浅析我国汽车行业智能制造装备发展现状与挑战

  浅析我国汽车行业智能制造装备发展现状与挑战  刘双虎Summary：本文分别介绍我国汽车行业智能制造相关智能研发装备、自动化成套生产线系统、工业机器人以及数控机床等制造装备的发展现状、竞争格局，指出我国汽车行业智能制造装备与国际先进水平的差距。探讨了汽车行业智能制造装备总体未来发展趋势，分析了面临的挑戰并提出发展建议。Key：智能制造装备;发展现状;发展趋势;挑战0 引言我国已经成为全球最大汽车市场，正在由汽车制造大国向汽车制造强国转变，实现高质量发展已经成为我国汽车产业未来发展重要任务。智能制造是实现我国汽车行业高质量发展的重要途径，智能装备是智能制造的关键体现载体。智能制造装备主要包括智能控制系统、自动化成套生产线、智能仪器仪表、高档数控机床、工业机器人等。陆建林（2018）等提出我国工业机器人等智能装备具备广阔市场空间;徐浩（2019）提出我国智能装备产业存在行业规范 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 不统一、自主创新能力薄弱、制造业专业人才缺失等问题。我国汽车行业智能制造装备市场规模巨大，但仍存在自主核心技术缺乏、产品性能较差、关键装备对外依赖度高等问题。本文对我国汽车行业相关智能制造装备问题的研究，希望给装备供应商未来发展提供一定的借鉴意义。1 我国汽车行业智能装备发展现状及竞争格局汽车智能装备集成和融合先进制造技术、信息技术和智能技术，满足汽车行业产品工艺和流程制造要求，对机械、电子、控制、工业软件、传感器、人工智能等跨领域多学科知识综合集成运用。智能装备在汽车产品生命周期应用主要集中在研发设计和生产阶段，其中在研发设计阶段主要提供智能测试仪器、台架、环境仓等装备;在生产阶段主要提供包含面向不同车间生产线的自动化成套生产线系统、工业机器人以及数控机床等装备产品。1.1智能研发装备智能研发装备主要应用在研发设计阶段的先进技术开发、产品的概念设计、工程设计和试制试验等环节。先进技术开发方面主要是提供系统开发仿真装备、试验验证装备等。概念设计主要服务内容是模型制作以及模型数据的采集装备。工程设计阶段主要用于软硬件开发的在环仿真装备。试验验证方面是智能研发装备应用最多领域，覆盖整车、系统和零部件的各方面内容。在汽车行业研发装备供应方面，轻型汽车在先进技术和整车及动力总成性能试验、仿真模拟等关键核心试验测试领域装备需求量大，但几乎被国外供应商垄断，国内供应商提供产品集中在部分测功机台架、试验舱室体以及零部件试验设备等方面。重型商用车研发装备主要应用在整车和动力总成测试方面，部分核心关键设备依赖进口，大部分辅助设备以国内设备为主。（表1）未来，VR/AR、人工智能、大数据、5G等更多先进技术将会应用在研发装备中。如基于VR/AR技术的自动驾驶汽车模拟器已经用于自动驾驶控制系统前期开发，能够模拟现实世界，有利于自动驾驶汽车在不确定的环境中进行测试。同时，研发设备将会集成更多测试功能，不再进行单一测试内容。如把辅助驾驶集成在台架，模拟雷达信号进行驾驶辅助系统的开发。1.2自动化成套生产线自动化成套生产线在汽车行业已广泛应用，从零部件到整车制造均有所应用。根据生产工艺划分，自动化成套生产线主要包括自动化机加生产线、自动化冲压生产线、自动化焊接生产线、自动化装配生产线等，典型如发动机缸体/缸盖机加生产线、车身覆盖件/结构件冲压生产线、白车身焊接生产线、动力总成自动化装配线等。部分特殊生产工艺如铸造件、注塑件、发泡件等也实现了自动化生产。自动化成套生产线在不同企业有着不同的市场竞争格局：在轻型汽车企业中，国际知名企业与国内优势企业并存。具备汽车智能自动化生产线系统工程设计、总承包能力的国际知名企业与具备较强汽车智能自动化生产线系统研发设计能力，且具备生产、安装调试及售后服务综合能力较强的国内优势企业均有较稳定市场份额。在不同工艺过程中，国内外企业面向的客户略有侧重，其中国际知名企业主要客户为合资品牌，国内企业主要客户为自主品牌及部分合资品牌。