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    基于“新常態”戰略的汽車塑料工程綠塑創新驅動的分析研究(九)

    [ 寧波市塑料機械行業協會 ] 發表于 2015-08-12 15:37:33 瀏覽量:0
     8  基于新常態戰略的全套綠塑創新驅動的解決方案的科學發展觀

    汽車綠塑創新驅動是一個系統工程。全套綠塑創新驅動的解決方案包括從原材料、加工設備、成型工藝、產品檢測、倉儲、回收再生利用等整個生命周期的解決方案。以汽車基于生態環境保護原則的“潛在需求”為中心,創新創造新材料、新技術、新設備、新工藝、新檢測儀器,提供從原料、設備、成型加工技術、技術培訓等的成套技術服務的交鑰匙工程的全套解決方案,獲取最大的社會效益和持續的經濟效益。

    以制品為對象,綠塑創新全套解決方案。汽車塑料件的品種繁雜化、功能及性能的多樣化、更新換代的快速化、應用的拓展化,促進汽車塑料制品成型加工設備向細分化的發展。國內外有關塑料機械制造公司積極從事綠色汽車注塑機的開發,并成立專業研究部門,與汽車行業密切配合,根據汽車塑料件、汽車塑料原料的發展,對設備模具、成型工藝不斷進行創新,實現汽車綠色化塑料件達到最佳生態環境保護的性能,研究和應用成果不斷涌現。

    8.1產業聯盟實現全套綠塑創新驅動的解決方案

    我國汽車塑料件研發落后大大落后于汽車制造強國,單臺汽車塑料的平均用量不到發達國家的2/3,基本上不能自主開發出高端塑料件,代表塑料件應用技術最高水平的跑車至今仍是一個夢。究其原因的一個重要方面,國內在汽車塑料件研發上,材料、制品開發、加工制造及成型設備、廢棄物回收利用等研究機構各自為政,互不往來,沒有一個創新的全套解決方案的理念。

    我國汽車產業鏈的研究及制造單位,都是分散型組織,搞設備制造的不懂塑料原料及成型工藝,搞原料研究的不懂設備,綠塑創新沒有具體的對象及應用目標,難以獨立擔當“潛在需求”的全套解決方案。以“潛在需求”具體制品為目標,汽車研究機構、汽車制造商、汽車零件供應商、汽車塑料原料研究機構及制造商、汽車塑料制品模具制造商、汽車塑料成型加工設備制造商、汽車銷售商等聯合為一體,組成緊密的產業聯盟,變各自為政為牽手共同開發,綠色創新從原料到制品回收利用的整個生命周期的全套解決方案。

    8.2 汽車塑料原料開發商主動成為全套綠塑創新驅動解決方案的先驅

    汽車塑料化的持續發展首先取決于汽車高分子材料的發展。汽車高分子材料的綠塑創新驅動的靈感來自于汽車的持續發展。汽車塑料原料開發商與汽車制造商之間的緊密合作,主動為汽車制造商提供汽車高分子專用材料,為綠色創新驅動的解決方案提供實現的基礎,同時也為本企業的發展取得了新的增長點。

    原料供應商必須走功能化、專用化的生產途徑,制定長遠的發展 目標和品牌戰略,實現市場資源、技術資源以及企業間的整合,最終獲得規模優勢。例如杜邦工程塑料在汽車上的應用包括動力總成、燃油供給、底盤、車身內外飾件、空調、電子、電氣等系統。拜耳材料科技自視為國際汽車產業的研發合作伙伴,汽車玻璃團隊專家其服務范圍包括整個汽車玻璃的整個加工鏈,以及汽車玻璃的風力載荷、碰撞等力學性能試驗和研究,可獨立為未來汽車提供創新動力。巴斯夫UltracomTM成套技術解決方案,通過與汽車領域的客戶合作,開發出用連續纖維增強熱塑性復合材料生產車身和底盤的生產技術。該方案包括連續纖維增強熱塑性塑料半成品,配混料以及工程技術支持。 新方案核心是采用巴斯夫Ultramid®聚酰胺或Ultradur®PBT熱塑性樹脂浸潤的機織布和單向帶預浸料制成的層壓材料。這些預浸料是通過與TenCate和歐文斯科寧共同合作開發的。Ultracom方案的的第二個組成部分是為這些層壓產品所開發的覆膜材料(overmoulding materials)。這些材料是UltramidUltradur系列的配混料。巴斯夫表示,通過與層壓材料與預浸料帶的配合使用,就可以注射成型具有高機械性能的復雜零部件(在指定的確切位置使用連續纖維),同時通過覆膜成型讓部件具備特種功能。

