電動(dòng)車(chē)制造紅海破浪 跨域迎接減碳未來(lái)

因應國際凈零碳排潮流與疫后創(chuàng )新產(chǎn)業(yè)趨勢，全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)也為此加速電動(dòng)化腳步，甚至逐漸漫延成了紅海。包括近年來(lái)由美商Tesla率先發(fā)動(dòng)價(jià)格戰，以及到了今年中國大陸車(chē)廠(chǎng)在慕尼黑車(chē)展大出鋒頭可見(jiàn)一斑。
根據國際能源總署（IEA）最新統計，2022年電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)售突破1,000萬(wàn)輛新高，較前一年成長(cháng)逾5成，估計新能源車(chē)對整體車(chē)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(dòng)車(chē)市場(chǎng)規模將達到智能手機的2.3倍、半導體的1.6倍。惟若從中國乘聯(lián)會(huì )與日本汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì )統計顯示，今年上半年中國大陸整車(chē)出口為234.1萬(wàn)輛、較同期成長(cháng)76.9%，更優(yōu)于日本上半年汽車(chē)出口量為202萬(wàn)輛、同期成長(cháng)17%。這意味著(zhù)大陸已穩居全球第一汽車(chē)出口大國寶座，而排名前2名的中國大陸車(chē)為上汽、奇瑞，Tesla竟居排名第3。
為沖刺季底買(mǎi)氣搶市占，美國電動(dòng)車(chē)大廠(chǎng)特斯拉（Tesla）今年以來(lái)降價(jià)頻頻，不只調整零售價(jià)格，還加入了免費超級充電服務(wù)，雖然營(yíng)收和獲利雙雙成長(cháng)，但毛利率卻因而下修。未來(lái)更應該重視因產(chǎn)油國減供而助長(cháng)高通膨和高利率，將帶來(lái)市場(chǎng)不穩定性、消費者縮減支出對汽車(chē)銷(xiāo)量的沖擊程度，以及小型車(chē)廠(chǎng)是否能撐過(guò)經(jīng)濟逆風(fēng)考驗，都使今年下半年的汽車(chē)市場(chǎng)充滿(mǎn)變數。
今年德國最大的慕尼黑車(chē)展（IAA Mobility）參展廠(chǎng)商也有約41%總部位于亞洲，大陸廠(chǎng)商數量更是攀升1倍之多，包括比亞迪、寧德時(shí)代新能源科技、小鵬等電池和電動(dòng)車(chē)商。業(yè)界分析師和高層更指出，在這個(gè)電動(dòng)車(chē)時(shí)代，歐洲車(chē)廠(chǎng)必須證明，從產(chǎn)品、財務(wù)策略到控制供應鏈等方面，都能與亞洲車(chē)廠(chǎng)一較高下。
博世集團執行長(cháng)Stefan Hartung表示：「在軟件定義的未來(lái)交通中，除了硬件至關(guān)重要，不同來(lái)源的軟件間互動(dòng)也很關(guān)鍵！博世則具備軟硬體專(zhuān)業(yè)，將應用新科技實(shí)現軟件定義汽車(chē)，使其加速上路?！篂榱溯^以往更強化其交通移動(dòng)軟件公司的定位，同時(shí)持續發(fā)展硬件專(zhuān)業(yè)，博世將于2024年1月1日正式重整博世交通移動(dòng)業(yè)務(wù)事業(yè)群，強化跨部門(mén)協(xié)作。目前在交通移動(dòng)領(lǐng)域擁有約38,000名軟件工程師人數為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)之冠。


