寶馬碳纖維生產(chǎn)工藝 2020年內(nèi)降低成本

近期海外媒體對外曝光了寶馬公司大力普及碳纖維材料的計(jì)劃，其中更涉及了這一成本高昂材料的大體制作工藝。根據(jù)寶馬公司的計(jì)劃，車身輕量化與高能效將是這家公司未來賴以生存的核心競爭力。而電動車和碳纖維車身將是這一核心的重中之重。

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正在被精心制造的碳纖維材料 本文來自123

    普及全球最昂貴車身材料

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    為了讓旗下車輛免遭可能的淘汰，寶馬在美國華盛頓郊區(qū)開始了新的嘗試。在這里的生產(chǎn)車間內(nèi)，幾十萬條纖細(xì)的白色細(xì)線蜿蜒向上。蜿蜒盤旋，長度近一英里，這些細(xì)絲看起來像是世界上最細(xì)的米線，經(jīng)過拉伸、烘烤，直至變成黑色，它們就成了碳纖維——這是一種比人類頭發(fā)還細(xì)，但比鋼鐵還堅(jiān)硬的材料。

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碳纖維材料由白色的丙烯酸線纖維烘烤而成

　　但是極其昂貴的造價(jià)卻是碳纖維的缺點(diǎn)。據(jù)咨詢公司弗若斯特沙利文公司(Frost & Sullivan)估算，使用碳纖維的成本折算下來相當(dāng)于每公里花費(fèi)20美元。使用鋼鐵時(shí)，這一數(shù)字僅為1美元。寶馬的目標(biāo)是——截至2020年，將碳纖維車架的造價(jià)降低到與鋁制車架同一水平。

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碳纖維車身材料

    雖然這些黑色的細(xì)絲已經(jīng)在F1賽車、像布加迪威龍這樣的超級跑車以及波音787中得到了應(yīng)用，但是在大批量生產(chǎn)中，由于自身的復(fù)雜性以及高昂的造價(jià)和時(shí)間成本，碳纖維還未經(jīng)測試。因此，寶馬想要在這方面開創(chuàng)先河——批量生產(chǎn)碳纖維。 copyright 123456

    寶馬最初的計(jì)劃是碳纖維產(chǎn)量占全球市場份額的約10%。這在現(xiàn)代汽車業(yè)是不同尋常的?，F(xiàn)在，越來越多的汽車企業(yè)將配件生產(chǎn)進(jìn)行外包，以降低成本。 123456

    “寶馬的做法讓人想起了工業(yè)革命。當(dāng)時(shí)企業(yè)的生產(chǎn)都是從鐵礦石開始，或者他們把工廠修在電廠附近，”一名來自Frost&Sullivan森奈辦公室的分析師Aravind Chander表示。“這是一種激進(jìn)的做法，目前還沒法證明的對錯(cuò)。”

    從源頭入手 123,123

    為生產(chǎn)纖維，寶馬于2009年和SGL Carbon SE 成立了一家合資公司。由于該項(xiàng)目的戰(zhàn)略重要性，寶馬做出了一項(xiàng)罕見的舉措，即通過購買16%的股份來對抗大眾汽車所購買的10%股份，從而保證其在位于德國威斯巴登的制造商的影響力?？锾丶易宓某蓡T之一Susanne Klatten是寶馬的大股東，她也購買了SGL的27%的股份，令該BMW對這家公司控制力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其競爭對手。

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 蘭茨胡特工廠 copyright 123456

    生產(chǎn)碳纖維遠(yuǎn)比塑鋼和通過敲打打造車外體板復(fù)雜。首先需要從丙烯酸線中剝離原子，然后將碳晶體鏈層層疊加，再注入塑料樹脂。寶馬的生產(chǎn)過程至少涉及了三個(gè)場所。在整車最后從德國東部的萊比錫工廠下線之前，碳纖維材料的輾轉(zhuǎn)旅行超過5000英里。

