未來十年我國汽車整車制造裝備探析

未來十年我國汽車整車制造裝備探析機械工業(yè)第九設(shè)計研究院高級工程師車啟英、王曉政一、整車制造裝備概況汽車制造裝備可以分為整車制造裝備和零部件制造裝備。零部件制造裝備主要有金屬切削機床生產(chǎn)線、精密鍛造生產(chǎn)線及制造單元、鑄造生產(chǎn)線、測試設(shè)備、激光和焊接設(shè)備、數(shù)控刀具系統(tǒng)、熱處理等。整車制造裝備可以分為沖壓自動化生產(chǎn)線（沖壓）、車身焊接和裝配自動化生產(chǎn)線（焊裝）、噴涂自動化生產(chǎn)線（涂裝）和整車裝配自動化生產(chǎn)線（總裝），四者共同構(gòu)成了整車制造的“四大工藝裝備”。1、沖壓汽車特別是轎車車身絕大部分是沖壓件，曲面形狀復(fù)雜，要求有較高的尺寸精度和較小的表面粗糙度值。此外，汽車沖壓件是大批量生產(chǎn)，品種繁多，如頂蓋、擋泥板、車身側(cè)護板、地板、發(fā)動機罩、保險杠等，為提高生產(chǎn)率，必須采用機械化、半自動化或全自動化流水線生產(chǎn)。沖壓生產(chǎn)線通常有兩種形式，一種是單機連線，另一種是采用多工位壓床生產(chǎn)線。單機連線是將多臺壓床按工序貫通排列，期間采用機械手、傳動裝置或機器人完成上、下料和零件傳送工作。這種生產(chǎn)線有獨立同步式和全自動同步式兩種，前者壓床的運轉(zhuǎn)各自獨立，輸送帶控制生產(chǎn)節(jié)拍，設(shè)有柔性中間存儲裝置使各壓床組形成獨立同步機組，這種作業(yè)線的性能比較靈活；后者給料作業(yè)、壓床運轉(zhuǎn)等均同步連續(xù)進行，工作效率高。近年來，汽車沖壓件生產(chǎn)出現(xiàn)多工位壓床代替單工位壓床的趨勢。多工位壓床是目前最先進、自動化程度最高的沖壓設(shè)備，其工位數(shù)有5工位、6工位、8工位等。多工位壓床占地面積小、電力消耗低、生產(chǎn)效率高，其作業(yè)成本比一般壓床流水線低很多。先進的多工位壓床使用微處理機控制的可編程序控制裝置，使得自動化程度更高。1沖壓工藝變化趨勢2工藝組成變化趨勢手工火焰切割手工火焰仿型切割手工等離子切割CNC等離子切割CNC激光切割下料工藝機械剪板機液壓剪板機開卷剪切線CNC開卷剪切線模具狀態(tài)及制造工藝模具單工序模具復(fù)合工序模具多工位級進模具多點成形加工方法手工仿型加工普通NC加工高速強力NC加工刀具高速鋼刀具硬質(zhì)合金刀具陶瓷刀具涂層刀具熱處理工藝普通淬火真空淬火氮化涂層壓力機普通壓力機NC壓力機高速NC壓力機高效多工位壓力機電動伺服壓力機材料普通鋼板涂層鋼板單一厚度鋼板多厚度激光拼焊復(fù)合鋼板物流方式手工機械搬運機械手搬運機器人搬運設(shè)計軟件手工繪圖二維CAD三維CADCAD/CAE/CAPP/CAM集成生產(chǎn)線狀態(tài)完全人工機械生產(chǎn)線半自動生產(chǎn)線全自動生產(chǎn)線柔性集成（工藝、物流、檢測、信息系統(tǒng)一體化）生產(chǎn)線2、焊裝車身焊接通常稱焊裝，是將車身沖壓零件組裝和焊接成符合產(chǎn)品設(shè)計要求的白車身（即未經(jīng)油漆的車身）。以轎車為例，在車身焊裝過程中，先將整個車身分成幾個大的總成進行焊裝，如地板總成、發(fā)動機艙總成、左側(cè)圍總成、右側(cè)圍總成、后圍總成、頂蓋總成、左車門總成、右車門總成、發(fā)動機罩總成、行李箱蓋總成、左右翼子板總成等，然后再將這幾個大的總成焊裝成白車身。車身上的小分總成一般在單機上進行焊裝，各大總成的焊裝和車身焊裝則在流水生產(chǎn)線上完成。因此，通常車身焊裝需建立十幾條生產(chǎn)線，生產(chǎn)線上配備各種焊接設(shè)備和工具、定位和夾緊工裝、機械化運輸系統(tǒng)、生產(chǎn)過程控制和質(zhì)量檢測與控制系統(tǒng)、安全防護設(shè)施等。生產(chǎn)線之間的運輸通常用懸掛式輸送機和搬運機械手等完成。車身焊裝所用的焊接方法以電阻焊居多，一般占焊接總量的90以上，主要是電焊和凸焊，其生產(chǎn)率高、成本低。所用的設(shè)備有懸掛式電焊機、固定電焊機、多電焊機、螺柱焊機、焊接機器人等。