第三次工业革命对汽车产业的影响

摘要：介绍第三次工业革命的特点及其影响。全面综述世界汽车产业格局变化、汽车技术发展以及制造管理创新的趋势。
    关键词：汽车工业，产业格局，技术趋势，制造管理，第三次工业革命

0 引言
    有迹象表明，第三次工业革命正悄然而至。在以“大数据”、“智能制造”和“无线网络”为代表的新技术范式的影响下，世界汽车产业通过与新型可再生能源技术、新型的互联网和通讯技术的融合，其产业格局和要素配置正发生解构、重塑和革命性变化。汽车产业的核心内容已转向以研发、设计为主，技术变化趋势映射新技术革命特征：向全球化、网络化、虚拟化和高科技化方向发展；汽车先进制造技术的趋势是向精密化、柔性化、智能化、敏捷化、清洁化、集成化及管理创新方向发展；以及有关汽车制造管理等一系列重大关联技术群突破，可能将汽车产业整个体系提升到一个全新的水平。
    1 汽车产业格局变化
    
    （1）产业组织网络化。汽车企业间以网络方式跨越边界与环境的紧密联系，成为普遍的现象。一方面，汽车企业将内部纵向链条上的生产环节分离出去，或者从价值链体系的某些阶段撤离出来，转而依靠外部供应商来供应所需产品、支持服务或者职能活动；另一方面，原有竞争对手或者相关产业企业，因为技术、产品或业务的横向联系，形成了新型竞争协同的网络关系。企业外部边界模糊，使得组织与外部市场形成网络化联系。
    （2）产业边界模糊化。汽车制造业和服务业之间的关系将被重塑，变得越来越密切；汽车企业通过在线获取生产所需要的各类协作服务，使生产要素的配置成本降到最低；借助网络使最新产品快速销售全球。更为重要的是，汽车制造企业所提供的产品中服务价值的比重将超过实体价值的比重，即不再是简单的产品销售，还提供与汽车配套的包括信息系统、配套软件以及维护服务等在内的一个完整的服务系统。
    （3）产业集群虚拟化。传统的汽车产业集群正逐步迈向更高层次的虚拟化的功能集成，即集成多条产业链的价值链集群，其空间上可以是集聚的，也可以是分散的。“产业集成”促使产业组织的性质柔性化、格局分离化、关系网络化，边界开放化，有利于跨国汽车集团推进跨区域、跨业界的并购重组。
    （4）法规对技术格局变化的推动作用明显。世界汽车工业主要有美国、日本和欧洲（分为ECE、EEC两种法规体系）三大法规体系。各国政府法规体系的建立影响甚至决定未来汽车技术的发展方向。各国政府实行更加严格的环保法规和燃油经济性规定，在能源安全、燃油经济指标、排放标准、生物燃料政策、节能减排目标、优惠政策（税收、补贴）等方面制定了一系列规定和政策，对汽车产业推进技术联盟和改变技术格局起到极大的促进作用。
    2 汽车技术趋势变化
    工业革命总是与科技革命相伴而生。在汽车产业科技创新时代，预测今后20年的创新将远远超过过去的100多年的成就。第三次工业革命导致20世纪末的一些前瞻性技术和相关行业新技术在汽车产业中得到应用，能源、环保、电子、超导、控制、航天、航空、军工、计算机、通讯、互联网、电化学、生物、高分子化学和纳米技术等大量应用于汽车，未来汽车技术发展趋势将集中反映在汽车的节能减排、绿色环保、智能简便和安全便捷方面。
    2.1 汽车节能技术趋势
    （1）节能与新能源汽车技术。据预测，短期内先进柴油技术相对成熟，属于适合规模化生产的先进适用技术，混合动力处于产业化初始阶段，而燃料电池、纯电动等技术还无法实质性地进入产业化阶段；中期来看，混合动力汽车有望进入大规模商业化阶段，成为产业化条件相对成熟的替代性技术，市场份额出现较快增长；长期来看（2030年后），燃料电池汽车有可能进入规模化生产阶段，但市场化前景存在不确定性（见图1）。
    

    （2）小型化、轻量化。小型车所占的市场份额越来越大。车身轻量化发展的主要方向一是优化汽车框架和结构；二是车身制造采用轻质材料。
    （3）高效化。汽车传统动力传动系统技术的加强对提高传动效率有很大作用；汽车外形对风阻系数的影响、轮胎型号等对阻力大小的影响也是技术考虑的重点。
