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我国汽车制造装备发展评析(上)

  • 2006-9-18 9:41:16
  • 来源:中国汽车工程学会
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    我国汽车业占装备制造业产值和利润约半。国内外经验一再证明,汽车工业的发展既依赖于机床工业的技术进步,又带动了机床工业的发展。近十几年来,我国汽车工业已经成为机床消费主体,约消费了全社会40%的机床。同时,汽车工业投资的一半以上又用于购买机床,其中,进口机床金额约占80%。这是我国机床消费和进口高速增长的主要原因。
  从历史角度观察,汽车产品的发展,必然伴随着制造装备的发展,反之亦然。比如,大约一个世纪以来,组合机床自动线以其高效率统治了汽车工业的生产。随着竞争加剧,汽车产品更新换代周期从几十年缩短到4年,组合机床自动线由于缺乏柔性而无法适应。20世纪80年代,美国汽车巨人福特与机床巨人INGERSOLL合作,研制了集高柔性与高效率于一身的高速加工中心,由它组成的柔性自动生产线的问世,加快了汽车产品的更新换代,提高了企业的效率和灵活性。这就是今天我们可以看到每年有几十种新车上市的原因之一。 
  一方面,汽车的水平和质量取决于装备水平;另一方面,一个国家汽车工业和一个汽车企业的国际竞争力又取决于装备的先进性和制造成本。正是近年大量先进数控设备的采用,使我国轿车装备整体上进入柔性化时代,才支撑着我国汽车工业的不断发展。 
  我国汽车制造装备市场巨大
  我国将是世界汽车最大市场、最大生产国。按照发展总战略,2020年,我国汽车产量达到1400~1800万辆,世界第一,并迈向世界汽车产业强国,其标志之一是,拥有先进制造技术和先进制造装备。 
  同时,各汽车企业,特别是零部件企业,为在激烈的市场竞争中求生存,必须不断改进制造技术与装备。可以断言,在我国实现工业化的长时期内,汽车工业将一直是机床消费的主体。 
  我国汽车制造装备两极分化、总体落后。形象地说是“现代武器与“三八”式步枪并存。”一方面,有采用世界最先进的敏捷柔性生产线的上海通用这样的示范工厂;另一方面,有的国营老企业,如,济南卡车公司数控机床比率只有1%(2002年调查)。 
  总体来说,合资轿车企业和部分民营企业(如,万象集团)汽车装备整体上进入柔性化时代,达到二十世纪九十年代水平。另外一部分汽车零部件制造企业仍然主要使用普通(非数控)机床生产,造成质量低下,只能够生产低端汽车零部件。
    现代汽车制造装备的构成及进口热点 
  汽车制造装备分为整车制造装备和零部件制造装备两大类。 
  整车制造的“四大工艺装备”——整车装配流水线、车身焊接和装配生产线、喷涂生产线、冲压生产线。 
  (1)冲压生产线:据统计,在轿车的2000余件零件中,冲压件占40%以上。包括车身覆盖件、车身结构件和中小型冲压件。目前,我国轿车生产主要应用自动和半自动冲压生产线。下一代是柔性冲压自动线。冲压生产线是唯一的国产品占据主导地位的大类汽车装备。但是先进冲压技术装备我们与国外存在很大差距。 
  (2)轿车焊接装配线几乎全部依靠进口。 
  轿车车身自动焊装线,整车自动装配线是我国汽车装备最薄弱的环节之一。 
  目前,自动装配线向柔性和“零缺陷”装配线发展。柔性靠大量焊接和装配机器人实现。 
  (3)喷涂生产线:主要包括喷漆机器人、电泳、烘干、涂胶以及输送等设备。由于国内缺乏将工艺系统、物流系统、信息系统集成为流水生产线的技术,也基本依赖进口。 
  零部件制造装备:
  (1)金属切削机床生产线。
  制造轿车零部件的金属切削机床生产线,金额的约70-80%依赖进口。但近年随着国际著名机床厂商将生产转移至我国,以及国内机床企业并购国际著名机床厂商,进口比率正在下降。制造卡车零部件的金属切削机床生产线则以国产品为主。 
  这里分析几种热点金属切削机床: 
  1. 柔性生产线——FTL。由高速加工中心组成(详见后)。主要用于发动机制造。从二十世纪末至今,据不完全统计,已经有约100条在我国安装或将安装,单价约2000万美元。其中进口占约90%。主要来自德国、日本、意大利、美国。
   2. 双主轴双刀塔多轴数控车铣中心/柔性制造单元。带有C、Y轴和动力刀头。配备自动上下料装置(含机械手),并在与物料存储与传送及其自动控制集成的条件下,构成柔性制造单元(FMC)。由于这类设备满足轴类汽车零件“一次装夹完全加工——one on down”需要,近年已经有数百台至千台投产,其中进口约占90%。主要来自日本、韩国、中国台湾地区等。 
  还要特别指出,现代汽车零部件越来越采用以车代磨工艺,要求数控车床能够进行强力车削。 
