Топ-5 трендов автомобилестроения, движущих инновации сегодня

Шант Алексаниан, менеджер ключевых аккаунтов, Fast Radius

Одна из крупнейших проблем, стоящих перед автомобильной промышленностью — постоянный толчок к технологиям, позволяющим инженерам производить детали, более лёгкие по весу, более высокие по прочности и более низкие по стоимости. Это привело многих производителей к поиску инновационных новых материалов и методов, позволяющих им эффективнее удовлетворять меняющиеся потребительские и отраслевые требования.

Возьмём спрос на электромобили, например. Сейчас рыночный спрос опережает способность автопромышленности предоставлять электромобили по доступной для потребителей цене, جزئно потому что производители батарей начинают достигать пределов возможностей с текущими технологиями.

Однако новые дизайны силовой передачи — системы, конвертирующей энергию батареи в переменный ток для мотора — включают кремнисто-карбидные (SiC) полупроводниковые технологии, которые повышают эффективность батарей, делая их более стоимоэффективными для производства. Пока это лишь один пример, разработки в технологии силовой передачи — доказательство более крупного движения, происходящего во всем секторе автомобилестроения — определяемого усиленным фокусом на стоимость и топливную эффективность, устойчивость и персонализацию. Вот некоторые из топовых трендов автомобильной промышленности 2020 года.

1. Лёгкие, топливоэффективные материалы

Многие автомобильные компоненты традиционно производились из чугуна и стальных сплавов, оба из которых прочны, но тяжёлы. Однако развития в производственных технологиях позволили автокомпаниям заменить эти металлические компоненты новым набором материалов — включая алюминий, магний, высокопроизводительные пластики, углеродное волокно и другие композиты — которые значительно легче и предлагают сопоставимую прочность и жёсткость. Это позволяет производителям удовлетворять потребительский спрос и всё более строгие федеральные стандарты топливной экономии.

По данным Министерства энергетики США (DOE), включение инновационных лёгких материалов в автомобильный дизайн может снизить вес шасси на 50%, и каждое 10% снижение веса может увеличить топливную эффективность до 8% — преимущества, которые производители продемонстрировали. Когда Ford представил полностью алюминиевый пикап F-150 в 2015 году, автомобиль оказался значительно легче стальных аналогов на рынке, давая грузовику лучший в классе расход топлива.

Лёгкие материалы становятся особенно важны по мере сдвига автосектора к увеличению электрификации, так как они позволяют автомобилям нести более продвинутые системы безопасности, электроники и эмиссий без увеличения массы автомобиля. По данным DOE, потребители могли бы экономить 5 миллиардов галлонов топлива или более в год к 2030 году, если даже 25% лёгких автомобилей будут сделаны с лёгкими компонентами и высокоэффективными двигателями. Повышение топливной эффективности также увеличивает запас хода электромобилей.

Углеродное волокно — один материал, чья прочность и жёсткость привлекательны для производителей. Это потому, что оно позволяет инженерам создавать детали с значительно меньшей массой, но эквивалентными производительными характеристиками компонентам из лёгких металлов и других композитных материалов.

Однако, поскольку производство углеродного волокна требует экстремально точных производственных методов, это трудоёмкий и дорогой материал. Пока большая часть текущего спроса на углеродное волокно приходит из аэрокосмических и энергетических секторов, больше углеродного волокна, вероятно, будет включено в автомобильные дизайны, особенно по мере того как производственные процессы становятся более продвинутыми и стоимоэффективными.

2. Автоматизация и беспилотные автомобили

Автоматизация — ещё один ключевой тренд автомобилестроения. Используя силу и эффективность искусственного интеллекта, машинного обучения и технологий Интернета вещей (IoT), автокомпании улучшают и безопасность, и эффективность своих автомобилей.

IoT-технологии в частности готовы трансформировать автосектор. Беспилотные автомобили когда-то казались невозможностью, но производители сегодня создают умные машины, обновляющие свои алгоритмы вождения на основе реальных данных, захваченных другими автономными машинами.

Эти данные загружаются в облачную систему, анализируются и перераспределяются для улучшения автоматизированных функций всего автопарка. Это также позволяет машинам использовать сложные системы высокомощных камер, лазеров и удалённых датчиков для обеспечения адаптивного круиз-контроля или обнаружения съезда с полосы, тем самым улучшая безопасность пассажиров.

Кроме того, пандемия COVID-19 подсветила некоторые потенциальные преимущества беспилотных транспортных средств — в частности их способность доставлять продукты, лекарства и другие вещи без необходимости человек-к-человеку взаимодействия, которое могло рисковать воздействием.

3. Электромобили

Пока электромобили ранее были ограничены их запасом хода и дорогими производственными затратами, передовой литий-ионный катодные батареи стали более мощными и более экономичными для производства в последние годы. Фактически, электромобили могут стать дешевле в производстве, чем их бензиновые аналоги, уже к 2022 году. Цены на батареи снизились на 80% между 2010 и 2019 годами, и ожидается дополнительное снижение на 45% в следующем году.