目前焊接機器人被越來越廣泛采用，并出現(xiàn)了機器人焊裝線和無人操作機器人焊裝車間。采用焊接機器人可使焊接質(zhì)量穩(wěn)定，但投資較大，發(fā)展中的點焊逆變電源變壓器將使焊接變壓器的體積大大縮小，進一步推進自動化焊接技術(shù)的發(fā)展。3為了在同一條焊裝線上組織生產(chǎn)幾種不同品種而工藝相似的車身，已經(jīng)出現(xiàn)了混流生產(chǎn)的柔性焊裝線，它通常用機器人點焊和更換夾具來實現(xiàn)。焊裝工藝變化趨勢4工藝組成變化趨勢工藝方法手工氣保焊手工電阻焊機器人電阻焊壓鉚連接焊裝夾具單個手動夾具聯(lián)動機械夾具PLC控制聯(lián)動夾具CNC控制聯(lián)動三維組合柔性化夾具焊裝設(shè)備弧焊變壓器電阻電焊機激光焊設(shè)備壓鉚設(shè)備物流方式手工機械搬運PLC控制（自行葫蘆）機械板鏈搬運3、涂裝涂裝生產(chǎn)線是完成對工件表面噴涂保護層或裝飾層的工業(yè)涂裝成套設(shè)備。隨著我國工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)能力的增強，涂裝生產(chǎn)線在生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)水平、自動化程度也大大提高。涂裝生產(chǎn)線主要由前處理設(shè)備、噴涂設(shè)備、烘干固化設(shè)備、輸送設(shè)備、電氣控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。各組成設(shè)備在輸送設(shè)備及輸送鏈的串連下，被有序地組織在一起，完成對工件的涂裝作業(yè)。5為保證噴漆質(zhì)量，車間廠房環(huán)境要求較高的清潔度，并注意將產(chǎn)塵區(qū)與噴漆工作區(qū)分開。噴漆之前需進行預(yù)處理。預(yù)處理質(zhì)量的優(yōu)劣對整車的耐腐蝕性有重要影響。貨車預(yù)處理一般設(shè)有78道工序，而轎車的預(yù)處理則多達1213道工序。預(yù)處理的目的是使金屬車身脫脂清洗后通過中溫低鋅磷化，生成一層磷化膜，并經(jīng)鈍化進一步增強其耐腐蝕性。噴漆有好幾道工序，先經(jīng)電泳噴底漆，后噴中間涂料，最后作面漆施工。為了提高漆面質(zhì)量，加快生產(chǎn)節(jié)奏，噴漆生產(chǎn)較多地采用往復(fù)式噴涂機、噴漆機器人等裝備，構(gòu)成自動化程度較高的生產(chǎn)線?？紤]到轎車面漆的返修率較高，一般在車間設(shè)計中安排一條較大的返修生產(chǎn)線，供正常返修使用。6涂裝工藝變化趨勢7工藝組成變化趨勢工藝方法底漆/中涂/面漆電泳/中涂/面漆一次電泳/二次電泳/面漆電泳/面漆涂層/面漆噴粉/面漆。涂裝設(shè)備手工噴涂機械噴涂機器人噴涂面漆普通面漆金屬漆環(huán)保納米漆底漆普通底漆電泳漆涂層噴粉涂裝材料種類高分子漆水性漆環(huán)氧樹脂粉末物流方式手工機械搬運PLC控制（自行葫蘆）滑撬自動化搬運4、總裝汽車總裝配是將汽車各零部件總成根據(jù)技術(shù)條件裝配成一輛合格的汽車的生產(chǎn)過程，是汽車生產(chǎn)的最后一道工序?？傃b過程客觀上對零件起了最終檢查的作用，因為裝配工人發(fā)現(xiàn)變形、損壞、碰傷、不合規(guī)格的零件均會將其剔除。在總裝配的出口處，汽車要進行嚴格的檢查、調(diào)整和整車檢測，其中包括發(fā)動機綜合測試、廢氣排放測試、燈光測試、前輪定位測試、密封性測試和電器檢驗等。對一定比例的整車還要在試車跑道上進行抽檢。質(zhì)量保證部門每天從當(dāng)天總裝線上生產(chǎn)出來的車輛中抽出12輛車進行全面檢驗，以此考核各部件質(zhì)量和總裝質(zhì)量并反饋給生產(chǎn)管理部門和技術(shù)部門，以便采取措施，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量。