汽车生产模式的第三次变革，从新式生产力到新质生产力

SECURITIES 汽车行业研究报告 汽车生产模式的第三次变革，从旧式生产力到新质生产力 www.dxzq.net.cn2024年04月24日李金锦汽车分析师执业证书编号：S1480521030003联系方式：lijj-yjs@dxzq.net.cn吴征洋研究助理执业证书编号：S1480123010003联系方式：wuzhy@dxzq.net.cn 目录 第一次变革：福特流水线大规模生产模式取代手工制造 第二次变革：丰田精益制造对流水线模式的持续改善 第三次变革呼之欲出 投资建议 流水线生产模式：标准化、大规模 在福特1914年汽车装配流水线运作之前，汽车主要以手工制造。据《改变世界的机器》，“手工制造方式的产量十分低，每年生产大概1000辆或者以下的汽车。”1908年福特T型车问世，并在1914年建成的流水线上生产。福特生产效率得到了大幅提升，从1906年的100辆，到1921年每分钟生产一辆汽车，直到1925年平均每10秒生产一辆汽车的速度。 我们认为福特流水线的实施至少得益于以下两个方向的创新：工艺、设备等创新使得零部件标准化成为可能 生产流程切割 流水线生产模式：标准化、大规模 借助于流水线生产模式，福特销量取得了快速增长,1923年T型车销量达到顶峰，单一车型年销量超过200万辆。 同时T型车价格也不断下降，1910年T型车的售价为780美元，1911年降至690美元。流水线模式下，1914年T型车价格降至360美元。 数据来源：Model T Ford Club of American；东兴证券研究所 流水线大规模生产的局限性：单一性、浪费 产品的单一化与用户需求多样化的矛盾：福特流水线工厂建成后，长期只生产一款T型车，尤其20世纪70年代爆发的石油危机，石油价格大幅增长，美国用户对节能汽车的需求大幅增加，但流水线模式很难快速提供多样化产品各生产环节存在“浪费”：首先，工厂为了保障流水线顺利进行而允许不良零件流通到下一个工序，采用在最后环节返工的模式，大量返工进一步导致了工时的浪费。其次，流水线生产方式设备缺少灵活性，各个生产单元间都设有缓冲库存，过剩的库存成了生产效率进一步提升的阻力。 资料来源：搜狐《世界第一条流水装配线诞生记》，东兴证券研究所 数据来源：iFinD，东兴证券研究所 目录 第一次变革：福特流水线大规模生产模式取代手工制造 第二次变革：丰田精益制造对流水线模式的持续改善 第三次变革呼之欲出 投资建议 精益制造是对流水线模式的改善 精益制造是以丰田为代表的日本车企主导的生产模式变革，丰田汽车成立于1937年，当时福特大规模流水线生产模式并不适合日本，主要体现在：日本汽车市场规模小，且需求更多样：1961年，日本国内汽车销量接近50万 辆，而1923年的福特T型车年销量已经超过了200万辆日本也同样缺少大批量劳工：尤其是二战后，日本经济复苏，日本缺乏大规模流水线生产模式需要的大量劳工人员 数据来源：丰田汽车官网，东兴证券研究所注：由丰田国内汽车除以其市占率 数据来源：iFinD，东兴证券研究所 精益制造是对流水线模式的改善 精益制造在几个重要方向上实现对大规模流水线生产方式的改善： 小批量，多样化生产：丰田开创的精益生产模式可以实现多批次、小批量生产，从而满足用户的多样化需求，其中快速更换模具是重要的技术创新，20世纪50年代后期，丰田已经实现将换模时间从一天缩短至3分钟 准时化生产（Just in Time）：丰田努力打消各个环节产生的库存，杜绝过量生产造成的浪费。该模式要求上游工序生产的零件只够供应下一步骤立即的需求。当下游工序容器内的零部件用完时，容器就会被送回到上一道工序，以避免上游工序的过量生产。 以价值流打通从客户、工厂、供应链各个环节：客户订单是这个价值链的起点，拉动整个价值链条的启动，所有环节都杜绝生产超出订单需求的量。