    （4）电子化。汽车电子在节能方面主要与发动机电控系统有关。MCU和ECU性能的提高可以改善发动机的节能效果；发动机控制策略技术，如发动机启停技术在节能方面也有明显作用。
    2.2 汽车环保技术趋势
    
    （1）发动机环保技术。改进升级传统发动机环保技术是产业重点，如汽油机涡轮增压+直喷技术、柴油机高压共轨喷射技术、电控共轨柴油直喷涡轮增压发动机（TDI）、稀薄燃烧发动机（LBE）和均质混合气压燃（HCCI）等技术。发动机控制电子化是技术升级的关键，主要体现在燃烧控制电子化（ESA、EFI、VVT）和排放控制电子化。
    （2）噪声处理技术。目前主要应用的降噪技术是在一些大型汽车上安装发动机罩壳；进一步改进轮胎花纹和轮胎结构以减少轮胎噪声；为了降低动力噪声，未来技术是降低排气系统表面辐射噪声和提高激光消声能力。
    （3）电磁波处理技术。对产生干扰电磁波的汽车电器上采用抑制装置：在容易产生电火花的电器部位使用金属罩遮盖，形成电磁屏蔽。还有汽车电器的电磁兼容性控制、优化布线等。
    2.3 汽车安全技术趋势
    （1）主动安全技术。主要包括制动防抱死技术（ABS）、驱动防滑技术、牵引力控制技术、车身电子稳定系统、自适应巡航系统、驾驶员疲劳监测技术、主动前轮转向系统、线控转向系统和底盘一体化控制等技术。在混合动力汽车、电动汽车等绿色能源技术驱动下，再生制动技术开发和实际应用正逐步扩大。
    （2）被动安全技术。被动安全技术正向着智能化发展。安全带技术能够根据不同乘员的体重和位置而调节安全带拉力，在安全气囊起作用的过程中与其配合而改变安全带拉力等；安全气囊能够根据不同的乘员位置和体征、不同的碰撞形式和强度为乘员提供最优保护的自适应乘员约束系统；车身采用高性能吸能变形技术和安全框架的结构设计可提供最大的逃生空间，以保证发生碰撞时，车身变形能够按照预先设计的方向逐渐变形直至停车，从而尽量减小传递到乘客舱和乘客身体的冲击，减小乘客舱的变形。
    （3）主、被动安全技术结合。汽车主、被动安全集成系统的明显优点是：全方位保护车内乘员和路上行人的安全；将事故影响最小化并减少对人员的伤害；能有效避免交通事故；通过系统集成带来了更多的功能。
    2.4 汽车智能技术趋势
    （1）总线技术。车用总线技术可提高汽车的动力性、安全性和舒适性。SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网分为4类：A类总线应用于电动门窗控锁、座椅调节、灯光照明等控制；D类总线应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统；C类总线用于发动机和自动变速的动力控制、防滑控制、悬架控制等系统；D类总线指信息娱乐系统，也包括车载计算机、GPS和语音识别及指令系统等。
    （2）传感器技术。汽车传感器的理论研究、新材料应用和新产品开发技术发展迅速。国外敏感元件与传感器发展的总趋势是小型化、集成化、阵列化、多功能化、智能化、系统化和网络化。
    2.5 汽车舒适性技术趋势
    （1）NVH技术。发动机方面，NVH控制技术已趋成熟。橡胶悬置非线性技术早已在重型车上应用；液阻悬置已由被动悬置向半主动、主动悬置方向发展。在C级车发动机附件上，降噪材料的应用不断增加；传动方面，采取柔性连接和全传动系统的悬置以降噪。由于制造加工技术先进，变速器、传动轴等动态特性满足NVH的要求；车身方面，外形设计改善风噪，内饰多采用降噪材料。
    （2）热舒适性技术。车内热舒适程度已不仅是汽车豪华程度的标志，更是提高汽车产品竞争力的重要手段。汽车空调制造商针对用户不同要求，在热设备管理系统方面综合整车各相关设备实现经济性更强的车内温度控制。
    2.6 关键总成的技术趋势