總裝配生產(chǎn)線由一系列輸送設(shè)備構(gòu)成“立體裝配”，并設(shè)置許多裝配臺架和電動、風(fēng)動工具，根據(jù)投資強度和生產(chǎn)批量的不同，總裝生產(chǎn)線上安裝一定數(shù)量的自動化設(shè)備，如不少汽車廠安裝儀表板、前后擋風(fēng)玻璃、座椅、車輪、發(fā)動機、車橋等實現(xiàn)自動化裝配，但與焊裝相比，總裝仍有不少環(huán)節(jié)需要靠人工進行。8總裝工藝變化趨勢9工藝組成變化趨勢工藝方法人工手動裝配人工機械裝配含信息系統(tǒng)的自動裝配總裝設(shè)備手動扳手氣動扳手單頭、多頭擰緊機及帶檢測的定扭扳手物流方式手工機械搬運鏈式輸送系統(tǒng)（或自行小車輸送系統(tǒng)）摩擦式輸送系統(tǒng)（或全智能型自行小車系統(tǒng)）二、整車制造裝備前景分析1、我國汽車市場發(fā)展迅猛進入新世紀以來，我國汽車市場進入全面發(fā)展階段。2000年我國汽車產(chǎn)量只有20691萬輛，到2009年我國汽車產(chǎn)量已經(jīng)達到137910萬輛，增長了566，十年間的年復(fù)合增長率達到了2346。102010年111月，我國汽車累計產(chǎn)銷分別達到164001萬輛和163954萬輛，同比增長3371和3405。11數(shù)據(jù)來源中國汽車工業(yè)協(xié)會乘用車占我國汽車比重最大，2009年我國乘用車產(chǎn)量103838萬輛，占汽車總產(chǎn)量的7529，12未來乘用車將是我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引擎。2010年汽車藍皮書預(yù)測，基準情景下中國乘用車市場自20102020年年均增長率將接近10，至2020年年度總需求將達到2337萬輛。13預(yù)計2025年中國乘用車年度總需求將達到292457萬輛，較2020年增長近2512；2030年中國乘用車年度總需求將達到352331萬輛，較2020年增長5073。14我國汽車市場火爆的背后是汽車工業(yè)固定資產(chǎn)投資的連續(xù)高增長。“十五”期間，我國汽車工業(yè)共完成固定資產(chǎn)投資23516億元，“十一五”期間有望超過9000億元。15其中，用于汽車整車制造業(yè)的固定資產(chǎn)投資2001年才1211億元，到2009年已達到94285億元16，增長了67857，9年間年復(fù)合增長率2924。2010年19月汽車整車制造業(yè)已完成固定資產(chǎn)投資95323億元17，預(yù)計未來十年仍將處于快速增長期。2、我國汽車制造裝備的不足與我國汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展形成巨大反差的是，長期以來我國汽車產(chǎn)業(yè)嚴重依賴歐、美、日等發(fā)達國家，汽車制造裝備的對外技術(shù)依存度一直居高不下。目前在汽車三大總成制造設(shè)備中，新型節(jié)能環(huán)保發(fā)動機和變速器成套制造技術(shù)及裝備完全受制于人，對外技術(shù)依存度高達95左右。在汽車五大關(guān)鍵零部件制造設(shè)備中，汽車發(fā)動機制造，特別是缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿的精密加工設(shè)備，進口依存度為9095。18經(jīng)過多年發(fā)展，目前部分本土產(chǎn)汽車整車制造裝備以及零部件制造裝備雖說基本可以滿足汽車工業(yè)需求，但由于本土產(chǎn)設(shè)備在成套性、可靠性等方面與國外先進水平還有很大差距，有些關(guān)鍵裝備的對外依存度還很高。目前，汽車沖壓、焊接、涂裝、總裝使用的主要是進口加工設(shè)備，柔性沖壓自動生產(chǎn)線等先進沖壓裝備與國外相比還有較大差距，零部件高效精沖設(shè)備仍需大量進口。涂裝設(shè)備、總裝設(shè)備、焊接設(shè)備的本土化率只有20左右。其中B級及以上中高檔轎車所用設(shè)備基本上仍為進口設(shè)備。國內(nèi)個別廠家能夠提供涂裝線部分設(shè)備但性能穩(wěn)定的高端涂裝基本依賴進口，轎車焊接裝配線幾乎全部依靠進口，整車自動裝配線是我國汽車裝備最薄弱的環(huán)節(jié)。