電動車制造紅海破浪 跨域迎接減碳未來

因應(yīng)國際凈零碳排潮流與疫后創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)趨勢，全球汽車產(chǎn)業(yè)也為此加速電動化腳步，甚至逐漸漫延成了紅海。包括近年來由美商Tesla率先發(fā)動價格戰(zhàn)，以及到了今年中國大陸車廠在慕尼黑車展大出鋒頭可見一斑。
根據(jù)國際能源總署（IEA）最新統(tǒng)計，2022年電動車銷售突破1,000萬輛新高，較前一年成長逾5成，估計新能源車對整體車市的滲透率也不斷攀升；且依工研院IEK Consulting推估，2040年全球電動車市場規(guī)模將達(dá)到智能手機(jī)的2.3倍、半導(dǎo)體的1.6倍。惟若從中國乘聯(lián)會與日本汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計顯示，今年上半年中國大陸整車出口為234.1萬輛、較同期成長76.9%，更優(yōu)于日本上半年汽車出口量為202萬輛、同期成長17%。這意味著大陸已穩(wěn)居全球第一汽車出口大國寶座，而排名前2名的中國大陸車為上汽、奇瑞，Tesla竟居排名第3。
為沖刺季底買氣搶市占，美國電動車大廠特斯拉（Tesla）今年以來降價頻頻，不只調(diào)整零售價格，還加入了免費(fèi)超級充電服務(wù)，雖然營收和獲利雙雙成長，但毛利率卻因而下修。未來更應(yīng)該重視因產(chǎn)油國減供而助長高通膨和高利率，將帶來市場不穩(wěn)定性、消費(fèi)者縮減支出對汽車銷量的沖擊程度，以及小型車廠是否能撐過經(jīng)濟(jì)逆風(fēng)考驗，都使今年下半年的汽車市場充滿變數(shù)。
今年德國最大的慕尼黑車展（IAA Mobility）參展廠商也有約41%總部位于亞洲，大陸廠商數(shù)量更是攀升1倍之多，包括比亞迪、寧德時代新能源科技、小鵬等電池和電動車商。業(yè)界分析師和高層更指出，在這個電動車時代，歐洲車廠必須證明，從產(chǎn)品、財務(wù)策略到控制供應(yīng)鏈等方面，都能與亞洲車廠一較高下。
博世集團(tuán)執(zhí)行長Stefan Hartung表示：「在軟件定義的未來交通中，除了硬件至關(guān)重要，不同來源的軟件間互動也很關(guān)鍵！博世則具備軟硬體專業(yè)，將應(yīng)用新科技實現(xiàn)軟件定義汽車，使其加速上路?！篂榱溯^以往更強(qiáng)化其交通移動軟件公司的定位，同時持續(xù)發(fā)展硬件專業(yè)，博世將于2024年1月1日正式重整博世交通移動業(yè)務(wù)事業(yè)群，強(qiáng)化跨部門協(xié)作。目前在交通移動領(lǐng)域擁有約38,000名軟件工程師人數(shù)為汽車產(chǎn)業(yè)之冠。


