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1、未来十年我国汽车整车制造装备探析 机械工业第九设计研究院 高级工程师 车启英 、 王晓政 一、整车制造装备概况 汽车制造装备可以分为整车制造装备和零部件制造装备。零部件制造装备主要有金属切削机床生产线、精密锻造生产线及制造单元、铸造生产线、测试设备、激光和焊接设备、数控刀具系统、热处理等。整车制造装备可以分为冲压自动化生产线（冲压）、车身焊接和装配自动化生产线（焊装）、喷涂自动化生产线（涂装）和整车装配自动化生产线（总装），四者共同构成了整车制造的“四大工艺装备”。 1、冲压 汽车特别是轿车车身绝大部分是冲压件 ，曲面形状复杂，要求有较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度值。此外，汽车冲压件是大批量

2、生产，品种繁多，如顶盖、挡泥板、车身侧护板、地板、发动机罩、保险杠等，为提高生产率，必须采用机械化、半自动化或全自动化流水线生产。 冲压生产线通常有两种形式，一种是单机连线，另一种是采用多工位压床生产线。单机连线是将多台压床按工序贯通排列，期间采用机械手、传动装置或机器人完成上、下料和零件传送工作。这种生产线有独立同步式和全自动同步式两种，前者压床的运转各自独立，输送带控制生产节拍，设有柔性中间存储装置使各压床组形成独立同步机 组，这种作业线的性能比较灵活；后者给料作业、压床运转等均同步连续进行，工作效率高。 近年来，汽车冲压件生产出现 多工位压床代替单工位压床 的趋势。多工位压床是目前最先进

3、、自动化程度最高的冲压设备，其工位数有 5工位、 6 工位、 8 工位等。多工位压床占地面积小、电力消耗低、生产效率高，其作业成本比一般压床流水线低很多。先进的多工位压床使用微处理机控制的可编程序控制装置，使得自动化程度更高。 1 冲压工艺变化趋势 2 工艺组成 变化趋势 下料工艺 手工火焰切割 手工火焰仿型切割 手工等离子切割 CNC 等离子切 割CNC 激光切割 机械剪板机 液压剪板机 开卷剪切线 CNC 开卷剪切线 模具状态及制造工艺 模具：单工序模具 复合工序模具 多工位级进模具 多点成形 加工方法：手工仿型加工 普通 NC 加工 高速强力 NC 加工 刀具：高速钢刀具 硬质合金刀具

4、陶瓷刀具 涂层刀具 热处理工艺：普通淬火 真空淬火 氮化 涂层 压力机 普通压力机 NC 压力机 高速 NC 压力机 高效多工位压力机 电动伺服压力机 材料 普通钢板 涂层钢板 单一厚度钢板 多厚度激光拼焊复合钢板 物流方式 手工机械搬运 机械手搬运 机器人搬运 设计软件 手工绘图 二维 CAD三维 CADCAD/CAE/CAPP/CAM 集成 生产线状态 完全人工机械生产线 半自动生产线 全自动生产线 柔性集成（工艺、物流、检测、信息系统一体化）生产线 2、焊装 车身焊接通常称焊装，是将车身冲压零件组装和焊接成符合产品设计要求的白车身（即未经油漆的车身）。以轿车为例，在车身焊装过程中，先将整

5、个车身分成几个大的总成进行焊装，如地板总成、发动机舱总成、左侧围总成、右侧围总成、后围总成、顶盖总成、左车门总成、右车门总成、发动机罩总成、行李箱盖总成、左右翼子板总成等， 然后再将这几个大的总成焊装成白车身。车身上的小分总成一般在单机上进行焊装，各大总成的焊装和车身焊装则在流水生产线上完成。因此，通常车身焊装需建立十几条生产线，生产线上配备各种焊接设备和工具、定位和夹紧工装、机械化运输系统、生产过程控制和质量检测与控制系统、安全防护设施等。生产线之间的运输通常用悬挂式输送机和搬运机械手等完成。 车身焊装所用的焊接方法以电阻焊居多，一般占焊接总量的 90%以上，主要是电焊和凸焊，其生产率高、成

