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汽车工业的变革对机床行业的启示

装备嘉族 2023-10-10浏览次数: 533次

世界汽车工业正在进入百年一遇的变革时期。在世界各国家和地区环保法规日趋严格的背景下,整车企业和零部件企业都在努力引进高环保性能的车型,公司(车企)正加紧研发和制造行驶中二氧化碳零排放的车型,如电动车(以下简称EV)、燃料电池汽车(以下简称FCV)。2021年6月,日本铃木董事长铃木修在退休前接受采访时说过,“汽车行业,包括零部件企业,将随着电气化而发生翻天覆地的变化”。

基于2015年达成的《巴黎协定》,有效目标值主要由发达国家设定,此后可以说汽车制造商开始根据《巴黎协定》采取具体行动。除了汽车的电气化,还应该涉及到从汽车产业向出行产业的转变。

正如“车”向“出行”转变一样,出行的使用环境也将发生变化。一个很好的例子是2020年丰田宣布的Woven City,该项目被定位为“未来城市示范城市”,其目的是着眼于向移动出行服务提供商转型,对自动驾驶、个人出行、机器人和人工智能(AI)技术等各个领域的新技术展开实证试验。

以下将努力从不同于目前汽车产业分析的视角,推测2030年的汽车和出行产业情况。

1. 汽车行业对环境法规的响应

世界正朝着实现脱碳社会迈进,不仅世界各国政府已经宣布实现碳中和时间,各大企业也都在采取具体措施来实现这些目标。

各国都在推动废气(NOx氮氧化物、PM颗粒物)法规的制定,在法规标准化进程不断推进的欧洲,各大汽车零部件企业都在为2025年实施的新欧7排放标准而努力研发。符合欧洲法规的中国和瞄准欧洲法规的日本等汽车先进国家的汽车制造商和零部件制造商将采取与欧洲公司相同的措施。“环保合规”有可能成为行业的一大关键词。

汽车电动化是汽车制造商为应对日益严格的环保法规而采取的措施。除了EV和FCV之外,混合动力汽车(HEV)和插电式混合动力汽车(PHV)等车辆也是典型的例子。在以往的内燃机车基础上增加电动技术的HEV、PHV,搭载不同驱动源的EV、FCV等,能够减少行驶时CO2排放量的车辆的开发从2010年代开始扩大。2020年代,尤其是随着EV产销量的扩大,电气化成为必不可少的技术。

表1所示为2020年汽车销量排名前10的国家,他们的销量占全球销量的70%以上。鉴于这些国家正在推进电动化,可以预见2030年汽车行业的电动化率将大幅提升。

表1 主要国家电气化政策

资料来源:IEA,2020年全球电动汽车展望,基于OICA的销售数据。

2. 整车企业和零部件供应商争相电动化

表2显示了主要汽车制造商引入电动汽车的趋势。从截至2020年全球销量前10的企业来看,不少企业已经宣布将在2030年后进军电动汽车市场。以HEV技术著称的丰田也在2021年底公布了EV战略,宣布到2030年将开发30款EV车型。此外,还设定了将在2030年每年1350万辆电动汽车的全球销售目标。其中,作为高级计划的雷克萨斯已经演变为以EV为中心的计划,并设定了2035年EV占所有销量的目标。

表2 主要汽车厂商电动汽车情况介绍
注:排名第10的Stellantis是2020年FCA和PSA的合资企业。EV公告是Stellatis的目标值。

资料来源:IEA,2020年全球电动汽车展望。

中国在2020年公布了《节能与新能源汽车路线图2.0》,目标是到2030年将NEV(新能源汽车)在所有新车中的比例提高到50%。预计2030年产销量将扩大至3800万台,2035年将扩大至4千万台。如果其中一半以上是新能源汽车,那么超过1900万辆将是PHV或更高级别的电动汽车。中国的新能源汽车是包含PHV、EV和FCV,HEV定位为节能汽车。(表3)。

表3 中国年度目标销量(路线图2.0)

资料来源:根据Marklines制作。

2020年全球汽车销量约为7800万辆,受COVID-19(新冠疫情)影响较上年下降约14%,但总销量预计在2030年之前保持增长。多家咨询公司预测,2030年全球汽车销量将超过1亿辆,其中50%为EV。仅在中国这个全球最大的汽车市场,到2030年,新能源汽车销量将近2000万辆,预计电动汽车占全球汽车销量的50%。

随着这种汽车电动化的转变,汽车制造商也开始审查他们的生产系统。戴姆勒(德国)宣布将减少其主机厂的产量和人员,以应对内燃机车产量的下降。通用汽车也表示将关闭美国的三个工厂。另一方面,通用汽车不仅从转向EV而开始重组,还开始建设新电池厂(在美国)。毫无疑问,到2030年,生产系统将进行重组,将创建新部门以加速向EV的转变,并且电子和电气零部件的生产将增加。

在这些相关零部件中,下一代电池将成为2030年的关注焦点。为了扩大EV的使用范围,共同课题是急需降低车辆成本和延长续航里程。截至2020年,新一代电池中备受关注的全固态电池研发才刚刚起步,不仅是电池厂商,汽车厂商也纷纷开始参与研发(表4)。

表4 全固态电池研发进展情况
资料来源:根据各种新闻材料制作。

2020年,大陆(德国)、马勒(德国)、谢弗勒(德国)等主要汽车零部件企业都在全球大幅裁员,并宣布因电动化而调整职位。比如不需要发动机了,因此生产线工人也会变得不再需要。软件和IT部门的强化和重组已经完成。