 
圖1 : 歐洲車廠必須證明，從產(chǎn)品、財務(wù)策略到控制供應(yīng)鏈等方面，都能與亞洲車廠一較高下。（source：Bosch）

著眼凈零碳排商機(jī) 電動車規(guī)?；砷L
工研院產(chǎn)科國際所組長岳俊豪對此表示，當(dāng)前全球正處于下世代汽車轉(zhuǎn)型的起點(diǎn)，未來電動車將配備更先進(jìn)的三電系統(tǒng)與關(guān)鍵零組件，包括：高效率馬達(dá)、電池和智能化控制系統(tǒng)等科技的進(jìn)步，將讓電動車的性能更卓越、安全性更高，且更易于維護(hù)。加上充電速度的提升與更廣泛的充電設(shè)施布建，將使電池的充電時間更為短暫，并加速電動車的普及化，其所對應(yīng)的加工設(shè)備與下世代材料，也為臺灣未來產(chǎn)業(yè)帶來發(fā)展的新動能。
工研院產(chǎn)科國際所副組長熊治民進(jìn)一步指出，現(xiàn)今電動車規(guī)?；a(chǎn)需求，系受惠于凈零碳排浪潮下，各地補(bǔ)貼政策措施出籠、車廠制造并推出更多車款與降價促銷，以及充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)增加，促使全球電動車（HEV、BEV、PHEV、FCEV）銷量穩(wěn)定成長的重要驅(qū)動因素，依Marklines統(tǒng)計在2021~2022年間達(dá)到1,533.2萬輛。國際能源署（IEA）更預(yù)測，2025年全球電動車銷量占比約23%，將在2030年達(dá)到36%。
「運(yùn)具電動化及無碳化」也是臺灣實現(xiàn)2050凈零碳排轉(zhuǎn)型目標(biāo)的12項關(guān)鍵策略之一，將藉由各項運(yùn)具數(shù)量提升和實施環(huán)境改善配套計劃，促進(jìn)電動車輛普及，預(yù)計會在2040年達(dá)到電動小客車/電動機(jī)車市售占比100%。
中國大陸則是目前全球電動車及電池最大生產(chǎn)地區(qū)，并預(yù)計在泰國、印度尼西亞、巴西等地設(shè)廠生產(chǎn)電動車及電池；臺灣也由鴻海帶頭，前往印度、泰國等地布局；以及美商Tesla考慮將分別前往印度、墨西哥設(shè)立電動車制造工廠。

打造智能自動化生產(chǎn)線 攸關(guān)動力/電池、車身競爭力
「隨著電動車產(chǎn)能擴(kuò)張，還將陸續(xù)促成動力系統(tǒng)、動力電池、車體結(jié)構(gòu)與零組件等多類制造生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備市場需求，以及自動化整合與智能產(chǎn)線商機(jī)。」熊治民說，其中的動力系統(tǒng)約占整車成本15%~20%，雖然相較于內(nèi)燃機(jī)動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡約，主要由馬達(dá)與減速齒輪、驅(qū)動與控制器組成，仍須解決電、磁、機(jī)械、冷卻系統(tǒng)等問題，而延長使用壽命。且其要求緊致和精密、輕量化特性為設(shè)計與制造的關(guān)鍵，將決定車輛動態(tài)能力，包含輸出動力、能源消耗及使用效率，以及符合加速性和極速、安全、安靜等指標(biāo)。
尤其是因為高效馬達(dá)可能須達(dá)到上萬轉(zhuǎn)速，對于軸承質(zhì)量要求較高；且在本體制造過程中，必須先利用沖壓設(shè)備，將硅鋼片沖制出設(shè)計尺寸與孔洞，才能通過繞線產(chǎn)生磁場，再將多個薄僅0.5~0.2mm硅鋼片重迭，經(jīng)過模具設(shè)計壓合成為定子、轉(zhuǎn)子，而減少渦流損失，而成為主要制造技術(shù)門坎。接著利用CNC車床等工具機(jī)，循設(shè)計的心軸形狀和尺寸加工棒材；且經(jīng)過鑄造設(shè)備制造馬達(dá)外殼初胚，再由工具機(jī)針對細(xì)部尺寸鉆孔、攻牙等加工。
借著引進(jìn)自動化設(shè)備或人力，為大型或中小型感應(yīng)式馬達(dá)定子繞線，提高復(fù)雜的定子繞線組裝效能；與使用機(jī)器人自動化搬運(yùn)、涂密封膠、裝配冷卻系統(tǒng)、軸承和鎖螺絲等作業(yè)，可提高馬達(dá)組裝效能與質(zhì)量。
另因為電動車須搭配靜音減速齒輪組，衍生精密齒輪制造研磨設(shè)備需求。除了傳統(tǒng)「成形磨齒機(jī)」，先將通過齒輪成型方法去除部份齒形材料，再由如齒廓形狀的工具磨削齒輪面；「連續(xù)創(chuàng)成磨齒機(jī)」，則透過蝸桿砂輪與齒輪工件間的相對創(chuàng)成運(yùn)動，可一次研磨產(chǎn)生所有齒面，用于量產(chǎn)中小型齒輪；并針對電動車齒輪開發(fā)獨(dú)有的珩齒機(jī)，以改善齒輪表面粗度、降低齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)噪音。

