汽車(chē)工業(yè)的變革對機床行業(yè)的啟示

文/日本機床制造商協(xié)會(huì ) 太田志乃

【內容摘要】：當承接代工企業(yè)的存在變得普遍時(shí)，傳統汽車(chē)行業(yè)的“垂直整合”型制造向“橫向分工”型制造轉變，產(chǎn)業(yè)結構本身也會(huì )發(fā)生變化。換句話(huà)說(shuō)，它有可能表現為客戶(hù)群的變化。在機床行業(yè)，最顯著(zhù)的變化不僅是產(chǎn)業(yè)結構的變化，還有制造業(yè)本身的變化，比如汽車(chē)是如何制造的。

世界汽車(chē)工業(yè)正在進(jìn)入百年一遇的變革時(shí)期。在世界各國家和地區環(huán)保法規日趨嚴格的背景下，整車(chē)企業(yè)和零部件企業(yè)都在努力引進(jìn)高環(huán)保性能的車(chē)型，公司（車(chē)企）正加緊研發(fā)和制造行駛中二氧化碳零排放的車(chē)型，如電動(dòng)車(chē)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)EV）、燃料電池汽車(chē)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)FCV）。2021年6月，日本鈴木董事長(cháng)鈴木修在退休前接受采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)過(guò)，“汽車(chē)行業(yè)，包括零部件企業(yè)，將隨著(zhù)電氣化而發(fā)生翻天覆地的變化”。

基于2015年達成的《巴黎協(xié)定》，有效目標值主要由發(fā)達國家設定，此后可以說(shuō)汽車(chē)制造商開(kāi)始根據《巴黎協(xié)定》采取具體行動(dòng)。除了汽車(chē)的電氣化，還應該涉及到從汽車(chē)產(chǎn)業(yè)向出行產(chǎn)業(yè)的轉變。

正如“車(chē)”向“出行”轉變一樣，出行的使用環(huán)境也將發(fā)生變化。一個(gè)很好的例子是2020年豐田宣布的Woven City，該項目被定位為“未來(lái)城市示范城市”，其目的是著(zhù)眼于向移動(dòng)出行服務(wù)提供商轉型，對自動(dòng)駕駛、個(gè)人出行、機器人和人工智能（AI）技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域的新技術(shù)展開(kāi)實(shí)證試驗。

以下將努力從不同于目前汽車(chē)產(chǎn)業(yè)分析的視角，推測2030年的汽車(chē)和出行產(chǎn)業(yè)情況。

1. 汽車(chē)行業(yè)對環(huán)境法規的響應

世界正朝著(zhù)實(shí)現脫碳社會(huì )邁進(jìn)，不僅世界各國政府已經(jīng)宣布實(shí)現碳中和時(shí)間，各大企業(yè)也都在采取具體措施來(lái)實(shí)現這些目標。

各國都在推動(dòng)廢氣（NOx氮氧化物、PM顆粒物）法規的制定，在法規標準化進(jìn)程不斷推進(jìn)的歐洲，各大汽車(chē)零部件企業(yè)都在為2025年實(shí)施的新歐7排放標準而努力研發(fā)。符合歐洲法規的中國和瞄準歐洲法規的日本等汽車(chē)先進(jìn)國家的汽車(chē)制造商和零部件制造商將采取與歐洲公司相同的措施?！碍h(huán)保合規”有可能成為行業(yè)的一大關(guān)鍵詞。

汽車(chē)電動(dòng)化是汽車(chē)制造商為應對日益嚴格的環(huán)保法規而采取的措施。除了EV和FCV之外，混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（PHV）等車(chē)輛也是典型的例子。在以往的內燃機車(chē)基礎上增加電動(dòng)技術(shù)的HEV、PHV，搭載不同驅動(dòng)源的EV、FCV等，能夠減少行駛時(shí)CO₂排放量的車(chē)輛的開(kāi)發(fā)從2010年代開(kāi)始擴大。2020年代，尤其是隨著(zhù)EV產(chǎn)銷(xiāo)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(chē)銷(xiāo)量排名前10的國家，他們的銷(xiāo)量占全球銷(xiāo)量的70%以上。鑒于這些國家正在推進(jìn)電動(dòng)化，可以預見(jiàn)2030年汽車(chē)行業(yè)的電動(dòng)化率將大幅提升。

