三、汽车技术研发手段

同步工程是针对传统的产品开发模式— )}匝序工程提出来的, 它是对产品设计及其相关过程进行协调一体化而实施的工作模式。即围绕一个共同的目标,把实施这个目标的相关职能“ 一体化” , 互相创造条件、协作配合, 按照开发计划的要求, 从制定产品开发规划开始, 实行统一管理、归口负责, 最终达到按用户需求的质量、价格的要求, 快速地将产品开发出来并投放市场。其强调改进传统的产品开发过程和改变传统的企业组织结构。

现今, 汽车厂家之间、整车厂与零部件厂家之间, 在新产品的开发阶段就可以利用因特网技术进行计算机辅助设计数据信息的交换, 使开发新车型的工作与生产、采购的准备工作同时进行, 从而缩短新产品的上市时间。

加快计算机网络化进程是同步工程缩短产品开发周期的重要手段, 这一新的开发方式可以使产品开发周期缩短4个月。前不久, “ 微软” 宣布涉足汽车业, 向宝马、雪铁龙、三菱、富士重工和沃尔沃等5家汽车制造商的12 种车型提供面向远程信息处理相关系统的软件平台, 为同步开发提供了有力的技术支持。采用先进的产品开发软件, 可以达到节省开发费用, 加快开发进度的目的。各汽车公司采用的计算机软件种类很多,CAD、CAM、CAPP、CA 和FA( 工厂自动化) 以及CIMS(计算机集成制造系统) 已在汽车产品开发领域广泛应用。现在还有许多专业公司在进行这方面的软件开发。

以马自达汽车公司为例, 目前马自达的CAD/CAM开发软件主要是由该公司自行开发的, 与此同时, 它还与福特公司使用相同的商用软件。马自达运用计算机进行产品开发主要是依靠计算机辅助设计与试验来缩短产品试验和样车完成的时间。根据马自达的数字化创新计划, 产品样车的完成将由目前的3.5个月缩短到1.5个月, 试验周从.4 5 个月缩短到.2 5个月。马自达还致力于推进计算机在其供应商产品开发中的应用。已有2 0 0套软件安装于12 0 家马自达供应商的产品开发计算机, 这使供应商的开发与马自达实现了同步。今后还将有1 50 套软件在其3 0 家供应商中推广。

福特的3C P 工程( CAD/CAE/CAM及产品信息管理IPM), 让所有参与人员都能够实时共享信息。在此基础上, 与之配套的零部件厂商在整车开发中的参与程度及其所起的作用越来越大。

虚拟现实技术在汽车开发研究中应用的领域主要有: 汽车虚拟设计、虚拟制造系统、汽车模拟驾驶、汽车虚拟维修技术、汽车实验研究仿真( 包括汽车碰撞、高速稳定性实验、虚拟风洞等)。数字化产品开发, 可以说是继福特流水线生产、丰田精益生产之后汽车工业具有革命性意义的重大技术进步。设计人员或技术人员戴上三维立体眼镜就可以在计算机屏幕前进行样车设计或样车试验, 这就是虚拟现实设计系统。采用虚拟现实技术后, 人们可进人到所设计的虚拟汽车环境中, 对其进行操作, 并实际体会其合理性、方便性、舒适性和美观性, 发现不妥之处, 当即修改, 极大地节省了经费和时间, 并且在开发初期就可以对未来汽车的特性进行检验和修改。

世界上主要汽车的制造公司都在虚拟现实技术方面有所动作。美国三大汽车公司均热衷于自行开发或与大学研究中心联合开发对自己实用的虚拟环境, 并将之用在汽车设计上。福特公司还在3 个部门建立了研究虚拟现实技术应用的机构, 该公司由于采用了海量数据库、参数化数学模型、快速原型制作、虚拟路试等高科技手段, 使新产品上市的开发周期从20 世纪8 0 年代后期的平均42 个月缩短到现在的30 个月。通用公司已将是否能在产品开发全过程中完整地运用数码化手段提升到关乎企业生存的战略高度。数字化虚拟开发能力, 已在其近几年开发实践中显示出来并已收到提高效率、提升质量、省钱省时的巨大成果。

