新能源汽車引起傳統(tǒng)汽車制造工藝與裝備大變革，關(guān)系到整個(gè)制造圈

2016-10-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

筆者說

由于新能源汽車在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零部件和整車的制造上都與傳統(tǒng)汽車有了重大差異,那么這種重大差異對(duì)汽車的制造工藝與裝備會(huì)帶來什么重大變化,對(duì)相關(guān)的行業(yè)又會(huì)產(chǎn)生哪些重大的影響,這需要我們?cè)诋?dāng)前就要開始注意和思考并在今后高度關(guān)注和采取相應(yīng)的措施。

2015年我國新能源汽車生產(chǎn)340471輛,銷售331092輛,同比分別增長3.3倍和3.4倍,遠(yuǎn)高于同期非新能源車汽車的產(chǎn)銷增量。新能源汽車已經(jīng)成為汽車消費(fèi)的一個(gè)不可忽略的力量。發(fā)展新能源汽車研發(fā)和制造既代表了世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向,也是世界各主要國家和汽車制造廠商的共同戰(zhàn)略選擇。

需要注意的是,目前大家比較關(guān)注的是新能源汽車的產(chǎn)品工程技術(shù),因其直接關(guān)系到新能源汽車的續(xù)駛里程、功率、加速性、電池壽命等主要性能指標(biāo),可是要獲得高質(zhì)量的、可靠的、真正具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力成本的電動(dòng)汽車,我們不僅需要繼續(xù)在新能源汽車的產(chǎn)品工程上下功夫,還需要高度重視和發(fā)展電動(dòng)汽車的制造工程技術(shù)及其相關(guān)的工藝和裝備,特別是當(dāng)新能源電動(dòng)汽車隨著市場(chǎng)需求的增加而投入大批量生產(chǎn)的時(shí)候,制造技術(shù)是否先進(jìn)、高效,制造成本是否具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,制造出來的產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性、一致性及其工作的可靠性如何,就將成為新能源汽車發(fā)展成功的重要因素之一,而其所反映出來的產(chǎn)品的性價(jià)比就必然成為市場(chǎng)的關(guān)注點(diǎn)。

與此同時(shí),我們還要注意到,由于新能源汽車在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零部件和整車的制造上都與傳統(tǒng)汽車有了重大差異,那么這種重大差異對(duì)汽車的制造工藝與裝備會(huì)帶來什么重大變化,對(duì)相關(guān)的行業(yè)又會(huì)產(chǎn)生哪些重大的影響,這需要我們?cè)诋?dāng)前就要開始注意和思考并在今后高度關(guān)注和采取相應(yīng)的措施。

新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)

新能源汽車的種類比較多,現(xiàn)階段所說的新能源汽車主要是指純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車及燃料電池汽車。當(dāng)前發(fā)展較好的是純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車, 其中純電動(dòng)汽車會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的汽車制造工藝和裝備產(chǎn)生重大影響。

早在“十五”期間,我國就確立了“三縱三橫”的新能源汽車的研究開發(fā)布局?！叭龣M”是指純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車的整車。“三縱”是指電池、電機(jī)和控制系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件。提出以整車開發(fā)為主導(dǎo),關(guān)鍵零部件和相關(guān)材料緊密結(jié)合、基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)調(diào)發(fā)展,政策法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)估技術(shù)同步展開的基本方針。

一般說來,新能源汽車產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)有:

(1)整車共性技術(shù),如整車和系統(tǒng)集成、強(qiáng)電安全技術(shù)、電磁兼容性技術(shù)、整車輕量化技術(shù)、熱管理技術(shù)等。

(2)純電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù),如動(dòng)力電池系統(tǒng)集成和控制技術(shù)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總成及其匹配和控制、能量回收與分配及優(yōu)化控制技術(shù)等。

