孫群

【摘 要】工業(yè)4.0是是由德國政府《德國2020高技術戰(zhàn)略》中所提出的十大未來項目之一，核心是將網絡化和智能化引入到生產過程中，較大程度降低對勞動力的依賴，提高制造業(yè)生產力與競爭力。本文針對汽車行業(yè)的高效低碳排放要求，結合工業(yè)4.0戰(zhàn)略的發(fā)展趨勢，對汽車制造企業(yè)的智能化技術和信息化手段展開論述。

【關鍵詞】工業(yè)4.0；汽車低碳技術；智能制造

“工業(yè)4.0”是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，是由德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經濟技術部在2013年漢諾威提出的戰(zhàn)略概念，旨在通過充分利用信息通訊技術和信息物理系統(tǒng)（Cyber Physical System，CPS）和信息通訊技術相結合的方式，將制造業(yè)向智能化轉型。“中國制造2025”是中國實施制造強國戰(zhàn)略的第一個10年行動綱領，意在全面提升中國制造業(yè)發(fā)展的質量和水平，并降低總體生產活動的碳排放。隨著兩國經濟往來日益密切，“中國制造2025”與德國“工業(yè)4.0”逐漸深入對接，尤其是在汽車產業(yè)方向，成為中德兩國創(chuàng)新合作促增長的示范。

一、汽車行業(yè)的智能工廠與智能制造

近年來，全球汽車產業(yè)發(fā)展變革在工業(yè)4.0的驅動下呈現(xiàn)出一些新趨勢，概括而言就是產品特征有變化、生產方式有變化、使用模式有變化。

1.汽車產品的智能網聯(lián)特征將更加明顯。

工業(yè)4.0下的汽車制造行業(yè)，就是利用互聯(lián)網，將智能化貫穿在生產、物流和服務各個消費者相關的領域，主打智能化工業(yè)技術，使汽車車間實現(xiàn)自動化、智能化、互聯(lián)網化的汽車生產制造過程，包括無線射頻技術、工業(yè)以太網、在線條碼、二維碼比對、影像識別、機器人等技術應用。依托信息物理系統(tǒng)（CPS）和信息通信技術的結合，工廠將引入大數(shù)據(jù)技術進行分析優(yōu)化管理，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優(yōu)化，最終將實現(xiàn)自動化、智能化、互聯(lián)化的生產制造。實現(xiàn)這種能實現(xiàn)這種制造方式的工廠被稱為智能工廠。工業(yè)4.0戰(zhàn)略的展開方向之一就是智能工廠。在這場新的變革中，汽車制造商、零部件供應商、軟件提供商等站在各自需求角度對智能工廠都有著各自的解讀，也因而帶來了不同層面的實踐，以及不同形態(tài)的智能制造解決方案。

2.生產方式向智能制造轉變。

工業(yè)4.0沒有目標，而是機械化、數(shù)字化和無線互聯(lián)相組合的新體系，這個體系的建設永無止境。各企業(yè)都在向著4.0進發(fā)，差別在于無線互聯(lián)的控制程度和智能化程度。近年來，在各大汽車制造廠商車間，越來越多的智能化機器手廣泛應用于汽車行業(yè)的自動化、數(shù)字化、智能化車間，已經成為汽車智能制造的重要載體。近年來更是出現(xiàn)了“無人化”車間，弧焊、點焊、裝配、搬運、 噴漆、檢測、碼垛、研磨拋光和激光加工等復雜作業(yè)全部交由工業(yè)機器人來做一條傳送帶，代替了人工操作，在一定幅度上提高了生產效率與安全性。 為了適應現(xiàn)代汽車制造技術柔性化、靈捷化、智能化、信息化的發(fā)展趨勢，國內汽車制造業(yè)在汽車生產中引入了自動導引運輸車（Automated Guided Vehicle，AGV），使汽車裝配的生產組織、信息管理和物流技術等方面實現(xiàn)了質的飛躍。

同時，以大數(shù)據(jù)支持的數(shù)字化和自動化總體策略和路徑逐漸實現(xiàn)。汽車在配置選項變得越來越多、生產越來越復雜的同時，汽車生產企業(yè)又希望產品更快速的上市、更及時響應市場需求，這本身就是相互矛盾的。因此，汽車制造商若要維持長期的競爭優(yōu)勢，還離不開維護服務這個關鍵環(huán)節(jié)。維護服務的重要任務是將生產過程中產生的“大數(shù)據(jù)”變身成為“智慧數(shù)據(jù)”，從而幫助企業(yè)做出明智的決策。