不同于流水线模式的生产单元相互割裂，各环节融合一起共同为提质增效努力。 精益制造的贯彻执行需要打破企业边界 丰田汽车于1949年陆续剥离汽车零部件业务，成立电装、丰田合成、、丰田纺织等。但与欧美车企不同，丰田汽车并非把他们等同于第三方供应商，而是采用紧密的交叉持股实现供应链系统的利益绑定。丰田汽车与供应商企业共同致力于汽车生产各环节的降本增效，同时各供应商之间还可以开展技术、制造工艺的交流。 数据来源：marketscreener；东兴证券研究所 丰田取得的成就 丰田的精益制造工厂在总装环节的效率明显领先于同时期的通用汽车，而且产品不良率也大幅低于通用。 丰田在日本国内市场份额，从1960年的37%稳步提升到70年代的40%以上，2010年达到了48%。丰田在海外市场更是彰显了强势的竞争力，海外销量从1975年的90万辆到2007年684万辆。 由于缺少更早期的数据，仅上世纪90年代看，丰田汽车表现出更高的资产周转效率，尤其是90年度前五年，丰田的总资产周转率明显快于福特。 数据来源：丰田汽车官网，东兴证券研究所 数据来源：彭博，丰田汽车官网，东兴证券研究所 彭博，丰田汽车官网，东兴证券研究所 精益制造是持续不断的改善过程 汽车价值链条中存在的浪费需要车企持续不断的进行改善，这种持续性体现在以下两个方面： 部分浪费现象受制于当前工艺等技术限制，现阶段无法完全避免。随着技术等不断进步，这类浪费有望根除。从技术层面上，精益制造也是一个持续不断的过程。 精益制造模式需要打破企业边界，以客户订单为起点，工厂制造、设计、供应商共同参与的过程。因此，丰田精益制造最早发生在制造环节，不断深入到销售系统（渠道、订单系统等）。并扩展到一级供应商，不断渗透至二级供应商和三级供应商。 目录 第一次变革：福特流水线大规模生产模式取代手工制造第二次变革：丰田精益制造对流水线模式的持续改善 第三次变革呼之欲出 投资建议风险提示 第三次变革呼之欲出 冲-焊-涂-总的生产流程： 冲压：典型的冲压产品有四门、两盖、翼子板左右、侧围左右、顶盖等。焊接：通过各种焊接工艺将冲压车间形成的冲压件形成一个完整的白车身。涂装：将焊接产线生产的白车身整体进行电泳、喷漆。总装：将已经喷漆后的白车身进行内饰件、动力总成、底盘系统等进行安装，最终形成完整车辆。 资料来源：人民网、凤凰网、太平洋汽车网；东兴证券研究所 特斯拉新生产模式的探索 当前的总装线上，存在几个主要的待改善点：冗长的串联模式，一个环节出问题将导致流程阻塞。 车身空间（box）狭小，制约安装效率，总装环节自动化率低于其他几个环节。白车身在通往下一个工序的运输过程中存在着工时浪费。一些重复工序的浪费，如焊接工序结束，需要将车门安装到车身上，进入涂装环节。涂装结束，进入总装需要将车门拆卸下来，以方便工人进出安装内饰件，然后再装上车门。 资料来源：特斯拉官网，东兴证券研究所 资料来源：新浪网，东兴证券研究所 特斯拉新生产模式的探索 2023年3月，特斯拉展示了他们的新生产模式unbox。Unbox的解决方案是借力一体化压铸和电池底盘一体化实现汽车零部件数量的大幅减少，将汽车车身的组装从原来的串联模式改成并联+串联。特斯拉将车身拆分成6大部分（unbox）：车尾部分：包括后车轮系统、后地板、后排座椅 底盘部分：将电池包作为底盘，并将座椅安装至底盘上车头部分：包括前车轮系统、仪表台总成、前机舱（一体化压铸实现）左侧围：一体化冲压，A、B、C柱右侧围：同左侧围四门两盖+车顶：前后四个车门、前后行李箱盖，均采用冲压车型。 资料来源：特斯拉官网，东兴证券研究所 资料来源：特斯拉官网，东兴证券研究所 特斯拉新生产模式的探索 Unbox将明显提升效率，降低成本： 六大部分采用并联模式。六个部分同时进行的好处在于大幅提升工时效率。