汽車工業(yè)的變革對機床行業(yè)的啟示
2023-10-9 來源：機床協(xié)會 作者：-
編者按：本文編譯整理自日本機床制造商協(xié)會編制的《日本機床工業(yè)愿景2030》，文章講述環(huán)保理念下汽車行業(yè)的變革以及對機床裝備產(chǎn)業(yè)帶來的影響，并預(yù)測未來的市場趨勢。文章相關(guān)數(shù)據(jù)大多截至2020年。經(jīng)兩協(xié)會友好商議，協(xié)會傳媒平臺組織編譯、整理、轉(zhuǎn)發(fā)此文，僅供業(yè)界交流、參考。版權(quán)歸原作者所有。
世界汽車工業(yè)正在進入百年一遇的變革時期。在世界各國家和地區(qū)環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格的背景下，整車企業(yè)和零部件企業(yè)都在努力引進高環(huán)保性能的車型，公司（車企）正加緊研發(fā)和制造行駛中二氧化碳零排放的車型，如電動車（以下簡稱EV）、燃料電池汽車（以下簡稱FCV）。2021年6月，日本鈴木董事長鈴木修在退休前接受采訪時說過，“汽車行業(yè)，包括零部件企業(yè)，將隨著電氣化而發(fā)生翻天覆地的變化”。
基于2015年達(dá)成的《巴黎協(xié)定》，有效目標(biāo)值主要由發(fā)達(dá)國家設(shè)定，此后可以說汽車制造商開始根據(jù)《巴黎協(xié)定》采取具體行動。除了汽車的電氣化，還應(yīng)該涉及到從汽車產(chǎn)業(yè)向出行產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變。
正如“車”向“出行”轉(zhuǎn)變一樣，出行的使用環(huán)境也將發(fā)生變化。一個很好的例子是2020年豐田宣布的Woven City，該項目被定位為“未來城市示范城市”，其目的是著眼于向移動出行服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型，對自動駕駛、個人出行、機器人和人工智能（AI）技術(shù)等各個領(lǐng)域的新技術(shù)展開實證試驗。
以下將努力從不同于目前汽車產(chǎn)業(yè)分析的視角，推測2030年的汽車和出行產(chǎn)業(yè)情況。
1. 汽車行業(yè)對環(huán)境法規(guī)的響應(yīng)
世界正朝著實現(xiàn)脫碳社會邁進，不僅世界各國政府已經(jīng)宣布實現(xiàn)碳中和時間，各大企業(yè)也都在采取具體措施來實現(xiàn)這些目標(biāo)。
各國都在推動廢氣（NOx氮氧化物、PM顆粒物）法規(guī)的制定，在法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)化進程不斷推進的歐洲，各大汽車零部件企業(yè)都在為2025年實施的新歐7排放標(biāo)準(zhǔn)而努力研發(fā)。符合歐洲法規(guī)的中國和瞄準(zhǔn)歐洲法規(guī)的日本等汽車先進國家的汽車制造商和零部件制造商將采取與歐洲公司相同的措施。“環(huán)保合規(guī)”有可能成為行業(yè)的一大關(guān)鍵詞。
汽車電動化是汽車制造商為應(yīng)對日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)而采取的措施。除了EV和FCV之外，混合動力汽車（HEV）和插電式混合動力汽車（PHV）等車輛也是典型的例子。在以往的內(nèi)燃機車基礎(chǔ)上增加電動技術(shù)的HEV、PHV，搭載不同驅(qū)動源的EV、FCV等，能夠減少行駛時CO2排放量的車輛的開發(fā)從2010年代開始擴大。2020年代，尤其是隨著EV產(chǎn)銷量的擴大，電氣化成為必不可少的技術(shù)。
表1所示為2020年汽車銷量排名前10的國家，他們的銷量占全球銷量的70%以上。鑒于這些國家正在推進電動化，可以預(yù)見2030年汽車行業(yè)的電動化率將大幅提升。
表1 主要國家電氣化政策
資料來源：IEA，2020年全球電動汽車展望，基于OICA的銷售數(shù)據(jù)。
2. 整車企業(yè)和零部件供應(yīng)商爭相電動化
表2顯示了主要汽車制造商引入電動汽車的趨勢。從截至2020年全球銷量前10的企業(yè)來看，不少企業(yè)已經(jīng)宣布將在2030年后進軍電動汽車市場。以HEV技術(shù)著稱的豐田也在2021年底公布了EV戰(zhàn)略，宣布到2030年將開發(fā)30款EV車型。此外，還設(shè)定了將在2030年每年1350萬輛電動汽車的全球銷售目標(biāo)。其中，作為高級計劃的雷克薩斯已經(jīng)演變?yōu)橐訣V為中心的計劃，并設(shè)定了2035年EV占所有銷量的目標(biāo)。
表2 主要汽車廠商電動汽車情況介紹