(3)混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù),如機(jī)電耦合技術(shù)、動(dòng)力電池系統(tǒng)集成和控制技術(shù)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總成及其匹配和控制、整車和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制技術(shù)、能量回收與分配及優(yōu)化控制技術(shù)等。

(4)燃料電池汽車關(guān)鍵技術(shù),如燃料電池技術(shù)、燃料電池系統(tǒng)匹配與優(yōu)化控制技術(shù)、車載高壓供氫系統(tǒng)技術(shù)等。

(5)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),如驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)、系統(tǒng)熱管理、高性能絕緣材料、高性能永磁材料技術(shù)等。

(6)車用動(dòng)力電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),如動(dòng)力電池及成組技術(shù)、系統(tǒng)集成、電池管理系統(tǒng)、正負(fù)極材料、鋰離子電池隔膜技術(shù)等。

(7)電動(dòng)輔助系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),如電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)等。

新能源VS傳統(tǒng)汽車制造有何差別?

新能源汽車的制造一方面與傳統(tǒng)汽車的制造在制造工藝與裝備上有傳承關(guān)系,另一方面由于新能源汽車采用了新的動(dòng)力來源和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其相應(yīng)的控制系統(tǒng),它在制造上又與傳統(tǒng)汽車在生產(chǎn)工藝與裝備上存在著很大差異。

其中變化最大的是在汽車動(dòng)力總成的制造上,如果是純電動(dòng)新能源汽車,其動(dòng)力總成的關(guān)鍵制造技術(shù)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:電池系統(tǒng)的制造及其工藝與裝備,電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制造及其工藝與裝備,電控系統(tǒng)的制造及其工藝與裝備,另外還涉及高效方便的充電設(shè)施的制造與安裝等。

新能源汽車在整車車身的制造上,與傳統(tǒng)汽車的車身差別不大,通常還是需要沖壓、焊裝、涂裝等工藝及相應(yīng)的設(shè)備和輸送裝置等。但沖壓工藝中需要考慮由于電池、電控裝置等在汽車中的安裝位置引起的底板、發(fā)動(dòng)機(jī)倉、后備箱等沖壓件及其總成的變化,需調(diào)整或設(shè)置相應(yīng)的工序、模具等。

在焊裝工藝中需考慮由于更多輕量化材料的使用如鋁合金、碳纖維復(fù)合材料等的應(yīng)用等,要求相應(yīng)的連接工藝技術(shù)的創(chuàng)新,如新型粘結(jié)工藝、新型鉚接工藝、新型焊接工藝等,以及相應(yīng)的焊裝夾具和焊裝機(jī)器人。

在總裝配工藝流程中主要的變化是需相應(yīng)的安排電池、電機(jī)、電控裝置、高壓線束等新增零部件的裝配以及電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等電驅(qū)動(dòng)的其他汽車零部件的裝配工序和相應(yīng)的工裝。在裝配工藝安排中特別強(qiáng)調(diào)了操作中的涉電安全性。在生產(chǎn)過程中,要求生產(chǎn)和存儲(chǔ)區(qū)域應(yīng)有效識(shí)別危險(xiǎn)源,對(duì)電池的存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝、接線和裝配線的運(yùn)行方面,都應(yīng)制定安全防護(hù)措施(包括管理方案和應(yīng)急措施)。生產(chǎn)線上應(yīng)明確提出對(duì)溫度與濕度、用電安全(電線的絕緣與裸露情況的處理)、安全防護(hù)方面的要求并具有相應(yīng)的措施和裝備。

在整車檢測(cè)線上,新能源汽車工藝與裝備傳統(tǒng)汽車有明顯差別,一般說來,整車檢測(cè)涉及到汽車主要功能、性能的檢驗(yàn)的各個(gè)方面,傳統(tǒng)汽車車輛從裝配線上下來后都要進(jìn)行排放、制動(dòng)、懸掛、側(cè)滑、車輪定位、燈光等多項(xiàng)檢測(cè),對(duì)于新能源電動(dòng)汽車而言,新增了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及高壓電系統(tǒng)的檢測(cè)等,加強(qiáng)了電性能和電安全性的檢測(cè)。

新能源動(dòng)力總成制造對(duì)金屬切削加工有何影響?

