通向未来的汽车之路

通向未来的汽车之路 siemens.com.cn/automotive 交通运输业正在处于变革的浪潮高峰：环境因素影响着越来越多的消费者的购买决定-尤其是在购买新车时。现在，越来越多的消费者选择购买电动汽车。原因在于，即使考虑到电池生产和电力消耗，电动汽车的二氧化碳排放仍比内燃机低得多。 因此，今天，整车制造商和零部件供应商不再怀疑新能源动力譬如氢或电是否会取代内燃机，而是关心何时必须完成这一过渡，及如何尽可能顺利地过渡。 他们知道，经改进的制造工艺、新材料和更有效的生产方法是未来市场取得成功不可或缺的组成部分。 本白皮书重点介绍了电动汽车制造业面临的挑战和机遇，旨在为整车制造商和零部件供应商提供重要指导，以对规划和生产过程进行必要的重新定位。 了解大众、保时捷和标致雪铁龙集团等领先汽车制造商如何将其电动车辆生产推上成功之路的精彩范例。了解西门子会为您转换车型提供哪些支持。 祝您阅读愉快！ 目录 4电动交通：机遇和挑战5电动汽车：最重要的组成部分6共同壮大：缩短创新周期7加速开发流程7罗森泰耐世隆：数字化将新理念变为现实7瑞典Uniti：重新发明电动汽车8一切尽在掌握：让生产更加灵活9北汽新能源：数字化工厂的智能制造10保时捷：柔性生产线桥接两个世界11切中要害：提高效率12大众汽车：制定汽车生产新标准13标致集团：电池组的流畅开发14西门子汽车工业解决方案15参考文献 电动交通：机遇和挑战 最新研究表明，与内燃机相比，电动汽车二氧化碳1可减排达80%。难怪专家们预测这一细分市场前景光明。 因此，对于汽车行业中超过八成的公司2来说，优化流程和组织结构是议事日程中的第一要务。 不出几年，在世界各地，电动汽车上路行驶会成为常态。 他们知道：向电动交通的过渡带来了既有流程无法应对的挑战。 替代动力系统、联网车辆和无人驾驶对制造商和供应商提出了重大挑战。 与此同时，电动汽车正迫使零部件供应商重新定位。这是因为交通行业的变化正在转移行业重点。 变革即将到来 尽管纯电动车（BEV）、所谓的增程电动汽车（REEV）和插电式混合动力电动汽车（PHEV）在设计和功能方面存在很大差异，但它们都有一个共同点：都是电动的，依靠电池供能。 因此，除了投资未来技术以外，许多地方也正在推动建立合资企业和开发伙伴关系。 例如，当谈到电池生产商及其原材料供应商时，出现了一些新名字。其他在供应链下游的供应商也日益崭露头角。这意味着电机和电池成为了电动汽车最重要的组成部分。 传统公司部门和技术正被新商业模式、新产品所取代。 但是，仅此一点无法保证长期取得成功。供应商公司如果要在未来取得成功，就必须要应对高科技组件、软件专有技术和全球互联开发中心的系统能力和纵向集成方面的进一步要求。 成功之路的三大障碍 因此，想在汽车市场保持领先地位，就必须克服以下障碍： 对于行业而言，交通运输方面的变化提供了许多机会，但也带来了重大挑战。毕竟，他们必须适应全新的功能、组件和系统。 •加快创新周期•使制造过程更加灵活•提高效率 这一点对于电动汽车尤其如此，因为比如，电动汽车不仅需要不同的动力系统和电池，还需要其它加热或空调系统。 关于如何实现这一点，请见下文说明。 这就为已经非常宽泛的车辆配置提供了额外的选择-多样化可能会变为混乱。 电动汽车：最重要的组成部件 电动汽车的核心是电池。其它不可分割的部件还有动力总成和电力电子设备。燃料电池也变得日益重要。 电机 电动汽车安装的驱动系统由电池供电，基本由两个相互吸引和排斥的电磁铁组成，这种设置产生了旋转运动，进而传动车轴，再从车轴传动车轮。 电池芯/模块/电池组 电池通常是电动汽车中最大、也是最昂贵的部件。毕竟，蓄电池容量决定了电动汽车在再次充电之前可以行驶的距离。 燃料电池 燃料电池靠氢发电。这个过程叫做反向电解。氢和大气中的氧反应生成水，同时产生热能和电能。电能驱动电机。燃料电池能否与电池组展开激烈竞争还有待观察。 