淺析我國(guó)汽車行業(yè)智能制造裝備發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

劉雙虎

摘要：本文分別介紹我國(guó)汽車行業(yè)智能制造相關(guān)智能研發(fā)裝備、自動(dòng)化成套生產(chǎn)線系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人以及數(shù)控機(jī)床等制造裝備的發(fā)展現(xiàn)狀、競(jìng)爭(zhēng)格局，指出我國(guó)汽車行業(yè)智能制造裝備與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。探討了汽車行業(yè)智能制造裝備總體未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，分析了面臨的挑戰(zhàn)并提出發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：智能制造裝備;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì);挑戰(zhàn)

0 ?引言

我國(guó)已經(jīng)成為全球最大汽車市場(chǎng)，正在由汽車制造大國(guó)向汽車制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展已經(jīng)成為我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展重要任務(wù)。智能制造是實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑，智能裝備是智能制造的關(guān)鍵體現(xiàn)載體。智能制造裝備主要包括智能控制系統(tǒng)、自動(dòng)化成套生產(chǎn)線、智能儀器儀表、高檔數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等。陸建林（2018）等提出我國(guó)工業(yè)機(jī)器人等智能裝備具備廣闊市場(chǎng)空間;徐浩（2019）提出我國(guó)智能裝備產(chǎn)業(yè)存在行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、自主創(chuàng)新能力薄弱、制造業(yè)專業(yè)人才缺失等問題。我國(guó)汽車行業(yè)智能制造裝備市場(chǎng)規(guī)模巨大，但仍存在自主核心技術(shù)缺乏、產(chǎn)品性能較差、關(guān)鍵裝備對(duì)外依賴度高等問題。本文對(duì)我國(guó)汽車行業(yè)相關(guān)智能制造裝備問題的研究，希望給裝備供應(yīng)商未來(lái)發(fā)展提供一定的借鑒意義。

1 ?我國(guó)汽車行業(yè)智能裝備發(fā)展現(xiàn)狀及競(jìng)爭(zhēng)格局

汽車智能裝備集成和融合先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)，滿足汽車行業(yè)產(chǎn)品工藝和流程制造要求，對(duì)機(jī)械、電子、控制、工業(yè)軟件、傳感器、人工智能等跨領(lǐng)域多學(xué)科知識(shí)綜合集成運(yùn)用。智能裝備在汽車產(chǎn)品生命周期應(yīng)用主要集中在研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段，其中在研發(fā)設(shè)計(jì)階段主要提供智能測(cè)試儀器、臺(tái)架、環(huán)境倉(cāng)等裝備;在生產(chǎn)階段主要提供包含面向不同車間生產(chǎn)線的自動(dòng)化成套生產(chǎn)線系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人以及數(shù)控機(jī)床等裝備產(chǎn)品。

1.1 智能研發(fā)裝備

智能研發(fā)裝備主要應(yīng)用在研發(fā)設(shè)計(jì)階段的先進(jìn)技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)和試制試驗(yàn)等環(huán)節(jié)。先進(jìn)技術(shù)開發(fā)方面主要是提供系統(tǒng)開發(fā)仿真裝備、試驗(yàn)驗(yàn)證裝備等。概念設(shè)計(jì)主要服務(wù)內(nèi)容是模型制作以及模型數(shù)據(jù)的采集裝備。工程設(shè)計(jì)階段主要用于軟硬件開發(fā)的在環(huán)仿真裝備。試驗(yàn)驗(yàn)證方面是智能研發(fā)裝備應(yīng)用最多領(lǐng)域，覆蓋整車、系統(tǒng)和零部件的各方面內(nèi)容。

