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汽车装备制造——撑起机床产业半边天
2011-11-21  来源:数控机床市场网  作者:本刊记者

——访中国汽车工程学会装备部部长陈长年教授

  

 

——访中国汽车工程学会装备部部长陈长年教授

 

      近十几年来,汽车工业实现了高速增长,每年的消费量由273万辆提升至592万辆,跃居世界第二位。有专家预测, 2010年后我国汽车年产量可达到800万~1000万辆,到2020年年产量将超过1400万~1800万辆,届时我国将有望成为世界汽车生产第一大国。与此同时,我国也正在向全球汽车零部件生产基地迈进。相关数据显示,“十五”期间我国汽车零部件出口额增长了6.6倍,2005年就已经达到85.3亿美元。跨国公司到2007年底前计划采购500亿美元汽车零部件,其中70%瞄准中国。


     迅速发展的汽车工业已经成为我国机床消费主体。据统计,数控机床企业的订单中有四成是来自汽车装备制造领域的。作为机床的第一大用户,汽车装备制造都为机床产业的发展提供了哪些机遇?机床行业又该如何进一步满足汽车装备制造的新需求,进而抓住机遇做大做强?笔者在对中国汽车工程学会装备部部长陈长年教授的采访过程中得到了答案……

 

“汽车工业是拉动机床工业发展的火车头”

 

     《数控机床市场》:“汽车工业是拉动机床工业发展的火车头”,这个观点您在2005年就已提出,之后曾多次提到过。为什么要特别强调这一观点


     陈长年:这需要从历史角度来观察。考察工业发达国家,凡是能全面满足汽车工业需求的机床工业,必定是世界一流的机床工业。世界汽车生产六大国——美、日、中、德、意、韩,也是世界机床生产六大国。这些国家机床工业大约40—50%由汽车工业带动。反之,曾经的机床强国英、法,也随其汽车工业沉沦。一个多世纪以来,世界制造技术最重要的发明,如,流水生产线、数控机床、高速加工、柔性制造、各种高效制造技术、精益生产、工业工程、可重构制造系统等,大都发源于汽车和航空制造业。


     进入新世纪,在节能、减排、安全等方面的要求之下,汽车工业又出现了汽车轻量化制造技术、激光拼焊板成形技术、超高强度钢冲压技术、管件内高压成形技术、轻体材料(铝、镁、钛)成形、温锻技术等,这些新的技术革新都促进了机床产业的进步。由此可见,机床技术的发展来自需求,即市场的驱动。汽车工业的发展一定程度上代表着装备制造业市场对机床的需求。在世界范围内,凡是能满足汽车工业需求的机床企业,必定是一流企业。举个例子,在高速加工中心之前,高效率的组合机床自动生产线统治了汽车工业的生产。由于竞争加剧,汽车产品更新换代周期从几十年缩短到4年,组合机床自动线由于缺乏柔性而无法适应。因此美国汽车巨人福特与机床巨人INGERSOLL合作,研制了集高柔性及高效率于一身的高速加工中心,由它组成的柔性自动生产线的问世,不仅加快了汽车产品的更新换代,也提高了企业的效率和灵活性。


     《数控机床市场》:从技术革新的角度来看,汽车业对机床产业的带动作用体现在哪些方面?


     陈长年:汽车生产特征是流水自动线,核心技术是系统集成技术。进入二十一世纪后,汽车工业的发展要求机床企业具备将各种现代制造技术按照精益、敏捷的理念来设计新一代柔性自动生产线的能力。这不仅要求机床制造企业非常熟悉现代汽车零部件制造工艺,还要熟练掌握各种现代制造技术,如数字化技术、柔性自动化技术、高速加工技术、仿真技术、绿色制造技术等,同时还需具备将各种技术集成的能力。可以说,提供总成(PT)现代柔性自动线的能力已成为世界顶级机床制造企业的标致。