機(jī)床和刀具制造業(yè)與汽車制造業(yè)有著極為密切的關(guān)系,中國從2009年開始汽車產(chǎn)銷量全球第一,相應(yīng)地也連續(xù)多年機(jī)床消費(fèi)量全球第一。同時(shí)汽車制造業(yè)也是對(duì)金屬切削加工刀具需求量最大的行業(yè)。

【中國各行業(yè)對(duì)刀具的需求】

可是這一切,可能會(huì)由于電動(dòng)汽車的快速發(fā)展而發(fā)生重大變化。

對(duì)于純電動(dòng)汽車來說,其動(dòng)力總成的制造不再需要傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī),相應(yīng)地不再需要發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸和連桿等零部件了,不再需要對(duì)這些零部件進(jìn)行銑削、鉆孔、鏜削、螺紋加工、磨削、珩磨等多種復(fù)雜的金屬切削加工,各類專門針對(duì)此類零件的加工研究開發(fā)出來的加工中心機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線、硬質(zhì)合金刀具、超硬刀具、復(fù)合加工刀具等都失去了英雄用武之地。

而動(dòng)力總成的這些零部件的加工車間正是汽車制造業(yè)中使用金屬切削加工機(jī)床和各類切削加工刀具量最大的部門,如果純電動(dòng)汽車的發(fā)展進(jìn)入大批大量的生產(chǎn)并逐步替代傳統(tǒng)動(dòng)力總成的生產(chǎn)制造,會(huì)出現(xiàn)以下情況:

金屬切削加工機(jī)床和各類切削加工刀具的應(yīng)用會(huì)逐步減少,

原有的相關(guān)制造工藝和制造車間會(huì)轉(zhuǎn)型,

相關(guān)的制造工程師和生產(chǎn)線工人也會(huì)轉(zhuǎn)換崗位,以適應(yīng)新的生產(chǎn)制造工藝的需要, 相關(guān)的機(jī)床和刀具制造企業(yè)會(huì)受到影響。

當(dāng)然這主要是針對(duì)純電動(dòng)新能源汽車而言,對(duì)于目前發(fā)展勢(shì)頭也很好的混合動(dòng)力汽車來說,由于其仍然保留著內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng),那么內(nèi)燃機(jī)的制造中,缸體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸以及變速器相關(guān)零件等金屬切削加工量最大的零部件件仍然存在著,其對(duì)金屬切削加工的需求就基本沒有什么變化。

另外即使是純電動(dòng)汽車,對(duì)金屬切削加工需求基本保持不變的也有相當(dāng)一部分零部件,如對(duì)車橋、減速器、差速器、傳動(dòng)軸、制動(dòng)器等零部件的金屬切削加工需求基本保持不變。而且還新增加了一部分需要金屬切削加工的工作量,如在新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制造中需要對(duì)電機(jī)軸、電機(jī)殼體等進(jìn)行金屬切削加工,對(duì)新增加的各類模具的金屬切削加工等(其中包含各類特種加工)。

對(duì)上下游產(chǎn)業(yè)鏈有何影響?