動力電池則在電動車成本占比40%~45%，熊治民分析其系統(tǒng)與主要組件包含電池芯、模塊、系統(tǒng)，也須有底座、外殼、隔板等結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及冷卻和散熱裝置，與其他扣件、接頭等小型鈑金件，涉及多種工具機(jī)執(zhí)行沖壓、彎折、銑削、切割、焊接、鉆孔與攻牙等工法。
目前動力電池市場以中國大陸、日、韓等大廠為主，依Ofweek估計投資鋰電池工廠設(shè)備約占總投資金額63~77%，平均每GWh鋰電池投資設(shè)備金額約新臺幣9.5億元、電池芯設(shè)備約7.7億元；MicKinsey預(yù)估到了2030年，全球鋰電池需求量達(dá)4,500GWh，相關(guān)設(shè)備投資金額約新臺幣4.27兆元。
至于在動力系統(tǒng)及電池之外的底盤、車架、車殼等相關(guān)零組件，其實大部份構(gòu)造都與燃油車相似，約占電動車成本15%~20%，主要加工設(shè)備包括切割、沖壓、彎管、焊接、噴涂等；另有部份專用機(jī)，則是為了增加電動車的續(xù)航里程，而導(dǎo)入鋁鎂合金、碳纖維復(fù)合材料加工制造，以有效減少車體重量。
例如美商Tesla便采用意大利IDER公司所開發(fā)的GIGA Press壓鑄機(jī)，于2008年由力勁集團(tuán)并購，可透過高達(dá)8,000噸以上鎖模力，一次壓鑄成型大尺寸鋁材的車體結(jié)構(gòu)件，取代原先需要分別沖壓、焊接眾多零組件的復(fù)雜制程，而有效減少零組件數(shù)量，加速生產(chǎn)電動車。惟缺點(diǎn)是必須采用特制合金材料、制造參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，才能真正實現(xiàn)制程；加上比起傳統(tǒng)沖壓、拼接的尺寸和重量增加又降低良率，導(dǎo)致許多業(yè)者都還在觀望引進(jìn)。
碳纖維復(fù)合材料固然具有重量輕、強(qiáng)度高等優(yōu)勢，用來制造電動車的車體、板金和內(nèi)部零組件可降低總體重量，在相同動力系統(tǒng)和電池配置下，具備較長行駛里程。但在加入復(fù)材異質(zhì)整合之后的切割、鉆孔、修補(bǔ)零件加工，以及鋪材、涂膠、壓合等制造成型的過程特殊又難以自動化，導(dǎo)致必須結(jié)合人工操作，使之成本、工時居高不下。
其中還須加入3D printing、積層制造技術(shù)，可用來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，強(qiáng)化生產(chǎn)輕量化結(jié)構(gòu)件與客制化零件能力，并加速新車原型及零組件設(shè)計開發(fā)、驗證，制作鑄造砂模、夾治具與工具，以縮短電動車開發(fā)時間。
值得一提的是，近年來因應(yīng)疫情及缺工、少子化社會沖擊下，基于車輛零組件制造與組裝，須要持續(xù)提升生產(chǎn)效能，以維持作業(yè)質(zhì)量及控制成本、降低人員傷害，所以目前汽車制造業(yè)也持續(xù)透過推動自動化系統(tǒng)整合，于產(chǎn)線和工廠導(dǎo)入數(shù)字化與智能化需求。
包括工業(yè)/協(xié)作型機(jī)器人、AGV/AMR等自動化接口設(shè)備，IBG-Automation公司也在2023年德國漢諾威自動化展，發(fā)表其使用ABB機(jī)器人的汽車裝配應(yīng)用，以多部機(jī)器人組裝電動車電池；利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）、數(shù)字分身（Digital twin）結(jié)合數(shù)字模型數(shù)據(jù)及實體設(shè)備整合應(yīng)用，可協(xié)助實現(xiàn)機(jī)臺、產(chǎn)線設(shè)計布置的生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計和效能仿真驗證、機(jī)臺與產(chǎn)線實時狀態(tài)監(jiān)控可視化、參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化、設(shè)備健康狀態(tài)診斷及預(yù)測維護(hù)等，最終打造出智慧工廠，都有助于提高電動車生產(chǎn)效能及質(zhì)量。
最后熊治民指出，電動車制造商機(jī)雖大，臺廠仍需要在工具機(jī)、馬達(dá)/電池、組裝設(shè)備、自動化與SI聚焦及建立優(yōu)勢，包括客制化配合能力，驅(qū)使完整、靈活的動力/電池系統(tǒng)、整車組裝供應(yīng)鏈廠商異業(yè)合作，維持質(zhì)量與成本控管。另針對國際電動車廠、機(jī)械設(shè)備商、新創(chuàng)產(chǎn)業(yè)等產(chǎn)業(yè)鏈投資并購，克服在先天上的劣勢，包括：缺乏具主導(dǎo)性客戶、品牌形象與價格天花板、與終端客戶合作網(wǎng)絡(luò)。

