汽車工業的變革對機床行業的啟示
2023-10-9 來源：機床協會 作者：-
編者按：本文編譯整理自日本機床制造商協會編制的《日本機床工業愿景2030》，文章講述環保理念下汽車行業的變革以及對機床裝備產業帶來的影響，并預測未來的市場趨勢。文章相關數據大多截至2020年。經兩協會友好商議，協會傳媒平臺組織編譯、整理、轉發此文，僅供業界交流、參考。版權歸原作者所有。
世界汽車工業正在進入百年一遇的變革時期。在世界各國家和地區環保法規日趨嚴格的背景下，整車企業和零部件企業都在努力引進高環保性能的車型，公司（車企）正加緊研發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，包括零部件企業，將隨著電氣化而發生翻天覆地的變化”。
基于2015年達成的《巴黎協定》，有效目標值主要由發達國家設定，此后可以說汽車制造商開始根據《巴黎協定》采取具體行動。除了汽車的電氣化，還應該涉及到從汽車產業向出行產業的轉變。
正如“車”向“出行”轉變一樣，出行的使用環境也將發生變化。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提供商轉型，對自動駕駛、個人出行、機器人和人工智能（AI）技術等各個領域的新技術展開實證試驗。
以下將努力從不同于目前汽車產業分析的視角，推測2030年的汽車和出行產業情況。
1. 汽車行業對環境法規的響應
世界正朝著實現脫碳社會邁進，不僅世界各國政府已經宣布實現碳中和時間，各大企業也都在采取具體措施來實現這些目標。
各國都在推動廢氣（NOx氮氧化物、PM顆粒物）法規的制定，在法規標準化進程不斷推進的歐洲，各大汽車零部件企業都在為2025年實施的新歐7排放標準而努力研發。符合歐洲法規的中國和瞄準歐洲法規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。“環保合規”有可能成為行業的一大關鍵詞。
汽車電動化是汽車制造商為應對日益嚴格的環保法規而采取的措施。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。在以往的內燃機車基礎上增加電動技術的HEV、PHV，搭載不同驅動源的EV、FCV等，能夠減少行駛時CO2排放量的車輛的開發從2010年代開始擴大。2020年代，尤其是隨著EV產銷量的擴大，電氣化成為必不可少的技術。
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，可以預見2030年汽車行業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的銷售數據。
2. 整車企業和零部件供應商爭相電動化
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的企業來看，不少企業已經宣布將在2030年后進軍電動汽車市場。以HEV技術著稱的豐田也在2021年底公布了EV戰略，宣布到2030年將開發30款EV車型。此外，還設定了將在2030年每年1350萬輛電動汽車的全球銷售目標。其中，作為高級計劃的雷克薩斯已經演變為以EV為中心的計劃，并設定了2035年EV占所有銷量的目標。
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。 EV公告是Stellatis的目標值。
資料來源：IEA，2020年全球電動汽車展望。
中國在2020年公布了《節能與新能源汽車路線圖2.0》，目標是到2030年將NEV（新能源汽車）在所有新車中的比例提高到50%。預計2030年產銷量將擴大至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定位為節能汽車。（表3）。
表3 中國年度目標銷量（路線圖2.0）
資料來源：根據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%，但總銷量預計在2030年之前保持增長。多家咨詢公司預測，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變，汽車制造商也開始審查他們的生產系統。戴姆勒（德國）宣布將減少其主機廠的產量和人員，以應對內燃機車產量的下降。通用汽車也表示將關閉美國的三個工廠。另一方面，通用汽車不僅從轉向EV而開始重組，還開始建設新電池廠（在美國）。毫無疑問，到2030年，生產系統將進行重組，將創建新部門以加速向EV的轉變，并且電子和電氣零部件的生產將增加。
在這些相關零部件中，下一代電池將成為2030年的關注焦點。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航里程。截至2020年，新一代電池中備受關注的全固態電池研發才剛剛起步，不僅是電池廠商，汽車廠商也紛紛開始參與研發（表4）。
表4 全固態電池研發進展情況
資料來源：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）等主要汽車零部件企業都在全球大幅裁員，并宣布因電動化而調整職位。比如不需要發動機了，因此生產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完成。