注：排名第10的Stellantis是2020年FCA和PSA的合資企業(yè)。 EV公告是Stellatis的目標(biāo)值。
資料來源：IEA，2020年全球電動汽車展望。
中國在2020年公布了《節(jié)能與新能源汽車路線圖2.0》，目標(biāo)是到2030年將NEV（新能源汽車）在所有新車中的比例提高到50%。預(yù)計2030年產(chǎn)銷量將擴大至3800萬臺，2035年將擴大至4千萬臺。如果其中一半以上是新能源汽車，那么超過1900萬輛將是PHV或更高級別的電動汽車。中國的新能源汽車是包含PHV、EV和FCV，HEV定位為節(jié)能汽車。（表3）。
表3 中國年度目標(biāo)銷量（路線圖2.0）
資料來源：根據(jù)Marklines制作。
2020年全球汽車銷量約為7800萬輛，受COVID-19（新冠疫情）影響較上年下降約14%，但總銷量預(yù)計在2030年之前保持增長。多家咨詢公司預(yù)測，2030年全球汽車銷量將超過1億輛，其中50%為EV。僅在中國這個全球最大的汽車市場，到2030年，新能源汽車銷量將近2000萬輛，預(yù)計電動汽車占全球汽車銷量的50%。
隨著這種汽車電動化的轉(zhuǎn)變，汽車制造商也開始審查他們的生產(chǎn)系統(tǒng)。戴姆勒（德國）宣布將減少其主機廠的產(chǎn)量和人員，以應(yīng)對內(nèi)燃機車產(chǎn)量的下降。通用汽車也表示將關(guān)閉美國的三個工廠。另一方面，通用汽車不僅從轉(zhuǎn)向EV而開始重組，還開始建設(shè)新電池廠（在美國）。毫無疑問，到2030年，生產(chǎn)系統(tǒng)將進行重組，將創(chuàng)建新部門以加速向EV的轉(zhuǎn)變，并且電子和電氣零部件的生產(chǎn)將增加。
在這些相關(guān)零部件中，下一代電池將成為2030年的關(guān)注焦點。為了擴大EV的使用范圍，共同課題是急需降低車輛成本和延長續(xù)航里程。截至2020年，新一代電池中備受關(guān)注的全固態(tài)電池研發(fā)才剛剛起步，不僅是電池廠商，汽車廠商也紛紛開始參與研發(fā)（表4）。
表4 全固態(tài)電池研發(fā)進展情況
資料來源：根據(jù)各種新聞材料制作。
2020年，大陸（德國）、馬勒（德國）、謝弗勒（德國）等主要汽車零部件企業(yè)都在全球大幅裁員，并宣布因電動化而調(diào)整職位。比如不需要發(fā)動機了，因此生產(chǎn)線工人也會變得不再需要。軟件和IT部門的強化和重組已經(jīng)完成。
向EV的轉(zhuǎn)變、汽車自動駕駛技術(shù)的引入以及CASE（Connected，Autonomous，Shared & Service，Electric）和MaaS（Mobility as a Service，出行即服務(wù)）等環(huán)境變化意味著將能夠比以往任何時候都更快地響應(yīng)正在開發(fā)的創(chuàng)新。因此，生產(chǎn)設(shè)施的投資有望進一步增加。
3. 多元企業(yè)進軍電動汽車產(chǎn)業(yè)
除了電動化之外，2030年汽車產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵詞還有CASE和MaaS。CASE的C，Connected是指安裝在車輛上的通信設(shè)備連接到電話線或互聯(lián)網(wǎng)，或者使用其他通信無線電波連接到周圍的車輛，或者連接到信號等基礎(chǔ)設(shè)施。由于5G的發(fā)展，始終連接到互聯(lián)網(wǎng)的車輛有望普及到普通大眾，預(yù)計到 2030年將有一定數(shù)量的車輛作為聯(lián)網(wǎng)汽車運行。此外，如果所有車輛都具有聯(lián)網(wǎng)汽車的功能，則可以運行自動駕駛功能。如果5G應(yīng)用在車輛上，車輛就能夠掌握周圍的情況，如果車輛的自動剎車和油門功能有效發(fā)揮作用，就可以建立自動駕駛汽車運行的環(huán)境。假設(shè)由于法律制定的困難，到2030年無法及時在車輛中安裝自動駕駛系統(tǒng)，但圍繞汽車的各種技術(shù)將變得更加可行。
電動化技術(shù)，以及支撐它的半導(dǎo)體、傳感器和嵌入式技術(shù)，將提高汽車的附加值。與此同時，汽車正在從“自行出行”的交通工具演變?yōu)闈M足用戶在各種情況下需求的出行物體。豐田在2018年宣布將其模式從“制造汽車的公司”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;出行公司”。
表5 新企業(yè)進入電動汽車行業(yè)的市場拓展動向
資料來源：由 Marklines創(chuàng)建。
表5中所列的富士康等電子制造服務(wù)（EMS）公司也開始生產(chǎn)電動汽車。雖然該公司是全球最大的EMS，但它已經(jīng)建立了自己的EV開發(fā)平臺“MIH”，并開始發(fā)展一項業(yè)務(wù)，在該業(yè)務(wù)中，它為使用該平臺的其他公司承擔(dān)所有EV生產(chǎn)。