    （1）动力总成。正朝着更环保、更便宜、更安全、更可靠、更高效的方向发展。目前各种新技术、新材料和新工艺都应用到最新的汽、柴油机上，以实现更高的效率、更好的排放。同时电驱动技术的进步也推动了纯电动汽车及混合动力汽车的大力发展。为了提高汽车的动力性、经济性和驾驶平顺性，传统变速器要求增大速比范围、减少速比间隔。为了实现良好的经济性并扩大驾驶空间，变速器的小型轻量化、轻质材料应用和结构优化是主要的研究方向。双离合变速器（DCT）是今后的发展趋势；电子控制全自动锁止离合器将普遍应用；更智能的电子控制保障离合器有更好的性能；随着混合动力汽车逐步投入市场，AMT应用将更加广泛。
    （2）悬架技术。被动悬架通过进一步优化悬架结构和参数可以继续提升悬架性能。主动悬架性能优越，是悬架发展的趋势，但出于成本原因，目前还只能成为高级轿车和赛车及商用车的装备。它的研究重点在于高性能的执行器和基于神经网络的控制策略方面。半主动悬架性能优于被动悬架，成本比主动悬架低得多，是悬架系统主要发展方向。
    （3）车身技术。目前轿车和部分客车通常采用承载式车身结构，以充分利用车身壳体构件的承载作用，减少整车质量。作为安装汽车各个总成和承受各种载荷的基体，其对整车的动力性、经济性及安全性起着至关重要的作用。通过结构优化，使用轻量化技术、新的布置方案及车身安全技术，配合采用新材料和新制造技术，从而提高车身总成的整体性能，进而提高整车的动力性、经济性和安全性。
    （4）转向系统技术。转向系统未来的发展方向是：动力转向系统，如EPS和EHPS；四轮转向系统；主动转向系统，如AFS和SBW。在电子化程度更高以及更适应高速行驶需要的同时，充分考虑安全性和轻便性。
    2.7 相关行业技术趋势
    （1）汽车用金属。主要为各种钢材，在不断提高其性能的同时，有色金属也逐渐成为汽车用金属的重要组成部分。
    （2）工程塑料。塑料在汽车上的应用种类繁多，功能各异，汽车轻量化也推动塑料的开发及应用。采用轻质高强的工程塑料和复合材料将是未来轻量化材料技术的发展方向。玻璃纤维增强塑料（FRP）等新品种已随着技术的成熟扩大应用，主要用于车身的外装件和功能件。材料的回收和再利用是发展趋势。
    （3）油料。汽车用油除燃料外还包括润滑用油和加工用油等，相关技术的革新正不断提高汽车环保和安全方面的品质。
    （4）电力技术。随着电动车发展，电力工业与汽车工业关系日益紧密。电力资源格局变化的主要发展方向是：一方面是在电力管理和利用方面应用新技术；另一方面是从能源的来源方面，广泛加大清洁能源的开发利用，如开发核能、太阳能等。
    （5）动力电池技术。锂离子电池逐步成为车用动力电池的主流。车用动力电池系统在技术上涉及材料、化学、电化学、机械、热力学、传热学、流体力学、电学、系统与控制等多个学科，关键技术包括电池组配技术、热管理技术、电能管理技术和安全管理技术等。美国汽车公司倾向选购电池后自行进行电池系统设计；日本汽车公司多与电池厂家合资，深度介入动力电池的研发。
    （6）车联网技术。车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通讯协议和数据交互标准，在车与X（车、路、行人和互联网）之间，进行无线通讯和信息交换，以实现智能交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络。汽车企业是车联网技术的落地单位，需要加强与车联网产业链各环节的利益方合作，共同提高汽车的安全、节能、环保、智能和便捷服务技术。
    3 汽车制造管理的创新变化
    第三次工业革命背景下的汽车制造管理与技术也出现相应创新变化，既突破福特模式下低成本的大规模生产，也区别于高成本的个性化定制，在差异化产品和生产成本之间寻求有效平衡，重构制造系统的生产模式。汽车企业正面临管理技术的创新。
    （1）大规模生产转向大规模定制。汽车生产过程强化产品内部结构的标准化，增加客户可感知的外部结构的多样性。基于模块化和标准化的方法，将不同系列产品所涉及的零部件进行统一，使原有大规模制造中基于成品的批量生产转化为基于零部件的批量生产，辅之以多样化的外部构造，实现以低成本满足个性化需求的生产方式。