    原料供應商主動式服務于汽車塑料工程,取得汽車塑料科學發展的話語權。日本碳纖維復合材料應用于汽車工業的綠塑創新處于國際領先地位,形成產業聯盟是關鍵。日本是世界上碳纖維開發最早、應用最成功、應用面最廣的國家,其中主要的經驗是,碳纖維生產企業以自己為價值鏈的聯系紐帶,實現從原絲到下游復合材料一體化的配套生產體制,組合碳纖維復合材料應用的企業、行業,注重與下游企業合作,共同對碳纖維復合材料“潛在需求”的構件,制定和實施全套解決方案,推動碳纖維復合材料在汽車領域的應用,不斷開發新的市場,以下游應用帶動上游的發展,是日本碳纖維企業選擇的發展之道。日本碳纖維生產企業近幾年積極在全球進行擴產計劃與戰略布局,與下游應用企業結成聯盟,整合產業鏈,促進CFRP及其制品在全球汽車領域中的普及應用,力求使日本成為碳纖維領域的絕對領先者。日本碳纖維生產商和歐美的主要汽車生產商紛紛結成聯盟,謀求共同發展。在參股Plasan Carbon Composites公司之前,東麗的主要汽車制造商合作對象是日本和歐洲公司,包括豐田、富士重工和德國戴姆勒公司。Plasan Carbon Composites公司是美國唯一的豪華轎車CFRP車體面板一級供應商,同時自身擁有可將CFRP部件的生產成型時間縮短至17 min的技術。買入Plasan Carbon Composites公司股份,確保了東麗通往美國汽車制造商的分銷渠道,進一步提高其在美國汽車市場的參與度。東邦與美國通用自2011年起就展開了穩定的合作關系,與東麗一樣,東邦公司也在歐洲和美國建立了公司和銷售中心,瞄準汽車市場投入大量資金,并出資建立了復合材料應用中心,對未來碳纖維及其CFRP在汽車上的應用充滿信心。戴姆勒與東麗、通用汽車(GM)與帝人也展開了合作,為擴大碳纖維在車體中的采用進行技術開發。寶馬公司、三菱麗陽、西格里集團3 方合作,碳纖維首次大規模地用于量產車型的一款車身結構和框架完全采用碳纖維增強塑料制造的寶馬i3,通過改進碳纖維的疊加方式等,對成型技術進行革新,縮短成型周期,降低制品生產成本,西格里(SGL)使用三菱麗陽開發的碳纖維原紗,利用樹脂等材料將其加工成CFRP(碳纖維增強樹脂基復合材料),提供給寶馬的EV(純電動汽車)i320154月在日本上市,售價僅為499萬日元(30.4萬元人民幣)起,之所以成功壓縮了成本的增幅,實現了碳纖維的全面采用,靠的是寶馬與日本碳纖維企業的合作關系。寶馬i3系列純電動車BMW MegacityVehicle,為碳纖維產品在通用汽車領域的商業化普及應用邁出了重要的一步。這款車的市場表現,將在很大程度上決定未來10 年碳纖維復合材料在通用汽車領域的發展方向。i3之后,寶馬公司即將推出的插電式混合動力車“i8”也將采用CFRP車身,今后還會不斷增加采用CERP的車型。

    8.3  設備服務于全套解決方案型式的綠塑創驅動

    車塑料制品成型加工設備的研發成為塑料制品成型加工設備制造企業新常態產品結構調整及實現新的經濟增長點的發展方向。

    8.3.1 專業化解決方案

    ENGEL公司用于制造汽車內外飾件的Duo 600 pico機器,其產品設計注重能耗及速度,不僅能縮短循環周期,相應提高產能降低能耗,直接減低成本,保證了產品在市場上的競爭力。震雄的捷霸伺服驅動大型注塑機系列鎖模力由650噸至2600噸,集合了成熟的大型注塑機制造經驗,配置日本油研公司的Yuken - ASR伺服電機油泵的一體化組合系統,實現了節能環保、高響應速度、高重復精度等綠色性能,適用于汽車部件前端模塊、門板、儀表板、座椅底盤和座椅靠背等注塑大型制品Engel公司的把MuCell微孔發泡注塑技術運用于普通注塑機,開拓微發泡汽車注塑機,生產內飾件、發泡結構件、高度拋光組件,使得汽車內飾件注塑成型壁厚1mm成為可能,同時可減少高達20%的組件重量,從而明顯減少碳足跡。

    8.3.2 差異化解決方案

    住友德馬格專注于能發揮設備最大優勢并給客戶提供最大利益的汽車優勢行業,專注于照明系統、發動機部件、內筋、外筋。創新的技術、優質的產品質量以及完善的系統化的全套解決方案,使住友德馬格在汽車行業始終保持領先地位。持續發展液壓節能技術的節能動力動態自適應調節模塊Active Drive,保證獲得最佳效益并將能耗降到最低。