    2010年7月，寶馬集團(tuán)與SGL投資一百萬美元在美國華盛頓州摩西湖鎮(zhèn)建立了一個(gè)碳纖維工廠。在以“Chinook”代號進(jìn)行全球搜索之后，這兩家公司決定將工廠落戶于這個(gè)地處干旱高原地帶的小鎮(zhèn)上。

    摩西湖鎮(zhèn)擁有兩萬人口，距離西雅圖有三個(gè)小時(shí)的車程，距離斯波坎市有一個(gè)半小時(shí)的車程，通常來說，這樣的環(huán)境并不是一個(gè)理想的選擇。但是，最終令兩家公司決定將工廠建于此鎮(zhèn)的原因是該地毗鄰哥倫比亞河。寶馬希望車輛從一開始就使用可再生資源，利用水力發(fā)電來運(yùn)轉(zhuǎn)工廠的烘爐，當(dāng)?shù)氐乃Πl(fā)電成本約為3美分/千瓦時(shí)，不到德國的五分之一。 123456

    高溫烘烤下誕生的車身材料

    這些廉價(jià)的電能能夠充分保證烘烤碳纖維材料的能量。當(dāng)爐中的溫度高達(dá)1400℃時(shí)，這些專門在日本定制的丙烯酸線纖維中的非碳原子就會從纖維中分離出去。爐內(nèi)是無氧環(huán)境，因此，能夠防止原料燃燒起來。經(jīng)過加工后，逐漸形成碳晶體分子鏈。

 

剛剛被制作出的碳纖維材料

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    這些閃亮的黑色碳線，每根的細(xì)度只有人體頭發(fā)的約七分之一。這些線再被分成多個(gè)纖維束，每束含有5萬股纖維，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在最后的加工過程中，線束會被迅速地纏到線軸上。

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    摩西湖畔的碳纖維工廠幾乎實(shí)現(xiàn)了全自動化操作。僅有不到12人負(fù)責(zé)監(jiān)控機(jī)器，間或打開新的丙烯酸線盒，將其接到下一個(gè)批次。

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用電動車敲開金色大門

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    寶馬將使用這些光滑的黑色細(xì)絲制造i3電動車的車架。這款電動車將于今年年底在德國的經(jīng)銷商處開始銷售。在未來的幾個(gè)月中，它將銷往世界各地。這是首次將碳纖維大規(guī)模運(yùn)用到量產(chǎn)車上，也是自至少上個(gè)世紀(jì)80年代，當(dāng)?shù)谝慌X車架生產(chǎn)以來，汽車生產(chǎn)中的最大轉(zhuǎn)變。 123,123

    i3這款戰(zhàn)略產(chǎn)品緣起于六年前。當(dāng)時(shí)剛剛上任的寶馬集團(tuán)董事長諾伯特•雷瑟夫博士通過觀察分析，認(rèn)為不斷增強(qiáng)的環(huán)保意識很可能會推動更加嚴(yán)格的排放法規(guī)的出臺，這會對汽車行業(yè)的發(fā)展走勢產(chǎn)生巨大的影響，與此同時(shí)，像寶馬5系這樣的車輛在未來發(fā)展中可能會處于不利的地位。 123456

 
i3的車身碳纖維材料

    “展望2020年，我們看到了我們的商業(yè)模式所面臨的威脅，” 當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)戰(zhàn)略規(guī)劃的現(xiàn)任寶馬首席財(cái)務(wù)官弗里德里希•艾希納在位于慕尼黑總部的四缸大廈中陳設(shè)簡單的辦公室里接受采訪時(shí)說道，“我們必須為了6系，7系和X5等車型的未來發(fā)展而尋找解決方案。” copyright 123456