 
圖2 : 隨著電動車產(chǎn)能擴(kuò)張，還將陸續(xù)促成動力系統(tǒng)、動力電池、車體結(jié)構(gòu)與零組件等多類制造生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備市場需求，以及自動化整合與智能產(chǎn)線商機(jī)。（source：us.bosch-press.com）

MIH善用達(dá)梭3D體驗平臺 加速電動車開發(fā)與智慧城市融合
中國臺灣最具有代表性的開放式電動車聯(lián)盟MIH，則趁著日前參與在臺北舉行的「2023年達(dá)梭系統(tǒng)（Dassault Systemes）臺灣產(chǎn)業(yè)高峰會」期間，由MIH執(zhí)行長鄭顯聰現(xiàn)身說法，其如何利用著名的達(dá)梭3DEXPERIENCE平臺，將開發(fā)電動車時間從5年縮短至2年，至少節(jié)省約10%~15%成本。

鄭顯聰表示，從今年德國規(guī)模最大的慕尼黑車展結(jié)束后，已可看到有許多歐系車廠都「醒過來」了。雖然在疫情過后，德、法電動車廠已開始急起直追，但競爭遠(yuǎn)比想象中快，還會反應(yīng)稱電動化的腳步走得太慢。

由于現(xiàn)今電動車推陳出新的速度越來越快，過去大約每隔5~10年推出一款新車的周期時間已經(jīng)改變，而必須縮短在24~30個月內(nèi)完成，經(jīng)過不斷地升級改進(jìn)，目前特斯拉（Tesla）上海超級工廠不到40秒就能下線（離開生產(chǎn)線）一輛整車，在今年9月6日特斯拉上海超級工廠第200萬輛整車從生產(chǎn)在線緩緩駛出的「特斯拉速度」。包括德國、美國車廠都已跟不上Tesla的一體壓鑄技術(shù)，原有員工也不愿接受組織改革，唯有縮短軟件仿真分析，才能與Tesla競爭。

 
圖3 : 開放式電動車聯(lián)盟MIH執(zhí)行長鄭顯聰日前參與「2023年達(dá)梭系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高峰會」現(xiàn)身說法，其如何將開發(fā)電動車時間從5年縮短至2年，至少節(jié)省約10%~15%成本。（攝影：陳念舜）