6、本低。所用的设备有悬挂式电焊机、固定电焊机、多电焊机、螺柱焊机、焊接机器人等。目前焊接机 器人被越来越广泛采用，并出现了机器人焊装线和无人操作机器人焊装车间。采用焊接机器人可使焊接质量稳定，但投资较大，发展中的点焊逆变电源变压器将使焊接变压器的体积大大缩小，进一步推进自动化焊接技术的发展。 3 为了在同一条焊装线上组织生产几种不同品种而工艺相似的车身，已经出现了混流生产的柔性焊装线，它通常用机器人点焊和更换夹具来实现。 焊装工艺变化趋势 4 工艺组成 变化趋势 工艺方法 手工气保焊 手工电阻焊 机器人电阻焊 压铆连接 焊装夹具 单个手动夹具 联动机械夹具 PLC控制联动夹具 CNC控制联动三维

7、 组合柔性化夹具 焊装设备 弧焊变压器 电阻电焊机 激光焊设备 压铆设备 物流方式 手工机械搬运 PLC 控制（自行葫芦）机械板链搬运 3、涂装 涂装生产线是完成对工件表面喷涂保护层或装饰层的工业涂装成套设备。随着我国工业产品生产能力的增强，涂装生产线在生产领域中的应用越来越广泛，技术水平、自动化程度也大大提高。涂装生产线主要由前处理设备、喷涂设备、烘干固化设备、输送设备、电气控制系统等设备组成。各组成设备在输送设备及输送链的串连下，被有序地组织在一起，完成对工件的涂装作业。 5 为保证喷漆质量，车间厂房环 境要求 较高的清洁度 ，并注意将产尘区与喷漆工作区分开。喷漆之前需进行预处理。预处理质

8、量的优劣对整车的耐腐蚀性有重要影响。货车预处理一般设有 7-8 道工序，而轿车的预处理则多达 12-13 道工序。预处理的目的是使金属车身脱脂清洗后通过中温低锌磷化，生成一层磷化膜，并经钝化进一步增强其耐腐蚀性。喷漆有好几道工序，先经电泳喷底漆，后喷中间涂料，最后作面漆施工。 为了提高漆面质量，加快生产节奏，喷漆生产较多地采用往复式喷涂机、喷漆机器人等装备，构成自动化程度较高的生产线。考虑到轿车面漆的返修率较高，一般在车间设计中安排一 条较大的返修生产线，供正常返修使用。 6 涂装工艺变化趋势 7 工艺组成 变化趋势 工艺方法 底漆 /中涂 /面漆 电泳 /中涂 /面漆 一次电泳 /二次电泳

9、/面漆 电泳/面漆 涂层 /面漆 喷粉 /面漆。 涂装设备 手工喷涂 机械喷涂 机器人喷涂 涂装材料 面漆：普通面漆 金属漆 环保纳米漆 底漆：普通底漆 电泳漆 涂层 喷粉 种类：高分子漆 水性漆 环氧树脂粉末 物流方式 手工机械搬运 PLC 控制（自行葫芦）滑撬自动化搬运 4、总装 汽车总装配是将汽车各零部件总成根据技术条件装配成一辆合格的汽车的生产 过程，是汽车生产的最后一道工序。总装过程客观上对零件起了最终检查的作用，因为装配工人发现变形、损坏、碰伤、不合规格的零件均会将其剔除。在总装配的出口处，汽车要进行严格的检查、调整和整车检测，其中包括发动机综合测试、废气排放测试、灯光测试、前轮定

10、位测试、密封性测试和电器检验等。对一定比例的整车还要在试车跑道上进行抽检。质量保证部门每天从当天总装线上生产出来的车辆中抽出 1-2 辆车进行全面检验，以此考核各部件质量和总装质量并反馈给生产管理部门和技术部门，以便采取措施，不断提高产品质量。 总装配生产线由一系列输送设 备构成“立体装配”，并设置许多装配台架和电动、风动工具，根据投资强度和生产批量的不同，总装生产线上安装一定数量的自动化设备，如不少汽车厂安装仪表板、前后挡风玻璃、座椅、车轮、发动机、车桥等实现自动化装配，但与焊装相比，总装仍有不少环节需要靠人工进行。 8 总装工艺变化趋势 9 工艺组成 变化趋势 工艺方法 人工手动装配 人工

