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基于“新常态”战略的汽车塑料工程绿塑创新驱动的分析研究(九)

[ 吉祥坊线上官网 ] 发表于 2015-08-12 15:37:33 浏览量:0
 8  基于新常态战略的全套绿塑创新驱动的解决方案的科学发展观

汽车绿塑创新驱动是一个系统工程。全套绿塑创新驱动的解决方案包括从原材料、加工设备、成型工艺、产品检测、仓储、回收再生利用等整个生命周期的解决方案。以汽车基于吉祥坊体育平台的“潜在需求”为中心,创新创造新材料、新技术、新设备、新工艺、新检测仪器,提供从原料、设备、成型加工技术、技术培训等的成套技术服务的交钥匙工程的全套解决方案,获取最大的社会效益和持续的经济效益。

以制品为对象,绿塑创新全套解决方案。汽车塑料件的品种繁杂化、功能及性能的多样化、更新换代的快速化、应用的拓展化,促进汽车塑料制品成型加工设备向细分化的发展。国内外有关塑料机械制造公司积极从事绿色汽车注塑机的开发,并成立专业研究部门,与汽车行业密切配合,根据汽车塑料件、汽车塑料原料的发展,对设备模具、成型工艺不断进行创新,实现汽车绿色化塑料件达到最佳生态环境保护的性能,研究和应用成果不断涌现。

8.1产业联盟实现全套绿塑创新驱动的解决方案

我国汽车塑料件研发落后大大落后于汽车制造强国,单台汽车塑料的平均用量不到发达国家的2/3,基本上不能自主开发出高端塑料件,代表塑料件应用技术最高水平的跑车至今仍是一个梦。究其原因的一个重要方面,国内在汽车塑料件研发上,材料、制品开发、加工制造及成型设备、废弃物回收利用等研究机构各自为政,互不往来,没有一个创新的全套解决方案的理念。

我国汽车产业链的研究及制造单位,都是分散型组织,搞设备制造的不懂塑料原料及成型工艺,搞原料研究的不懂设备,绿塑创新没有具体的对象及应用目标,难以独立担当“潜在需求”的全套解决方案。以“潜在需求”具体制品为目标,汽车研究机构、汽车制造商、汽车零件供应商、汽车塑料原料研究机构及制造商、汽车塑料制品模具制造商、汽车塑料成型加工设备制造商、汽车销售商等联合为一体,组成紧密的产业联盟,变各自为政为牵手共同开发,绿色创新从原料到制品回收利用的整个生命周期的全套解决方案。

8.2 汽车塑料原料开发商主动成为全套绿塑创新驱动解决方案的先驱

汽车塑料化的持续发展首先取决于汽车高分子材料的发展。汽车高分子材料的绿塑创新驱动的灵感来自于汽车的持续发展。汽车塑料原料开发商与汽车制造商之间的紧密合作,主动为汽车制造商提供汽车高分子专用材料,为绿色创新驱动的解决方案提供实现的基础,同时也为本企业的发展取得了新的增长点。

原料供应商必须走功能化、专用化的生产途径,制定长远的发展 目标和品牌战略,实现市场资源、技术资源以及企业间的整合,最终获得规模优势。例如杜邦工程塑料在汽车上的应用包括动力总成、燃油供给、底盘、车身内外饰件、空调、电子、电气等系统。拜耳材料科技自视为国际汽车产业的研发合作伙伴,汽车玻璃团队专家其服务范围包括整个汽车玻璃的整个加工链,以及汽车玻璃的风力载荷、碰撞等力学性能试验和研究,可独立为未来汽车提供创新动力。巴斯夫UltracomTM成套技术解决方案,通过与汽车领域的客户合作,开发出用连续纤维增强热塑性复合材料生产车身和底盘的生产技术。该方案包括连续纤维增强热塑性塑料半成品,配混料以及工程技术支持。 新方案核心是采用巴斯夫Ultramid®聚酰胺或Ultradur®PBT热塑性树脂浸润的机织布和单向带预浸料制成的层压材料。这些预浸料是通过与TenCate和欧文斯科宁共同合作开发的。Ultracom方案的的第二个组成部分是为这些层压产品所开发的覆膜材料(overmoulding materials)。这些材料是UltramidUltradur系列的配混料。巴斯夫表示,通过与层压材料与预浸料带的配合使用,就可以注射成型具有高机械性能的复杂零部件(在指定的确切位置使用连续纤维),同时通过覆膜成型让部件具备特种功能。