    8.3.3 專用化解決方案

    余姚大今機械有限公司研發出汽車密封件專用接角立式注塑機立式鎖模,立式射出,鎖模射出部分全在上方,適合帶長柄型鑲嵌件的塑料制品成型。富強鑫公司開發了應用于包括中大型多數色車燈一步成型的注塑機及BMC燈殼專用注塑機,單缸油壓式自動供料裝置,實現穩定的進料功能最新開發FCS-2100型控制器,實現精確的料溫及模溫控制配置雙ACC蓄能器射出裝置,實現瞬間高速能量高速射出成型

    8.3.4 成型生產線解決方案

    泰瑞公司根據汽車零部件的型腔面十分復雜特殊性,配置一些特殊的功能程序:如多組抽芯功能、時序控制功能、注塑機配套換模裝置功能、配套取件機械手裝置功能等等,這些特殊功能在生產汽車塑料零部件中優勢十分明顯。提供的汽車復雜塑料零部件專用注塑生產線,其產品設計注重能耗及速度,不僅能縮短循環周期、提高產能,還能降低能耗,直接減低成本,實現了節能環保、高響應速度、高重復精度等優點,保證了產品在市場上的競爭力。

    8.3.5 功能化解決方案

    寧波永生塑料機械有限公司與比亞迪汽車股份有限公司合作,聯合研發專用注塑設備。自主研發達到國際先進水平的玻璃纖維長度達60mm、含量高達60%的復合材料的注塑裝備及注塑技術,成型制品厚度可達到0.40mm的高標準,成型制品內含玻璃纖維的長度仍能保持30mm長度,實現高強度、高剛度的高安全性的汽車保險杠的薄壁輕量化的綠塑創新,提高了人車安全的和諧度。高比例超長玻璃纖維復合材料注塑設備及技術填補了國內空白。

    8.4 基于新常態戰略的智能化的綠塑創新驅動

    設備智能化指以成型加工塑料制品的質量為目標,設備(生產線)具有感知、分析、推理、決策、控制功能的“人腦”智能,自動檢測制品的質量、自動修正成型工藝參數、“智”適應成型加工環境,實現人為設定的預期目標,它是先進制造技術、信息技術、微電子技術電子技術、網絡技術、檢測技術的集成和深度融合。

    智能化系統是一種人機一體化的系統,它是一種混合型的智能系統,并不是單純的人工智能,即來自人工智能又高于人工智能。在這個系統中人占據了核心地位,使人在智能化設備的配合下充分的發揮出了人的潛力,也使得人的智能和設備的智能能夠充分的結合起來,實現人工智能無法實現的智能。

    8.4.1 智能化控制系統的基本框架

    智能系統基于網絡技術及無線技術將設備系統的動態參數傳遞出去,與其余設備系統共享數據;實時采集數據、軟件遠程自動升級,實現運行、服務的新模式。

    智能化控制系統包括控制器﹑傳感器變送器﹑執行機構﹑輸入輸出接口。控制器的輸出經過輸出接口﹑執行機構﹐加到被控系統上﹔控制系統的被控量﹐經過傳感器﹐變送器﹐通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統﹐其傳感器﹑變送器﹑執行機構也不同。

    8.4.2 智能化成型加工應用技術基本要素

    智能化系統可以根據成型加工的各種需要 自動的生成一種最佳的制造模式,以使得設備以最優的方式進行運轉。智能化是存在虛擬性的,而智能制造系統的虛擬制造使得該系統又上升到了一個全新的界面。

    智能系統通過技術與裝備集成,實現新型塑料制品及塑料制品新型加工的方法與機理、加工工藝與技術的多技術交叉融合。基于溫度、壓力、流量、體積、流速、強度、應力等多工藝參數數據的深度融合,并及時對外部指令作出響應、完成指令動作,實現對設備自身狀態的調節、控制、監控和診斷。

    8.4.3 智能化節能降耗控制技術

        智能化控制技術與節能降耗技術相結合,達到更高水平的節約資源和能源的綠色化成效。德國倍福自動化有限公司的EtherCAT實時工業以太網技術,通過非常經濟有效的標準以太網卡(NIC)進行管理;EL3403測量模塊具備完整的電網分析和能源管理功能,通過測量電網中所有相關的電氣數據及計算每相的有功功率和能量消耗、視在功率S、無功功率Q、頻率F等數據,對生產過程能耗進行優化,降低能耗,從而降低了生產成本,也使得整個生產過程更為環保。菲尼克斯公司的能量管理模塊(EMM)具備獲取能量數據和監視能量數據的作用,通過現場總線或以太網提供數據采集和傳輸,Inline I/O模塊之間的連接實現了一種從能量消耗點到控制系統的無縫信息流,實現能效智能化管理,降低電能消耗。