丰田开发新型花冠牌轿车时运用了虚拟技术, 此时无需制造试验车, 只需把众多工序在计算机上进行演示即可, 由此将开发时间缩短到了18个月。

目前, 德国汽车工业广泛采用了虚拟现实技术,几乎所有的汽车制造公司都建成了自己的虚拟现实开发中心。据奔驰、宝马、大众等大公司的报告显示,以“ 数字汽车” 模型来代替木制或铁皮制的汽车模型, 可将新车型样车设计时间从1年以上缩短到2 个月左右, 有些车型的开发成本甚至可降低到原先的1/ 10。

虚拟现实技术还可应用到零部件设计、内部设计、空气动力学试验和模拟碰撞安全试验等工作中。汽车零部件设计使用虚拟现实技术, 可使成本降低40%。研究人员还计划将虚拟现实技术进一步应用于销售、客户服务和市场调查等领域。

四、汽车技术研发方式

现今世界汽车工业竞争态势已与过去有很大的不同, 不但有利益冲突一面, 也有利共享一面。各大汽车公司在市场上既竞争, 又合作, 形成“ 你中有我、我中有你” 的复杂局面。表现在研发上的合作,主要有两种情况: 一是过去在市场上一直是较直接的利益冲突者的双方, 在某些方面( 领域) 进行合作;二是集团内或相互有资本关系的公司之间合作伙伴式的联合开发。

竞争对手之间的联合研发是由于共同的利益驱使一些老牌竞争对手携起手来, 在关键技术和零部件总成上进行联合开发, 以实现优势互补。他们之间的联合开发, 尽管方式不尽相同, 但目的是一致的, 即节省开发成本, 尽快掌握汽车前沿技术。据最新消息,福特和通用汽车公司将联合设计、开发用于大型前轮驱动轿车和多用途运动车的六挡自动变速器; 丰田和日产也达成了其历史上的首次合作协议— 联手开发混合动力系统, 以加速环保型轿车的市场化进程, 丰田将向日产汽车公司提供先进的混合动力系统零部件。此两家公司希望通过合作, 进一步降低混合动力车辆零部件的成本, 最终达到降低混合动力汽车的价格, 进而提高混合动力车的全球销量。标致一雪铁龙集团( PSA ) 作为全球六大汽车( 联盟) 集团之外少数几个独立大汽车公司之一, 它在很多关键领域与其他汽车公司、零部件公司和社会科研院所建立了合作关系。PSA 与福特在柴油发动机技术方面的合作已经取得了明显成果。PSA还与宝马汽车公司共同投资.7 5 亿欧元, 联合研发和生产装用于标致、雪铁龙和Mini等品牌小型轿车的汽油发动机。

世界各汽车公司在全球范围兴起联合重组浪潮,进行集团或资本联盟内的合作伙伴式联合开发。其目的之一就是为了分摊巨额的开发成本, 同时实现集团或资本联盟内部的技术优势互补。他们有的在关键总成上进行联合开发和生产, 例如通用与五十铃汽车公司在柴油发动机领域里的合作; 戴姆勒一克莱斯勒、现代和三菱于2002年5月组建的开发直列式四缸汽油发动机系列产品的合资公司; 有的则建立联合研发中心, 共同开拓新的市场, 例如现代和起亚在美国建立联合设计中心, 共同开发针对美国市场的新车型;通用欧宝与菲亚特轿车部决定共建研发中心, 开发用于紧凑型轿车的特殊部件和系统, 然后双方计划利用共同项目的成果再来开发具有各自品牌特色的汽车。