原料供应商主动式服务于汽车塑料工程,取得汽车塑料科学发展的话语权。日本碳纤维复合材料应用于汽车工业的绿塑创新处于国际领先地位,形成产业联盟是关键。日本是世界上碳纤维开发最早、应用最成功、应用面最广的国家,其中主要的经验是,碳纤维生产企业以自己为价值链的联系纽带,实现从原丝到下游复合材料一体化的配套生产体制,组合碳纤维复合材料应用的企业、行业,注重与下游企业合作,共同对碳纤维复合材料“潜在需求”的构件,制定和实施全套解决方案,推动碳纤维复合材料在汽车领域的应用,不断开发新的市场,以下游应用带动上游的发展,是日本碳纤维企业选择的发展之道。日本碳纤维生产企业近几年积极在全球进行扩产计划与战略布局,与下游应用企业结成联盟,整合产业链,促进CFRP及其制品在全球汽车领域中的普及应用,力求使日本成为碳纤维领域的绝对领先者。日本碳纤维生产商和欧美的主要汽车生产商纷纷结成联盟,谋求共同发展。在参股Plasan Carbon Composites公司之前,东丽的主要汽车制造商合作对象是日本和欧洲公司,包括丰田、富士重工和德国戴姆勒公司。Plasan Carbon Composites公司是美国唯一的豪华轿车CFRP车体面板一级供应商,同时自身拥有可将CFRP部件的生产成型时间缩短至17 min的技术。买入Plasan Carbon Composites公司股份,确保了东丽通往美国汽车制造商的分销渠道,进一步提高其在美国汽车市场的参与度。东邦与美国通用自2011年起就展开了稳定的合作关系,与东丽一样,东邦公司也在欧洲和美国建立了公司和销售中心,瞄准汽车市场投入大量资金,并出资建立了复合材料应用中心,对未来碳纤维及其CFRP在汽车上的应用充满信心。戴姆勒与东丽、通用汽车(GM)与帝人也展开了合作,为扩大碳纤维在车体中的采用进行技术开发。宝马公司、三菱丽阳、西格里集团3 方合作,碳纤维首次大规模地用于量产车型的一款车身结构和框架完全采用碳纤维增强塑料制造的宝马i3,通过改进碳纤维的叠加方式等,对成型技术进行革新,缩短成型周期,降低制品生产成本,西格里(SGL)使用三菱丽阳开发的碳纤维原纱,利用树脂等材料将其加工成CFRP(碳纤维增强树脂基复合材料),提供给宝马的EV(纯电动汽车)i320154月在日本上市,售价仅为499万日元(30.4万元人民币)起,之所以成功压缩了成本的增幅,实现了碳纤维的全面采用,靠的是宝马与日本碳纤维企业的合作关系。宝马i3系列纯电动车BMW MegacityVehicle,为碳纤维产品在通用汽车领域的商业化普及应用迈出了重要的一步。这款车的市场表现,将在很大程度上决定未来10 年碳纤维复合材料在通用汽车领域的发展方向。i3之后,宝马公司即将推出的插电式混合动力车“i8”也将采用CFRP车身,今后还会不断增加采用CERP的车型。

8.3  设备服务于全套解决方案型式的绿塑创驱动

车塑料制品成型加工设备的研发成为塑料制品成型加工设备制造企业新常态产品结构调整及实现新的经济增长点的发展方向。

8.3.1 专业化解决方案

ENGEL公司用于制造汽车内外饰件的Duo 600 pico机器,其产品设计注重能耗及速度,不仅能缩短循环周期,相应提高产能降低能耗,直接减低成本,保证了产品在市场上的竞争力。震雄的捷霸伺服驱动大型注塑机系列锁模力由650吨至2600吨,集合了成熟的大型注塑机制造经验,配置日本油研公司的Yuken - ASR伺服电机油泵的一体化组合系统,实现了节能环保、高响应速度、高重复精度等绿色性能,适用于汽车部件前端模块、门板、仪表板、座椅底盘和座椅靠背等注塑大型制品Engel公司的把MuCell微孔发泡注塑技术运用于普通注塑机,开拓微发泡汽车注塑机,生产内饰件、发泡结构件、高度抛光组件,使得汽车内饰件注塑成型壁厚1mm成为可能,同时可减少高达20%的组件重量,从而明显减少碳足迹。