在汽車行業(yè)研發(fā)裝備供應(yīng)方面，輕型汽車在先進(jìn)技術(shù)和整車及動(dòng)力總成性能試驗(yàn)、仿真模擬等關(guān)鍵核心試驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域裝備需求量大，但幾乎被國(guó)外供應(yīng)商壟斷，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商提供產(chǎn)品集中在部分測(cè)功機(jī)臺(tái)架、試驗(yàn)艙室體以及零部件試驗(yàn)設(shè)備等方面。重型商用車研發(fā)裝備主要應(yīng)用在整車和動(dòng)力總成測(cè)試方面，部分核心關(guān)鍵設(shè)備依賴進(jìn)口，大部分輔助設(shè)備以國(guó)內(nèi)設(shè)備為主。（表1）

未來(lái)，VR/AR、人工智能、大數(shù)據(jù)、5G等更多先進(jìn)技術(shù)將會(huì)應(yīng)用在研發(fā)裝備中。如基于VR/AR技術(shù)的自動(dòng)駕駛汽車模擬器已經(jīng)用于自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)前期開發(fā)，能夠模擬現(xiàn)實(shí)世界，有利于自動(dòng)駕駛汽車在不確定的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)，研發(fā)設(shè)備將會(huì)集成更多測(cè)試功能，不再進(jìn)行單一測(cè)試內(nèi)容。如把輔助駕駛集成在臺(tái)架，模擬雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行駕駛輔助系統(tǒng)的開發(fā)。

1.2 自動(dòng)化成套生產(chǎn)線

自動(dòng)化成套生產(chǎn)線在汽車行業(yè)已廣泛應(yīng)用，從零部件到整車制造均有所應(yīng)用。根據(jù)生產(chǎn)工藝劃分，自動(dòng)化成套生產(chǎn)線主要包括自動(dòng)化機(jī)加生產(chǎn)線、自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線、自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線、自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線等，典型如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體/缸蓋機(jī)加生產(chǎn)線、車身覆蓋件/結(jié)構(gòu)件沖壓生產(chǎn)線、白車身焊接生產(chǎn)線、動(dòng)力總成自動(dòng)化裝配線等。部分特殊生產(chǎn)工藝如鑄造件、注塑件、發(fā)泡件等也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。

自動(dòng)化成套生產(chǎn)線在不同企業(yè)有著不同的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局：

在輕型汽車企業(yè)中，國(guó)際知名企業(yè)與國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)企業(yè)并存。具備汽車智能自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、總承包能力的國(guó)際知名企業(yè)與具備較強(qiáng)汽車智能自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)能力，且具備生產(chǎn)、安裝調(diào)試及售后服務(wù)綜合能力較強(qiáng)的國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)企業(yè)均有較穩(wěn)定市場(chǎng)份額。在不同工藝過程中，國(guó)內(nèi)外企業(yè)面向的客戶略有側(cè)重，其中國(guó)際知名企業(yè)主要客戶為合資品牌，國(guó)內(nèi)企業(yè)主要客戶為自主品牌及部分合資品牌。

在重型商用車企業(yè)中，我國(guó)重型商用車自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)供應(yīng)商主要以國(guó)內(nèi)企業(yè)為主。

在零部件方面，自動(dòng)化成套生產(chǎn)線主要由企業(yè)提出工藝方案，由專業(yè)集成供應(yīng)商完成生產(chǎn)線的詳細(xì)設(shè)計(jì)與集成，以國(guó)內(nèi)企業(yè)為主。部分對(duì)加工、裝配精度要求較高的產(chǎn)品，采用國(guó)外供應(yīng)商整體方案，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體/缸蓋加工等。

當(dāng)前，工藝仿真技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)過程，優(yōu)化產(chǎn)線配置，提高效率。未來(lái)數(shù)字孿生、5G、機(jī)器視覺等技術(shù)將會(huì)越來(lái)越多應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線中。基于開放標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一協(xié)議的通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的相互通訊;通過虛擬化調(diào)試，對(duì)生產(chǎn)線重要功能和性能進(jìn)行測(cè)試，消除設(shè)計(jì)缺陷;在產(chǎn)品上線前測(cè)試和驗(yàn)證產(chǎn)品的功能、安全性和質(zhì)量;通過模型實(shí)施跟蹤生產(chǎn)線情況，提高生產(chǎn)效率、減少停機(jī)時(shí)間，并可以持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品。