新能源汽車的生產(chǎn)制造工藝及其裝備發(fā)生了很大變化,其中汽車動(dòng)力總成的制造變化最大,如果是純電動(dòng)新能源汽車,其動(dòng)力總成的制造會(huì)在以下幾個(gè)方面出現(xiàn)了新的需求:

1電池系統(tǒng)

電池系統(tǒng)的制造及其工藝與裝備、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制造及其工藝與裝備、電控系統(tǒng)的制造及其工藝與裝備、高效方便的充電設(shè)施的制造與安裝及其工藝與裝備等。例如,對(duì)于鋰電池的生產(chǎn)來說,就需要如下的系統(tǒng)及其裝備。

設(shè)備需要:真空行星攪拌機(jī),將各種電池材料均勻的攪拌成漿狀;電極涂布機(jī),將攪拌后的漿料均勻涂膜在金屬箔片上;卷繞機(jī),將制造好的極片卷繞成電池;注液機(jī),保證在流水化生產(chǎn)中高精度地將電解液真空注入電池包裝材料內(nèi);化成測(cè)試設(shè)備,將做好的電池充電活化,產(chǎn)生電壓,同時(shí)測(cè)試電池的容量等。

2產(chǎn)業(yè)鏈上下游

新能源汽車的大規(guī)模制造和替代傳統(tǒng)汽車將會(huì)對(duì)汽車制造的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生很大影響,上游和下游都會(huì)受到影響,一方面是一些原有的需求量很大的原材料或零部件及其相關(guān)的工藝及裝備不再需要了或減少了用量;另一方面是產(chǎn)生了新的需求,如對(duì)上游來說,為了制造電池大量需要新型的電池正、負(fù)極材料和隔膜等零部件,需要有相應(yīng)的制造這些零部件的工藝裝備;對(duì)下游來說,出現(xiàn)了大量的對(duì)充電設(shè)施和充電服務(wù)的需求,增加了對(duì)電池回收處理的需求,同樣需要有相應(yīng)的工藝裝備。

另外還需注意到,新能源汽車的制造從中小批量的生產(chǎn)到大規(guī)模的大批、大量生產(chǎn)在制造工藝、制造所應(yīng)用的裝備和質(zhì)量控制方法上都有重大的區(qū)別,在這過程中還會(huì)出現(xiàn)很多變化和新的需求,同時(shí)出于適應(yīng)市場(chǎng)需求的柔性化生產(chǎn)要求也會(huì)對(duì)制造工藝與裝備帶來挑戰(zhàn)和新的機(jī)遇。

影響的不僅僅是技術(shù)

制造工藝與所采用的裝備的改變影響到的不僅僅是在技術(shù)方面,而且還會(huì)表現(xiàn)在應(yīng)用這些工藝與裝備的人員的方面,如工作崗位的變動(dòng)、對(duì)新技術(shù)與工藝裝備的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)、企業(yè)組織架構(gòu)的變動(dòng)等方面。

好在我們還有足夠的時(shí)間來進(jìn)行思考和應(yīng)對(duì),因?yàn)樾履茉雌嚹壳斑€只是在發(fā)展的初期階段,要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地用電動(dòng)汽車取代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車,以獲得顯著的空氣改善和總體上能源消耗降低的效果,我們?cè)谛履茉雌嚨拇笠?guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化方面還有很長的路要走,很多技術(shù)特別是象動(dòng)力電池等關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步突破,純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程還需進(jìn)一步延長,充電設(shè)施和充電裝置等配套設(shè)施的完善還有很多工作要做,新能源汽車的制造成本還需要花極大的努力來降低。目前的新能源汽車的快速發(fā)展很大程度上還是有賴于國家政策的支持,插電式混合動(dòng)力汽車銷售量比純電動(dòng)汽車還是大一些,這也降低了對(duì)可能出現(xiàn)的金屬切削加工機(jī)床和刀具等在汽車制造業(yè)的需求量下降的擔(dān)心。

但是加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和降低能源的消耗是迫切和長期的任務(wù),是政府和全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn),這會(huì)催生新技術(shù)和新產(chǎn)品的誕生;而新技術(shù)和新產(chǎn)品的誕生會(huì)對(duì)原有的制造工藝及其裝備產(chǎn)生巨大的沖擊,也會(huì)改變?cè)械纳舷庐a(chǎn)業(yè)鏈,同時(shí)也將創(chuàng)造大量的新機(jī)會(huì)。

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