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2021/12/25
生在這個年代的汽車設計師和工程師是幸福的，幸福在於快速發展的汽車製造工藝技術可以支撐他們富有創造性的外觀和工程設計；生在這個年代的汽車設計師和工程師也可能是不幸的，不幸在於他們可能處在一個製造工藝技術落後的汽車企業，落後的製造工藝會扼殺掉他們新穎的創意設計,扼殺掉一個好的產品的誕生。一家汽車企業具有先進的製造工藝技術，才能讓它的設計師、工程師們在設計思維上受到的約束更小，更容易誕生優秀的產品；而設計師、工程師們的設計思維越寬廣，也會促進位造工藝的進步，兩者之間會形成一種良性的促進關係。
這篇文章我們來和大家聊聊當今汽車製造中一些先進、智能的生產工藝技術，以及掌握這些技術的企業在實際產品設計的中的運用實例。
汽車製造主要包含四大工藝：衝壓、焊接、塗裝、總裝。這四大工藝在目前的汽車製造中都處在一個需要快速革新的時代，比如超高強度鋼、鋁合金、碳纖維、玻璃纖維等新材料對衝壓成型工藝帶來的挑戰，新材料對連接工藝帶來的挑戰、新材料連接之後對防腐、密封、噴漆帶來的挑戰、工業4.0對總裝效率帶來的改善。
先進的衝壓成型工藝技術才是目前汽車輕量化設計的基礎
隨著排放和能耗的法規越來越嚴格，汽車輕量化設計成為必然趨勢。當然汽車輕量化的設計帶來的不僅僅只是油耗和排放物的降低，還能改善動力以及操穩性能，也能帶來安全性的提升。
新型低密度材料在汽車製造中的應用是目前汽車輕量化設計中最有效的手段，比如超高強度熱成型鋼、鋁合金、碳纖維等，新材料的應用也伴隨著新的衝壓成型工藝的出現。比如超高強度熱成型鋼的出現，讓近幾年的熱成型工藝逐漸成熟。而隨著輕量化設計的深入研究，以通用系、德系等為代表的為數不多的幾家技術實力深厚的企業讓熱成型材料在輕量化設計的應用中做到了更精細化，比如熱成型TRB（不等厚壓制熱成型板）、TWB（激光焊接不等厚熱成型板）、PATCH（兩塊熱成型焊接一體成型）熱成型板的應用，這些新材料技術應用在車身性能關鍵區域既能提升車體性能，也能有效的降低車身重量。比如別克新君越和雪佛蘭邁銳寶XL在B柱、雪橇板、前壁板前橫樑等處運用到了TRB和PATCH，相比採用一整塊等厚度熱成型板，重量可以降低20~30%，同時還能保證性能達到目標值。
超高強度熱成型PWT板應用在新君越的雪橇版上
超高強度熱成型PATCH板的應用在新君越的B柱和前壁板前橫樑上
不等厚度壓制或者激光拼接的板材在普通鋼材總的應用也很多，它也是汽車輕量化設計中的優秀案例，這種技術的運用要求汽車工程師有很高的設計能力，以及企業掌握較高的模擬技術、製造精度要求，雪佛蘭在邁銳寶XL上就做過諸多的實例運用，它們給邁銳寶XL的輕量化設計帶來了明顯的減重貢獻。
這一代邁銳寶XL和新君越在動力性能、燃油經濟性、操穩性能方面有了明顯的提升，很大一部分功勞要歸於整車輕量化的設計。
邁銳寶XL上大量的激光焊接不等厚板材的應用實例
近幾年，鋁合金在汽車輕量化設計上的運用被企業和媒體都宣傳的很多，但是實際真正掌握了鋁合金車體零件的設計、成型工藝的廠家並不多，也僅有以通用為首的美系、奧迪、賓士為首的德系掌握了各系鋁板的零件設計和成型工藝，包括鋁合金的鑄造、擠壓、冷衝壓和熱處理工藝技術等。其中通用在凱迪拉克CT6上對鑄造鋁合金結構的實用可以被當作目前行業應用的一個典範。