战略联盟之间采用共同开发、共用平台的方式实施平台缩减战略也是联合开发的途径之一。战略联盟之间共用平台, 平台压缩战略能带来更大的产能机遇, 降低产品开发成本和生产成本。单一产品平台的开发成本高, 只有达到150万一200万辆时才能实现成本和利润优化。根据当今汽车市场呈现的品种多元化的特点, 战略联盟之间共同开发、共用平台, 既可充分利用企业间拥有的各种资源, 又可减少平台数量, 从而可以降低成本、缩短产品开发周期。例如,克莱斯勒与三菱汽车公司已就中低级轿车的生产达成协议, 三菱负责小型轿车平台的开发, 而克莱斯勒负责另一种平台的开发。雷诺、日产联盟计划, 至2010年两家共用平台达到10 个。共用平台战略大大加快了日产的新车投放市场速度, 仅2002年上半年,日产投放市场的新车品种就达12 种。两公司不仅做到轿车整车平台共用, 而且与之匹配的发动机产品平台也将共用, 至2010年, 两家发动机共用平台将达到8 个。日产汽车公司运用平台共用战略后, 预计到2004 年将平台总数由原来的24 个减少到12 个, 每个平台的产量由此将翻一番, 同时, 发动机和变速器的平台数量也将减少30%。有些企业之间, 虽然不存在资本联盟关系, 但为在某些产品方面进行合作, 也推行平台共用战略, 以降低开发和生产成本。例如, 在PSA与丰田的小型车合作协议中, 明确提出双方共同开发一种小型车平

台。

除此之外, 整车厂与零部件厂家之间联合开发的发展趋势也很明显。整车厂与零部件企业之间的联合开发也是汽车研发的一种形式。世界许多整车制造厂为使自己专注于核心业务和技术, 不仅实施全球采购战略, 而且还在关键零部件技术领域与有关的专业零部件公司( 企业集团) 开展联合研发。法国PSA 就是其中之一, 迄今为止,PSA已与世界最大的零部件公司得尔福汽车系统公司在众多领域进行共同研发。另外, 它与维斯顿零部件公司的共同研发范围涉及车身电子、底盘、空调控制、车身内饰、照明、传动、燃油供给系统等多个领域的新技术。雷诺为了进一步提高发动机技术水平, 也和得尔福合作, 共同开发柴油发动机喷射系统。

据德国西门子集团汽车零部件业务部门的一份研究报告分析, 综观世界汽车工业的发展史, 在很长的时期内, 汽车(整车) 制造厂家一直处于主导地位,而零部件企业则处于支配和附属地位, 主要为前者服务。但随着经济全球化和汽车技术的飞速发展, 这种状况将发生根本性的变化, 零部件企业在汽车研发和制造中将扮演越来越重要的角色, 其地位也日益重要。

多年以来, 汽车整车厂家为了降低成本, 提高产品竞争力, 不断要求零部件企业降低供货价格, 并迫使其承担越来越多的研发和制造任务。由此, 促使零部件厂家将压力变为动力, 从而加快了技术创新步伐。据统计, 现今零部件企业在汽车产值中所占比例越来越大, 汽车整车厂的零部件自制率已经很低, 研发工作比例也呈下降趋势,

基于上述发展趋势, 德国近年诞生了一些专门的汽车研究设计公司, 它们既不制造、也不销售汽车,而是专门承接汽车整车厂或零部件厂委托的研发设计任务。有些高校科研院所也从事这一业务。

在世界各大产业中, 汽车工业是最早开始实施全球化战略且是全球化程度最高的行业之一。为了促进跨国公司内部的技术转移, 降低企业R&D的成本和风险, 到国外开拓新的市场, 跨国汽车公司纷纷选择在国外设立R& D机构的做法。就整个汽车行业来说,近年来风起云涌的兼并重组, 也促进了国际上技术的联盟, 在核心技术领域建立研发合作关系的趋势越来越明显, 从而促进了技术开发的全球化。

为使开发的产品更符合当地市场的需要, 便于利用当地的人力、物力和技术资源, 并与“ 市场用户在哪里, 就把工厂建在哪里” 的战略相配套, 越来越多的公司将技术开发机构扩散到世界各地。例如, 日本汽车公司在美各地设有10 个研究中心, 在欧洲设有12 个研究中心。本田美国研发中心的员工数量为110名, 在欧洲的两处研发公司( 分别设在德国和英国) 从业人员也有20人; 日产汽车公司在美国有2 处研发中心、在欧洲有4 处研发(或设计) 中心,从业人员共1141人。他们从事零部件生产技术支持、零部件及整车评估、车身及总成设计、零部件及整车设计、样车设计、市场调研等工作。