对于涂装，在unbox模式中，仅需要对必要的部件进行涂装，如四门两盖等，而不需要整个车身涂装，这将减少涂装产线的投入。总装线变成了完全开放空间，提升了操作便利性，将更有利于自动化率的提升，以及后期机器人的使用。unbox模式将提升44%的操作工密度，减少工人的无效移动，同时时空效率提升30%。 Unbox模式将使新的工厂投入下降超过40%，与现在的Model 3和y相比，下一代特斯拉车型成本下降50%。 资料来源：特斯拉官网，东兴证券研究所 资料来源：特斯拉官网，东兴证券研究所 丰田新生产模式的探索 2023年6月，丰田举办的technical workship上宣布了下一代电动车的部分生产装备状态。为了确保电动车的盈利能力，丰田需要在技术和制造两个领域共同发力：Giga casting（一体化压铸）：使得电动车车身在结构上变得简单。其中，丰 田继续发挥他在换模领域的优势，可以将压铸模具更换周期缩短至20分钟，以减少操作中的浪费。 解构车身：丰田将汽车分成前中后三个部分，与unbox相似，丰田称新的模式可以使组装工作在一个开放的空间进行，有利于提升组装效率。 资料来源：丰田汽车官网，东兴证券研究所 资料来源：丰田汽车官网，东兴证券研究所 丰田新生产模式的探索 2023年6月，丰田举办的technical workship上宣布了下一代电动车的部分生产装备状态。为了确保电动车的盈利能力，丰田需要在技术和制造两个领域共同发力：Self-propelling组装线：丰田将在下一代生产车间取消传输机的概念，通过 安装在工厂的传感器和控制系统与车身上的传感器结合，实现从外部对车辆运行控制。传输机设备的取消将有利于工厂的灵活布局。能显著减少工厂投入。数字技术的大量运用：Giga casting和Self-propelling装配线等技术与数字化相兼容，数字化技术将积极应用于工厂设计，包括工艺研究和改进。 资料来源：丰田汽车官网，东兴证券研究所 资料来源：丰田汽车官网，东兴证券研究所 丰田新生产模式的探索 丰田将于2026年全面推出下一代电动车，2030年丰田纯电工厂将提供350万辆（电动车目标）的170万辆。新一代电动车在开发费用在2026年下降30%，未来下降50%。工厂投资下降50% 数据来源：丰田汽车官网；东兴证券研究所 新生产模式的促成因素-一体化压铸的运用 一体化压铸的应用使得汽车结构更加简化，汽车零部件数量减少。如特斯拉Modely通用运用一体化压铸的后地板和前机舱成功实现从原来171个零部件减少到2个大压铸零部件。极氪009、小米su7和小鹏汽车也采用了一体化压铸工艺。一体化压铸工艺的实现得益于大型压铸设备及铝合金材料端的进步： 大吨位压铸机的不断进步。1966年IDRA推出第一台2000T的设备，在2020年，IDRA收到了世界上第一份6200吨和8000吨压铸机的订单。合金材料及模具等配套产业的不断成熟。 资料来源：特斯拉官网2022Q1季报，东兴证券研究所 IDRA官网；东兴证券研究所 新生产模式的促成因素-电池底盘一体化 电池包与汽车底盘的融合设计成为行业的趋势，2020年特斯拉电池日发布了其电池包底盘的设计方案，该方案将有效减少370个零部件，也将使得底盘（融合了电池包）的工厂投入每GWH下降55%，工厂空间下降35%。电池底盘一体化方案也得到其他车企的应用。如2022年4月零跑发布CTC(cell to chassis)技术，将电池与底盘集成化设计。2022年5月比亚迪发布CTB（cell tobody）技术并首次搭载到海豹车型上，电池包上盖与车身底板集成设计。2023年6月发布的小鹏G6采用了CIB技术，也同样为电池和底盘的融合设计。 零跑汽车公众号，东兴证券研究所 资料来源：特斯拉2020年电池日，东兴证券研究所 新生产模式的促成因素-人工智能技术的运用 AI等技术的进步也将助力新生产模式的到来。特斯拉在2022年的AI