Leipzig 萊比錫壓力成型車間 123,123

    為了繼續(xù)銷售那些無愧于“終極駕駛機(jī)器”稱謂的汽車，寶馬需要為不斷發(fā)展的城市提供一款可行的電動車來抵消排放，在這些城市中，會有越來越多的潛在客戶。這就是BMW i3電動車項(xiàng)目發(fā)展的開始。

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工程師正在檢查碳纖維車身 copyright 123456

    那時(shí)，電動車市場并不景氣，因?yàn)槌林氐碾姵爻潆娨淮?，需要保證車輛至少行駛100公里(62英里)——這是日常使用中，最基本的駕駛距離。這就意味著，車輛需要輕一些，減少電池組的尺寸和成本，并提高操控性。碳纖維！能夠使用的，最輕、最堅(jiān)固的材料就是碳纖維。

 

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工程師正在檢查碳纖維材料的表面 copyright 123456

    “我們在碳纖維方面的投入不僅僅是針對單輛汽車，而是針對未來我們的整個(gè)產(chǎn)品系列及業(yè)務(wù)，” 艾希納說道。“目前對鋼鐵的利用已經(jīng)達(dá)到了極限，已經(jīng)沒有辦法可以使車輛變得更輕。”

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生產(chǎn)現(xiàn)場 123,123

    得益于所使用的材料，寶馬i3的重量比世界上最暢銷的電動汽車日產(chǎn)聆風(fēng)還輕20%。這使得車輛的0-100公里/小時(shí)加速時(shí)間僅為7.2秒，比日產(chǎn)聆風(fēng)快4秒。 123456

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正在組裝的碳纖維車身

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    “走一條新的道路總是伴隨著風(fēng)險(xiǎn)。”艾希納說道。“但是，如果我們成功了，這將給我們帶來一個(gè)巨大的機(jī)會。我們需要時(shí)間來超越競爭對手?，F(xiàn)在已經(jīng)沒有太多的機(jī)會來獲得這樣的優(yōu)勢。”

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已成型的車身側(cè)架 123456

    他表示：即使BMW i3的銷量未達(dá)預(yù)期，碳纖維生產(chǎn)也不會停止。從新一代寶馬7系開始，寶馬的主要產(chǎn)品的構(gòu)造中將采用碳纖維材料。

 

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碳纖維制作的車身結(jié)構(gòu)件 copyright 123456

    小伙伴們的不同想法

    雖然大多數(shù)汽車制造商都在進(jìn)行碳纖維實(shí)驗(yàn)，但是沒有廠商打算立刻追趕寶馬。戴姆勒集團(tuán)的奔馳并沒有把碳纖維看得很重要，相反，它正在設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)和電動機(jī)驅(qū)動的汽車，并計(jì)劃在2017年推出燃料電池車，因?yàn)檫@種車比純電動車的續(xù)航里程更長。
 
    對于采用碳纖維制造汽車的益處，“我們有不同的想法，”戴姆勒首席財(cái)務(wù)官博多·烏博在一次采訪中表示，“讓我們看看誰能給出更好的答案。”

    作為寶馬在豪華車銷量上的最接近的對手，奧迪把目光投向了混合材料，包括鋁、輕鋼以及碳纖維，而不是依靠一個(gè)單一的解決方案，奧迪發(fā)言人Josef Schlossmacher 表示。

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    在寶馬內(nèi)部，對于基于碳纖維材質(zhì)研發(fā)電動車的戰(zhàn)略，也不是沒有批判的聲音。艾希納和CEO諾伯特•雷瑟夫不得不向世界各地持有懷疑態(tài)度的公司管理人員論證他們的選擇，以獲得廣泛的支持。 copyright 123456

    “一些人開始并沒有意識到電動車的重要性，還建議我們制造超級跑車，”艾希納表示，“這一戰(zhàn)略在最初并沒有獲得普遍認(rèn)可。”不過通過寶馬的努力，這一戰(zhàn)略的第一款產(chǎn)品就要接受市場的考驗(yàn)，它的成功與否將左右寶馬未來的命運(yùn)。