1.3 工業(yè)機(jī)器人

在汽車行業(yè)制造過程中，集成了移動(dòng)機(jī)器人、堆垛機(jī)器人、裝配機(jī)器人、焊裝機(jī)器人、檢測(cè)機(jī)器人等，實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)搬運(yùn)、柔性物料傳送、零部件自動(dòng)清洗、白車身焊接、自動(dòng)化裝配等一系列作業(yè)任務(wù)。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，機(jī)器人在汽車生產(chǎn)應(yīng)用中不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)中占的比例不同：弧焊占其16%，物料搬運(yùn)占其13%，點(diǎn)焊占其15%，組裝占其22%，噴漆、沖壓、鑄造各占其3%，由此可見機(jī)器人在汽車生產(chǎn)中的重要性。

在輕型汽車市場(chǎng)中，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求很大程度依賴進(jìn)口，以瑞士的ABB、德國(guó)KUKA、日本FANUC和安川為首的國(guó)外品牌占據(jù)著中國(guó)機(jī)器人行業(yè)70%以上的市場(chǎng)份額，幾乎壟斷了機(jī)器人制造、焊接等高端領(lǐng)域。在重型商用車市場(chǎng)中，工業(yè)機(jī)器人以國(guó)外品牌為主，但國(guó)內(nèi)品牌機(jī)器人也有一定應(yīng)用。在零部件市場(chǎng)中，制造過程中大量搬運(yùn)、碼垛、上下料等簡(jiǎn)單應(yīng)用環(huán)節(jié)大多采用國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，焊接等高精度制造領(lǐng)域還是以進(jìn)口機(jī)器人為主。

工業(yè)機(jī)器人未來(lái)發(fā)展方向是智能化、多機(jī)協(xié)作和標(biāo)準(zhǔn)化。智能化方面，虛擬仿真技術(shù)、VR/AR技術(shù)將會(huì)廣泛應(yīng)用，加強(qiáng)機(jī)器人模擬人類智能行為的程度，同時(shí)加強(qiáng)機(jī)器人智能化研究，使機(jī)器人擁有獨(dú)立邏輯推理能力。多機(jī)協(xié)作方面，智能化生產(chǎn)線由多個(gè)機(jī)器人共同協(xié)作完成生產(chǎn)工作，這就對(duì)機(jī)器人多機(jī)協(xié)調(diào)化作業(yè)的精度提出了更高的要求。標(biāo)準(zhǔn)化方面，機(jī)器人通訊協(xié)議的統(tǒng)一以及采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化設(shè)計(jì)將會(huì)提高機(jī)器人協(xié)作性能和降低維護(hù)成本。

1.4 高檔數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床在整車生產(chǎn)和零部件加工中均有應(yīng)有，整車生產(chǎn)主要是沖壓工藝的壓力機(jī);零部件生產(chǎn)主要是發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)中的各類零部件加工，這也是數(shù)控機(jī)床在汽車行業(yè)重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。

我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)出現(xiàn)了明顯的供需矛盾，主要體現(xiàn)在低檔數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)能過剩和高檔數(shù)控機(jī)床的供應(yīng)不足而導(dǎo)致供給側(cè)結(jié)構(gòu)性失衡。低檔數(shù)控機(jī)床行業(yè)門檻低，進(jìn)入企業(yè)多，且近幾年低檔數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)有效需求不足，該領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象;高檔數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越加普及，需求量越來(lái)越大，由于我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床起步較晚，當(dāng)前國(guó)產(chǎn)產(chǎn)能不能滿足國(guó)內(nèi)需求，國(guó)內(nèi)大多數(shù)高檔數(shù)控機(jī)床依賴進(jìn)口。在中國(guó)的機(jī)床進(jìn)口國(guó)中，日本和德國(guó)占到絕大部分份額。