    8.4.4  智能化能量回收應用技術

    智能化伺服電機制動能回收應用技術。這項技術在全電動注塑機上得到開發和應用。NetstalELION系列全電動注塑機,把伺服電機制動過程產生的能量直接進入過渡電路儲存在電容電路中這意味著產生的制動能量不必轉化成熱量,尤其是在注射循環期間,可以成為總能耗的一個重要部分與液壓注塑機相比,ELION系列注塑機能耗減少了70%,比常規的全電動注塑機能耗低10%以上。

    智能化塑化加熱輻射能回收應用技術。把塑化機筒的電阻絲加熱圈輻射散發的熱量收集起來,送入干燥加料斗,轉為烘料熱量使用,節省干燥料斗原需電加熱供給的烘料熱能。整個系統為氣體循環的封閉系統,采用獨立式的雙重過濾進氣系統,機筒集風罩具有空氣過濾功能,保證了能量交換媒體的熱風空氣的清潔度。系統根據設定的干燥溫度及收集的散發熱量進行分析對比,智能控制冷、熱氣體量的混合比,標準原料的干燥度。

    9 結語

    國內綠色汽車技術開發研究工作主要體現在能源和代用燃料方面,以達到汽車在使用過程中減少對環境的污染,而全面系統地研究開發綠色汽車的基礎理論和新技術工作不多。要使汽車真正成為綠色汽車,必須對汽車全面而系統地進行綠色化技術的開發和研究的創新驅動,并實現產業化,才是汽車工業可持續發展的“新常態”戰略

    塑料件成型技術與汽車綠塑創新驅動無縫結合,持續開發低能耗、低污染、低排放、清潔化、潔凈化、高速高效化、資源節約化、控制智能化等達到最佳的性能、最低的成本、最高的效率的綠色新技術

    成型材料的纖維增強復合化、裝飾件的清潔多元化、結構薄壁件的結構復雜化等汽車塑料件的綠色技術的發展,給綠塑創新驅動帶來了新課題,同時也為綠塑創新驅動提供了發展平臺。

    隨著技術進步和社會發展,基于新常態戰略的汽車綠塑創新的內涵與外延也在不斷地動態變化和發展。特別是由于人們對環境的價值觀不斷進步,而以之為價值基礎的綠色創新也隨之而變。在太陽能驅動飛機Solar Impulse 2的開發中發揮重要作用的比利時化學品巨頭索爾維集團,現將其輕量化創新帶入汽車領域,牽頭開發Polimotor 2全塑料汽車發動機項目,索爾維的高性能熱塑性材料將取代多達10個金屬發動機部件,包括水泵、油泵、進水口/出水口、節氣門體、汽油分供管、凸輪鏈輪等,把發動機重量由完全用金屬制成的減輕40%,減至僅81斤。Polimotor 2是一款四缸雙頂CAM發動機,定于明年在一輛賽車上進行試用,最終將于2016年被安裝在Norma M-20概念車上,參加在美國康涅狄格州Lime Rock公園舉辦的賽車比賽。

    高度重視降低碳足跡早已成為汽車制造業的共識,工信部發布《汽車有害物質和可回收利用率管理要求(征求意見稿)》,意味著產業“綠色”發展基調將進一步強化,該《要求》提出,汽車生產企業作為污染控制的責任主體,應積極開展生態設計,采用合理的結構和功能設計,選擇無毒無害或低毒低害的綠色環保材料和易于拆解、利用的部件,應用資源利用率高、環境污染小、易于回收利用的綠色制造技術。

    中國汽車工業實現突破,必須在新常態戰略的綠塑創新上有所創造。國外汽車品牌現在已經大規模使用塑料復合材料和高性能的工程塑料等,而國內自主品牌汽車在塑料復合材料上的應用(重量占比)卻相對較少。這也反映了我們整車輕量化技術水平有待提升。

    綠塑創新放在新能源汽車研發的首位。新能源汽車研發的首要關鍵是綠塑創新實現車體安全輕量化,必須走碳纖維復合材料工程,汽車碳纖維復合材料的應用率標志新能源汽車的科學發展水平。寶馬i3的成功之路為新能源汽車的發展指引了方向。

    仿制、復制等汽車制造舊常態非常態的制造方式必然走向死路,汽車業必須在節能、環保和新能源方面綠塑創新,推動低碳循環發展,形成新的競爭力和經濟活力增長點,實現汽車“中國制造 2025

     

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