劉雙虎

摘要：本文分別介紹我國汽車行業(yè)智能制造相關智能研發(fā)裝備、自動化成套生產(chǎn)線系統(tǒng)、工業(yè)機器人以及數(shù)控機床等制造裝備的發(fā)展現(xiàn)狀、競爭格局，指出我國汽車行業(yè)智能制造裝備與國際先進水平的差距。探討了汽車行業(yè)智能制造裝備總體未來發(fā)展趨勢，分析了面臨的挑戰(zhàn)并提出發(fā)展建議。

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

0 ?引言

我國已經(jīng)成為全球最大汽車市場，正在由汽車制造大國向汽車制造強國轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展已經(jīng)成為我國汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展重要任務。智能制造是實現(xiàn)我國汽車行業(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)、自動化成套生產(chǎn)線、智能儀器儀表、高檔數(shù)控機床、工業(yè)機器人等。陸建林（2018）等提出我國工業(yè)機器人等智能裝備具備廣闊市場空間;徐浩（2019）提出我國智能裝備產(chǎn)業(yè)存在行業(yè)規(guī)范標準不統(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。我國汽車行業(yè)智能制造裝備市場規(guī)模巨大，但仍存在自主核心技術缺乏、產(chǎn)品性能較差、關鍵裝備對外依賴度高等問題。本文對我國汽車行業(yè)相關智能制造裝備問題的研究，希望給裝備供應商未來發(fā)展提供一定的借鑒意義。

1 ?我國汽車行業(yè)智能裝備發(fā)展現(xiàn)狀及競爭格局

汽車智能裝備集成和融合先進制造技術、信息技術和智能技術，滿足汽車行業(yè)產(chǎn)品工藝和流程制造要求，對機械、電子、控制、工業(yè)軟件、傳感器、人工智能等跨領域多學科知識綜合集成運用。智能裝備在汽車產(chǎn)品生命周期應用主要集中在研發(fā)設計和生產(chǎn)階段，其中在研發(fā)設計階段主要提供智能測試儀器、臺架、環(huán)境倉等裝備;在生產(chǎn)階段主要提供包含面向不同車間生產(chǎn)線的自動化成套生產(chǎn)線系統(tǒng)、工業(yè)機器人以及數(shù)控機床等裝備產(chǎn)品。

1.1 智能研發(fā)裝備

智能研發(fā)裝備主要應用在研發(fā)設計階段的先進技術開發(fā)、產(chǎn)品的概念設計、工程設計和試制試驗等環(huán)節(jié)。先進技術開發(fā)方面主要是提供系統(tǒng)開發(fā)仿真裝備、試驗驗證裝備等。概念設計主要服務內(nèi)容是模型制作以及模型數(shù)據(jù)的采集裝備。工程設計階段主要用于軟硬件開發(fā)的在環(huán)仿真裝備。試驗驗證方面是智能研發(fā)裝備應用最多領域，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)裝備供應方面，輕型汽車在先進技術和整車及動力總成性能試驗、仿真模擬等關鍵核心試驗測試領域裝備需求量大，但幾乎被國外供應商壟斷，國內(nèi)供應商提供產(chǎn)品集中在部分測功機臺架、試驗艙室體以及零部件試驗設備等方面。重型商用車研發(fā)裝備主要應用在整車和動力總成測試方面，部分核心關鍵設備依賴進口，大部分輔助設備以國內(nèi)設備為主。（表1）

未來，VR/AR、人工智能、大數(shù)據(jù)、5G等更多先進技術將會應用在研發(fā)裝備中。如基于VR/AR技術的自動駕駛汽車模擬器已經(jīng)用于自動駕駛控制系統(tǒng)前期開發(fā)，能夠模擬現(xiàn)實世界，有利于自動駕駛汽車在不確定的環(huán)境中進行測試。同時，研發(fā)設備將會集成更多測試功能，不再進行單一測試內(nèi)容。如把輔助駕駛集成在臺架，模擬雷達信號進行駕駛輔助系統(tǒng)的開發(fā)。

1.2 自動化成套生產(chǎn)線

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

自動化成套生產(chǎn)線在不同企業(yè)有著不同的市場競爭格局：

在輕型汽車企業(yè)中，國際知名企業(yè)與國內(nèi)優(yōu)勢企業(yè)并存。具備汽車智能自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)工程設計、總承包能力的國際知名企業(yè)與具備較強汽車智能自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)研發(fā)設計能力，且具備生產(chǎn)、安裝調(diào)試及售后服務綜合能力較強的國內(nèi)優(yōu)勢企業(yè)均有較穩(wěn)定市場份額。在不同工藝過程中，國內(nèi)外企業(yè)面向的客戶略有側(cè)重，其中國際知名企業(yè)主要客戶為合資品牌，國內(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，我國重型商用車自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)供應商主要以國內(nèi)企業(yè)為主。