     目前流水自动线设备排列是串联式。全线机床不能独立工作,一台机床故障全线停产,即使一分钟也会造成巨大经济损失。如,一个年产量30万台的发动机厂,停产一天的损失就可达1.5亿元。这就对机床的可靠性提出了苛刻的要求。大批量生产还需要高效专用机床、专用自动生产线。对机床的基本要求是高刚度、高速度、大功率。一律配备超硬刀具。高效专用机床基本特征是“量体裁衣”型,即按照用户需要提供个性化产品。它的技术含量、技术附加值和难度也远比通用机床高得多,也要求提供成套“交钥匙”工程。在“交钥匙”工程基础上,目前国际上已发展到提供全面解决方案(Total Solution)。这也给机床提出了空前高的要求。如具备自主技术创新能力,机床企业提供的不仅是全面的,还必须是当代技术水平可达到的“最佳”方案。


     轿车零件的尺寸和几何形状精度比一般机械要高一到两个精度等级,这就带动了机床向高精度发展。大批量生产加工的需求也要求机床在高精度的同时保持高稳定性。汽车工业在验收机床时,不仅要考核单件加工的精度,还要进行零件的批量加工,考核其精度保持性,也即考核它的工序能力指数(Cpk值)。这些可带动机床工业的开发设计能力,加工、装配的质量以及生产管理的质量保证体系。


     由于竞争激烈,汽车生产对降低制造成本的要求越来越苛刻。这就要求对加工工艺及装备不断创新。如,采用精益机床(lean Machine),去除冗余功能,具有高效率和极强针对性特点;敏捷夹具(柔性夹具—可控、可调夹具),智能刀具(Smart Tools),为特定零件加工设计的一系列可控、可调和专用高效刀具;进行复合加工;切削加工转变为少、无切削加工、非传统加工,等等。这也带动了机床工业创新能力的提高。


     汽车工业是模具应用最多的工业。模具品种多、精度高、形状复杂,还要求交货期短。目前,精密、复杂的汽车冲压模具和塑料模具、轿车覆盖件模具、电子接插件等高档模具仍有很大一部分依靠进口。由于模具产品的高技术特性,需要采用精密五轴加工龙门式、床身式高速铣、高级电加工机床,还有CAD/CAM一体化技术、快速模型制造技术等,才能保证工艺要求。


     汽车工业还对冲压自动线、精密铸件自动线、机器人焊装自动化成套装备、机器人喷装成套装备、总装自动化成套设备、数控刀具系统、激光切割和焊接设备、测试设备等提出了全面要求。

 

“抓住汽车工业带动机床工业大发展的最后一次历史机遇”

 

      《数控机床市场》:随着汽车工业的发展,汽车的装备制造有了哪些新的需求?


     陈长年:这要分两部分来看——整车制造装备和零部件制造装备。整车制造的“四大工艺装备”包括装配线、车身焊装生产线、涂装生产线、冲压生产线。“十一五”期间,我国整车制造的“四大工艺装备”将面临着从传统生产线向现代自动生产线的全面过渡。零部件制造装备主要包括金属切削机床、精密锻造设备、精密铸造设备、制造零部件的金属切削机床等。金属切削机床占全部汽车制造装备数量和金额的一半以上,特别是我国,由于精密锻造技术和设备落后,大部分汽车零部件采用切削方式加工;精密锻造设备包括模锻、热精锻、冷精锻、温精锻设备等;精密铸造设备则包括铸铁精密铸造设备,铝合金精密铸造设备等。


     制造零部件的金属切削机床,关键设备是发动机制造关键装备及其他高端汽车零部件制造装备。发动机制造关键装备中,除了缸体、缸盖、变速器壳体柔性自动线(FTL)采用高速通用加工中心+高效数控专用设备外,基本是以高效专用数控设备为主。特别是,曲轴精加工的成套高效专用数控设备、高速外铣、磨削装备等,进口依存度几乎100%。从而使曲轴生产线成为发动机生产线中最昂贵的。而其他高端汽车零部件制造关键装备中,急需开发的是“多品种大批量柔性自动化设备”。二十世纪末,汽车零部件生产方式发生了革命性转变。新兴的多品种大批量生产方式对装备制造业提出了空前严峻挑战。目前,高效柔性自动线(FTL)是主要应对方案,也是轿车发动机制造的主体生产线。但其价格昂贵,使绝大多数汽车零部件多品种大批量生产望而却步。本世纪初,国际上刚刚出现了兼有组合专机的高效率和加工中心高柔性的创新型单机——TransFlex(组合、柔性复合词),由于可加工几十种高精度汽车零部件,节拍速度一分钟之内,价格只有FTL的1/10—20,市场前景广阔。如,浙江万向已经购买了美国MAG集团十几台这种设备。


     而制造零部件的精密锻造设备则是我国机床工业的软肋。造成汽车零部件的精密锻件80%依赖进口。由于我国正在成汽车零部件世界工厂,目前出现了以江苏民营和外资企业为主的汽车零部件制造商大量采购国外和台湾冷锻设备生产的局面。


     《数控机床市场》:从您的分析中也可以看出,我国的汽车装备制造生产线依然主要以进口机床为主,我国的数控机床在技术上还亟待提高。您认为国产机床行业还存在哪些差距?