3. 低碳排放的智能交通體系構建具備更好基礎。

工業(yè)4.0、低碳制造、中國制造2025等相關戰(zhàn)略構想的競爭，將在很大程度上體現(xiàn)為標準的競爭。隨著低碳制造的推廣及技術普及，低碳概念在越來越多行業(yè)中得以實現(xiàn)，低碳時代已經來臨。在交通行業(yè)，尾氣、噪音都是對環(huán)境的重要未然，就節(jié)能減排來說，智能交通體系必須要考慮低碳排放要求。智能交通系統(tǒng)作為未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，將先進的信息技術、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術、電子傳感技術、控制技術及計算機技術等有效地集成運用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內、全方位發(fā)揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統(tǒng)。從這個角度看，率先制定相關標準如汽車行業(yè)碳排放標準，并盡可能推向國際化是有利的，但考慮到中國汽車及相關產業(yè)的發(fā)展基礎，這項工作的難度是非常大的。與此同時，工業(yè)4.0等新的理念方法在中國汽車產業(yè)的應用，仍然是一個開放性的新課題，先定標準很可能會抑制企業(yè)自主進行的多樣化探索及創(chuàng)新。

二、與低碳制造要求相關的技術改進

隨著溫室效應日益嚴重，節(jié)能環(huán)保成為汽車工業(yè)發(fā)展的新主題。京都議定書限制排放的6種溫室氣體是二氧化碳、甲烷、氮氧化物以及其他3種用于取代含氯氟烴的鹵烴。而這6種氣體大都與汽車有關，其中二氧化碳、氮氧化物來自內燃機的燃燒，氯氟烴用于汽車空調。由此可見，汽車工業(yè)正在面臨資源緊張、環(huán)境污染等挑戰(zhàn)，同時也具有巨大的節(jié)能減排潛力。

低碳經濟發(fā)展要求汽車工業(yè)實現(xiàn)低能耗、低排放，要求開發(fā)出更先進、更環(huán)保的技術。汽車行業(yè)主要的發(fā)展方向集中在以下幾點：

1.低耗高能效的技術改進：以目前汽車生產的主要技術為基礎，以降低能耗提高能效為目標，對汽車組件或整車結構進行優(yōu)化改進。以大眾汽車集團為例，使用環(huán)保的藍驅技術（BlueMotion）以實現(xiàn)未來在汽車制造業(yè)的愿景。這些技術包括新的啟停系統(tǒng)和再生制動能量回收系統(tǒng)，電力驅動裝置和混合動力系統(tǒng)，以及新型TSI EcoFuel汽車所采用的智能驅動系統(tǒng)。

2.新能源汽車及技術：新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動機之外所有其它能源汽車.包括燃料電池汽車、混合動力汽車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等。上海通用汽車實施面向未來的“Green Drive綠色科技戰(zhàn)略”，致力于高效節(jié)能技術的研發(fā)和普及，包括混合動力技術、高效動力總成技術、整車輕量化及其他綠色科技應用。

3.新材料替代：因為碳纖維復合材料可以大幅減輕車身質量，目前已經應用在一些高端車型上，但大規(guī)模使用一直受限于高成本。因此開發(fā)低成本碳纖維復合材料，擴大市場應用將是未來的重點。2012年4月中旬，美國福特汽車公司與陶氏化學簽署協(xié)議，雙方計劃合作開發(fā)將先進碳纖復合材料大批量應用于汽車和卡車上的經濟可行性。

4.汽車能效標準制定：隨著世界各國對能效的重視，歐盟、日本、美國等發(fā)達國家和組織都積極建立了各種針對能效的法律法規(guī)體系。美國政府發(fā)布新的汽車能效標準，要求在2025年以前，將汽車與輕型卡車的能效標準提高近一倍。而我國仍未提出汽車行業(yè)降低CO2排放的指標。針對我國的發(fā)展現(xiàn)狀，僅僅考慮行駛中尾氣排放的評估方式，已經不能滿足社會對于整個汽車加工行業(yè)的低碳需求，控制汽車排放的法規(guī)應涵蓋汽車生產的全生命周期，包括從原料生產到報廢后回收再利用的整個過程，這樣評估更加準確有效。通過對汽車全生命周期中能源消耗全面分析，旨在了解和把握汽車工業(yè)的能效要求，從而對汽車基準能源消耗效率的政策制定研究，為建立我國汽車能效的技術性能效標準提供參考，同時為汽車制造的技術改進提供完善空間。

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