不仅整车企业如此, 零部件厂家为了适应汽车工业的全球化趋势, 也将研发活动扩散到了世界各地。德纳(Dana) 公司为了迎合客户“ 方便、高效、低成本” 的需要, 就将公司的技术中心扩散到世界各地。例如, 各地的技术中心采用电子网络技术进行信息的快速传递, 全天候地支持着公司的研发活动, 为客户提供优质服务。德纳的研发地点(包括燃料电池的研究与技术支持中心), 分布在美国、加拿大、德国,最近, 又在日本、意大利和美国建立了3 个新的技术支持中心。

德国的马勒(Mhale) 集团是世界著名的发动机零部件制造商, 其产品主要是活塞/ 气缸、气门机构和各类滤清器。目前, 马勒公司在世界各地共有职工2.3万人, 不仅在生产、

销售方面实现了全球化, 而且在研究开发方面也实现了全球化。除了斯图加特总部的研发中心外, 还有美国底特律研究中心( 主要面向北美市场)、圣保罗技术中心( 主要面向南美洲)、东京技术中心( 面向亚洲市场), 从而形成了一个可覆盖全球市场的研发网络。这些技术中心既从事基础性研究, 又承担用户委托的科研项目。

五、汽车技术研发趋势

为避免交通事故的发生, 各国都投人大量的人力、物力研究开发安全汽车以及汽车安全新技术, 并制定各种安全法规, 强制汽车公司开发并应用安全新技术。因此, 各汽车公司和零部件公司都在安全实验、安全技术的开发与应用方面投人巨资, 不断寻求事故预防( 主动安全) 和最大限度减少事故伤害程度(被动安全) 的有效方法。电子学的空前发展对降低交通事故“ 智能” 汽车的研究起到了很大的促进作用, 智能交通系统( IT )S 等先进技术已被公众广泛接受。电子学新技术还使相关的事故避免技术的开发成为可能, 例如能探测目标、道路状况、驾驶员状态和注意力(驾驶员磕睡或忽视短距离目标) 等情况的环境识别技术等。沃尔沃汽车公司非常重视汽车安全方面的研究,沃尔沃安全中心为碰撞实验设施投资了5 0 0 万英镑, 先进的设备和分析方法使沃尔沃设计出了世界最先进的安全轿车。雷诺汽车公司每年都拨出1亿欧元的经费用于汽车安全系统的开发和试验。不仅整车企业如此, 一些专业零部件公司也积极地进行主动安全与被动安全技术方面的研究。博世公司已将雷达扫描、环视系统等高科技应用到汽车安全系统中。投资方向受国际经济大环境变化的影响, 近年来, 世界汽车产业在环保领域里的投资增长急剧加快。据美国加州国际汽车经济研究所的调查显示,20世纪80 年代, 北美、西欧和日本汽车工业在环保技术上的投资, 年均增幅约为5.5 %,20 世纪90 年代的前5 年约为.8 5 %, 而19 9 6 一2 0 0 年达到12 .5 % 以上, 其中德国达到巧%。

通用汽车公司在21 世纪企业发展战略中, 决定加强环保产品和环保技术的开发, 全力开发低污染汽车, 推广使用可回收材料。日产汽车公司多年以来也一直致力于实现“ 人类、汽车

和自然共存” 的环保理念, 日产公司中期环保计划— “2005 绿色工程” 中就涉及产品、技术开发以及车辆回收等内容, 其中包括日产提前实现汽车工业2 01 0 年燃油经济性目标和达到95 % 的车辆回收率的环保目标。除工业发达国家外, 韩国、巴西和墨西哥等国汽车工业也高度重视环保科技, 这3 个国家早在5 年前均已开发成功环保型汽车。目前, 韩国的燃料电池公共汽车已投人小批量生产; 墨西哥也与美国联合发展电动汽车。中国计划在“ 十五” 期间为电动汽车研发投资8.8亿元人民币。

环保投资的主要方向是:尾气后处理技术, 例如催化微粒过滤器等;节能技术, 例如42V电源技术、共轨喷射系统等;替代燃料( 清洁能源) 的开发及应用, 例如天然气、酒精、甲醇和氢气等;推广混合动力系统, 即采用燃油发动机和电能相组合的驱动方式;研制车用电池供电系统, 包括燃料电池和蓄电池, 其中以氢为燃料的燃料电池技术已取得重大进展;轻量化材料的研究, 近10年来, 世界轿车材料的发展趋势是轻质化、多元化, 黑色金属消耗减少, 而有色金属、轻合金以及非金属材料消耗增加。此外,塑料模块将广泛应用在汽车上。

