得多。

 

·增材制造

Shinbara 说的增材制造(Additive Manufacturing,AM)就是 3D 打印。他指出,从机器人到增材的发展,就是利用机器人被赋予的空中操纵能力的结构来制造产品。换句话说,机器人不仅仅是油漆和焊接的工具,实际上可以成为一台零件制造设备。

 

增材制造产品

 

他认为,总的来说,无论是材料类型还是粒度,都会有很多进步。这使得人们更加关注构建之前、构建期间和构建之后如何处理材料。

 

关于增材,他还指出,进入资本类装备领域的各种公司(如惠普和施乐),正在使过去受到传统制造方式约束而无法实现的复杂结构件制造变为可能。

 

的确是技术无止境啊!