2020年，蘋果（美國）和谷歌（美國）就已經(jīng)宣布有意進軍電動汽車市場。出行行業(yè)不僅與出行對象（作為產(chǎn)品的出行）本身相關(guān)聯(lián)，而且還與構(gòu)建共享經(jīng)濟（CASE中的S）和MaaS相關(guān)聯(lián)。這里的業(yè)務(wù)不是一個出行的對象，而是聚集在那里的海量出行大數(shù)據(jù)，以及由此誕生的新價值。IT公司、電信運營商、智慧城市建設(shè)等各類供應(yīng)商都將搶占這一領(lǐng)域。
4. 機床行業(yè)應(yīng)隨機而動
當(dāng)承接代工企業(yè)的存在變得普遍時，傳統(tǒng)汽車行業(yè)的“垂直整合”型制造向“橫向分工”型制造轉(zhuǎn)變，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)本身也會發(fā)生變化。換句話說，它有可能表現(xiàn)為客戶群的變化。在機床行業(yè)，最顯著的變化不僅是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，還有制造業(yè)本身的變化，比如汽車是如何制造的。
如上所述，如果假設(shè)2030年將售出約1億輛汽車（出行），其中一半為傳統(tǒng)內(nèi)燃機車，即發(fā)動機產(chǎn)量將保持5000萬臺。這個數(shù)字只是2020年代初的一個假設(shè)，根據(jù)各國環(huán)保法規(guī)的發(fā)展情況，極有可能會更小，銷量停滯不前也是可想而知的。
（1）內(nèi)燃機占所有汽車（出行）銷量一半的情況
內(nèi)燃機車將繼續(xù)存在的事實意味著發(fā)動機當(dāng)然是必不可少的部分。但是，即使保留一半，各汽車制造商也會從2000年代到2020年大幅減少發(fā)動機類型。這是因為這些公司將投資從發(fā)動機研發(fā)轉(zhuǎn)移到了其他領(lǐng)域，而且他們傾向于共享所生產(chǎn)車輛的發(fā)動機型號。以日本整車企業(yè)為例，豐田從1998年的25種車型整合到2017年的19種，馬自達(dá)也從11種車型整合到4種。其他企業(yè)也有類似趨勢，而且到2030年這種趨勢會更加明顯。
另一方面，需要注意的是，內(nèi)燃機汽車也需要具備環(huán)保性。與傳統(tǒng)發(fā)動機相比，需要提高熱效率和減少廢氣中顆粒物的技術(shù)，而這種性能對于2030年將部署的發(fā)動機至關(guān)重要。因此，要生產(chǎn)附加值高于以往的發(fā)動機，就需要生產(chǎn)制造設(shè)備的支持。
（2）EV、FCV等電動汽車占多數(shù)的情況
電動汽車和機動性所需的零部件及材料自然會比發(fā)動機零部件增加。還應(yīng)考慮到，將使用許多具有化學(xué)產(chǎn)品特性的零件和材料，例如電池。表6是一個例子，預(yù)計這些新安裝部件的生產(chǎn)需要新的設(shè)備和機械。
表6 EV和FCV不需要的零件和新零件
出處：日本機床制造商協(xié)會《汽車（EV）電動化對機床行業(yè)的影響和變化的調(diào)查報告》
這些新增及增產(chǎn)零件需要什么樣的機床“產(chǎn)品”？或者需要什么樣的“加工功能”？例如，電氣化必不可少的電機由鐵芯材料和線圈等零部件產(chǎn)品組成，其生產(chǎn)加工需要塑料加工技術(shù)。此外，與一般電機不同，EV電機需要高精度的鐵芯材料，通常使用精密板材壓力機進行加工。
除了新零件，還需關(guān)注用于出行的材料產(chǎn)品的變化。例如，電動汽車配備電池和電機等重型部件，即使沒有同樣沉重的發(fā)動機，也需要進一步減輕重量以提高機動性的駕駛性能，因此CFRP（碳纖維增強塑料）等新材料正在被采用。成型CFRP需要技術(shù)來控制加壓所需的時間和壓力，擅長控制這些東西的伺服折彎機未來需求量有望增加。雖然這里只提到了一部分需求場景，但各種出行產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)將會擴大，對新機床的需求將會增加。另一方面，出行性豐富多樣的事實意味著可能不得不考慮適合小批量生產(chǎn)的制造，而不是汽車等大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。在這種情況下，可能需要引入與機床不同理念的技術(shù)，例如AM（增材制造）技術(shù)。
來源：日本機床制造商協(xié)會（作者 太田志乃，名城大學(xué)副教授） 編譯：協(xié)會傳媒平臺 責(zé)編：黃韶娟
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