19但值得欣慰的是，我國本土整車制造裝備的相關(guān)廠商已經(jīng)逐步打破了國外廠商的壟斷地位，雖然外資汽車廠商與高端市場仍為國際巨頭如德國杜爾（DURR）、德國艾森曼（EISENMANN）、德國西門子德馬泰克（SIMENSDEMATIC）、日本大福（DAIKUKU）等所把持，但中低端市場尤其是國內(nèi)發(fā)展迅猛的自主品牌汽車廠商紛紛為本土自動化裝備廠商進占，目前我國汽車工業(yè)整體對外技術(shù)裝備依存度約為70。203、我國整車制造裝備的市場前景（1）、20082010年我國整車制造裝備市場概況汽車工業(yè)投資的50以上一般用于購買制造裝備21，我國汽車整車制造業(yè)2008年完成固定資產(chǎn)投資65368億元，2009年為94285億元22，預(yù)計2010年將達到127097億元23。根據(jù)相關(guān)整車廠商經(jīng)驗數(shù)據(jù)，整車制造四大工藝裝備各自占比大致如下根據(jù)20082010年汽車整車制造業(yè)固定資產(chǎn)投資及整車制造四大工藝裝備各自占比來看，20082010年我國整車制造裝備的市場需求狀況大致如下24自動化生產(chǎn)線2008年2009年2010年市場總量（億元）653794291271沖壓其中進口（億元）4576668897市場總量（億元）81711178615887焊裝其中進口（億元）57282511121市場總量（億元）114416522242涂裝其中進口（億元）8008115515569市場總量（億元）653794291271總裝其中進口（億元）4576668897（2）、整車制造裝備未來發(fā)展趨勢根據(jù)汽車行業(yè)“十二五規(guī)劃”草案，中國汽車“十二五”期間必須做到產(chǎn)業(yè)升級，一是產(chǎn)品技術(shù)的換代升級；二是在產(chǎn)業(yè)鏈上向技術(shù)含量高、附加值高的領(lǐng)域延伸；三是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加快產(chǎn)品創(chuàng)新、加快新能源汽車發(fā)展、加快產(chǎn)品聯(lián)合重組、加快售后市場開發(fā)。其中特別提到將提高自主品牌國內(nèi)份額，到2015年中國自主品牌汽車市場比例將進一步擴大，自主品牌乘用車國內(nèi)市場份額超過50，其中自主品牌轎車國內(nèi)份額超過40。2520112020的未來十年是我國由汽車工業(yè)大國向汽車工業(yè)強國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期，國家已經(jīng)提出到2020年將我國汽車制造裝備的對外依存度降到30以下。26但目前我國汽車制造裝備對外依存度依然居高不下，給我國的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了較大的影響，根據(jù)統(tǒng)計資料，汽車裝備進口率每提高1，裝備總投資將增加2327。因此必須加快我國本土汽車制造裝備企業(yè)的發(fā)展。自主品牌汽車廠商未來巨大的發(fā)展前景以及我國整車制造裝備的本土化趨勢將為相關(guān)汽車自動化裝備廠商提供巨大的發(fā)展機遇。（3）、20112020年市場需求我國全社會固定資產(chǎn)投資額2001年為37213億元，2009年為224846億元，20012009年期間年復(fù)合增長率為2521。28“十二五”期間全社會固定資產(chǎn)投資增長率大約在2029左右。數(shù)據(jù)來源中國工程機械工業(yè)年鑒201030我國整車制造業(yè)固定資產(chǎn)投資20012009年期間的年復(fù)合增長率高達2924，高于全社會固定資產(chǎn)投資額的增速。未來十年將是我國整車制造裝備升級換代和技術(shù)改造的快速發(fā)展期，如果未來隨著基數(shù)放大而增速有所放緩，采用保守測算，若未來十年整車制造業(yè)固定資產(chǎn)投資增速與全社會固定資產(chǎn)投資額增速（20）保持一致，2010年整車制造業(yè)完成固定資產(chǎn)投資額按127097億元計算，則20112020年我國整車制造裝備市場需求將達到1979562億元。