【摘 要】工业4.0是是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一，核心是将网络化和智能化引入到生产过程中，较大程度降低对劳动力的依赖，提高制造业生产力与竞争力。本文针对汽车行业的高效低碳排放要求，结合工业4.0战略的发展趋势，对汽车制造企业的智能化技术和信息化手段展开论述。
【关键词】工业4.0；汽车低碳技术；智能制造
“工业4.0”是以智能制造为主导的第四次工业革命，是由德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威提出的战略概念，旨在通过充分利用信息通讯技术和信息物理系统（Cyber Physical System，CPS）和信息通讯技术相结合的方式，将制造业向智能化转型。“中国制造2025”是中国实施制造强国战略的第一个10年行动纲领，意在全面提升中国制造业发展的质量和水平，并降低总体生产活动的碳排放。随着两国经济往来日益密切，“中国制造2025”与德国“工业4.0”逐渐深入对接，尤其是在汽车产业方向，成为中德两国创新合作促增长的示范。
一、汽车行业的智能工厂与智能制造
近年来，全球汽车产业发展变革在工业4.0的驱动下呈现出一些新趋势，概括而言就是产品特征有变化、生产方式有变化、使用模式有变化。
1.汽车产品的智能网联特征将更加明显。
工业4.0下的汽车制造行业，就是利用互联网，将智能化贯穿在生产、物流和服务各个消费者相关的领域，主打智能化工业技术，使汽车车间实现自动化、智能化、互联网化的汽车生产制造过程，包括无线射频技术、工业以太网、在线条码、二维码比对、影像识别、机器人等技术应用。依托信息物理系统（CPS）和信息通信技术的结合，工厂将引入大数据技术进行分析优化管理，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，最终将实现自动化、智能化、互联化的生产制造。实现这种能实现这种制造方式的工厂被称为智能工厂。工业4.0战略的展开方向之一就是智能工厂。在这场新的变革中，汽车制造商、零部件供应商、软件提供商等站在各自需求角度对智能工厂都有着各自的解读，也因而带来了不同层面的实践，以及不同形态的智能制造解决方案。
2.生产方式向智能制造转变。
工业4.0没有目标，而是机械化、数字化和无线互联相组合的新体系，这个体系的建设永无止境。各企业都在向着4.0进发，差别在于无线互联的控制程度和智能化程度。近年来，在各大汽车制造厂商车间，越来越多的智能化机器手广泛应用于汽车行业的自动化、数字化、智能化车间，已经成为汽车智能制造的重要载体。近年来更是出现了“无人化”车间，弧焊、点焊、装配、搬运、 喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业全部交由工业机器人来做一条传送带，代替了人工操作，在一定幅度上提高了生产效率与安全性。 为了适应现代汽车制造技术柔性化、灵捷化、智能化、信息化的发展趋势，国内汽车制造业在汽车生产中引入了自动导引运输车（Automated Guided Vehicle，AGV），使汽车装配的生产组织、信息管理和物流技术等方面实现了质的飞跃。
同时，以大数据支持的数字化和自动化总体策略和路径逐渐实现。汽车在配置選项变得越来越多、生产越来越复杂的同时，汽车生产企业又希望产品更快速的上市、更及时响应市场需求，这本身就是相互矛盾的。因此，汽车制造商若要维持长期的竞争优势，还离不开维护服务这个关键环节。维护服务的重要任务是将生产过程中产生的“大数据”变身成为“智慧数据”，从而帮助企业做出明智的决策。
3. 低碳排放的智能交通体系构建具备更好基础。
工业4.0、低碳制造、中国制造2025等相关战略构想的竞争，将在很大程度上体现为标准的竞争。随着低碳制造的推广及技术普及，低碳概念在越来越多行业中得以实现，低碳时代已经来临。在交通行业，尾气、噪音都是对环境的重要未然，就节能减排来说，智能交通体系必须要考虑低碳排放要求。智能交通系统作为未来交通系统的发展方向，将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。从这个角度看，率先制定相关标准如汽车行业碳排放标准，并尽可能推向国际化是有利的，但考虑到中国汽车及相关产业的发展基础，这项工作的难度是非常大的。与此同时，工业4.0等新的理念方法在中国汽车产业的应用，仍然是一个开放性的新课题，先定标准很可能会抑制企业自主进行的多样化探索及创新。
二、与低碳制造要求相关的技术改进
随着温室效应日益严重，节能环保成为汽车工业发展的新主题。京都议定书限制排放的6种温室气体是二氧化碳、甲烷、氮氧化物以及其他3种用于取代含氯氟烃的卤烃。而这6种气体大都与汽车有关，其中二氧化碳、氮氧化物来自内燃机的燃烧，氯氟烃用于汽车空调。由此可见，汽车工业正在面临资源紧张、环境污染等挑战，同时也具有巨大的节能减排潜力。
低碳经济发展要求汽车工业实现低能耗、低排放，要求开发出更先进、更环保的技术。汽车行业主要的发展方向集中在以下几点：
1.低耗高能效的技术改进：以目前汽车生产的主要技术为基础，以降低能耗提高能效为目标，对汽车组件或整车结构进行优化改进。以大众汽车集团为例，使用环保的蓝驱技术（BlueMotion）以实现未来在汽车制造业的愿景。这些技术包括新的启停系统和再生制动能量回收系统，电力驱动装置和混合动力系统，以及新型TSI EcoFuel汽车所采用的智能驱动系统。
2.新能源汽车及技术：新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车.包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。上海通用汽车实施面向未来的“Green Drive绿色科技战略”，致力于高效节能技术的研发和普及，包括混合动力技术、高效动力总成技术、整车轻量化及其他绿色科技应用。
3.新材料替代：因为碳纤维复合材料可以大幅减轻车身质量，目前已经应用在一些高端车型上，但大规模使用一直受限于高成本。因此开发低成本碳纤维复合材料，扩大市场应用将是未来的重点。2012年4月中旬，美国福特汽车公司与陶氏化学签署协议，双方计划合作开发将先进碳纤复合材料大批量应用于汽车和卡车上的经济可行性。
4.汽车能效标准制定：随着世界各国对能效的重视，欧盟、日本、美国等发达国家和组织都积极建立了各种针对能效的法律法规体系。美国政府发布新的汽车能效标准，要求在2025年以前，将汽车与轻型卡车的能效标准提高近一倍。而我国仍未提出汽车行业降低CO2排放的指标。针对我国的发展现状，仅仅考虑行驶中尾气排放的评估方式，已经不能满足社会对于整个汽车加工行业的低碳需求，控制汽车排放的法规应涵盖汽车生产的全生命周期，包括从原料生产到报废后回收再利用的整个过程，这样评估更加准确有效。通过对汽车全生命周期中能源消耗全面分析，旨在了解和把握汽车工业的能效要求，从而对汽车基准能源消耗效率的政策制定研究，为建立我国汽车能效的技术性能效标准提供参考，同时为汽车制造的技术改进提供完善空间。
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