  3. 各种数控磨床和专用数控磨床。如:高效、高精无心磨床,配有自动上下料装置(含机械手),组成磨削单元;高效、高精曲轴和凸轮轴数控磨床,十字轴专用数控磨床等,几乎全部依靠进口。主要来自德国、意大利、瑞士、日本。 
  4. 模具加工5轴高速床身式/龙门式铣床(加工中心)。这类机床主要特点是速度高、刚性好。其中龙门式加工中心为扩大工艺性能,还具有5面功能,配备有换头机构,以便满足铣、镗、钻工艺对主轴转速不同的要求。全部依靠进口,已经有超过数百台投产。主要来自德国、瑞士、日本、意大利。 
  (2)精密锻造:接近净成形加工。轿车重要零件毛坯一直应用锻件。精锻机国内差距巨大,依赖进口。 
  1. 热精锻生产线或制造单元:德国BLM公司热精锻齿轮精度已达DIN6级,节约材料20~30%,机械性能提高15~30%。 
  2. 冷精锻(冷挤压)生产线或制造单元:美国每年生产冷挤压件100万件以上,80%为汽车零件。 
  3. 温精锻生产线或制造单元:工艺特点是材料加热至700~1000℃进行锻造,兼有热锻和冷锻优点。美国温锻件约占精锻件50%。 
  4. 模锻机/制造单元:汽车零部件锻造毛坯皆属模锻件。其中的模具和上下料装置等为国内薄弱环节。 
  5. 粉末冶金烧结锻造设备。国外粉末冶金烧结锻造技术有较大发展,粉末锻造连杆重量精度可达1%。
    6. 内高压成形技术。是制造空心轻体构件的高新技术。内高压成形件质量轻、强度高、零件数量少、焊缝少,在欧美发展很快。 
  7. 旋压成形技术装备。旋压成形具有加工精度高、可生产变截面等强度车轮轮辋和轮辐等优点。 
  (3)铸造生产线: 
  大吨位压铸机/制造单元(铝合金铸件)依靠进口。其中压铸模具国内差距巨大。 
  精密铸造生产线(铸铁件)依靠进口。其中,自动锁芯生产线(key core system)主要采用西班牙loramendi公司产品。 
  (4)激光加工设备。包括激光切割设备、激光焊接设备。激光拼焊板冲压成形技术是国际上大力发展的一种先进技术。将不同材质不等厚度钢板激光拼焊成毛坯,然后整体冲压成形。可减轻零件重量、提高整车匹配质量、降低材耗、提高生产率。目前激光拼焊板冲压成形设备同样依赖进口。 
  此外,轿车车体三维数控激光切割是最近发展的柔性制造技术,代替传统的手工切割+冲裁模制造方式。使生产准备周期从2.5个月缩短至5天。 
  (5)数控刀具系统。制造轿车零部件的数控刀具系统,主要依靠进口。现代轿车零部件和模具加工已经高速化。对刀具提出很高要求。采用整体硬质合金刀具、硬质合金涂层刀具(包括化学涂层CVD、物理涂层PVD),陶瓷刀具,CBN刀具,聚晶金刚石(PCD)刀具,烧结压层刀具等。 
  同时,对高速切削刀具的监测工具、刀具系统的连接工具、高速回转的刀具系统动平衡技术设备等也提出很高要求。 
  需要指出,现代轿车零部件加工生产线,采用“智能刀具(Smart Tools)”——为特定零件加工设计的一系列专用高效刀具。同时,国际著名数控刀具供应商,还同时提供高速切削套装软件包、刀具使用(更换、重磨)服务等“整体解决方案”。
  我国汽车制造装备国产化路漫漫 
  二十世纪八十年代,我国汽车工业重点转入生产轿车,国内机床工业很不适应。轿车装备国产化率长期来只有20%。但是仍然有一些亮点,比如汽车冲压生产线、数控齿轮加工机床等国产品都占有较高的份额,大连和沈阳机床集团近年也为汽车企业提供由高速加工中心组成的柔性生产线,目前已有几千台国产数控机床在汽车企业使用。 
  但是总体来说,我国机床产品与世界先进水平还有不小差距:
  (1)自主创新差距:笔者去年访问了欧、日五国20家以提供汽车装备为主的著名机床制造商。发现在现代发动机制造技术、高速加工中心、由高级复合化机床组成的制造单元等高端机床方面,我们与国外技术发展差距拉大了。重要原因是,我们基本没有制造技术自主创新体系,同时,制造技术研发的人力、财力投入,差距仍然很大。
  同时,现代汽车装备特别强调《解决方案》。目前,国际一流机床企业的销售行为,已经完成了从卖设备到提供“解决方案- SOLUTION”的革命。这要求应用工程师是复合性技能型高级“灰领人才”。这是我们与国际间新产生的也是更加严重的差距。 
  (2)机床性能差距:主要数控机床无法满足现代轿车对精度、精度保持性、可靠性、寿命的需要。如,国际上加工精度从1950~2000年提高了50倍,国内加工中心精度与国际先进水平差距大体为15年; 
    (3)软件差距:包括生产线控制系统、集成技术差距等。缺乏将工艺系统、物流系统、信息系统集成为制造单元或流水生产线的技术。

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