同样重要的是电池管理系统。电池管理系统监视电池中的各种电池单元、控制温度，并补偿充电过程中潜在的电压波动。 除了主要为发动机供电的高压电池外，还安装了低压电池，以确保车载电子设备、汽车收音机或照明等的平稳运行。 到目前为止，汽车制造商主要依赖由电池供电的电动汽车。但是，燃料电池技术也有许多优点。 目前，由于电动车辆续航里程低、充电过程长，很多消费者不敢购买电动车辆。未来，电动汽车将具备快速充电功能，配备集成充电技术系统。因为这些系统工作电压和电流更高，电池可以快速充电。西门子的研究人员目前正在开发一种120千瓦的系统，可以在几分钟内为电池充电，与现在的加油站相当。 共同壮大：缩短创新周期 电动汽车趋势是不可逆转的：新技术和不断变化的客户需求迫使汽车制造商和供应商迅速重新定位。越快越好。 毕竟，市场研究人员认为，最早可能在20243年达到临界点。 如果要成功地掌控交通变革，就必须用更少的资源取得更多的研发成果、提高创新速度，更快地将新产品推向市场。 一项主要挑战是：汽车管理者中的69%相信，如今的创新压力空前巨大。而略多于50%的人认为，拥有革命性汽车的新竞争对手可能会扰乱他们的现有市场。 因此，五分之三的受访汽车经理认为，他们需要加快面向CASE（互联互通、自动驾驶、共享/会员化和电气化）4的创新活动也就不足为奇了。 联合起来对抗新的竞争对手 毕竟，他们面临着来自科技和IT领域的新竞争对手，这些竞争对手不仅拥有高水平的技术专长，还拥有几乎取之不尽的融资潜力。 重新使用现有知识，节省了时间和金钱，加快了新车型上市。目前，汽车制造商主要投资设计和技术创新6。 即使是领先的汽车制造商也难以依靠自身力量迎头赶上，因此，他们越来越多地精心挑选，寻求与汽车行业和供应商行业合作伙伴合作。 但是，专家们认为，从长远来看，这是不够的：汽车制造商不仅要测试他们的产品系列，还要将包括既定流程在内的整个商业模式放入测试范围。从中期来看，整车制造商有可能发展为交通提供商。 专家表示，如果合作不仅仅在财务方面，而是在全方位技术推动上，那么，这种合作就是最有意义的。 未来，知识开发和交流将不再仅仅关乎汽车企业研发部门，而是将成为企业整体成功和跨部门成功的决定性因素。 因此，要诀在于合作，而非对抗。 数字解决方案为实现这一目标铺平了道路。数字解决方案促进了跨地区合作、加快了创新步伐、缩短了上市时间。 例如，现代产品生命周期管理（PLM）系统确保所有相关开发人员均可访问同事的设计软件和流程计划。 比如说：如今的PLM系统（产品生命周期管理）保证了所有参与的开发者都可以使用设计软件和其同事的流程计划；可以共同明确开放性问题，可以将已经在其它地方尝试、测试过的解决方案直接移植到新车中。 加速开发流程 瑞典Uniti：“重新发明”电动汽车 罗森泰耐世隆：将新理念变为现实 罗森泰耐世隆是电池、电缆和电线，及光纤制造技术领域的国际供应商，罗森泰耐世隆凭借数字化双胞胎，仿真虚拟空间中的新理念和工作流程，领先于竞争对手。 瑞典Uniti在短短的两年时间里，通过有机、快速迭代的设计流程和专注的创业心态，重新发明了电动汽车。 瑞典Uniti通过与西门子数字工业软件公司合作，从众筹初创企业，转变成了数字化车辆设计、开发和制造领域的先驱。 罗森泰耐世隆的电池机器业务部门产品在产量，质量和性能方面达到了全新水平。 显然，在设计过程的早期，西门子数字创新平台及用于设计和成型（Realize Shape）概念建模功能的NX™的软件会与Uniti自身的虚拟现实解决方案结合起来。 用于制造锂离子电池的新机器现在组成了制造单元矩阵，而不是一系列相互关联的设备。 各个流程阶段各自实现了自动化，自动导向车（AGV）为电池运输原材料和半成品。 目的是推动团队的超高速设计和开发流程，通过这个流程，在不到4个月内设计并建造了三个酷炫的众筹原型。 