11、机械装配 含信息系统的自动装配 总装设备 手动扳手 气动扳手 单头、多头拧紧机及带检测的定扭扳手 物流方式 手工机械搬运 链式输送系统（或自行小车输送系统） 摩擦式输送系统（或全智能 型自行小车系统） 二、整车制造装备前景分析 1、我国汽车市场发展迅猛 进入新世纪以来，我国汽车市场进入全面发展阶段。 2000 年我国汽车产量只有 206.91万辆，到 2009 年我国汽车产量已经达到 1379.10 万辆，增长了 566%，十年间的年复合增长率达到了 23.46%。 102010 年 1-11 月，我国汽车累计产销分别达到 1640.01 万辆和 1639.54 万辆，同比增长 33.71%和

12、 34.05%。 11 数据来源：中国汽车工业协会 乘用车占我国汽车比重最大， 2009 年我国乘用车产量 1038.38 万辆，占汽车 总产量的75.29%， 12未来乘用车将是我国汽车产业发展的引擎。 2010 年汽车蓝皮书预测，基准情景下中国乘用车市场自 2010-2020 年年均增长率将接近 10%，至 2020 年年度总需求将达到 2337万辆。 13预计 2025 年中国乘用车年度总需求将达到 2924.57 万辆，较 2020 年增长近 25.12%；2030 年中国乘用车年度总需求将达到 3523.31 万辆，较 2020 年增长 50.73%。 14 我国汽车市场火爆的背后是

13、汽车工业固定资产投资的连续高增长。“十五”期间，我国汽车工业共完成固定资产投资 2351.6 亿元，“十 一五”期间有望超过 9000 亿元。 15其中，用于汽车整车制造业的固定资产投资 2001 年才 121.1 亿元，到 2009 年已达到 942.85 亿元 16，增长了 678.57%， 9 年间年复合增长率 29.24%。 2010 年 1-9月汽车整车制造业已完成固定资产投资 953.23 亿元 17，预计未来十年仍将处于 快速 增长期。 2、我国汽车制造装备的不足 与我国汽车产业蓬勃发展形成巨大反差的是，长期以来我国汽车产业严重依赖欧、美、日等发达国家，汽车制造装备的对外技术依存

14、度一直居高不下。目前在汽车三大总成制造设备中，新型节能环保发动机和变速器 成套制造技术及装备完全受制于人，对外技术依存度高达 95%左右。在汽车五大关键零部件制造设备中，汽车发动机制造，特别是缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆的精密加工设备，进口依存度为 90-95%。 18 经过多年发展，目前部分本土产汽车整车制造装备以及零部件制造装备虽说基本可以满足汽车工业需求，但由于本土产设备在成套性、可靠性等方面与国外先进水平还有很大差距，有些关键装备的对外依存度还很高。目前，汽车冲压、焊接、涂装、总装使用的主要是进口加工设备，柔性冲压自动生产线等先进冲压装备与国外相比还有较大差距，零部件高效精冲设 备仍

15、需大量进口。涂装设备、总装设备、焊接设备的本土化率只有 20%左右。其中 B 级及以上中高档轿车所用 设备基本上仍为进口设备。 国内个别厂家能够提供涂装线部分设备但性能稳定的高端涂装基本依赖进口，轿车焊接装配线几乎全部依靠进口，整车自动装配线是我国汽车装备最薄弱的环节。 19但值得欣慰的是，我国本土整车制造装备的相关厂商已经逐步打破了国外厂商的垄断地位，虽然外资汽车厂商与高端市场仍为国际巨头如德国杜尔（ DURR）、德国艾森曼（ EISENMANN）、德国西门子德马泰克（ SIMENS DEMATIC）、日本大福（ DAIKUKU）等所把持，但中低端市场尤其是国内发展迅猛的自主品牌汽车厂商纷纷