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

著(zhù)眼凈零碳排商機 電動(dòng)車(chē)規?；砷L(cháng)
工研院產(chǎn)科國際所組長(cháng)岳俊豪對此表示，當前全球正處于下世代汽車(chē)轉型的起點(diǎn)，未來(lái)電動(dòng)車(chē)將配備更先進(jìn)的三電系統與關(guān)鍵零組件，包括：高效率馬達、電池和智能化控制系統等科技的進(jìn)步，將讓電動(dòng)車(chē)的性能更卓越、安全性更高，且更易于維護。加上充電速度的提升與更廣泛的充電設施布建，將使電池的充電時(shí)間更為短暫，并加速電動(dòng)車(chē)的普及化，其所對應的加工設備與下世代材料，也為臺灣未來(lái)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)發(fā)展的新動(dòng)能。
工研院產(chǎn)科國際所副組長(cháng)熊治民進(jìn)一步指出，現今電動(dòng)車(chē)規?；a(chǎn)需求，系受惠于凈零碳排浪潮下，各地補貼政策措施出籠、車(chē)廠(chǎng)制造并推出更多車(chē)款與降價(jià)促銷(xiāo)，以及充電樁等基礎設施持續增加，促使全球電動(dòng)車(chē)（HEV、BEV、PHEV、FCEV）銷(xiāo)量穩定成長(cháng)的重要驅動(dòng)因素，依Marklines統計在2021~2022年間達到1,533.2萬(wàn)輛。國際能源署（IEA）更預測，2025年全球電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量占比約23%，將在2030年達到36%。
「運具電動(dòng)化及無(wú)碳化」也是臺灣實(shí)現2050凈零碳排轉型目標的12項關(guān)鍵策略之一，將藉由各項運具數量提升和實(shí)施環(huán)境改善配套計劃，促進(jìn)電動(dòng)車(chē)輛普及，預計會(huì )在2040年達到電動(dòng)小客車(chē)/電動(dòng)機車(chē)市售占比100%。
中國大陸則是目前全球電動(dòng)車(chē)及電池最大生產(chǎn)地區，并預計在泰國、印度尼西亞、巴西等地設廠(chǎng)生產(chǎn)電動(dòng)車(chē)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、墨西哥設立電動(dòng)車(chē)制造工廠(chǎng)。

打造智能自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn) 攸關(guān)動(dòng)力/電池、車(chē)身競爭力
「隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)產(chǎn)能擴張，還將陸續促成動(dòng)力系統、動(dòng)力電池、車(chē)體結構與零組件等多類(lèi)制造生產(chǎn)的機械設備市場(chǎng)需求，以及自動(dòng)化整合與智能產(chǎn)線(xiàn)商機?！剐苤蚊裾f(shuō)，其中的動(dòng)力系統約占整車(chē)成本15%~20%，雖然相較于內燃機動(dòng)力系統的結構較為簡(jiǎn)約，主要由馬達與減速齒輪、驅動(dòng)與控制器組成，仍須解決電、磁、機械、冷卻系統等問(wèn)題，而延長(cháng)使用壽命。且其要求緊致和精密、輕量化特性為設計與制造的關(guān)鍵，將決定車(chē)輛動(dòng)態(tài)能力，包含輸出動(dòng)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。
尤其是因為高效馬達可能須達到上萬(wàn)轉速，對于軸承質(zhì)量要求較高；且在本體制造過(guò)程中，必須先利用沖壓設備，將硅鋼片沖制出設計尺寸與孔洞，才能通過(guò)繞線(xiàn)產(chǎn)生磁場(chǎng)，再將多個(gè)薄僅0.5~0.2mm硅鋼片重迭，經(jīng)過(guò)模具設計壓合成為定子、轉子，而減少渦流損失，而成為主要制造技術(shù)門(mén)坎。接著(zhù)利用CNC車(chē)床等工具機，循設計的心軸形狀和尺寸加工棒材；且經(jīng)過(guò)鑄造設備制造馬達外殼初胚，再由工具機針對細部尺寸鉆孔、攻牙等加工。
借著(zhù)引進(jìn)自動(dòng)化設備或人力，為大型或中小型感應式馬達定子繞線(xiàn)，提高復雜的定子繞線(xiàn)組裝效能；與使用機器人自動(dòng)化搬運、涂密封膠、裝配冷卻系統、軸承和鎖螺絲等作業(yè)，可提高馬達組裝效能與質(zhì)量。
另因為電動(dòng)車(chē)須搭配靜音減速齒輪組，衍生精密齒輪制造研磨設備需求。除了傳統「成形磨齒機」，先將通過(guò)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；「連續創(chuàng )成磨齒機」，則透過(guò)蝸桿砂輪與齒輪工件間的相對創(chuàng )成運動(dòng)，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(dòng)車(chē)齒輪開(kāi)發(fā)獨有的珩齒機，以改善齒輪表面粗度、降低齒輪運轉噪音。