在零部件方面，自動化成套生產(chǎn)線主要由企業(yè)提出工藝方案，由專業(yè)集成供應商完成生產(chǎn)線的詳細設計與集成，以國內(nèi)企業(yè)為主。部分對加工、裝配精度要求較高的產(chǎn)品，采用國外供應商整體方案，如發(fā)動機缸體/缸蓋加工等。

當前，工藝仿真技術已經(jīng)開始應用于自動化生產(chǎn)線的設計過程，優(yōu)化產(chǎn)線配置，提高效率。未來數(shù)字孿生、5G、機器視覺等技術將會越來越多應用在自動化生產(chǎn)線中。基于開放標準和統(tǒng)一協(xié)議的通訊網(wǎng)絡，實現(xiàn)所有設備的相互通訊;通過虛擬化調(diào)試，對生產(chǎn)線重要功能和性能進行測試，消除設計缺陷;在產(chǎn)品上線前測試和驗證產(chǎn)品的功能、安全性和質(zhì)量;通過模型實施跟蹤生產(chǎn)線情況，提高生產(chǎn)效率、減少停機時間，并可以持續(xù)改進產(chǎn)品。

1.3 工業(yè)機器人

在汽車行業(yè)制造過程中，集成了移動機器人、堆垛機器人、裝配機器人、焊裝機器人、檢測機器人等，實現(xiàn)物料自動搬運、柔性物料傳送、零部件自動清洗、白車身焊接、自動化裝配等一系列作業(yè)任務。

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

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

工業(yè)機器人未來發(fā)展方向是智能化、多機協(xié)作和標準化。智能化方面，虛擬仿真技術、VR/AR技術將會廣泛應用，加強機器人模擬人類智能行為的程度，同時加強機器人智能化研究，使機器人擁有獨立邏輯推理能力。多機協(xié)作方面，智能化生產(chǎn)線由多個機器人共同協(xié)作完成生產(chǎn)工作，這就對機器人多機協(xié)調(diào)化作業(yè)的精度提出了更高的要求。標準化方面，機器人通訊協(xié)議的統(tǒng)一以及采用標準的模塊化設計將會提高機器人協(xié)作性能和降低維護成本。

1.4 高檔數(shù)控機床

數(shù)控機床在整車生產(chǎn)和零部件加工中均有應有，整車生產(chǎn)主要是沖壓工藝的壓力機;零部件生產(chǎn)主要是發(fā)動機、變速器、傳動系統(tǒng)、制動系統(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)控機床在汽車行業(yè)重點應用領域。

我國數(shù)控機床行業(yè)出現(xiàn)了明顯的供需矛盾，主要體現(xiàn)在低檔數(shù)控機床的產(chǎn)能過剩和高檔數(shù)控機床的供應不足而導致供給側(cè)結(jié)構性失衡。低檔數(shù)控機床行業(yè)門檻低，進入企業(yè)多，且近幾年低檔數(shù)控機床市場有效需求不足，該領域已經(jīng)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象;高檔數(shù)控機床的應用越加普及，需求量越來越大，由于我國高檔數(shù)控機床起步較晚，當前國產(chǎn)產(chǎn)能不能滿足國內(nèi)需求，國內(nèi)大多數(shù)高檔數(shù)控機床依賴進口。在中國的機床進口國中，日本和德國占到絕大部分份額。

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

未來，網(wǎng)聯(lián)化和智能化將成為新的要求。數(shù)控機床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車間各個部門間暢通無阻，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源共享，又能實現(xiàn)數(shù)控機床的遠程監(jiān)視、控制、培訓、教學、管理，還可實現(xiàn)數(shù)控裝備的數(shù)字化服務。智能化方面，數(shù)控機床應用仿真技術和自適應控制技術，可對加工參數(shù)進行智能化優(yōu)化和選擇，實現(xiàn)故障的自診斷和自修復。

2 ?我國汽車智能裝備未來發(fā)展趨勢

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)升級正在不斷推進，對汽車智能裝備服務商的不同層面都提出了新的較高要求，汽車智能裝備未來主要呈現(xiàn)一些新的發(fā)展趨勢。

2.1 即插即用、靈活配置有望成為現(xiàn)實

產(chǎn)品更新速度加快、個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，要快速適應市場變革和需求波動，及時響應訂單，提高生產(chǎn)效率，對柔性生產(chǎn)線的要求在不斷提升。隨著先進技術的發(fā)展，實現(xiàn)智能裝備的即插即用、靈活配置將成為現(xiàn)實。

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系統(tǒng)工程，需工業(yè)要生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)、各個工藝之間實現(xiàn)無縫銜接，全面兼顧，對制造裝備企業(yè)的全面集成能力和系統(tǒng)設計能力要求提升。智能制造裝備正向技術集成、系統(tǒng)集成的方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在生產(chǎn)工藝技術、硬件、軟件與應用技術的集成及設備的成套，同時還體現(xiàn)在納米、新能源、新材料等跨學科高技術的集成，從而使裝備得到不斷提高和升級，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)字化是實現(xiàn)設備聯(lián)網(wǎng)與上云、企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型升級的重要基石。全面打通智能裝備的數(shù)據(jù)采集、存儲與分析能力是智能裝備供應商的重要課題。將傳感技術、信息通信技術、軟件技術等嵌入到裝備中，構建物理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)裝備的性能提升與智能化。設計及制造過程的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、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，而且要努力實現(xiàn)大型復雜產(chǎn)品一次開發(fā)成功的能力。裝備數(shù)字化、管理遠程化、運維智能化成為重要發(fā)展方向。