向EV的轉變、汽車自動駕駛技術的引入以及CASE（Connected，Autonomous，Shared & Service，Electric）和MaaS（Mobility as a Service，出行即服務）等環境變化意味著將能夠比以往任何時候都更快地響應正在開發的創新。因此，生產設施的投資有望進一步增加。
3. 多元企業進軍電動汽車產業
除了電動化之外，2030年汽車產業的關鍵詞還有CASE和MaaS。CASE的C，Connected是指安裝在車輛上的通信設備連接到電話線或互聯網，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設施。由于5G的發展，始終連接到互聯網的車輛有望普及到普通大眾，預計到 2030年將有一定數量的車輛作為聯網汽車運行。此外，如果所有車輛都具有聯網汽車的功能，則可以運行自動駕駛功能。如果5G應用在車輛上，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揮作用，就可以建立自動駕駛汽車運行的環境。假設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，但圍繞汽車的各種技術將變得更加可行。
電動化技術，以及支撐它的半導體、傳感器和嵌入式技術，將提高汽車的附加值。與此同時，汽車正在從“自行出行”的交通工具演變為滿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”轉變為“出行公司”。
表5 新企業進入電動汽車行業的市場拓展動向
資料來源：由 Marklines創建。
表5中所列的富士康等電子制造服務（EMS）公司也開始生產電動汽車。雖然該公司是全球最大的EMS，但它已經建立了自己的EV開發平臺“MIH”，并開始發展一項業務，在該業務中，它為使用該平臺的其他公司承擔所有EV生產。
2020年，蘋果（美國）和谷歌（美國）就已經宣布有意進軍電動汽車市場。出行行業不僅與出行對象（作為產品的出行）本身相關聯，而且還與構建共享經濟（CASE中的S）和MaaS相關聯。這里的業務不是一個出行的對象，而是聚集在那里的海量出行大數據，以及由此誕生的新價值。IT公司、電信運營商、智慧城市建設等各類供應商都將搶占這一領域。
4. 機床行業應隨機而動
當承接代工企業的存在變得普遍時，傳統汽車行業的“垂直整合”型制造向“橫向分工”型制造轉變，產業結構本身也會發生變化。換句話說，它有可能表現為客戶群的變化。在機床行業，最顯著的變化不僅是產業結構的變化，還有制造業本身的變化，比如汽車是如何制造的。
如上所述，如果假設2030年將售出約1億輛汽車（出行），其中一半為傳統內燃機車，即發動機產量將保持5000萬臺。這個數字只是2020年代初的一個假設，根據各國環保法規的發展情況，極有可能會更小，銷量停滯不前也是可想而知的。
（1）內燃機占所有汽車（出行）銷量一半的情況
內燃機車將繼續存在的事實意味著發動機當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年大幅減少發動機類型。這是因為這些公司將投資從發動機研發轉移到了其他領域，而且他們傾向于共享所生產車輛的發動機型號。以日本整車企業為例，豐田從1998年的25種車型整合到2017年的19種，馬自達也從11種車型整合到4種。其他企業也有類似趨勢，而且到2030年這種趨勢會更加明顯。
另一方面，需要注意的是，內燃機汽車也需要具備環保性。與傳統發動機相比，需要提高熱效率和減少廢氣中顆粒物的技術，而這種性能對于2030年將部署的發動機至關重要。因此，要生產附加值高于以往的發動機，就需要生產制造設備的支持。
（2）EV、FCV等電動汽車占多數的情況
電動汽車和機動性所需的零部件及材料自然會比發動機零部件增加。還應考慮到，將使用許多具有化學產品特性的零件和材料，例如電池。表6是一個例子，預計這些新安裝部件的生產需要新的設備和機械。
表6 EV和FCV不需要的零件和新零件
出處：日本機床制造商協會《汽車（EV）電動化對機床行業的影響和變化的調查報告》
這些新增及增產零件需要什么樣的機床“產品”？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品組成，其生產加工需要塑料加工技術。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，還需關注用于出行的材料產品的變化。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，但各種出行產品的開發和生產將會擴大，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的制造，而不是汽車等大批量生產的產品。在這種情況下，可能需要引入與機床不同理念的技術，例如AM（增材制造）技術。
來源：日本機床制造商協會（作者 太田志乃，名城大學副教授） 編譯：協會傳媒平臺 責編：黃韶娟
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