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智能制造浪潮中的“智慧”汽车

来源:荣格-《国际汽车设计及制造》 发布时间:2021-11-01 962
工业金属加工汽车制造整车及零部件自动驾驶&车联网金属成型机床机加工总装与装配工程材料与轻量化塑料加工设备橡胶加工设备及零件工厂管理其他电子芯片电子芯片设计/电子设计自动化(EDA)设计/电子设计自动化(IP类软件) 市场趋势
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在全球协同解决双碳问题的大背景下,新能源汽车的发展方向是一个热门话题。

从工业制造领域到现代生活依赖的电子产品,从工厂设备的互联互通到汽车与万物互联,智能化浪潮席卷各个行业,甚至渗透到了我们生活的每个角落。不可否认的是,我们正处在智能化的时代洪流之中。对于汽车行业来说,智能化有两个维度的考量:一个是由传感器、AI、芯片、车载计算平台、5G等前沿技术构成了车辆本身的智能化,其最终指向的是未来的完全自动驾驶;另一个维度是指由自动化设备、信息化网络以及数字化技术等铺成的汽车制造工厂的智能化,乃至覆盖整个汽车产业链的智能化。


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技术融合下的智能汽车


在全球协同解决双碳问题的大背景下,新能源汽车的发展方向是一个热门话题。除了对其未来动力体系的探讨,随着互联网、物联网、车联网技术的融合应用,如何提升驾车的安全性、舒适度、便捷的体验感成为汽车设计的新命题。此外,新能源汽车的蓬勃发展,也带动了汽车电子行业的发展。


而在过去的一年,汽车行业也因为芯片的短缺遭遇“瓶颈”,据咨询机构预测,2021年全球汽车因芯片短缺减产或将超过700万辆,整个产业链因此被搅动。产业链上的各大企业也纷纷进行布局,或推出新品解决以应对汽车行业的变化趋势带来的挑战,或扩大产能满足汽车市场对于芯片急速扩张的需求。


例如,东芝半导体主要从事分立器件半导体和系统器件两大业务,随着汽车的电动化和智能网联化的发展,汽车对半导体的需求,特别是对马达驱动电路、功率半导体器件、电源和信号隔离用器件等的需求迅速增加。“东芝以丰富的分立器件和系统电路器件产品线应对庞大的中国市场需求,对中国车载市场的发展作出贡献。”东芝电子元件(上海)有限公司半导体技术统括部/技术企划部高级经理黄文源表示。


此外,通过参加各大展会,黄文源发现车辆中LCD屏的使用数量大幅增加,装配有4块LCD屏的车辆不在少数。伴随着IVI(In-Vehicle Infotainment)、Telematics等高级功能的使用,新的接口格式被引入车载系统的情况不断发生,这和原来SoC之间的接口不同,无法直接连接。为了解决这个问题,东芝可提供桥接芯片来转换不同的接口。


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在智能网联车辆中,车辆与城市基础设施之间的信息连接以及V2X产生的数据收集、整理、分析和应用等也都是重要的环节。其中,服务型网关如同电脑的主板,车辆需要什么样的计算和显示的功能,就可以将不同特性的计算模块插入到其中,实现不同级别的自动驾驶和智能座舱功能。智能汽车开发者在开发定义新型中央计算新架构时,需要完善定义分配车辆各核心模块功能、车辆骨干网络、车辆区域控制器功能、边缘节点等特性,借助网关的服务功能,构建起以服务为中心的新型车辆电子电气架构。


在行业向智能汽车演进的大背景下,恩智浦(NXP)的S32G 处理器融合了高性能应用处理器、实时处理器、高带宽以太网加速器以及传统网络加速器,并且提供了最高等级的功能安全和信息安全,为车辆实现整体SOA服务型架构提供坚实的基础支持。“现在设计的智能汽车,其中90%的新架构和新的理念都是基于恩智浦的芯片作为主板,其算力可以满足高性能的要求。”恩智浦大中华区资深市场经理余军苗说道。


“现在,我们的关注点都会在汽车的电气化和智能化方面,但事实上问题没这么简单,在今天这样一个动态的、不确定的、复杂的和模糊的VUCA场景下,一切问题都是复杂的系统问题。”上海大学教授李明提示道,“从汽车的应用功能来看,代步和安全性问题已基本解决,放眼未来,其在功能上的主要突破点将围绕汽车环保和驾驶体验。”

汽车“智”造新体验


电动化、智能化、网联化是当下汽车产业中主流的“新三化”,信息技术、数字化正给传统制造业带来前所未有的变革,以工业4.0为代表的新一轮产业升级正在展开,工厂的生产效率得到大幅提升。


结合智能制造,华工激光为客户提供焊装定制智能化生产线服务,积极拓展虚拟调试、数字孪生应用和研发。采用三维建模及仿真技术,进行车间布局和工艺流程的三维仿真建模研究,在虚拟环境中对制造、设备、物流过程进行仿真验证并优化方案设计,识别制造、物流瓶颈,确定设备利用率及负荷率,进行工时分析、产线平衡分析等,避免可能出现的设计问题,优化输送系统设备配置及物流方案。