设计原型是一回事，但设计可供生产的车辆就是一项全新的挑战了。 这意味着它们可以灵活地增减产能，从而快速响应不断变化的市场需求。 因此，车辆开发部总监Sally Povolotsky和她的团队采取了早期原型设计，并通过完整的工程项目完成设计，推出了“1号工作成果”，“1号工作成果”是业界术语，指第一辆下线的汽车。 由于电动汽车发展蓬勃、锂离子电池需求增长迅速，这成为电池制造领域的一项重要因素。 生产电池机器所需的时间也要短得多。罗森泰耐世隆有限公司首席执行官Siegfried Altmann表示：“我们可以通过仿真，跳过开发和制造流程中的整个阶段，更快地达到预期结果。”另外，仿真整个流程可以创造出更高质量的产品，让产量提高25%。 目前，这支总部设在英国的团队处于可行性阶段，正在回顾各个市场的现有数据，设计和立法。此后，团队将开始使用西门子生态系统，创建工程级数字化双胞胎。 请于此处查看案例研究。 请于此处查看案例研究。 西门子生态系统就像一大盒给工程师的巧克力。可供选择的绝佳工具非常多，包括：纤维混合复合材料设计/制作软件Fibersim软件；确保整体功能的NX工具；用于先进设计的Simcenter工具。” “我们成功地在12个月内生产出了新一代产品，而以往可能需要一年半到两年时间。” 罗森泰耐世隆有限公司首席执行官Siegfried Altmann 瑞典Uniti车辆开发部总监Sally Povolotsky 一切尽在掌握：让生产更加灵活 尽管人们认为，内燃机模式会被逐步淘汰，但在未来20至30年内，内燃机可能仍会在公路领域占据主导地位。专家们甚至认为，内燃机全球销量可能一直增长到20307年。 换言之，制造商和供应商必须在以正常产能继续运营现有生产线的同时，为了生产电动汽车，开发新的业务领域和流程。 因此，主要的挑战是在传统核心业务和发展新能力之间取得平衡。 但是，与此同时，对环境友好的替代品需求也在不断增长，混合动力汽车和电动汽车所用的电驱动组件需求也随之增长。 换句话说，制造商和供应商必须为电动汽车的生产开发新的业务领域和流程，同时现有的生产线继续以正常产能运行。因此，主要的挑战是在传统核心业务和发展新能力之间取得平衡。 据预计，从中期来看，由燃料电池驱动的氢动力汽车发展前景也很广阔，这说明：未来几年汽车市场将如何发展仍需要猜测。 但可以肯定的是，正在逐步从内燃机，转变到电动汽车。因此，汽车公司需要为所有类型的驱动系统提供灵活、创新的装配概念。 一些公司正在建设新的生产设施（绿地），而另一些公司则正在已建立的生产基地（棕地），建设额外的生产线。 由于参数和需求不同，很难说哪种推进方式正确。 乍看之下，在智能工厂建设新生产线似乎更容易，但这通常也涉及到更高的成本。 找到正确的平衡点 但如何才能做到呢？许多整车制造商和一级零部件供应商现在都很关注这个问题。毕竟，只要还能赚钱，就没有人愿意牺牲功能良好的产品。另一方面，在交通变革来临之际，不要错过时机也很重要。 专家估计，汽车制造商建立一家全新的工厂，要花费高达13亿美元，而在棕地建厂仅需400万到740万美元8。 因此，采用个性化、经过深思熟虑的方式，规划自己的电动交通之路更加重要。西门子汽车行业事业部等有能力、经验丰富的合作伙伴可以为此提供重要助力。 来源：SBD Automotive（www.sbdautomotive.com） 北汽新能源：数字化工厂的智能制造 作为中国电动汽车行业的领头羊，北汽新能源2018年销售汽车15.8万辆，连续6年蝉联中国电动汽车市场销售冠军。 西门子在生产线的建设阶段，帮助北汽新能源建立了数字化双胞胎的装置和设备。 但是，仍有一些障碍需要克服，如补贴减少、竞争日益激烈。 采用虚拟调试技术创建整个生产线的虚拟仿真，以便在实际建立项目之前进行必要的调试和校正。 公司如何开拓中高端市场？如何保持市场领先地位？ 北汽新能源青岛汽车基地总经理王庆洲说：“我们