在重型商用车企业中，我国重型商用车自动化生产线系统供应商主要以国内企业为主。在零部件方面，自动化成套生产线主要由企业提出工艺 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的通讯网络，实现所有设备的相互通讯;通过虚拟化调试，对生产线重要功能和性能进行测试，消除设计缺陷;在产品上线前测试和验证产品的功能、安全性和质量;通过模型实施跟踪生产线情况，提高生产效率、减少停机时间，并可以持续改进产品。1.3工业机器人在汽车行业制造过程中，集成了移动机器人、堆垛机器人、装配机器人、焊装机器人、检测机器人等，实现物料自动搬运、柔性物料传送、零部件自动清洗、白车身焊接、自动化装配等一系列作业任务。相关数据显示，机器人在汽车生产应用中不同生产环节中占的比例不同：弧焊占其16%，物料搬运占其13%，点焊占其15%，组装占其22%，喷漆、冲压、铸造各占其3%，由此可见机器人在汽车生产中的重要性。在轻型汽车市场中，我国工业机器人需求很大程度依赖进口，以瑞士的ABB、德国KUKA、日本FANUC和安川为首的国外品牌占据着中国机器人行业70%以上的市场份额，几乎垄断了机器人制造、焊接等高端领域。在重型商用车市场中，工业机器人以国外品牌为主，但国内品牌机器人也有一定应用。在零部件市场中，制造过程中大量搬运、码垛、上下料等简单应用环节大多采用国产工业机器人，焊接等高精度制造领域还是以进口机器人为主。工业机器人未来发展方向是智能化、多机协作和标准化。智能化方面，虚拟仿真技术、VR/AR技术将会广泛应用，加强机器人模拟人类智能行为的程度，同时加强机器人智能化研究，使机器人拥有独立逻辑推理能力。多机协作方面，智能化生产线由多个机器人共同协作完成生产工作，这就对机器人多机协调化作业的精度提出了更高的要求。标准化方面，机器人通讯协议的统一以及采用标准的模块化设计将会提高机器人协作性能和降低维护成本。1.4高档数控机床数控机床在整车生产和零部件加工中均有应有，整车生产主要是冲压工艺的压力机;零部件生产主要是发动机、变速器、传动系统、制动系统、转向系统、悬架系统中的各类零部件加工，这也是数控机床在汽车行业重点应用领域。我国数控机床行业出现了明显的供需矛盾，主要体现在低档数控机床的产能过剩和高档数控机床的供应不足而导致供给侧结构性失衡。低档数控机床行业门槛低，进入企业多，且近几年低档数控机床市场有效需求不足，该领域已经出现产能过剩的现象;高档数控机床的应用越加普及，需求量越来越大，由于我国高档数控机床起步较晚，当前国产产能不能满足国内需求，国内大多数高档数控机床依赖进口。在中国的机床进口国中，日本和德国占到绝大部分份额。高速化、高精度化、功能复合化已经成为高档数控机床必备要求。随着汽车工业对机加产品质量和效率要求的提高，对数控机床提出了高速、精密、柔性制造的要求，机床也由普通的三轴联动的机床逐渐发展为高速精密复合加工、五轴联动加工中心等高档数控机床，实现了工件一次装卡中进行铣、钻、镗等多工序的加工，不仅加工精度高，同时由于快速移动和定位准确，提高了生产效率。未来，网联化和智能化将成为新的要求。数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻，实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务。智能化方面，数控机床应用仿真技术和自适应控制技术，可对加工参数进行智能化优化和选择，实现故障的自诊断和自修复。2 我国汽车智能装备未来发展趋势由物联网、大数据、人工智能、数字孪生引发的汽车行业智能制造产业升级正在不断推进，对汽车智能装备服务商的不同层面都提出了新的较高要求，汽车智能装备未来主要呈现一些新的发展趋势。2.1即插即用、灵活配置有望成为现实产品更新速度加快、个性化定制需求增加等要求汽车生产制造更加柔性和更加灵活，要快速适应市场变革和需求波动，及时响应订单，提高生产效率，对柔性生产线的要求在不断提升。