在中國臺灣的Bosch、Siemens、達(dá)梭等MIH合作伙伴，也會向歐洲總部反應(yīng)，希望能有更多互動。MIH則與德商FEV合作研發(fā)Body Structure車身設(shè)計，增加焊點(diǎn)及可更換梁柱來符合小車設(shè)計需求，而不必浪費(fèi)成本來引進(jìn)昂貴的一體成型壓鑄機(jī)。達(dá)梭3DEXPERIENCE平臺也頻獲電動車廠青睞，協(xié)助MIH布局全球和歐洲，實現(xiàn)與世界各地供應(yīng)鏈伙伴零時差、24/7天協(xié)同作業(yè)開發(fā)車用軟、硬件。
鄭顯聰進(jìn)一步分析，過去完整的造車系統(tǒng)除了核心的底盤、車身、引擎、電子/電機(jī)之外，皆將其他零組/配件委外生產(chǎn)。但進(jìn)入電動車時代之后，由于標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化趨勢，已讓其整體零組件數(shù)量減少30%、開發(fā)時間縮短6~8個月以上；再利用軟件仿真、分析，縮短在工程測試、驗證及評價的時程到6~8個月，合計約可減省1~1.5年開發(fā)新車的時間。
MIH還透過達(dá)梭3DEXPERIENCE平臺仿真、分析來實現(xiàn)數(shù)字分身理念，即由掌握云端平臺權(quán)限于最快時間搜集信息，減少重復(fù)工作造成的額外負(fù)擔(dān)；與更多跨國團(tuán)隊交流討論、快速導(dǎo)入創(chuàng)新技術(shù)和IP布局全球；同時解決建置電動車系統(tǒng)流程所需的有形/無形成本和縮短模擬分析、驗證、測試時間，須確保合乎規(guī)范才上線生產(chǎn)。
包括真正導(dǎo)入了基于開發(fā)者（Developer Oriented）、使用者（User Oriented）體驗而生產(chǎn)，即使未必要使用如Tesla的高價一體壓鑄式設(shè)備，也能經(jīng)由合作伙伴FEV協(xié)助設(shè)計Body Structure、Denso負(fù)責(zé)溫控空調(diào)系統(tǒng)等，形成「堆積木式」的底層技術(shù)架構(gòu)而方便替換；支持上層軟件VicOne、Black berry持續(xù)更新?lián)Q代，與世界各地工程師協(xié)同作業(yè)。


 
圖4 : 目前MIH不只從事電動車OEM生產(chǎn)，還必須要建立完整生態(tài)系，帶領(lǐng)臺灣其他產(chǎn)業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型。（source：autoevolution.com）

值得一提的是，鄭顯聰也說明了電動車與未來智慧城市關(guān)聯(lián)性，強(qiáng)調(diào)目前MIH共有超過2,700家會員、分為14種類型的工作團(tuán)隊，已不只從事電動車OEM生產(chǎn)，還必須要建立完整生態(tài)系，帶領(lǐng)臺灣其他產(chǎn)業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型。
因此可避免與歐、美、日、中國大陸車廠直接在硬件削價競爭，進(jìn)而直接要求B2B應(yīng)用場域，透過服務(wù)克服痛點(diǎn)，如物流運(yùn)輸業(yè)者對于凈零碳排的迫切需求；并利用數(shù)字分身建立可與車輛以語音通訊互動、安全等14類工作體驗的模型，且所有數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)最后還是會在云端，伴隨用戶一輩子，進(jìn)而驅(qū)動軟件平臺成長，帶來更好的顧客體驗。
智能城市則能提供電動車更多應(yīng)用場景的平臺，此時后臺也變得更為重要，可隨時隨地復(fù)制、擴(kuò)大體驗內(nèi)容。MIH也希望借著與達(dá)梭合作平臺，整合各地不同市場及消費(fèi)者體驗而持續(xù)成長，將更有助于大幅提升工作效率。