16、为本土自动化装备厂商进占 ， 目前我国汽车工业整体对外技术装备依存度约为 70%。 20 3、我国整车制造装备的市场前景 （ 1）、 2008-2010 年我国整车制造装备市场概况 汽车工业投资的 50%以上 一般 用于购买制造装备 21，我国汽车整车制造业 2008 年完成固定资产投资 653.68 亿元， 2009 年为 942.85 亿元 22，预计 2010 年将达到 1270.97 亿元 23。根据相关整车厂商经验数据，整车制造四大工艺装备各自占比大致如下： 根据 2008-2010 年汽车整车制造业固定资产投资及整车制造四大工艺装备各自占比来看， 2008-2010 年我国整车制造

17、装备的市场需求状况大致如下 24： 自动化生产线 2008 年 2009 年 2010 年 冲压 市场总量（亿元） 65.37 94.29 127.1 其中：进口（亿元） 45.76 66 88.97 焊装 市场总量（亿元） 81.71 117.86 158.87 其中：进口（亿元） 57.2 82.5 111.21 涂装 市场总量（亿元） 114.4 165 222.42 其中：进口（亿元） 80.08 115.5 155.69 总装 市场总量（亿元） 65.37 94.29 127.1 其中：进口（亿元） 45.76 66 88.97 （ 2）、整车制造装备未来发展趋势 根据汽车行业“十二

18、五规划”草案，中国汽车“十二五”期间必须做到产业升级，一是产品技术的换代升级；二是在产业链上向技术含量高、附加值高的领域延伸；三是调整产业结构，加快产品创新、加快新能源汽车发展、加快产品联合重组、加快售后市场开发。其中特别提到将提高自主品牌国内份额，到 2015 年中国自主品牌汽车市场比例将进一步扩大，自主品 牌乘用车国内市场份额超过 50%，其中自主品牌轿车国内份额超过 40%。 25 2011-2020 的未来十 年是我国由汽车工业大国向汽车工业强国转变的关键时期，国家已经提出到 2020 年将我国汽车制造装备的对外依存度降到 30%以下。 26但目前我国汽车制造装备对外依存度依然居高不下

19、，给我国的汽车产业发展带来了较大的影响，根据统计资料，汽车装备进口率每提高 1%，装备总投资将增加 2-3%27。因此必须加快我国本土汽车制造装备企业的发展。 自主品牌汽车厂商未来巨大的发展前景以及我国整车制造装备的本土化趋势将为相关汽车自动化装备厂商 提供巨大的发展机遇。 （ 3）、 2011-2020 年市场需求 我国全社会固定资产投资额 2001 年为 37213 亿元， 2009 年为 224846 亿元， 2001-2009年期间年复合增长率为 25.21%。 28“十二五”期间全社会固定资产投资增长率大约在 20%29左右。 数据来源：中国工程机械工业年鉴 201030 我国整车制

20、造业固定资产投资 2001-2009 年期间的年复合增长率高达 29.24%，高于全社会固定资产投资额的增速。 未来 十年 将是我国整车制造装备升级换代和技术改造的快速发展期， 如果未来随着基数放大而增速有所放缓 ，采用保守测算，若未来十年整车制造业固定资产投资增速与 全社会固定资产投资额增速 （ 20%）保持一致， 2010 年整车制造业完成固定资产投资额按 1270.97 亿元计算， 则 2011-2020 年 我国整车制造装备市场需求将 达到 19795.62亿元 。根据上面 四大工艺装备 占比情况来看，各自的市场需求 如下： 自动化生产线 2011-2020 年期间投资额（亿元） 占比

21、（ %） 冲压 3959.13 20% 焊装 4948.91 25% 涂装 6928.47 35% 总装 3959.13 20% 未来随着我国本土整车 制造装备厂商的技术进步，对外的依存度将显著降低，如果到 2020年能实现国家提出的 汽车制造对外技术装备依存度从 70%降低到 30%的目标，按每年降低 4%计算，则四大工艺装备 2011-2020 的市场规模大致测算如下 : 单位：亿元 年份 冲压 焊装 涂装 总装 市场需求 其中进口 市场需求 其中进口 市场需求 其中进口 市场需求 其中进口 2011 152.52 100.66 190.65 125.83 266.90 176.16 15

22、2.52 100.66 2012 183.02 113.47 228.77 141.84 320.28 198.58 183.02 113.47 2013 219.62 127.38 274.53 159.23 384.34 222.92 219.62 127.38 2014 263.55 142.32 329.44 177.90 461.21 249.05 263.55 142.32 2015 316.26 158.13 395.32 197.66 553.45 276.73 316.26 158.13 2016 379.51 174.57 474.39 218.22 664.14 305.