Tesla — одно из ведущих имён в электрическом автопроизводстве, частично из-за постоянного الالتزام компании толкать границы того, что могут делать батарейные технологии. Желание долговечных батарей с большим запасом хода привело компанию к смене от литий-ионных батарей к литий-железно-фосфатным. Смена химии делает батареи дешевле в производстве, увеличивает запас хода между зарядками до более 400 миль и может увеличить цикл жизни батареи до 1 миллиона миль. Не только это, железно-фосфатные батареи безопаснее и могут уйти на вторичные или третичные жизненные циклы как накопители энергии.

Другой ключевой игрок на пересечении автономных и электрических секторов — Waymo, дочерняя компания материнской компании Google, которая недавно партнерировалась с Volvo для производства флота каршеринговых машин, которые и беспилотны, и электричны. Эти машины будут иметь 4-й уровень автономии, означающий, что они смогут управлять сами в большинстве ситуаций без ввода пользователя (по стандартизированной системе рейтинга Society of Automotive Engineers, 0-й уровень указывает на отсутствие автономии, 5-й — на полную). Эти факторы все способствуют сделать автомобилестроение более устойчивым, смещая источники энергии от ископаемого топлива к всё более эффективным электрическим батареям.

4. Использование аддитивного производства для создания нестандартных деталей с 3D-печатью

Пока аддитивные производственные методы помогают многим автокомпаниям производить лучше работающие машины эффективнее, полный потенциал технологии ещё в значительной степени не раскрыт. 3D-печать широко используется для быстрого прототипирования, но развития в аддитивных технологиях теперь позволяют производителям 3D-печатать производственный инструментарий и конечные детали.

Аддитивные технологии могут помочь оптимизировать дизайн и производство. Например, многие компоненты (вроде воздухозаборных каналов), которые ранее должны были литься отдельно и затем сварчиваться вместе, теперь могут быть произведены аддитивно в одношаговом процессе. Аддитивные технологии также могут использоваться для создания уникальных геометрий, экономящих значительно больше места внутри приборных панелей и обшивок, чем компоненты, произведённые традиционными методами.

Ford был одним из первых автопроизводителей, воспользовавшихся трансформативной силой аддитивных технологий. При проектировании Shelby GT500 2020 года компания использовала аддитивные производственные процессы для тестирования более 10 разных дизайнов для конкретного компонента одновременно. Это позволило Ford создать то, что называли «наиболее аэродинамически продвинутым Mustang до сегодняшнего дня».

Гибкость онлайн-аддитивного производства также помогает митигировать потенциальные проблемы автосектора с цепочкой поставок — Porsche, например, теперь производит редкие или малообъёмные компоненты для своих наследических моделей машин с помощью 3D-печати. Универсальность технологии означает, что очень вероятно, что всё больше и больше автомобильных компонентов будут производиться через инновационные методы, чем когда-либо раньше.

5. Массовая кастомизация

Другой возникающий тренд автопромышленности — массовая кастомизация, отражающая более крупный глобальный тренд к персонализации. Сегодня до двух из трёх людей говорят, что это важный фактор при выборе нового автомобиля.

Аддитивные технологии не только позволяют специализированным автопроизводителям производить уникальные машины на экстремально низких объёмах эффективнее, но также позволяют не-люксовым производителям предлагать стоимоэффективные варианты кастомизации для своих автомобилей.

Mini и Ferrari — две компании, которые теперь позволяют покупателям кастомизировать всё от цвета внешней обшивки машины до гранулярных деталей вроде LED-подсветки и индивидуализированных приборных панелей. Производители могут использовать преимущества онлайн-производства для эффективного и экономичного решения проблем, поднятых персонализацией. Вместо производства деталей в массе, как поддерживают традиционные производственные модели, онлайн-производство точно адаптирует производство к спросу через операционную гибкость.

Производство более автономного и устойчивого будущего

В конечном счёте эти тренды отражают широкий потребительский интерес в продуктах, которые высокого качества, эффективны, устойчивы и адаптированы к их специфическим потребностям. Автопроизводители, лучше всего позиционированные для успеха в грядущие годы — те, кто способен использовать новые технологические инновации для более эффективного и действенного удовлетворения требований своих клиентов. Умные технологии, автоматизация, электрификация и кастомизация — все тренды, которые продолжат формировать эволюцию автопромышленности.

Онлайн-цифровая производственная платформа Fast Radius позволяет нам предоставлять сквозную поддержку каждому из наших клиентов на каждом этапе производства. Наши дизайнерские команды обеспечивают оптимизацию дизайнов деталей для производимости, а наши инженеры помогают определить наиболее эффективные методы и процессы для производства превосходных компонентов. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше или начать заказ.