Тенденции в производствените технологии за автомобилостроене

B Европейския съюз се произвеждат около 16 милиона автомобила, което съставлява около 26% от световното годишно производство. Тази водеща индустрия обаче е изправена пред сериозни предизвикателства, поради ограниченията на емисиите и общественото мнение, неустойчивите тенденции в потреблението на нефт, голямата нестабилност и временната ниска реализация на ресурсите.

Броят на работните места в автомобилната индустрия зависи до голяма степен от производството, от което зависи и икономическият просперитет. Наличието на гореописаните трудности обуславя необходимостта от технологичен прогрес и при самата продукция, и при производството й.

С оглед на непрекъснатото развитие на производствените технологии и появата на нови такива, 2016 е година на промени и иновации за производителите по цял свят.

От използването на прогнозни анализи, до увеличените мерки за сигурност за защитата на тези технологични иновации, производителите са длъжни да внедряват нови технологии, за да оцелеят.

Хибридни леки конструкции и производството им
Промяната в материалите, използвани в производството, е основна тенденция в производствените технологии през т. г. През последните две десетилетия производители и учени изобретиха нови сплави и материали.

С тях може да се произвежда продукция, която да бъде в състояние да издържа на екстремни атмосферни условия, да работи в неблагоприятни среди или да предоставя същото ниво на защита, но при много по-малко тегло.

Логично, покрай новите материали и въпросите около собствеността им, се създава и натрупва огромно количество данни, което трябва да бъдат пресято при избора на подходящи материали за всеки отделен уникален продукт. В резултат на това, производителите ще имат нужда от нови алтернативи за селектиране на материали.

За да се увеличат ефективността на горивото и управляемостта, трябва да се разработят стратегии за намаляване теглото на автомобилите, особено като се отчетат все по-големите усилия и изисквания относно сигурността и налаганите от това ограничения, както и допълнителни фактори като включването на развлекателно оборудване.

Изискванията обаче зависят от сегментите и обема на дадения автомобил. За в бъдеще е вероятно при проектирането на повечето модерни автомобили да се използват много материали, между които AHSS (стомана от ново поколение с висока якост), Al, Mg, метални съединения, сплави и др.

Когато става дума за композитни материали, автоматизацията на производствените вериги, включваща инспекция по време на производствения процес с използване на хибридни метални съединения и подсилена с въглеродни влакна пластмаса, е важно предварително условие за реализацията на серийното производство.

Гъвкави производствени системи за необработени каросерии
Под „гъвкаво производство“ се разбира възможността да се произвеждат различни автомобили на една и съща линия, без дълги забавяния за смяна на инструментите. Основната технология за гъвкаво производство на необработени каросерии включва широката употреба на роботи и управляващи ги компютри.

Съвместно работещите роботи са една от главните иновации в автоматизацията през последните години. Днес тези роботи могат да бъдат управлявани в реално време в рамките на процесите по цялостното производство на необработени каросерии, което елиминира необходимостта от човешка работна ръка за изработването им.

Обикновено производството на необработени каросерии започва преди постъпването на поръчките, когато частите вече биват изработвани спрямо изискванията на клиента. Вследствие на това, заготовките на рамата не са маркирани като дело на специален производител.

Тези високоефективни съвременни системи ще стават все по-гъвкави и ще предлагат все повече комбинации от варианти и материали, поради факта, че клиентите очакват по-персонализирани решения.

Съвременните заваръчни пистолети и позициониращи устройства обикновено се направляват от предварително зададена геометрия, а проектираните отворени пространства по рамата са силно лимитирани.

За справяне с този проблем се използва модерната технология на дистанционно лазерно заваряване (RLW), която осигурява необходимата гъвкавост на работа, намалява консумацията на енергия (-30%), изискванията за инструменти и времето за обработка (20% за точково заваряване).

С помощта на вградена в робот лазерна оптика и сканиращ огледален елемент като крайно изпълнително устройство (манипулатор), RLW лесно създава свръзки на различни места по продукта, посредством репозициониране на робота и пренасочване на лазерния лъч от разстояние (приблизително 0,898 – 1,22 m от последното огледало до мястото на заварката).

Автономно окончателно сглобяване
Днес линиите за крайно сглобяване при серийното производство на автомобили включват множество строго профилирани работни станции, където се извършват едни и същи точно определени дейности.

Всяка станция си има предварително зададена работна програма и повече или по-малко фиксиран брой работници, като при нужда се ползват услугите на т. нар. „приходящи“ работници.

Следващото поколение линии за сглобяване на автомобили може да бъде повлияно от резултатите от последните изследвания на съвместната дейност на човек и машина – хора и олекотени роботи работят заедно, комбинирайки индивидуалното си представяне за получаване на най-добри резултати при продукцията.