動(dòng)力電池則在電動(dòng)車(chē)成本占比40%~45%，熊治民分析其系統與主要組件包含電池芯、模塊、系統，也須有底座、外殼、隔板等結構設計，以及冷卻和散熱裝置，與其他扣件、接頭等小型鈑金件，涉及多種工具機執行沖壓、彎折、銑削、切割、焊接、鉆孔與攻牙等工法。
目前動(dòng)力電池市場(chǎng)以中國大陸、日、韓等大廠(chǎng)為主，依Ofweek估計投資鋰電池工廠(chǎng)設備約占總投資金額63~77%，平均每GWh鋰電池投資設備金額約新臺幣9.5億元、電池芯設備約7.7億元；MicKinsey預估到了2030年，全球鋰電池需求量達4,500GWh，相關(guān)設備投資金額約新臺幣4.27兆元。
至于在動(dòng)力系統及電池之外的底盤(pán)、車(chē)架、車(chē)殼等相關(guān)零組件，其實(shí)大部份構造都與燃油車(chē)相似，約占電動(dòng)車(chē)成本15%~20%，主要加工設備包括切割、沖壓、彎管、焊接、噴涂等；另有部份專(zhuān)用機，則是為了增加電動(dòng)車(chē)的續航里程，而導入鋁鎂合金、碳纖維復合材料加工制造，以有效減少車(chē)體重量。
例如美商Tesla便采用意大利IDER公司所開(kāi)發(fā)的GIGA Press壓鑄機，于2008年由力勁集團并購，可透過(guò)高達8,000噸以上鎖模力，一次壓鑄成型大尺寸鋁材的車(chē)體結構件，取代原先需要分別沖壓、焊接眾多零組件的復雜制程，而有效減少零組件數量，加速生產(chǎn)電動(dòng)車(chē)。惟缺點(diǎn)是必須采用特制合金材料、制造參數和結構設計優(yōu)化，才能真正實(shí)現制程；加上比起傳統沖壓、拼接的尺寸和重量增加又降低良率，導致許多業(yè)者都還在觀(guān)望引進(jìn)。
碳纖維復合材料固然具有重量輕、強度高等優(yōu)勢，用來(lái)制造電動(dòng)車(chē)的車(chē)體、板金和內部零組件可降低總體重量，在相同動(dòng)力系統和電池配置下，具備較長(cháng)行駛里程。但在加入復材異質(zhì)整合之后的切割、鉆孔、修補零件加工，以及鋪材、涂膠、壓合等制造成型的過(guò)程特殊又難以自動(dòng)化，導致必須結合人工操作，使之成本、工時(shí)居高不下。
其中還須加入3D printing、積層制造技術(shù)，可用來(lái)實(shí)現結構優(yōu)化，強化生產(chǎn)輕量化結構件與客制化零件能力，并加速新車(chē)原型及零組件設計開(kāi)發(fā)、驗證，制作鑄造砂模、夾治具與工具，以縮短電動(dòng)車(chē)開(kāi)發(fā)時(shí)間。
值得一提的是，近年來(lái)因應疫情及缺工、少子化社會(huì )沖擊下，基于車(chē)輛零組件制造與組裝，須要持續提升生產(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(chē)制造業(yè)也持續透過(guò)推動(dòng)自動(dòng)化系統整合，于產(chǎn)線(xiàn)和工廠(chǎng)導入數字化與智能化需求。
包括工業(yè)/協(xié)作型機器人、AGV/AMR等自動(dòng)化接口設備，IBG-Automation公司也在2023年德國漢諾威自動(dòng)化展，發(fā)表其使用ABB機器人的汽車(chē)裝配應用，以多部機器人組裝電動(dòng)車(chē)電池；利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）、數字分身（Digital twin）結合數字模型數據及實(shí)體設備整合應用，可協(xié)助實(shí)現機臺、產(chǎn)線(xiàn)設計布置的生產(chǎn)系統設計和效能仿真驗證、機臺與產(chǎn)線(xiàn)實(shí)時(shí)狀態(tài)監控可視化、參數調整與優(yōu)化、設備健康狀態(tài)診斷及預測維護等，最終打造出智慧工廠(chǎng)，都有助于提高電動(dòng)車(chē)生產(chǎn)效能及質(zhì)量。
最后熊治民指出，電動(dòng)車(chē)制造商機雖大，臺廠(chǎng)仍需要在工具機、馬達/電池、組裝設備、自動(dòng)化與SI聚焦及建立優(yōu)勢，包括客制化配合能力，驅使完整、靈活的動(dòng)力/電池系統、整車(chē)組裝供應鏈廠(chǎng)商異業(yè)合作，維持質(zhì)量與成本控管。另針對國際電動(dòng)車(chē)廠(chǎng)、機械設備商、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：缺乏具主導性客戶(hù)、品牌形象與價(jià)格天花板、與終端客戶(hù)合作網(wǎng)絡(luò )。