高速化、高精度化、功能復(fù)合化已經(jīng)成為高檔數(shù)控機(jī)床必備要求。隨著汽車工業(yè)對(duì)機(jī)加產(chǎn)品質(zhì)量和效率要求的提高，對(duì)數(shù)控機(jī)床提出了高速、精密、柔性制造的要求，機(jī)床也由普通的三軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床逐漸發(fā)展為高速精密復(fù)合加工、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心等高檔數(shù)控機(jī)床，實(shí)現(xiàn)了工件一次裝卡中進(jìn)行銑、鉆、鏜等多工序的加工，不僅加工精度高，同時(shí)由于快速移動(dòng)和定位準(zhǔn)確，提高了生產(chǎn)效率。

未來(lái)，網(wǎng)聯(lián)化和智能化將成為新的要求。數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個(gè)部門間暢通無(wú)阻，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又能實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務(wù)。智能化方面，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用仿真技術(shù)和自適應(yīng)控制技術(shù)，可對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行智能化優(yōu)化和選擇，實(shí)現(xiàn)故障的自診斷和自修復(fù)。

2 ?我國(guó)汽車智能裝備未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

由物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生引發(fā)的汽車行業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)正在不斷推進(jìn)，對(duì)汽車智能裝備服務(wù)商的不同層面都提出了新的較高要求，汽車智能裝備未來(lái)主要呈現(xiàn)一些新的發(fā)展趨勢(shì)。

2.1 即插即用、靈活配置有望成為現(xiàn)實(shí)

產(chǎn)品更新速度加快、個(gè)性化定制需求增加等要求汽車生產(chǎn)制造更加柔性和更加靈活，要快速適應(yīng)市場(chǎng)變革和需求波動(dòng)，及時(shí)響應(yīng)訂單，提高生產(chǎn)效率，對(duì)柔性生產(chǎn)線的要求在不斷提升。隨著先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能裝備的即插即用、靈活配置將成為現(xiàn)實(shí)。

2.2 裝備系統(tǒng)集成能力將顯著提高

汽車行業(yè)智能制造裝備改造是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需工業(yè)要生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)工藝之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，全面兼顧，對(duì)制造裝備企業(yè)的全面集成能力和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力要求提升。智能制造裝備正向技術(shù)集成、系統(tǒng)集成的方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在生產(chǎn)工藝技術(shù)、硬件、軟件與應(yīng)用技術(shù)的集成及設(shè)備的成套，同時(shí)還體現(xiàn)在納米、新能源、新材料等跨學(xué)科高技術(shù)的集成，從而使裝備得到不斷提高和升級(jí)，甚至發(fā)展重大變革。

2.3 裝備數(shù)字化程度將不斷提升

裝備數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與上云、企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要基石。全面打通智能裝備的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與分析能力是智能裝備供應(yīng)商的重要課題。將傳感技術(shù)、信息通信技術(shù)、軟件技術(shù)等嵌入到裝備中，構(gòu)建物理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)裝備的性能提升與智能化。設(shè)計(jì)及制造過程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的最終目的不僅是提高資源調(diào)度能力，快速開發(fā)出產(chǎn)品或裝備，而且要努力實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜產(chǎn)品一次開發(fā)成功的能力。裝備數(shù)字化、管理遠(yuǎn)程化、運(yùn)維智能化成為重要發(fā)展方向。