美国、欧洲和日本的汽车厂家都在加紧开发燃料电池汽车技术, 预计3一5年后, 燃料电池汽车将达到小批量的生产阶段, 并投放市场。世界各大汽车厂商在燃料电池技术的开发方向上基本形成了两大集团。一方以丰田和通用汽车公司为代表, 采用从一种名为碳氢化合物燃料的新型汽油中制氢, 美国埃克森石油公司还与通用和丰田就开发采用这种制氢方式的燃料电池汽车达成协议, 并计划在2003年推向市场。另一方以戴姆勒一克莱斯勒、福特和三菱汽车公司为代表, 以天然气为原料, 采取对甲醇改质的办法制取氢气。欧洲有发达的天然气供应网, 可以降低基础设施投资成本。

除上述两大集团外, 本田、雷诺/ 日产、现代和大众汽车等公司也加人到燃料电池汽车的研发竞赛中。俄罗斯汽车工业在这方面也不甘落后, 其伏尔加轿车厂充分利用俄罗斯先进的航天能源供给技术, 于2001年研发成功首辆燃料电池汽车, 并计划于2003年向市场推出第2辆燃料电池汽车样车。我国上汽集团与同济大学汽车研究所等单位成立了燃料电池研发公司, 合作研发燃料电池汽车, 力争在2005年推出新型燃料电池车。准备以桑塔纳200车型为基础, 以高压氢气为燃料, 采用燃料电池和蓄电池混合动力系统。2001年, 上汽集团的第1辆“ 凤凰” 燃料电池车已经面世, 该车是在引人美国通用燃料电池车型的基础上, 由上海泛亚技术中心改装而完成的。

各国对燃料电池汽车的开发和推广应用非常重视, 纷纷制定了相关的产业政策, 全球平均每年有约5亿一10亿美元的研发经费投入到这一研究中。据称, 从20世纪末至2005年, 戴姆勒一克莱斯勒、福特、通用和丰田等公司用于燃料电池汽车的研发预算均分别达到20 亿美元左右, 日产/ 雷诺的投资额也将达or 亿美元。美国能源部现已制定了“ 氢计划” , 预计2010年燃料电池车在汽车市场上要占据25%的份额。布什政府的F一CAR汽车研究新计划, 旨在推进燃料电池技术从实验室走向实用化。日本经济产业省提出的2010年发展目标之一, 就是把汽车用燃料电池的价格降低到普通汽油发动机的水平, 并首先从政府机关开始普及燃料电池车。当然, 对目前世界燃料电池汽车技术的研发热潮, 国内外汽车工业界和科技界的认识并不统一。

一种看法认为, 研发这项技术的实际动机并不如其对外所称的是为了解决人类能源及环境污染问题, 而是在“ 作秀” 。笔者则认为, 对汽车企业来说, 在当前乃至今后一个相当长的时期内, 研发工作的重点( 即90%以上的精力) 应放在对传统汽车技术潜力的发掘和进一步改进上。但国家拿出一定的资金和投人相当的力量, 进行这种前沿技术的基础研究也是完全应该的。

对我国而言, 能源和环境都是迫切需要从根本上得到解决的问题。针对近年来中国汽车市场的异常火爆, 一些人对我国汽车进人家庭的前景作了十分乐观而大胆的预测。假设在今后巧年内, 中国汽车的普及率达到当前世界平均水平, 即每or 个人拥有1 辆汽车, 那么, 中国汽车市场的汽车总保有量就将达到1.5 亿辆。其时, 我国在能源供给、汽车废气排放治理、城市相关的配套设施建设以及交通管理等方面都将面对前所未有的挑战和压力。如果那时仍沿用较为落后的传统技术来满足大众需求, 能源供给和环境问题就更加突出, 只有用新能源清洁汽车技术(其中包括燃料电池汽车技术) 才能从根本上加以解决。

从这个意义上讲, 中国是世界上最想研发新能源清洁汽车技术的国家之一。