 
圖2 : 隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)產(chǎn)能擴張，還將陸續促成動(dòng)力系統、動(dòng)力電池、車(chē)體結構與零組件等多類(lèi)制造生產(chǎn)的機械設備市場(chǎng)需求，以及自動(dòng)化整合與智能產(chǎn)線(xiàn)商機。（source：us.bosch-press.com）

MIH善用達梭3D體驗平臺 加速電動(dòng)車(chē)開(kāi)發(fā)與智慧城市融合
中國臺灣最具有代表性的開(kāi)放式電動(dòng)車(chē)聯(lián)盟MIH，則趁著(zhù)日前參與在臺北舉行的「2023年達梭系統（Dassault Systemes）臺灣產(chǎn)業(yè)高峰會(huì )」期間，由MIH執行長(cháng)鄭顯聰現身說(shuō)法，其如何利用著(zhù)名的達梭3DEXPERIENCE平臺，將開(kāi)發(fā)電動(dòng)車(chē)時(shí)間從5年縮短至2年，至少節省約10%~15%成本。

鄭顯聰表示，從今年德國規模最大的慕尼黑車(chē)展結束后，已可看到有許多歐系車(chē)廠(chǎng)都「醒過(guò)來(lái)」了。雖然在疫情過(guò)后，德、法電動(dòng)車(chē)廠(chǎng)已開(kāi)始急起直追，但競爭遠比想象中快，還會(huì )反應稱(chēng)電動(dòng)化的腳步走得太慢。

由于現今電動(dòng)車(chē)推陳出新的速度越來(lái)越快，過(guò)去大約每隔5~10年推出一款新車(chē)的周期時(shí)間已經(jīng)改變，而必須縮短在24~30個(gè)月內完成，經(jīng)過(guò)不斷地升級改進(jìn)，目前特斯拉（Tesla）上海超級工廠(chǎng)不到40秒就能下線(xiàn)（離開(kāi)生產(chǎn)線(xiàn)）一輛整車(chē)，在今年9月6日特斯拉上海超級工廠(chǎng)第200萬(wàn)輛整車(chē)從生產(chǎn)在線(xiàn)緩緩駛出的「特斯拉速度」。包括德國、美國車(chē)廠(chǎng)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(kāi)放式電動(dòng)車(chē)聯(lián)盟MIH執行長(cháng)鄭顯聰日前參與「2023年達梭系統產(chǎn)業(yè)高峰會(huì )」現身說(shuō)法，其如何將開(kāi)發(fā)電動(dòng)車(chē)時(shí)間從5年縮短至2年，至少節省約10%~15%成本。（攝影：陳念舜）