Прогнозите за развитието на изкуствения интелект в бъдещето вече са извън границите на въображението. Съгласно проучвания, между 2013 и 2015 г., разходите по използването на изкуствен интелект и интелигентна механизация в производството е нараснало от 0,9 до 36 милиарда щатски долара, което представлява ръст от 500%.

Изкуственият интелект оптимизира производствените процеси в реално време. Самостоятелното събиране на ключови показатели за ефективност от експоненциално нарастващите количества данни ще доведе до широкото използване на изкуствен интелект и самообучаваща се механизация, което ще даде огромен тласък на производството.

Днес изкуственият интелект и самообучаващите се машини се използват в безпилотни летателни устройства, интелигентни автомобили, приложения за разпознаване на реч и мониторинг на почти всяко ниво. Също така, остава необходимостта от разработването на автономни системи за шасита, които да позволяват гъвкавост при сглобяването на автомобили.

Това обаче не се очаква да се случи преди 2020 г., макар че първите стъпки в тази насока вече са факт в модерните предприятия, където сглобяването на двигатели е гъвкаво и не използва статични наземни производствени линии.

Технологии за акумулаторни батерии и производството им
Днес акумулаторните батерии за електрически задвижваните превозни средства и хибридните автомобили обикновено се базират на литиево-йонната технология, чиято цел в близките няколко години е да се постигне цена от 250 евро/kWh на системно ниво.

Има няколко различни разработки като клетки с транспортна торбичка (т. нар. кафени торбички), призматични клетки и обли клетки. Облите клетки, които са с намотки, се изработват по добре позната ролкова технология и могат да бъдат произвеждани бързо.

Клетките с транспортна торбичка са по-сложни за манипулиране и за автоматизирано производство, но при тях лесно могат да бъдат отстранени единичните негодни листове, откривани от линейната оптична инспекция, при напластяването на стотици листове с покритие.

Посредством методи като използване на разделител, сгънат във формата на буква Z, се правят опити за комбиниране на двата вида клетки, но в основата си хибридите са базирани на клетките с транспортна торбичка.

Един от големите проблеми в областта е липсата на знание и опит относно дългосрочната работа с такива батерии (дишащи клетки), химическия им работен капацитет в зависимост от използването на съответната батерия, броя и формата на циклите (като например бързо зареждане) и зависимостта от климатичните условия.

Процесите трябва да претърпят нова адаптация, поради появата на следващото поколение материали за покритие, шлам и процеси за производство на електролити. Затова времето за възвръщане на средствата за скъпо оборудване е ограничено. Също така, вариращите разходи за сухи помещения с климатизация са много високи.

В същото време, количеството електрически автомобили не се очаква да достигне капацитет за серийно производство в рамките на следващите 10 години. Предвижда се между 2020 и 2025 г. литиево-серните и литиево-полимерните батерии да се превърнат в алтернатива за захранването им.

Технологии в областта на горивните клетки и производството им
Превозните средства с горивни клетки, които ползват водород, имат потенциала да намалят значително зависимостта от изкопаеми горива и да редуцират вредните емисии.

Горивните клетки, обменящи протони, имат предимството на по-бързо запалване, нулеви вредни емисии и висока ефективност, и се считат за най-обещаващите горивни клетки за автомобили. Има обаче някои пречки, които трябва да бъдат преодолени, преди тези автомобили да могат да бъдат конкурентни на конвенционалните.

От технологична гледна точка, най-големите пречки за комерсиализирането на превозните средства с горивни клетки са разходите и издръжливостта. От една страна, разходите за производство на горивни клетки за серийно производство са намалели от 275 през 2002 г. до 73 щатски долара/kW през 2008 г.

Това отговаря на почти 6000 щатски долара за система от 80 kW, което все още е над два пъти по-скъпо от системите, ползващи двигатели с вътрешно горене. През 2011 г., разходите са намалели още, достигайки 49 щатски долара/kW за 80 kW (нетна стойност) интегрирана система за транспорт, задвижвана с горивни клетки.

Най-големият разход при производството на горивни клетки е изграждането на мембранния електрод, състоящ се от протонно-обменна мембрана и катализатор с платина. През изминалото десетилетие Pt натоварването е намалено с два порядъка, като все още има фронт за допълнително понижение.

Друг важен фактор е подобрението на производствените технологии за биполярни пластини (BPP), които съставляват 40% от цената на целия компонент. Металните BPP, които се произвеждат от листове неръждаема стомана с дебелина 0,1 мм, и процесът на щамповане за масово производство, могат да намалят разходите повече, отколкото обикновените графитени BPP.

И мембранните електроди, и биполярните пластини се износват бързо при продължителна работа. Към момента при повечето горивни клетки се наблюдава голямо износване след около 1000 часа експлоатация.