    （2）刚性生产系统转向可重构制造系统。以可重构制造系统为代表的新型制造系统将适应汽车大规模定制生产。汽车整车企业推行的架构战略将大量的汽车零部件实现标准化，令其可在不同品牌、级别的车型中实现共享，从而缩减车型开发费用、周期以及生产环节制造成本。
    （3）信息技术对汽车先进制造技术发展起重要作用。信息技术将使汽车制造业的生产方式发生革命性变革。信息技术促进着汽车的成形与加工技术的精密化、快速化、数字化；自动化技术的柔性化、集成化、智能化；整个制造过程的虚拟化、网络化、全球化。汽车先进生产模式的发展，如网络化制造、并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造，也无不以信息技术的发展为支撑。
    （4）汽车设计技术现代化。现代汽车设计技术的主要发展趋势：一是设计方法和手段的现代化；二是新的设计思想和方法不断出现，如并行设计、面向“X”的设计DFX（Design For X）、健壮设计（Robust Design）、反求工程技术（Revese Engineer-ing）等；三是向全寿命周期设计发展；四是设计过程快速造型和设计验证，由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素。
    （5）汽车成形技术向精密成形方向发展。制造工件的毛坯正在从接近零件形状向直接制成工件即精密成形或称净成形的方向发展。精密铸造技术、精密塑性成形技术、精密连接技术等精密成形技术将获飞速发展。
    （6）汽车加工技术向着超精密、超高速方向发展。目前，超精加工已实现亚微米级加工，并正在向纳米加工时代迈进，加工材料由金属扩大到非金属。
    （7）汽车制造工艺、设备和工厂的柔性和可重构性成为显著特点。先进的制造工艺、智能化的软件和柔性的自动化设备、企业的柔性发展战略，构成未来汽车企业竞争的软、硬件资源。
    （8）虚拟制造和网络制造技术广泛应用。虚拟制造技术以计算机支持的仿真技术为前提，形成虚拟的环境、虚拟的制造过程、虚拟的产品和虚拟的企业，从而大大缩短汽车产品开发周期，提高一次成功率。网络技术的高速发展推动了网络制造技术的发展和广泛应用，通过国际互联网、局域网和内部网，汽车企业可以实现为世界上任何一地的用户订单而组建动态联盟企业，进行异地设计、异地制造，然后在最接近用户的生产基地制造成汽车产品。
    （9）以提高市场快速反应能力为目标的汽车制造技术得到迅速发展和应用。瞬息万变的市场促使交货期成为竞争力诸因素中的首要因素。许多与此有关的新观念、新技术得到迅速的发展和应用。其中代表性的是并行工程技术、模块化设计技术、3D打印技术、快速资源重组技术和客户化生产方式等。
    （10）绿色制造已成为汽车制造业的重要特征。日趋严格的环境与资源约束，使绿色制造越来越被重视，汽车制造业不仅要解决自身生产过程中的污染和资源浪费问题，更重要的是要为社会提供在汽车全寿命周期内没有污染、节约资源的各类绿色汽车产品。
    4 结语
    综上所述，第三次工业革命将导致世界汽车产业结构和格局、产品和技术、制造和管理战略发生重大变化，脱胎于制造“自动化”和“大规模生产”时代的产业国际分工体系可能被解构，汽车产业国家间的比较优势将被重塑；现代汽车研发将融合高新技术，凸显“大科技”趋势，汽车技术变化集中反映在节能减排、绿色环保、智能简便和安全便捷方面；汽车市场竞争优势的来源不再是同质产品的低价竞争，而是通过更灵活、更经济的新制造装备生产出更具个性化、更高附加值的产品；未来汽车制造企业主要业务转向研发、设计、IT、物流和市场营销等，汽车制造业和服务业的深度融合将是新技术时代的特征。
    参考文献
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    （作者单位： 上海汽车集团股份有限公司）