向EV的转变、汽车自动驾驶技术的引入以及CASE(Connected,Autonomous,Shared & Service,Electric)和MaaS(Mobility as a Service,出行即服务)等环境变化意味着将能够比以往任何时候都更快地响应正在开发的创新。因此,生产设施的投资有望进一步增加。

3. 多元企业进军电动汽车产业

除了电动化之外,2030年汽车产业的关键词还有CASE和MaaS。CASE的C,Connected是指安装在车辆上的通信设备连接到电话线或互联网,或者使用其他通信无线电波连接到周围的车辆,或者连接到信号等基础设施。由于5G的发展,始终连接到互联网的车辆有望普及到普通大众,预计到 2030年将有一定数量的车辆作为联网汽车运行。此外,如果所有车辆都具有联网汽车的功能,则可以运行自动驾驶功能。如果5G应用在车辆上,车辆就能够掌握周围的情况,如果车辆的自动刹车和油门功能有效发挥作用,就可以建立自动驾驶汽车运行的环境。假设由于法律制定的困难,到2030年无法及时在车辆中安装自动驾驶系统,但围绕汽车的各种技术将变得更加可行。

电动化技术,以及支撑它的半导体、传感器和嵌入式技术,将提高汽车的附加值。与此同时,汽车正在从“自行出行”的交通工具演变为满足用户在各种情况下需求的出行物体。丰田在2018年宣布将其模式从“制造汽车的公司”转变为“出行公司”。

表5 新企业进入电动汽车行业的市场拓展动向

资料来源:由 Marklines创建。

表5中所列的富士康等电子制造服务(EMS)公司也开始生产电动汽车。虽然该公司是全球最大的EMS,但它已经建立了自己的EV开发平台“MIH”,并开始发展一项业务,在该业务中,它为使用该平台的其他公司承担所有EV生产。

2020年,苹果(美国)和谷歌(美国)就已经宣布有意进军电动汽车市场。出行行业不仅与出行对象(作为产品的出行)本身相关联,而且还与构建共享经济(CASE中的S)和MaaS相关联。这里的业务不是一个出行的对象,而是聚集在那里的海量出行大数据,以及由此诞生的新价值。IT公司、电信运营商、智慧城市建设等各类供应商都将抢占这一领域。

4. 机床行业应随机而动

当承接代工企业的存在变得普遍时,传统汽车行业的“垂直整合”型制造向“横向分工”型制造转变,产业结构本身也会发生变化。换句话说,它有可能表现为客户群的变化。在机床行业,最显着的变化不仅是产业结构的变化,还有制造业本身的变化,比如汽车是如何制造的。

如上所述,如果假设2030年将售出约1亿辆汽车(出行),其中一半为传统内燃机车,即发动机产量将保持5000万台。这个数字只是2020年代初的一个假设,根据各国环保法规的发展情况,极有可能会更小,销量停滞不前也是可想而知的。

(1)内燃机占所有汽车(出行)销量一半的情况

内燃机车将继续存在的事实意味着发动机当然是必不可少的部分。但是,即使保留一半,各汽车制造商也会从2000年代到2020年大幅减少发动机类型。这是因为这些公司将投资从发动机研发转移到了其他领域,而且他们倾向于共享所生产车辆的发动机型号。以日本整车企业为例,丰田从1998年的25种车型整合到2017年的19种,马自达也从11种车型整合到4种。其他企业也有类似趋势,而且到2030年这种趋势会更加明显。

另一方面,需要注意的是,内燃机汽车也需要具备环保性。与传统发动机相比,需要提高热效率和减少废气中颗粒物的技术,而这种性能对于2030年将部署的发动机至关重要。因此,要生产附加值高于以往的发动机,就需要生产制造设备的支持。

(2)EV、FCV等电动汽车占多数的情况

电动汽车和机动性所需的零部件及材料自然会比发动机零部件增加。还应考虑到,将使用许多具有化学产品特性的零件和材料,例如电池。表6是一个例子,预计这些新安装部件的生产需要新的设备和机械。

表6 EV和FCV不需要的零件和新零件

出处:日本机床制造商协会《汽车(EV)电动化对机床行业的影响和变化的调查报告》

这些新增及增产零件需要什么样的机床“产品”?或者需要什么样的“加工功能”?例如,电气化必不可少的电机由铁芯材料和线圈等零部件产品组成,其生产加工需要塑料加工技术。此外,与一般电机不同,EV电机需要高精度的铁芯材料,通常使用精密板材压力机进行加工。

除了新零件,还需关注用于出行的材料产品的变化。例如,电动汽车配备电池和电机等重型部件,即使没有同样沉重的发动机,也需要进一步减轻重量以提高机动性的驾驶性能,因此CFRP(碳纤维增强塑料)等新材料正在被采用。成型CFRP需要技术来控制加压所需的时间和压力,擅长控制这些东西的伺服折弯机未来需求量有望增加。虽然这里只提到了一部分需求场景,但各种出行产品的开发和生产将会扩大,对新机床的需求将会增加。另一方面,出行性丰富多样的事实意味着可能不得不考虑适合小批量生产的制造,而不是汽车等大批量生产的产品。在这种情况下,可能需要引入与机床不同理念的技术,例如AM(增材制造)技术。

 

来源:日本机床制造商协会(作者 太田志乃,名城大学副教授)

转自:中国机床工具工业协会cmtba

 

 

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