2.4 大量先進技術將得到廣泛應用

標識解析、5G通信、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈技術等，在制造裝備數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化過程進展中將會發(fā)揮越來越重要的作用。通過構建智能制造相關裝備的標識采集、數(shù)據(jù)解析等基礎設施，將分散化的物理生產(chǎn)單元相互連接，打破信息孤島，促進企業(yè)各層級信息系統(tǒng)的集成整合。數(shù)字孿生技術通過智能執(zhí)行層與智能決策層構建了生產(chǎn)智能制造的管控平臺，感知和獲取裝備狀態(tài)和動作執(zhí)行過程的信號和數(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，實現(xiàn)對裝備及動作執(zhí)行過程的檢測、預報、優(yōu)化和控制。5G技術保證智能制造過程中云平臺和工廠生產(chǎn)設施的實時通信、以及海量傳感器和人工智能平臺的信息交互。區(qū)塊鏈的信息傳遞趨向于攜帶交易產(chǎn)品的全部信息，會促使交易雙方主動的提供交易內(nèi)容中涉及到的全部信息，而這些信息正是構建數(shù)字孿生的基礎。

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。我國智能裝備產(chǎn)業(yè)自主技術創(chuàng)新能力較弱，新型傳感、先進控制等關鍵核心技術沒有掌握在自己手中。關鍵技術自給率低，在新技術與新產(chǎn)品研發(fā)上與國外先進企業(yè)存在一定的差距。②產(chǎn)品性能有差距。國內(nèi)智能裝備服務商部分領域裝備存在產(chǎn)品性能有差距、品牌溢價能力不足等問題，制約了國內(nèi)智能裝備在汽車產(chǎn)業(yè)的推廣與應用。③部分高端裝備對外依存度較高。我國智能裝備產(chǎn)業(yè)起步晚，國內(nèi)優(yōu)勢企業(yè)數(shù)量少，產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構分散，缺乏具有國際競爭力的骨干企業(yè)，部分對精度、技術要求較高裝備難以實現(xiàn)供應，對外依存度較高。④高層次人才缺乏。智能裝備服務商企業(yè)存在高層次人才缺口大、核心競爭力弱等問題。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)運營方面缺少能力卓越的管理人才。

3.2 建議

①加大核心技術的研發(fā)投入。不斷加大對于關鍵核心技術的研發(fā)投入，爭取在部分關鍵核心技術研發(fā)實現(xiàn)突破，帶動汽車智能裝備產(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)品及服務質(zhì)量。在產(chǎn)品生產(chǎn)及服務過程中，加強質(zhì)量管控，提升售后服務能力，不斷提升自主智能裝備的品牌影響力，促進市場良性發(fā)展。③積極引進與培育高層次人才。通過提高人員工資待遇、創(chuàng)新激勵模式、提供在職培訓等多種途徑，積極引進和培育高層次人才，促進企業(yè)在研發(fā)能力、管理能力方面的提升。

4 ?結(jié)論

我國汽車行業(yè)巨大的市場規(guī)模帶來智能裝備廣闊的市場空間。未來，汽車行業(yè)對智能裝備的產(chǎn)品性能、經(jīng)濟性和服務保障等方面提出更高的要求。因此，我國智能裝備供應商應加大自主核心技術開發(fā)投入，提高產(chǎn)品競爭力，同時以更加高效的服務質(zhì)量贏得市場空間，為我國自主高端裝備實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供支撐。

參考文獻：

[1]中商產(chǎn)業(yè)研究院編制.2019年中國智能制造裝備行業(yè)市場前景研究報告[R].2019，5.

[2]陸建林，周永亮.中國智能制造裝備行業(yè)深度分析[J].智慧中國，2018，32（08）：42-47.

[3]億歐智庫.中國制造新力量—智能制造之先進制造研究報告[R].2018，5.

[4]徐浩.我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題研究[J].計算機產(chǎn)品與流通，2019（09）：89-90.

[5]王慶龍.基于工業(yè)機器人的自動化生產(chǎn)線研究[J].內(nèi)燃機與配件，2019（22）：144-145.

[6]李春花.基于工業(yè)企業(yè)的智能制造需求分析[J].銅業(yè)工程，2019（1）：70-73.

[7]陳怡竹.工業(yè)機器人在汽車智能制造生產(chǎn)線中的應用[J].內(nèi)燃機與配件，2019（21）：255-256.

[8]李鵬祥.智能制造與智能數(shù)控機床探究[J].南方農(nóng)機，2019（16）：15-16.