表1 主要國家電氣化政策

資料來(lái)源：IEA，2020年全球電動(dòng)汽車(chē)展望，基于OICA的銷(xiāo)售數據。

2. 整車(chē)企業(yè)和零部件供應商爭相電動(dòng)化

表2顯示了主要汽車(chē)制造商引入電動(dòng)汽車(chē)的趨勢。從截至2020年全球銷(xiāo)量前10的企業(yè)來(lái)看，不少企業(yè)已經(jīng)宣布將在2030年后進(jìn)軍電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)。以HEV技術(shù)著(zhù)稱(chēng)的豐田也在2021年底公布了EV戰略，宣布到2030年將開(kāi)發(fā)30款EV車(chē)型。此外，還設定了將在2030年每年1350萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)的全球銷(xiāo)售目標。其中，作為高級計劃的雷克薩斯已經(jīng)演變?yōu)橐?span>EV為中心的計劃，并設定了2035年EV占所有銷(xiāo)量的目標。

表2 主要汽車(chē)廠(chǎng)商電動(dòng)汽車(chē)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的目標值。

資料來(lái)源：IEA，2020年全球電動(dòng)汽車(chē)展望。

中國在2020年公布了《節能與新能源汽車(chē)路線(xiàn)圖2.0》，目標是到2030年將NEV（新能源汽車(chē)）在所有新車(chē)中的比例提高到50%。預計2030年產(chǎn)銷(xiāo)量將擴大至3800萬(wàn)臺，2035年將擴大至4千萬(wàn)臺。如果其中一半以上是新能源汽車(chē)，那么超過(guò)1900萬(wàn)輛將是PHV或更高級別的電動(dòng)汽車(chē)。中國的新能源汽車(chē)是包含PHV、EV和FCV，HEV定位為節能汽車(chē)。（表3）。

表3 中國年度目標銷(xiāo)量（路線(xiàn)圖2.0）

資料來(lái)源：根據Marklines制作。

2020年全球汽車(chē)銷(xiāo)量約為7800萬(wàn)輛，受COVID-19（新冠疫情）影響較上年下降約14%，但總銷(xiāo)量預計在2030年之前保持增長(cháng)。多家咨詢(xún)公司預測，2030年全球汽車(chē)銷(xiāo)量將超過(guò)1億輛，其中50%為EV。僅在中國這個(gè)全球最大的汽車(chē)市場(chǎng)，到2030年，新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將近2000萬(wàn)輛，預計電動(dòng)汽車(chē)占全球汽車(chē)銷(xiāo)量的50%。

隨著(zhù)這種汽車(chē)電動(dòng)化的轉變，汽車(chē)制造商也開(kāi)始審查他們的生產(chǎn)系統。戴姆勒（德國）宣布將減少其主機廠(chǎng)的產(chǎn)量和人員，以應對內燃機車(chē)產(chǎn)量的下降。通用汽車(chē)也表示將關(guān)閉美國的三個(gè)工廠(chǎng)。另一方面，通用汽車(chē)不僅從轉向EV而開(kāi)始重組，還開(kāi)始建設新電池廠(chǎng)（在美國）。毫無(wú)疑問(wèn)，到2030年，生產(chǎn)系統將進(jìn)行重組，將創(chuàng )建新部門(mén)以加速向EV的轉變，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(diǎn)。為了擴大EV的使用范圍，共同課題是急需降低車(chē)輛成本和延長(cháng)續航里程。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(chǎng)商，汽車(chē)廠(chǎng)商也紛紛開(kāi)始參與研發(fā)（表4）。

表4 全固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展情況

資料來(lái)源：根據各種新聞材料制作。

2020年，大陸（德國）、馬勒（德國）、謝弗勒（德國）等主要汽車(chē)零部件企業(yè)都在全球大幅裁員，并宣布因電動(dòng)化而調整職位。比如不需要發(fā)動(dòng)機了，因此生產(chǎn)線(xiàn)工人也會(huì )變得不再需要。軟件和IT部門(mén)的強化和重組已經(jīng)完成。

向EV的轉變、汽車(chē)自動(dòng)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(zhù)將能夠比以往任何時(shí)候都更快地響應正在開(kāi)發(fā)的創(chuàng )新。因此，生產(chǎn)設施的投資有望進(jìn)一步增加。

3. 多元企業(yè)進(jìn)軍電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)

除了電動(dòng)化之外，2030年汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵詞還有CASE和MaaS。CASE的C，Connected是指安裝在車(chē)輛上的通信設備連接到電話(huà)線(xiàn)或互聯(lián)網(wǎng)，或者使用其他通信無(wú)線(xiàn)電波連接到周?chē)能?chē)輛，或者連接到信號等基礎設施。由于5G的發(fā)展，始終連接到互聯(lián)網(wǎng)的車(chē)輛有望普及到普通大眾，預計到 2030年將有一定數量的車(chē)輛作為聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)運行。此外，如果所有車(chē)輛都具有聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)的功能，則可以運行自動(dòng)駕駛功能。如果5G應用在車(chē)輛上，車(chē)輛就能夠掌握周?chē)那闆r，如果車(chē)輛的自動(dòng)剎車(chē)和油門(mén)功能有效發(fā)揮作用，就可以建立自動(dòng)駕駛汽車(chē)運行的環(huán)境。假設由于法律制定的困難，到2030年無(wú)法及時(shí)在車(chē)輛中安裝自動(dòng)駕駛系統，但圍繞汽車(chē)的各種技術(shù)將變得更加可行。