2.4 大量先進(jìn)技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用

標(biāo)識(shí)解析、5G通信、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈技術(shù)等，在制造裝備數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化過程進(jìn)展中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。通過構(gòu)建智能制造相關(guān)裝備的標(biāo)識(shí)采集、數(shù)據(jù)解析等基礎(chǔ)設(shè)施，將分散化的物理生產(chǎn)單元相互連接，打破信息孤島，促進(jìn)企業(yè)各層級(jí)信息系統(tǒng)的集成整合。數(shù)字孿生技術(shù)通過智能執(zhí)行層與智能決策層構(gòu)建了生產(chǎn)智能制造的管控平臺(tái)，感知和獲取裝備狀態(tài)和動(dòng)作執(zhí)行過程的信號(hào)和數(shù)據(jù)，通過變換處理、建模分析和數(shù)據(jù)挖掘，形成支持決策的信息和指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備及動(dòng)作執(zhí)行過程的檢測(cè)、預(yù)報(bào)、優(yōu)化和控制。5G技術(shù)保證智能制造過程中云平臺(tái)和工廠生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)時(shí)通信、以及海量傳感器和人工智能平臺(tái)的信息交互。區(qū)塊鏈的信息傳遞趨向于攜帶交易產(chǎn)品的全部信息，會(huì)促使交易雙方主動(dòng)的提供交易內(nèi)容中涉及到的全部信息，而這些信息正是構(gòu)建數(shù)字孿生的基礎(chǔ)。

3 ?汽車行業(yè)智能裝備發(fā)展挑戰(zhàn)與建議

3.1 挑戰(zhàn)

①自主創(chuàng)新能力不足。我國(guó)智能裝備產(chǎn)業(yè)自主技術(shù)創(chuàng)新能力較弱，新型傳感、先進(jìn)控制等關(guān)鍵核心技術(shù)沒有掌握在自己手中。關(guān)鍵技術(shù)自給率低，在新技術(shù)與新產(chǎn)品研發(fā)上與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)存在一定的差距。②產(chǎn)品性能有差距。國(guó)內(nèi)智能裝備服務(wù)商部分領(lǐng)域裝備存在產(chǎn)品性能有差距、品牌溢價(jià)能力不足等問題，制約了國(guó)內(nèi)智能裝備在汽車產(chǎn)業(yè)的推廣與應(yīng)用。③部分高端裝備對(duì)外依存度較高。我國(guó)智能裝備產(chǎn)業(yè)起步晚，國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)企業(yè)數(shù)量少，產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)分散，缺乏具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的骨干企業(yè)，部分對(duì)精度、技術(shù)要求較高裝備難以實(shí)現(xiàn)供應(yīng)，對(duì)外依存度較高。④高層次人才缺乏。智能裝備服務(wù)商企業(yè)存在高層次人才缺口大、核心競(jìng)爭(zhēng)力弱等問題。如在產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)方面，缺乏高、精、尖的專業(yè)科技人員，在產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)方面缺少能力卓越的管理人才。

3.2 建議

①加大核心技術(shù)的研發(fā)投入。不斷加大對(duì)于關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)投入，爭(zhēng)取在部分關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)實(shí)現(xiàn)突破，帶動(dòng)汽車智能裝備產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展，提升自主品牌裝備的供給能力。②提升產(chǎn)品及服務(wù)質(zhì)量。在產(chǎn)品生產(chǎn)及服務(wù)過程中，加強(qiáng)質(zhì)量管控，提升售后服務(wù)能力，不斷提升自主智能裝備的品牌影響力，促進(jìn)市場(chǎng)良性發(fā)展。③積極引進(jìn)與培育高層次人才。通過提高人員工資待遇、創(chuàng)新激勵(lì)模式、提供在職培訓(xùn)等多種途徑，積極引進(jìn)和培育高層次人才，促進(jìn)企業(yè)在研發(fā)能力、管理能力方面的提升。

4 ?結(jié)論

我國(guó)汽車行業(yè)巨大的市場(chǎng)規(guī)模帶來(lái)智能裝備廣闊的市場(chǎng)空間。未來(lái)，汽車行業(yè)對(duì)智能裝備的產(chǎn)品性能、經(jīng)濟(jì)性和服務(wù)保障等方面提出更高的要求。因此，我國(guó)智能裝備供應(yīng)商應(yīng)加大自主核心技術(shù)開發(fā)投入，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)以更加高效的服務(wù)質(zhì)量贏得市場(chǎng)空間，為我國(guó)自主高端裝備實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供支撐。

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