随着先进技术的发展，实现智能装备的即插即用、灵活配置将成为现实。2.2装备系统集成能力将显著提高汽车行业智能制造装备改造是一项系统工程，需工业要生产过程的各个环节、各个工艺之间实现无缝衔接，全面兼顾，对制造装备企业的全面集成能力和系统设计能力要求提升。智能制造装备正向技术集成、系统集成的方向发展，主要体现在生产工艺技术、硬件、软件与应用技术的集成及设备的成套，同时还体现在纳米、新能源、新材料等跨学科高技术的集成，从而使装备得到不断提高和升级，甚至发展重大变革。2.3装备数字化程度将不断提升装备数字化是实现设备联网与上云、企业智能制造转型升级的重要基石。全面打通智能装备的数据采集、存储与分析能力是智能装备供应商的重要课题。将传感技术、信息通信技术、软件技术等嵌入到装备中，构建物理信息系统，实现装备的性能提升与智能化。设计及制造过程的数字化、网络化、智能化的最终目的不仅是提高资源调度能力，快速开发出产品或装备，而且要努力实现大型复杂产品一次开发成功的能力。装备数字化、管理远程化、运维智能化成为重要发展方向。2.4大量先进技术将得到广泛应用标识解析、5G通信、数字孪生、区块链技术等，在制造装备数字化、网联化、智能化过程进展中将会发挥越来越重要的作用。通过构建智能制造相关装备的标识采集、数据解析等基础设施，将分散化的物理生产单元相互连接，打破信息孤岛，促进企业各层级信息系统的集成整合。数字孪生技术通过智能执行层与智能决策层构建了生产智能制造的管控平台，感知和获取装备状态和动作执行过程的信号和数据，通过变换处理、建模分析和数据挖掘，形成支持决策的信息和指令，实现对装备及动作执行过程的检测、预报、优化和控制。5G技术保证智能制造过程中云平台和工厂生产设施的实时通信、以及海量传感器和人工智能平台的信息交互。区块链的信息传递趋向于携带交易产品的全部信息，会促使交易双方主动的提供交易内容中涉及到的全部信息，而这些信息正是构建数字孪生的基础。3 汽车行业智能装备发展挑战与建议3.1挑战①自主创新能力不足。我国智能装备产业自主技术创新能力较弱，新型传感、先进控制等关键核心技术没有掌握在自己手中。关键技术自给率低，在新技术与新产品研发上与国外先进企业存在一定的差距。②产品性能有差距。国内智能装备服务商部分领域装备存在产品性能有差距、品牌溢价能力不足等问题，制约了国内智能装备在汽车产业的推广与应用。③部分高端装备对外依存度较高。我国智能装备产业起步晚，国内优势企业数量少，產业组织结构分散，缺乏具有国际竞争力的骨干企业，部分对精度、技术要求较高装备难以实现供应，对外依存度较高。④高层次人才缺乏。智能装备服务商企业存在高层次人才缺口大、核心竞争力弱等问题。如在产品开发与生产方面，缺乏高、精、尖的专业科技人员，在产业运营方面缺少能力卓越的管理人才。3.2建议①加大核心技术的研发投入。不断加大对于关键核心技术的研发投入，争取在部分关键核心技术研发实现突破，带动汽车智能装备产业整体发展，提升自主品牌装备的供给能力。②提升产品及服务质量。在产品生产及服务过程中，加强质量管控，提升售后服务能力，不断提升自主智能装备的品牌影响力，促进市场良性发展。③积极引进与培育高层次人才。通过提高人员工资待遇、创新激励模式、提供在职培训等多种途径，积极引进和培育高层次人才，促进企业在研发能力、管理能力方面的提升。4 结论我国汽车行业巨大的市场规模带来智能装备广阔的市场空间。未来，汽车行业对智能装备的产品性能、经济性和服务保障等方面提出更高的要求。因此，我国智能装备供应商应加大自主核心技术开发投入，提高产品竞争力，同时以更加高效的服务质量赢得市场空间，为我国自主高端装备实现高质量发展提供支撑。Reference：[1]中商产业研究院编制.2019年中国智能制造装备行业市场前景研究 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