制造未来:更快、更绿、更个性的造车商

出色的力量 2024-02-08 14:03:21

也许有一天,人们光顾汽车经销商的唯一目的就是进行“量体”。

机器会精确地激光扫描买家的承重后背,然后将测得的数据发送到经销商的 3D 打印机,或者发送到数千个可能主导汽车产业的小批量自动化中心之一。该机器可以称得上座套打印机。在此过程中,消费者会看到成千上万种人工智能迭代出来的虚拟颜色和图案,因而可以个性化定制汽车,而这在当前统一样式批量生产的时代是不可能实现的。

几小时或几天后,你梦寐以求的汽车座椅就会出现在交付中心。

我们离定制个人交通工具的世界还有多远呢?严格来说,中间的阻碍并不多。但这需要汽车制造商从根本上改变设计、制造和销售汽车的方式,更重要的是,改变设计、制造和销售汽车的速度。但讽刺的是,关于速度的交通运输行业本身发展的速度并不快。

要想了解汽车制造的个性化未来,不妨看看当前的行业标准。

拿丰田凯美瑞(Camry)来说,它是历史上最受欢迎的汽车之一:虽然这款中型轿车的外观设计看起来很流畅,但它的金属结构实际上是由较小的钢、铝和混合金属部件拼装而成的,这些部件经过冲压、挤压、锻造或铸造,使用各种机械紧固件、焊接和粘合剂组装成称为单元体的坚韧结构。

丰田凯美瑞一直是历史上最受欢迎的汽车之一。这是 2006 年 1 月推出的混合动力车型。

这种造车方式缺乏灵活性,依赖大量的人力投入,且不精确。这一过程还存在高能耗、高排放和高材料成本的弊病。尽管如此,由于种种原因,汽车行业在拥抱下一代制造技术方面行动缓慢。

特斯拉是例外。在过去的 5 年里,这家硅谷汽车公司开始投资于所谓的“千兆铸造”技术:使用大型高压铝压铸件来替代数十个拼接部件。巨型千兆压铸机最初由意大利供应商 IDRA 研发,现已成为特斯拉全球战略的根基,也是其盈利能力领跑行业的关键所在。

特斯拉位于柏林勃兰登堡的超级工厂,机器人在焊接 Model Y 电动汽车的车身。

人类工人在完成自己在生产线上的任务。

特斯拉首席执行官埃隆·马斯克曾在接受采访时表示,公司的目标是将整个汽车车身压铸成一个尺寸完美的单体,从而省去拼接数百个零件和完成无数道工序的麻烦。

这样的结构从铸造机器中出来时就已经做好。“你不需要对它进行处理或修正,不需要任何的加工。”密歇根州奥本市 Munro & Associates 公司的制造业顾问 Sandy Munro 说,“它就像变魔术变出来一样。”

新型制造工艺还可以实现另一个目标:解决碳足迹问题。西方传统汽车制造商已经做出了某种净零排放的承诺——不仅仅是碳中和,而是到本世纪中叶消除或抵消所有碳排放的更高标准。

Kevin Czinger(左)和儿子 Lukas Czinger 在他们公司的办公室里。

位于加州托伦斯市的先进制造咨询公司 Divergent Technologies 的首席执行官 Kevin Czinger 指出,无论传统汽车制造商多么真诚地想要实现零排放,用传统的方式制造汽车的话,它们都无法达成目标。他说,从汽车的整个生命周期的排放来看——包括能源、采矿、加工和制造等上游投入,以及生命周期结束后的回收和处置——“我们制造汽车的方式对环境的影响比我们为汽车提供燃料的方式更大。”

Czinger 的愿景是“实现汽车制造去物质化”——也就是说,通过在世界各地成千上万的 3D 打印微型工厂“实现生产大众化”,大大减少材料和能源的消耗。

Lukas Czinger 坐在 Czinger21C 中。他从耶鲁大学电气工程专业毕业后加入了父亲的公司。

Divergent Technologies 公司成立于 2015 年,致力于为汽车和国防行业的客户提供增材制造(一般指 3D 打印)方面的技术服务,其中包括人工智能支持的设计优化和机器人装配等。2017 年,Czinger 的儿子 Lukas 从耶鲁大学电气工程专业毕业后加入了他的公司。两人于 2019 年共同成立了 Czinger Vehicles 公司,意在打造 Czinger 21C 汽车。Czinger 21C 是一款激进的油电混合动力汽车,主要采用 3D 打印部件。

据 Czinger 称,21C 整备重量约为 1.3 吨,马力高达 1250 匹,速度极快:百公里加速在 2 秒内,完成 500 米加速只需 8.1 秒。2023 年夏天,该公司接近量产的原型车在全美各地的多个赛道上打破了最快圈速纪录。

目前还没有 3D 打印出来的轮胎。21C 的玻璃和碳纤维面板也是通过传统方式成型的。虽然从技术上讲不是打印出来的,但 V8 发动机的缸体是用机器人在六轴机器上用钢坯铣出来的——已经很接近 3D 打印了。

其余大部分部件都是通过一种名为激光烧结的增材制造工艺,用 Czinger 专有的高规格合金调色板制造而成。在我最近的一次访问中,Lukas 邀请我仔细观察 21C 的前制动器“节点”。那是一个网状金属结构,约有篮球大小,替代了转向节、轮毂和制动钳。有些结构是中空的,用于承载液压系统和引导气流。他说,“用传统的工具根本无法制造出这样的部件。”

(左右滑动)Czinger 21C 的前制动器“节点”,采用 3D 打印工艺制造而成。

经过人工智能优化的部件都具有柔软、简约和仿生的特性。“这是迭代设计过程的产物,”Kevin Czinger 说道,“自然选择总是追求效率最大化,按需使用材料。”

丰田则希望,在任何人能够按下汽车“打印”按钮之前,就能预见到消费者的诉求、奇思妙想、需求和渴望。

2022 年,加州丰田研究院的设计研究人员开始在汽车设计中尝试使用稳态扩散(Stable Diffusion)技术 ,这是一种可将文本转化为图像的生成式人工智能模型,可以产生逼真的成果。人工智能能够根据广泛而往往不精确的线索——例如“时尚、阳刚的轿跑车”——让人类设计师进入构思阶段。

丰田研究院的一名设计师正在使用生成式人工智能。

生成式人工智能优化丰田汽车空气动力学的渲染图。该图像是经过该公司专有技术强化的“稳态扩散”技术生成的。

项目负责人 Avinash Balachandran 指出,此前训练 AI 模型所用的数据集“肯定没有针对汽车进行优化”。从那时起,丰田研究院的团队就开始教人工智能从空气动力学效率的角度分析它所看到的图像。Balachandran 说,下一步要做的是了解还能推断出哪些工程量;以及“想办法整合丰田所有的设计资源和工程档案”。

他指出,如果人工智能优化汽车美学让你感到丝毫不安,那么你要知道,丰田的技术开发背后始终是由人类发号施令。“我们所做的只是强化设计师和工程师的工作,而不是取而代之。”

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