電動(dòng)化技術(shù)，以及支撐它的半導體、傳感器和嵌入式技術(shù)，將提高汽車(chē)的附加值。與此同時(shí)，汽車(chē)正在從“自行出行”的交通工具演變?yōu)闈M(mǎn)足用戶(hù)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(chē)的公司”轉變?yōu)椤俺鲂泄尽薄?/span>

表5 新企業(yè)進(jìn)入電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的市場(chǎng)拓展動(dòng)向

資料來(lái)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(kāi)始生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)。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(kāi)發(fā)平臺“MIH”，并開(kāi)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所有EV生產(chǎn)。

2020年，蘋(píng)果（美國）和谷歌（美國）就已經(jīng)宣布有意進(jìn)軍電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)。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(gè)出行的對象，而是聚集在那里的海量出行大數據，以及由此誕生的新價(jià)值。IT公司、電信運營(yíng)商、智慧城市建設等各類(lèi)供應商都將搶占這一領(lǐng)域。

4. 機床行業(yè)應隨機而動(dòng)

當承接代工企業(yè)的存在變得普遍時(shí)，傳統汽車(chē)行業(yè)的“垂直整合”型制造向“橫向分工”型制造轉變，產(chǎn)業(yè)結構本身也會(huì )發(fā)生變化。換句話(huà)說(shuō)，它有可能表現為客戶(hù)群的變化。在機床行業(yè)，最顯著(zhù)的變化不僅是產(chǎn)業(yè)結構的變化，還有制造業(yè)本身的變化，比如汽車(chē)是如何制造的。

如上所述，如果假設2030年將售出約1億輛汽車(chē)（出行），其中一半為傳統內燃機車(chē)，即發(fā)動(dòng)機產(chǎn)量將保持5000萬(wàn)臺。這個(gè)數字只是2020年代初的一個(gè)假設，根據各國環(huán)保法規的發(fā)展情況，極有可能會(huì )更小，銷(xiāo)量停滯不前也是可想而知的。

（1）內燃機占所有汽車(chē)（出行）銷(xiāo)量一半的情況

內燃機車(chē)將繼續存在的事實(shí)意味著(zhù)發(fā)動(dòng)機當然是必不可少的部分。但是，即使保留一半，各汽車(chē)制造商也會(huì )從2000年代到2020年大幅減少發(fā)動(dòng)機類(lèi)型。這是因為這些公司將投資從發(fā)動(dòng)機研發(fā)轉移到了其他領(lǐng)域，而且他們傾向于共享所生產(chǎn)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機型號。以日本整車(chē)企業(yè)為例，豐田從1998年的25種車(chē)型整合到2017年的19種，馬自達也從11種車(chē)型整合到4種。其他企業(yè)也有類(lèi)似趨勢，而且到2030年這種趨勢會(huì )更加明顯。

另一方面，需要注意的是，內燃機汽車(chē)也需要具備環(huán)保性。與傳統發(fā)動(dòng)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(dòng)機至關(guān)重要。因此，要生產(chǎn)附加值高于以往的發(fā)動(dòng)機，就需要生產(chǎn)制造設備的支持。

（2）EV、FCV等電動(dòng)汽車(chē)占多數的情況

電動(dòng)汽車(chē)和機動(dòng)性所需的零部件及材料自然會(huì )比發(fā)動(dòng)機零部件增加。還應考慮到，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(gè)例子，預計這些新安裝部件的生產(chǎn)需要新的設備和機械。

表6 EV和FCV不需要的零件和新零件

來(lái)源：日本機床制造商協(xié)會(huì )《汽車(chē)（EV）電動(dòng)化對機床行業(yè)的影響和變化的調查報告》

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(xiàn)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(jìn)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(dòng)汽車(chē)配備電池和電機等重型部件，即使沒(méi)有同樣沉重的發(fā)動(dòng)機，也需要進(jìn)一步減輕重量以提高機動(dòng)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(lái)控制加壓所需的時(shí)間和壓力，擅長(cháng)控制這些東西的伺服折彎機未來(lái)需求量有望增加。雖然這里只提到了一部分需求場(chǎng)景，但各種出行產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)將會(huì )擴大，對新機床的需求將會(huì )增加。另一方面，出行性豐富多樣的事實(shí)意味著(zhù)可能不得不考慮適合小批量生產(chǎn)的制造，而不是汽車(chē)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)。