CT6對前後減震塔座、A柱立板、后縱梁等採用了鑄造鋁合金的集成模塊化設計，這種設計既提升了車身局部剛性的同時，還有效的實現了輕量化的設計。CT6車身上這樣的輕量化的集成模塊化結構多大十幾處，將常規227個鋼製零件的數量變成了31個鑄造鋁合金件，模塊化的設計還能降低了零件管理成本，縮短了焊接的工時，提高了生產的效率。
冷連接技術的發展讓新材料的應用不再受到熱連接限制
鋁合金，碳纖維，超綱強度鋼材、普通鋼材，因為受到材料熱塑性的差異影響，導致傳統的焊接技術無法用於他們之間的連接。而此時一些技術深厚的廠家就開發出來車身冷連接技術，比如SPR（拉鉚）、FDS（高速旋轉螺接）、結構膠鏈接等。他們被大量應用在鋼鋁連接、鋼和碳纖維，鋁和碳纖維的連接等。而掌握這些技術的也僅有目前推出過鋼鋁複合車身（實際上並沒有所謂的全鋁合金車身的車身）的一些廠家，比如通用、福特、捷豹路虎、奧迪、寶馬等。
相比傳統熱連接，冷連接中的結構膠連接、SPR等還可以讓連接區域受力更均勻，對提升車身結構的強度、疲勞、耐久性都有益處，對車身被動安全性也有一定提升。
結構膠
在結構膠的應用上，通用在全球車企中處於領先地位，以CT6為例，結構膠的使用是目前量產車之最，長達312米。在剛上市的全新一代探界者的下車體上，結構膠的使用也達到了82米。結構膠作為冷鏈接技術有著非常多的優勢、比如可以讓結構實現輕量化的設計。 傳統電焊機需要一定的焊接操作空間，需要在結構設計時預留較大的焊接尺寸和必然空間，而結構膠對連接操作空間要求較小，可以簡化連接區域結構，所以對輕量化設計也有一定促進作用。比如結構膠連接時，因為連接區域受力更均勻、可以改善連接區域結構耐久性、疲勞性，增強結構剛度和強度，對車身安全性也有一定的提升。比如還可以取代傳統熱連接或者與熱連接工藝協助提升結構疲勞耐久等，而據陶氏化學這些結構膠的專業提供商給出的實驗數據來看，結構膠和點焊工藝同時使用時，可以將該區域的抗疲勞性能提升2倍。
當然，在新材料和傳統材料的熱連接上，部分技術先進的企業也攻克了鋁合金在熱連接過程中的熔融問題，比如通用開發了全球領先的鋁點焊技術。為了改善焊接車身外觀件的鍍鋅蒸汽飛濺問題，通用開發了全新的遠程鍍鋅激光焊接技術，這項技術可以提升焊接效率3~5倍，減少50%焊接操作工位。目前這兩項熱連接技術的專利均屬於通用。
等離子釺焊、激光釺焊、Arplas（阿普拉斯）焊接等技術也被通用和德系部分國際一線廠家掌握，並且運用在了新產品上。
激光釺焊
凱迪拉克CT6的鋁電阻點焊
自動化和先進的塗裝技術將塗裝的環保和噴塗質量帶上了新高度
塗裝是檢驗一座工廠是否環保的照妖鏡，油漆以及液態塗膠的揮發制或多或少存在一定的污染性，這就要求工廠的工人穿戴整齊的防靜電服和防護口罩，工廠的排放也需要做特殊的廢氣處理，所以大煙囪成為了塗裝車間的標誌性特徵。而現在一些先進的智能環保級工廠已經實現了高度自動化的機器人噴塗作業，比如上汽通用的金橋工廠、通用武漢二工廠、捷豹路虎的常熟工廠等。而且目前通用的這兩座工廠通過採用乾式文丘里、高效廢氣處理系統等行業先進環保設備，大幅降低VOC有機揮發物的排放，讓塗裝車間幾乎實現了污染零排放，傳統的混凝土高煙囪在這兩座工廠的塗裝車間也成為過去式，達到了世界級環保水平。