在中國臺灣的Bosch、Siemens、達梭等MIH合作伙伴，也會(huì )向歐洲總部反應，希望能有更多互動(dòng)。MIH則與德商FEV合作研發(fā)Body Structure車(chē)身設計，增加焊點(diǎn)及可更換梁柱來(lái)符合小車(chē)設計需求，而不必浪費成本來(lái)引進(jìn)昂貴的一體成型壓鑄機。達梭3DEXPERIENCE平臺也頻獲電動(dòng)車(chē)廠(chǎng)青睞，協(xié)助MIH布局全球和歐洲，實(shí)現與世界各地供應鏈伙伴零時(shí)差、24/7天協(xié)同作業(yè)開(kāi)發(fā)車(chē)用軟、硬件。
鄭顯聰進(jìn)一步分析，過(guò)去完整的造車(chē)系統除了核心的底盤(pán)、車(chē)身、引擎、電子/電機之外，皆將其他零組/配件委外生產(chǎn)。但進(jìn)入電動(dòng)車(chē)時(shí)代之后，由于標準化及模塊化趨勢，已讓其整體零組件數量減少30%、開(kāi)發(fā)時(shí)間縮短6~8個(gè)月以上；再利用軟件仿真、分析，縮短在工程測試、驗證及評價(jià)的時(shí)程到6~8個(gè)月，合計約可減省1~1.5年開(kāi)發(fā)新車(chē)的時(shí)間。
MIH還透過(guò)達梭3DEXPERIENCE平臺仿真、分析來(lái)實(shí)現數字分身理念，即由掌握云端平臺權限于最快時(shí)間搜集信息，減少重復工作造成的額外負擔；與更多跨國團隊交流討論、快速導入創(chuàng )新技術(shù)和IP布局全球；同時(shí)解決建置電動(dòng)車(chē)系統流程所需的有形/無(wú)形成本和縮短模擬分析、驗證、測試時(shí)間，須確保合乎規范才上線(xiàn)生產(chǎn)。
包括真正導入了基于開(kāi)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(jià)一體壓鑄式設備，也能經(jīng)由合作伙伴FEV協(xié)助設計Body Structure、Denso負責溫控空調系統等，形成「堆積木式」的底層技術(shù)架構而方便替換；支持上層軟件VicOne、Black berry持續更新?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(dòng)車(chē)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)數字轉型。（source：autoevolution.com）

值得一提的是，鄭顯聰也說(shuō)明了電動(dòng)車(chē)與未來(lái)智慧城市關(guān)聯(lián)性，強調目前MIH共有超過(guò)2,700家會(huì )員、分為14種類(lèi)型的工作團隊，已不只從事電動(dòng)車(chē)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)數字轉型。
因此可避免與歐、美、日、中國大陸車(chē)廠(chǎng)直接在硬件削價(jià)競爭，進(jìn)而直接要求B2B應用場(chǎng)域，透過(guò)服務(wù)克服痛點(diǎn)，如物流運輸業(yè)者對于凈零碳排的迫切需求；并利用數字分身建立可與車(chē)輛以語(yǔ)音通訊互動(dòng)、安全等14類(lèi)工作體驗的模型，且所有數據數據最后還是會(huì )在云端，伴隨用戶(hù)一輩子，進(jìn)而驅動(dòng)軟件平臺成長(cháng)，帶來(lái)更好的顧客體驗。
智能城市則能提供電動(dòng)車(chē)更多應用場(chǎng)景的平臺，此時(shí)后臺也變得更為重要，可隨時(shí)隨地復制、擴大體驗內容。MIH也希望借著(zhù)與達梭合作平臺，整合各地不同市場(chǎng)及消費者體驗而持續成長(cháng)，將更有助于大幅提升工作效率。