8.3.2 差异化解决方案

住友德马格专注于能发挥设备最大优势并给客户提供最大利益的汽车优势行业,专注于照明系统、发动机部件、内筋、外筋。创新的技术、优质的产品质量以及完善的系统化的全套解决方案,使住友德马格在汽车行业始终保持领先地位。持续发展液压节能技术的节能动力动态自适应调节模块Active Drive,保证获得最佳效益并将能耗降到最低。

8.3.3 专用化解决方案

余姚大今机械有限公司研发出汽车密封件专用接角立式注塑机立式锁模,立式射出,锁模射出部分全在上方,适合带长柄型镶嵌件的塑料制品成型。富强鑫公司开发了应用于包括中大型多数色车灯一步成型的注塑机及BMC灯壳专用注塑机,单缸油压式自动供料装置,实现稳定的进料功能最新开发FCS-2100型控制器,实现精确的料温及模温控制配置双ACC蓄能器射出装置,实现瞬间高速能量高速射出成型

8.3.4 成型生产线解决方案

泰瑞公司根据汽车零部件的型腔面十分复杂特殊性,配置一些特殊的功能程序:如多组抽芯功能、时序控制功能、注塑机配套换模装置功能、配套取件机械手装置功能等等,这些特殊功能在生产汽车塑料零部件中优势十分明显。提供的汽车复杂塑料零部件专用注塑生产线,其产品设计注重能耗及速度,不仅能缩短循环周期、提高产能,还能降低能耗,直接减低成本,实现了节能环保、高响应速度、高重复精度等优点,保证了产品在市场上的竞争力。

8.3.5 功能化解决方案

宁波永生塑料机械有限公司与比亚迪汽车股份有限公司合作,联合研发专用注塑设备。自主研发达到国际先进水平的玻璃纤维长度达60mm、含量高达60%的复合材料的注塑装备及注塑技术,成型制品厚度可达到0.40mm的高标准,成型制品内含玻璃纤维的长度仍能保持30mm长度,实现高强度、高刚度的高安全性的汽车保险杠的薄壁轻量化的绿塑创新,提高了人车安全的和谐度。高比例超长玻璃纤维复合材料注塑设备及技术填补了国内空白。

8.4 基于新常态战略的智能化的绿塑创新驱动

设备智能化指以成型加工塑料制品的质量为目标,设备(生产线)具有感知、分析、推理、决策、控制功能的“人脑”智能,自动检测制品的质量、自动修正成型工艺参数、“智”适应成型加工环境,实现人为设定的预期目标,它是先进制造技术、信息技术、微电子技术电子技术、网络技术、检测技术的集成和深度融合。

智能化系统是一种人机一体化的系统,它是一种混合型的智能系统,并不是单纯的人工智能,即来自人工智能又高于人工智能。在这个系统中人占据了核心地位,使人在智能化设备的配合下充分的发挥出了人的潜力,也使得人的智能和设备的智能能够充分的结合起来,实现人工智能无法实现的智能。

8.4.1 智能化控制系统的基本框架

智能系统基于网络技术及无线技术将设备系统的动态参数传递出去,与其余设备系统共享数据;实时采集数据、软件远程自动升级,实现运行、服务的新模式。

智能化控制系统包括控制器﹑传感器变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构也不同。

8.4.2 智能化成型加工应用技术基本要素

智能化系统可以根据成型加工的各种需要 自动的生成一种最佳的制造模式,以使得设备以最优的方式进行运转。智能化是存在虚拟性的,而智能制造系统的虚拟制造使得该系统又上升到了一个全新的界面。

智能系统通过技术与装备集成,实现新型塑料制品及塑料制品新型加工的方法与机理、加工工艺与技术的多技术交叉融合。基于温度、压力、流量、体积、流速、强度、应力等多工艺参数数据的深度融合,并及时对外部指令作出响应、完成指令动作,实现对设备自身状态的调节、控制、监控和诊断。

8.4.3 智能化节能降耗控制技术

    智能化控制技术与节能降耗技术相结合,达到更高水平的节约资源和能源的绿色化成效。德国倍福自动化有限公司的EtherCAT实时工业以太网技术,通过非常经济有效的标准以太网卡(NIC)进行管理;EL3403测量模块具备完整的电网分析和能源管理功能,通过测量电网中所有相关的电气数据及计算每相的有功功率和能量消耗、视在功率S、无功功率Q、频率F等数据,对生产过程能耗进行优化,降低能耗,从而降低了生产成本,也使得整个生产过程更为环保。菲尼克斯公司的能量管理模块(EMM)具备获取能量数据和监视能量数据的作用,通过现场总线或以太网提供数据采集和传输,Inline I/O模块之间的连接实现了一种从能量消耗点到控制系统的无缝信息流,实现能效智能化管理,降低电能消耗。