     陈长年:国内数控机床的差距不仅体现在难以生产出高质量的产品,具体到汽车行业来说,机床业的滞后使国内整车装配流水线、车身焊接和装配生产线、喷涂生产线、冲压生产等整体落后于国际先进水平。在国内汽车制造中,中低档次国产机床用得多,高档次的较少,通用类机床多,特殊功能和个性化的机床较少。以致许多高精度数控机床、数控复合机床、高效专用数控机床还是多数依靠进口。 许多机床厂家往往忽视机床制造过程中的质量控制,大部分功能部件未进行工程试验和破坏性试验,同时不少机床厂家所选用元器件质量不过关,导致机床销售后,故障率高,精度达不到合同要求。


     总体上讲,我国还缺乏将工艺系统、物流系统、信息系统集成为制造单元或生产线的成熟经验和技术。特别是故障诊断专家系统技术,工艺参数优化专家系统技术的开发应用不够,这是我国与国际水平差距拉大的重要原因之一。


     《数控机床市场》:今年,国家将启动“高档数控机床与基础制造技术”重大专项。这是否意味着我国机床行业的发展机遇已经来临?


     陈长年:这其实也是汽车行业带动机床产业发展的最后一次历史机遇。在高档数控机床与基础制造技术”重大专项中提到的汽车制造业“高效、高精、成套”技术是基础制造技术的重中之重。“高效”,一是指高端的高效专用设备,如,曲轴、凸轮轴、十字轴高效专用数控机床;二是指现代高效柔性自动生产线及其需要的高速数控机床;三是指高效制造技术,如采用精锻、精冲、精铸、激光加工等新工艺代替传统切削工艺,采用“扒皮法”CBN高速磨削,一次装夹从毛坯到精磨完毕。“高精”则是对以现代发动机总成为代表的高精零部件制造,精密模具制造,汽车电子制造所需的高精度设备。如,现代汽车发动机比一般机械制造精度要高出1—2级,还要求机床高精度保持性(Cpk≥1.67)、高可靠性(MTBF值≥3000小时)。“成套”则是整车和发动机等关键零部件制造的成套技术装备,体现于大批量生产的各种自动生产线和制造单元的系统集成能力和水平。包括具有将工艺系统(机,刀、附、量、检、夹具等)、物流系统(原材料处理、存储、上下料装置、机床间工件传输装置等)、信息系统(生产线控制、刀具更换、工装及附具更换、工件调度、自动编程、自动监控、自动补偿、工件质量自动检测、刀具磨损或破损后的自动更换和自动报警等)集成为柔性自动线的能力。高效、高精、成套是汽车制造对装备的基本要求,也是机床行业分析问题、制定规划的方向。


     我们中国汽车工程学会在去年(2006年)8月就启动了“中国汽车制造装备需求分析及发展战略研究”课题。经过半年的努力,建立了六个汽车企业牵头、若干机床企业参加,高等院校和科研院所参与,由一批行业公认、经验丰富的老专家和40岁左右的博士、“海归派”共同组成的创新团队;按照“企业为主体、市场为导向、产学研结合”的方针,对“自动生产线成套技术与装备”、“发动机总成制造关键技术与装备”、“汽车轻量化制造关键技术与装备”三个重点内容进行了研究,提出了23个项目。这些项目都具有两大特点:一是都找到了依托工程,都是以企业为主体在做;二是全部都是产学研相结合的项目,都是市场急需的项目。


     能否把握这最后一次发展机遇对于国产机床行业意义重大。机床产业要紧紧抓住这次战略机遇期,瞄准汽车装备制造业的市场需求,为中国汽车业提供国际水平的装备制造设备。

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