23、51 379.51 174.57 2017 455.41 191.27 569.26 239.09 796.97 334.73 455.41 191.27 2018 546.49 207.67 683.12 259.58 956.36 363.42 546.49 207.67 2019 655.79 222.97 819.74 278.71 1147.64 390.20 655.79 222.97 2020 786.95 236.09 983.69 295.11 1377.16 413.15 786.95 236.09 未来十年随着我国汽车产业的迅猛发展、固定资产投资的稳定增长、国家相关政策的

24、扶持以及本土汽车装备制造企业技术的积累升级，我国整车制造装备市场对外的依存度将显著降低，而市场发展前景广阔，本土相关企业将迎来巨大的发展机遇 ！ 参考资料： 1 现代汽车与汽车文化第 118 页。 2 汽车工艺与材料 2007 年第 9 期，汽车行业四大工艺技术的发展变化。 3 现代汽车与汽车文化第 119 页。 4 汽车工艺与材料 2007 年第 9 期，汽车行业四大工艺技术的发展变化。 5 轻工机械 2008 年 8 月，第 26 卷第 4 期，涂装生产线的设备及常见问题。 6 现代汽车与汽车文化第 120 页。 7 汽车工艺与材料 2007 年第 9 期，汽车行业四大工艺技术的发展变化。

25、 8 现代汽车与汽车文化第 121 页。 9 汽车工艺与材料 2007 年第 9 期，汽车行业四大工艺技术的发展变化 。 10 中国汽车工业协会 http:/ 世界总产量”。 11 中国汽车工业协会 http:/ 整车”。 12 中国汽车工业协会 http:/ 世界总产量 2009 年世界各 国（地区）汽车产量明细”。 13中国汽车产业发展报告 2010第 138 页。 14中国汽车产业发展报告 2010第 141 页。 15中国汽车工业年鉴 2009第 473 页。 16 国务院发展研究中心信息网 http:/ 2009 年1-12 月全国汽车工业进度统计数据 固定资产投资”。 17 国务院

26、发展研究中心信息网 http:/ 2010 年1-09 月全国汽车工业进度统计数据 固定资产投资”。 18装备制造 2010 年第 7 期，高端装备引领汽车工业发展。 19 同上。 20 同上。 21汽车工艺与材料 2008 年第 12 期，汽车制造装备自主创新发展战略研究。 22 同“尾注 16”。 23 2010 年 1-9 月的汽车整车制造业固定资产投资完成额为 953.23，这里采用完全平均数，即 2010 年全年为 953.23*4/3=1270.97 亿元。 24 根据汽车制造业 2009年第 12期的 解析自动化装备市场 ， 2008年对外依存度约为 70%，这里 2008-20

27、10年皆按 70%对外依存度计算。 25 上海证券报 2010 年 10 月 22 日，“汽车十二五规划初稿已定 自主品牌将获重点扶持”。 26汽车工艺与材料 2008 年第 12 期，汽车制造装备自主创新发展战略研究。 27 世界制 造技术与装备市场 2010 年 02 期，汽车工业迅猛发展 机床工业迎来升级契机。 28中国工程机械工业年鉴 2010第 6 页，表五。 29上海证券报 2010 年 10 月 19 日，“工程机械行业订规划十二五年均增速将达 17%”。 30 同“尾注 28”。 重要声明：本报告版权仅为本作者 所有，未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制和发布。 作者简介：车启英， 男， 一汽集团专家，机械工业第九设计研究院高级工程师，曾获得以下奖项：北方奔驰焊装及公用工程项目与东安黑豹项目的市场开发立功团队奖、立功个人奖；曾 负责东安黑豹新厂区建设总包项目、北方奔驰蓬莱分公司焊装线及锅炉房总包项目、华泰汽车集团荣成工厂与包头工厂设计项目等。 王晓政，男，一汽集团专家，机械工业第九设计研究院高级工程师。曾负责重庆力帆总包项目、一汽大连客车厂总包项目等。