自動化噴塗技術改善了生產效率的同時，也能改善了噴塗質量，提升了防腐和NVH相關性能。比如為了改善地板的震動和噪音，需要在地板上設計阻尼墊，過去傳統的阻尼墊都是瀝青材質，只能通過人力操作。而現在新的液態可噴塗隔音墊LASD的出現讓噴塗完全實現了自動化，而且LASD更環保，與傳統瀝青阻尼墊相比隔音、減震效果也增加一倍。這樣的先進噴塗技術已經被上汽通用引入到了上海金橋和武漢二工廠等先進工廠中。
機器人噴塗
工業級乙太網讓總裝車間智能化成為現實
總裝工藝技術的好壞是最能評價一座工廠生產智能化以及生產效率的地方，現代工業級乙太網的應用讓一些汽車工廠達到了智造級水平，大大提升了生產的效率，改善了車間生產的柔性，讓同一間總裝車間可以適應多款車型的生產。
目前在國內，通用的金橋工廠和武漢二工廠因為工業級乙太網的應用以及大規模自動化機器人設備的使用，已經達到了智造級水平，一間總裝車間的柔性可以拓展到適應7款不同車型的生產，總裝效率也將傳統每小時生產25台的效率提升到65台，提升效率的同時也節約了廠房、土地以及生產設備的投入。
工業級乙太網在總裝技術中的應用，還有一個重要的特點就是通過智能物聯網系統可追溯總裝過程中的每一個關鍵螺栓、螺母等緊固件的扭矩信息，構建起世界級數字化裝配體系，讓每一輛車的裝配環節都可實現自動化監測、追蹤以及後期產品售後管理，為生產和售後管理提供了快速查詢的資料庫。
綜述
造型師說：這個車身腰線我需要更尖銳、更立體。
車身工程師說：這個衝壓技術我們還沒掌握，做不了。
整車性能集成工程師說：這款車我們需要性能達到鋼炮級的加速水平，油耗控制在百公里6L以下，所以車身，底盤、動力都要進行大幅度的輕量化設計來減重。
車身、底盤和動力工程師說：鋁合金和碳纖維的應用技術我們還沒掌握，做不了。
銷售說：這款車賣的太好了，需要加快生產效率。
總裝工程師說：我們已經是工人三班倒了，工廠智能化不夠，效率提升不了。
這些看起來有著濃重悲劇色彩的對話場景在國內一些傳統的汽車工廠里可能會經常發生，但是隨著先進位造工藝技術被引入到國內像通用金橋和武漢二工廠這樣先進的智造級工廠，讓它們的優秀工程設計得到了他們先進位造技術的支持，這些工程設計中的悲劇事件發生的概率就越來越少。
通用近20年來製造工藝水平不斷的攀升，一方面源於企業的精緻工藝精神和研發流程的不斷完善，以及現代化工業水平的進步；另一方面源於消費市場的個性化發展需求對設計和製造領域發起的挑戰，使得通用這樣全球性的企業需要主動去開發一些前瞻性的產品引領市場的走向，從而推動製造水平不斷提升。
先進的製造工藝支撐下，在這些工廠里誕生了越來越多的優秀產品誕生，比如通用近兩年推出的凱迪拉克CT6、新一代君越、全新一代探界者等。CT6是2015年ECB年度最佳車型之一，全新一代君越的內飾和動力總成是2016年沃德十佳、探界者是通用旗下最暢銷的SUV，這些行業獎勵的獲得以及市場優秀的表現，都離不開先進生產工藝的支持。先進的生產力決定了企業的高度，從營銷引導到技術引領，通用為代表的汽車品牌已經為國內汽車企業樹立了未來汽車工業發展的標杆。
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