根據(jù)上面四大工藝裝備占比情況來看，各自的市場需求如下自動化生產(chǎn)線20112020年期間投資額（億元）占比（）沖壓39591320焊裝49489125涂裝69284735總裝39591320未來隨著我國本土整車制造裝備廠商的技術(shù)進步，對外的依存度將顯著降低，如果到2020年能實現(xiàn)國家提出的汽車制造對外技術(shù)裝備依存度從70降低到30的目標，按每年降低4計算，則四大工藝裝備20112020的市場規(guī)模大致測算如下單位億元年份沖壓焊裝涂裝總裝市場需求其中進口市場需求其中進口市場需求其中進口市場需求其中進口2011152521006619065125832669017616152521006620121830211347228771418432028198581830211347201321962127382745315923384342229221962127382014263551423232944177904612124905263551423220153162615813395321976655345276733162615813201637951174574743921822664143055137951174572017455411912756926239097969733473455411912720185464920767683122595895636363425464920767201965579222978197427871114764390206557922297202078695236099836929511137716413157869523609未來十年隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展、固定資產(chǎn)投資的穩(wěn)定增長、國家相關(guān)政策的扶持以及本土汽車裝備制造企業(yè)技術(shù)的積累升級，我國整車制造裝備市場對外的依存度將顯著降低，而市場發(fā)展前景廣闊，本土相關(guān)企業(yè)將迎來巨大的發(fā)展機遇參考資料1現(xiàn)代汽車與汽車文化第118頁。2汽車工藝與材料2007年第9期，汽車行業(yè)四大工藝技術(shù)的發(fā)展變化。3現(xiàn)代汽車與汽車文化第119頁。4汽車工藝與材料2007年第9期，汽車行業(yè)四大工藝技術(shù)的發(fā)展變化。5輕工機械2008年8月，第26卷第4期，涂裝生產(chǎn)線的設(shè)備及常見問題。6現(xiàn)代汽車與汽車文化第120頁。7汽車工藝與材料2007年第9期，汽車行業(yè)四大工藝技術(shù)的發(fā)展變化。8現(xiàn)代汽車與汽車文化第121頁。9汽車工藝與材料2007年第9期，汽車行業(yè)四大工藝技術(shù)的發(fā)展變化。10中國汽車工業(yè)協(xié)會HTTP/WWWCAAMORGCN/，“統(tǒng)計數(shù)據(jù)世界總產(chǎn)量”。11中國汽車工業(yè)協(xié)會HTTP/WWWCAAMORGCN/，“統(tǒng)計數(shù)據(jù)整車”。12中國汽車工業(yè)協(xié)會HTTP/WWWCAAMORGCN/，“統(tǒng)計數(shù)據(jù)世界總產(chǎn)量2009年世界各國（地區(qū)）汽車產(chǎn)量明細”。13中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2010第138頁。14中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2010第141頁。15中國汽車工業(yè)年鑒2009第473頁。16國務(wù)院發(fā)展研究中心信息網(wǎng)HTTP/WWWDRCNETCOMCN/DRCNETCHANNELWEB/，“國研數(shù)據(jù)2009年112月全國汽車工業(yè)進度統(tǒng)計數(shù)據(jù)固定資