因为在产品设计过程中很难预测到生产和使用过程中可能出现的问题,而虚拟调试、数字孪生可以很好地验证产品、方案的可行性。例如,汽车制造工厂在制造与装配产品时,可以使用虚拟调试、数字孪生离线编程机器人、PLC、生产线设备等进行验证,而不需要花费大量时间在现场进行停机调试。虚拟调试使得设计者可以在产品生产之前进行修改和优化,及时对自动化系统进行改进,减少硬件资源的浪费,极大地节省了时间和成本。数字孪生的应用还可以降低工厂更改流程的风险,使企业在成本、投入、生产效率方面得到显著的改善。


谈及对未来汽车发展趋势的判断,华工激光汽车装备自动化产品线总经理陈谢国表示,以汽车电气化为代表的新能源动力的发展方向是华工激光最为看好的。作为耕耘汽车加工行业多年的企业,华工激光在新能源汽车车身焊装、轻量化车身连接工艺研发、汽车电池模组、电池外壳、电池极耳焊接制造全面布局,目前已经成功研发白车身顶盖高速激光焊接、焊装智能柔性生产线、全铝车身连接工艺、汽车电池生产线、激光开卷落料、热成型件三维切割、汽车零部件激光焊接等系统,承接国内多个主机厂焊装生产线、电池生产线项目。“技术改造促进制造业加快提档升级,未来我们会继续深耕汽车智能制造领域,坚持创新,不断突破瓶颈、打破壁垒,进一步拓宽在汽车市场中的应用。”他如是说道。


除了传统汽车装备的智能化升级,协作机器人在汽车工厂中也发挥着越来越大的作用。上海节卡机器人科技有限公司市场副总裁常莉告诉我们,当前消费者对于小批量、多品种、个性化的汽车零部件需求,使得传统汽车制造工厂难以满足需求;大部分的汽车工厂产线布局已定型、升级产线需要大量的时间、费用成本;产线紧凑、对产线的可靠性要求较高……这些汽车制造行业的挑战使得汽车制造商更倾向于使用适应于少批量、多品种生产的柔性产线,协作机器人则是柔性产线的核心单元。


通过协作机器人、人机混线等方式将原先那些难以自动化的、不符合人体工学要求的手工作业环节,如车灯装配接线、零部件搬运,转变为只需较快捷、低成本便可实现的自动化方式。


深耕行业,节卡协作机器人在汽车及相关生产中扮演着装配工、搬运工等角色。从应用角度方面,节卡协作机器人应用主要分为两个维度:一是汽车零部件产品维度,诸如底盘系统、发动机、变速箱、传动系统、车灯、座椅等。目前,节卡机器人已应用在传动系统的钟形壳机加生产线、发动机壳体清洗线、车灯装配、车灯光导条检测、座椅拧紧安装等制造装配环节中;另一个是工艺维度,节卡机器人在诸如冲压搬运、机床上下料、焊接、拧紧,装配、涂胶等工艺环节中都有应有。


常莉告诉我们,某全球领先的汽车零部件制造工厂内部署了节卡协作机器人,实现了三销轴研磨、内星轮研磨、小件生加工等产线零件上下料、锁螺丝、检测、装配等工作的自动化。在该工厂内,原先一条机加工产线配有20个工人,现减少工人16-17名,以长三角地区平均工资为例,企业一年可减少120+万元人工成本,投资回报周期小于12个月。“据统计,相较传统机器人,部署节卡协作机器人的产线每年可以帮助企业减少40万元电费成本,相当于为地球减少近400吨二氧化碳排放。”常莉说道。


在现场部署方面,节卡协作机器人拥有轻量化设计、即插即用等特点,在汽车及相关产线实现自动化部署,部署时间短、售后方便,不仅帮助企业节约时间、人力成本,还提升设备可动率及自动化生产产能。
除此以外,节卡系列协作重复精度能达到±0.02mm,满足发动机装配、车灯涂胶等高精度生产工艺要求;安全性高,能够让工作人员无压力地与它共同协作。为了适应现代汽车制造技术柔性化、灵捷化、智能化、信息化的发展趋势,国内汽车制造业在汽车生产中引入了更多高端技术,使汽车装配在生产组织、信息管理和物流技术等方面更加智能。


“在汽车方向盘生产线上,按传统的人工排序,重复劳动多、工作强度大,改用输送线排序, 投入成本高、占地面积大。通过构建‘节卡协作机器人+AGV’形式的复合机器人方式,可实现智慧搬运码放。”常莉最后说道。


在李明教授看来,对于机械制造领域而言,现代车身、轻量化车身结构等会催生全新的设计理念、思路、方法和平台,而个性化车身制造则会推动新材料和新工艺的研发,三电系统制造需求则将围绕精密制造和集成制造技术的应用。

结语


在古代,仗剑纵马走天涯,人剑合一曾经是无数少年豪侠的梦想,如今,我们早以铸剑为犁、马放南山,但行万里路的追求却从未改变。不同于“一箫一剑走江湖”,此时伴随我们的是一部手机一台车,加上无所不在的通讯网络,科技的进步正在将人、车、网紧密的结合在一起,汽车变得越来越“聪明”。而汽车制造行业的智能化转型,提高了生产效率,降低整车成本,让汽车走进千家万户,拓宽了我们出行以及生活的边界。那些科技领域的先行者和开拓者,正在用他们的研发成果,让“人车合一”的美好未来离我们越来越近!2022,我们正在乘势而来!


来源:荣格-《国际汽车设计及制造》


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