8.4.4  智能化能量回收应用技术

智能化伺服电机制动能回收应用技术。这项技术在全电动注塑机上得到开发和应用。NetstalELION系列全电动注塑机,把伺服电机制动过程产生的能量直接进入过渡电路储存在电容电路中这意味着产生的制动能量不必转化成热量,尤其是在注射循环期间,可以成为总能耗的一个重要部分与液压注塑机相比,ELION系列注塑机能耗减少了70%,比常规的全电动注塑机能耗低10%以上。

智能化塑化加热辐射能回收应用技术。把塑化机筒的电阻丝加热圈辐射散发的热量收集起来,送入干燥加料斗,转为烘料热量使用,节省干燥料斗原需电加热供给的烘料热能。整个系统为气体循环的封闭系统,采用独立式的双重过滤进气系统,机筒集风罩具有空气过滤功能,保证了能量交换媒体的热风空气的清洁度。系统根据设定的干燥温度及收集的散发热量进行分析对比,智能控制冷、热气体量的混合比,标准原料的干燥度。

9 结语

国内绿色汽车技术开发研究工作主要体现在能源和代用燃料方面,以达到汽车在使用过程中减少对环境的污染,而全面系统地研究开发绿色汽车的基础理论和新技术工作不多。要使汽车真正成为绿色汽车,必须对汽车全面而系统地进行绿色化技术的开发和研究的创新驱动,并实现产业化,才是汽车工业可持续发展的“新常态”战略

塑料件成型技术与汽车绿塑创新驱动无缝结合,持续开发低能耗、低污染、低排放、清洁化、洁净化、高速高效化、资源节约化、控制智能化等达到最佳的性能、最低的成本、最高的效率的绿色新技术

成型材料的纤维增强复合化、装饰件的清洁多元化、结构薄壁件的结构复杂化等汽车塑料件的绿色技术的发展,给绿塑创新驱动带来了新课题,同时也为绿塑创新驱动提供了发展平台。

随着技术进步和社会发展,基于新常态战略的汽车绿塑创新的内涵与外延也在不断地动态变化和发展。特别是由于人们对环境的价值观不断进步,而以之为价值基础的绿色创新也随之而变。在太阳能驱动飞机Solar Impulse 2的开发中发挥重要作用的比利时化学品巨头索尔维集团,现将其轻量化创新带入汽车领域,牵头开发Polimotor 2全塑料汽车发动机项目,索尔维的高性能热塑性材料将取代多达10个金属发动机部件,包括水泵、油泵、进水口/出水口、节气门体、汽油分供管、凸轮链轮等,把发动机重量由完全用金属制成的减轻40%,减至仅81斤。Polimotor 2是一款四缸双顶CAM发动机,定于明年在一辆赛车上进行试用,最终将于2016年被安装在Norma M-20概念车上,参加在美国康涅狄格州Lime Rock公园举办的赛车比赛。

高度重视降低碳足迹早已成为汽车制造业的共识,工信部发布《汽车有害物质和可回收利用率管理要求(征求意见稿)》,意味着产业“绿色”发展基调将进一步强化,该《要求》提出,汽车生产企业作为污染控制的责任主体,应积极开展生态设计,采用合理的结构和功能设计,选择无毒无害或低毒低害的绿色环保材料和易于拆解、利用的部件,应用资源利用率高、环境污染小、易于回收利用的绿色制造技术。

中国汽车工业实现突破,必须在新常态战略的绿塑创新上有所创造。国外汽车品牌现在已经大规模使用塑料复合材料和高性能的工程塑料等,而国内自主品牌汽车在塑料复合材料上的应用(重量占比)却相对较少。这也反映了我们整车轻量化技术水平有待提升。

绿塑创新放在新能源汽车研发的首位。新能源汽车研发的首要关键是绿塑创新实现车体安全轻量化,必须走碳纤维复合材料工程,汽车碳纤维复合材料的应用率标志新能源汽车的科学发展水平。宝马i3的成功之路为新能源汽车的发展指引了方向。

仿制、复制等汽车制造旧常态非常态的制造方式必然走向死路,汽车业必须在节能、环保和新能源方面绿塑创新,推动低碳循环发展,形成新的竞争力和经济活力增长点,实现汽车“中国制造 2025

 

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