以新材料、新工艺、新技术落地应用为基础的新一轮汽车生产方式变革加速推进,成为汽车企业提质、降本、增效的重要途径,也是下阶段汽车产业竞争的关键环节。车百智库近日发布《汽车生产方式创新变革的方向与路径》,梳理了当前汽车生产方式创新变革的方向。
广义的汽车生产制造成本涵盖技术研发、材料及零部件采购、生产运营、供应链与物流管理等多个维度,占到汽车整体成本的60%以上。回顾汽车产业两次重大的生产方式变革,均通过一系列技术、工艺创新,融合推动生产流程再造和优化,带来了更高效率的生产模式和更低成本的产品。
20世纪10年代,福特开创流水线生产方式,通过不断分工,将生产流程切割成小生产单元,按照串联的先后顺序推进,生产效率大幅提升。汽车售价因此由当时的每辆8000 美元降到每辆850 美元, 同时生产效率提高了 4 倍。20世纪60年代,丰田以“自动化”和“准时生产”为基本原则,通过快速换模等重要技术创新,使流水线生产满足小批量、多样化生产需求,优化了各个环节产生的库存,打通了客户、工厂、供应链等各个环节,显著提升了生产效率,降低了产品不良率。
当前阶段,汽车电动化、智能化转型,带动了汽车动力类型和产品定义的颠覆性变革,为汽车制造带来新的机遇和挑战。
一方面,汽车产品的轻量化、定制化需求,倒逼汽车生产向“柔性化、集成化、数字化、绿色化”转变。减轻车身重量对提升新能源汽车的续航里程至关重要,每减轻10%的车身重量,续航里程可提高约5%-6%。不同消费者对外观、内饰、配置需求各异,为满足这些需求,企业需通过数字化技术对生产过程进行全面监控与精准优化,以提升集成度降低系统复杂性、提高系统协同性,并采用柔性化生产快速响应不同订单需求。如五菱“岛式工厂”基于EODP数字化平台,可实现不同架构下多种车型的柔性混线生产,生产的自动化率提升至五成、操作人员数量减少约三成。
另一方面,生产方式变革是适应汽车产业降本增效要求的可行方式。2017-2024年,特斯拉通过车辆设计优化、生产效率提升、一体压铸技术等方式,使得单车平均制造成本下降约57%。当下,国内整车企业和汽车产品种类众多,产品迭代速度不断加快,产品供给与需求收缩间的矛盾,导致市场竞争继续加剧,新能源汽车“价格战”愈演愈烈,甚至一些企业陷入“降价不增量、增收不增利”的怪圈,企业降本诉求迫切。与此同时,部分企业在营销、技术、品牌等维度极具创新特质与竞争优势,在生产制造环节却遇到瓶颈。从这一视角审视,在汽车制造领域实现成本更低、效率更高、品质更优的目标愈发重要。
我国在汽车电动化、智能化发展阶段打下良好基础,亟需进一步推动生产方式变革。2024年,我国新能源汽车销量达1286.6万辆,在全球占比连续超过60%。消费电子、人工智能、信息技术等领域,持续向汽车行业渗透、融合,为行业发展注入新活力。但也存在部分企业更为关注产业价值链的两端,即前端的研发和后端的销售服务,从而产生对基础生产制造环节投入不足的问题。很多企业在汽车生产方式创新方面还处在追赶阶段,加速汽车生产制造方式的变革进程,已成为汽车产业提升核心竞争力、深度参与全球角逐的关键路径。
在新一轮生产方式变革中,特斯拉等企业率先推动一体化压铸、CTC电池包集成、数字化技术落地,中国新能源车企快速跟进布局。以“三新”为特征的新型生产方式,正在推动汽车新生产方式变革,其主要特点包括:
一是新材料应用。材料是影响汽车轻量化的关键,同时也深刻影响着汽车的性能、安全性、耐用性、环保性以及制造工艺与成本。例如铝合金具有轻质、抗拉强度高、回收性好、耐腐蚀等特点,材料密度显著低于高强度钢,是目前应用较为广泛的汽车轻量化材料;镁合金具有高比强度、比刚度和良好的铸造性、抗震减噪能力,在轻量化和一体化压铸技术发展中前景广阔;聚酰亚胺、聚醚醚酮等高性能塑料及其复合材料因具备轻质、耐腐蚀、易加工等特性,在汽车内外饰、功能件等领域潜力巨大;碳纤维以其低密度、高强度、耐腐蚀等特点,近年来开始在汽车轻量化中广泛使用。
二是新工艺引入。传统汽车生产流程主要由冲-焊-涂-总四大工艺串联进行。而特斯拉引领的一体化压铸工艺通过超大型压铸机,利用高压铸造技术,将多个零件集成一体铸造成型,不仅极大减少了零件数量和焊接点,更有效提升了汽车的车身结构强度,从而提高了车辆的整体安全性与组装效率,推进汽车制造工艺进入新的发展阶段。
此外,3D打印技术以其个性化定制、复杂结构一次成型的能力,不仅能实现汽车轻量化结构的优化设计,同时可缩短产品开发周期;激光焊接技术通过不同材料、不同厚度的钢板拼接,保障了各类车身结构的轻量化设计落地。
三是新技术落地。以数字化、人工智能等为代表的新兴技术,正加速向汽车生产制造、检测及服务等环节渗透,驱动汽车制造业发生重大转变。以往汽车企业设备老旧无法联网,生产管理人员无法及时了解生产及设备运行状态。通过数字化工具与设备,可实时监控质量指标,确保产品质量稳定。传统人工质检效率低、实效慢,数字化技术能够实现自动质检,提高检验效率与准确度。与此同时,部分整车企业通过人工智能创建虚拟工厂模型,模拟生产流程,以优化生产布局和资源配置;依托人工智能模型精准分析传感器数据,监测机器状态,执行以前由人工完成的任务,例如焊接和装配等。这些人工智能技术进一步提升了汽车生产制造的效率与灵活性。
新材料、新工艺、新技术三者有机协同,共同推进新一轮汽车生产制造方式的变革。新材料的独特性能是新功能在汽车端应用的基础,新工艺是材料加工、技术集成和落地应用的途径,新技术为产品的落地和效率的提升提供重要保障。如特斯拉是充分调动在材料、工艺和数字化管理技术方面的底层能力,才最终推动一体化压铸技术落地。
材料方面,特斯拉有独立的材料工程部门,研究覆盖金属、非金属、玻璃、化学品、高分子等领域;工艺方面,特斯拉打造部件级、整车级、产线级、工厂级的工艺改进能力,创新一体化压铸、并行组装工艺等;数字化管理方面,特斯拉自建IT团队,主导数字化升级并参与到“设计-工程-制造”的全流程中。此外,丰田提出的下一代纯电动车生产技术,涉及底盘部分一体成型、车身结构、自动化移动生产等,也体现了以新材料、新技术、新工艺为基础的汽车生产方式创新。
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