詳細揭秘科幻獨特的寶馬i3生產過程，信息量很大

07-10

來源：阿車陳翾

i3在我們的眼中，可以有太多的理由被稱為一台引領時代的汽車：科幻獨特的外觀設計，高效節能的電動/增程式電動系統，從製造使用到回收的全方位環保理念，寶馬i遠程助理軟體與無線可穿戴設備的無縫連接等等。當然，也包括了寶馬創新的LifeDrive模塊以及全球首款全面採用碳纖維增強複合材料(CFRP)材料的量產汽車等等，而碳纖維複合材料的大量運用以及LifeDrive模塊結構也讓i3的製造過程與一般車型有著顯著的不同，現在就請大家與啊車君一起，走進寶馬，一起探秘i3的生產過程。

從微米開始，碳纖維到Life模塊的蛻變

i3 創新的車體架構由兩部分構成：一個部分是由鋁合金材料製成、驅動車輛的 Drive 模塊，其中集成了驅動系統、底盤、蓄電池、結構功能組件和防碰撞功能組件，另一個部分是碳纖維增強複合材料(CFRP) 製成、構成車廂主體的 Life 模塊。其中CFRP材質在寶馬i3上的應用比例以及使用規模，可謂是全球汽車業中少有的，而我們的講述便是從一根細小到幾乎可以說是微不足道的碳纖維說起。

CFRP材料最原始的形態是一條直徑大約只有頭髮的十分之一的聚丙烯腈纖維原絲，目前碳纖維的主要分為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類，其中聚丙烯腈纖維原絲製得的高性能碳纖維，其生產工藝比前兩種簡單且力學性能優良，適合大規模生產，目前使用這種原料生產的碳纖維產量約佔全球碳纖維總產量的90%以上。

在位於美國華盛頓州的莫西湖，寶馬與西格里集團共同投資1億美元建立了SGL ACF（Automotive Carbon Fibers）公司。聚丙烯腈纖維原絲被運到這裡，在溫度最高可達1400攝氏度的爐內，通過複雜的多級工藝流程、使用不同的溫度和氣壓條件，將單條纖維上的各種元素分解成氣態逐步去除，直至纖維幾乎完全是由碳元素構成並且具有穩定的石墨結構，而這種碳纖維的直徑僅有 7 微米（0.007 毫米）在這個過程當中，原本是白色的聚丙烯腈纖維原絲也逐步變為了黑色。處理完成之後，就像我們扭麻繩一般，大約每五萬條經過處理的碳纖維會被編織為纖維束，以留待下一步的應用。

莫斯湖工廠從 2011 年底開始生產這種碳纖維材料。該廠擁有兩條生產線，生產能力達到每年 3,000 噸。同時，莫斯湖工廠生產所需要的電力全部來自於當地的水力發電廠，從而實現了 100% 無 CO2 排放，能源利用效率也位居同行業企業前列。從整個生產流程的第一步開始，寶馬的全價值鏈內可持續發展理念就已被貫注其中。

碳纖維的第二段旅程從美國來到了位於德國的瓦爾斯多夫，在這家寶馬與西格里集團合資建立的企業里，在美國生產好的碳纖維束在這裡將接受進一步的加工。根據不同部位部件的需求，碳纖維束將以不同方式進行排列堆疊，加工成為碳纖維無紡織物，在進行裁剪之後，就構成了在蘭茨胡特和萊比錫的寶馬工廠生產碳纖維增強複合材料部件和組件所需的原材料。另外，不要以為裁剪之後的下腳料會就這樣被棄置掉，原材料可回收也是寶馬可持續發展理念的其中一部分，碳纖維生產過程中的下腳料會在瓦科斯多夫工廠經過再加工，重新用於寶馬i系列車型的生產。

在瓦爾斯多夫經過了處理之後，經過處理的碳纖維織物被運送到了位於德國蘭茨胡特和萊比錫的寶馬創新和生產中心，在這裡，碳纖維織物將發生質變，從原材料形態被加工成為寶馬i3和i8的碳纖維車身部件。

碳纖維的材料成本並不高，但以往完成品價格偏高其中一個重要原因就是批量加工的成本偏高。以往要將碳纖維原材料加工為部件，首先要將碳纖維泡在環氧樹脂中，形成基本的片材，然後在高壓容器中經過高溫高壓使片材通過模具成型，這樣的過程耗時長，耗能大，對模具的損耗也不小，使得生產成本居高不下。而寶馬採取的則是樹脂傳遞模塑（RTM）工藝，首先會將碳纖維織物進行初步的預成型，然後將碳纖維放入到模具當中，在高壓狀態下將環氧樹脂注入模具當中，通過精準的溫度、壓力和時間控制，使碳纖維和環氧樹脂結合，並進行固化，最終形成具備優秀剛性的碳纖維板材。這個加工過程可以全程自動化進行，而高壓高溫的處理過程僅需大約5分鐘，比起以往的數個小時大大縮短，同時生產過程中對於能源的消耗也將大大減少，時間成本與生產成本也同步降低。

即便是一些比較複雜的車身部件，也能夠通過這種設備以全自動化的方式生產出來，這將大大節約成本、提高生產效率，相對應的，以往的金屬制車身，則需要採取焊接、鉚接、螺絲連接等多種方式，將多個細小部件連結到大塊部件上，工藝更為繁瑣複雜。

在大塊的車身部件生產出來之後，廠方將對他們進行精加工，比如將部件的輪廓邊緣進行打磨處理、在部件上開口、處理形成部件之間的粘結面等，不過他們所採用的並不是傳統的砂輪、鑽頭之類的工具，而是採用了高壓噴水切割機。我們都知道，水是很難被壓縮的，高壓水射流的強度不亞於金屬，同時具備有清潔、無熱效應、能量集中、易於控制、效率高、成本低、操作安全方便等優越性。

在寶馬萊比錫工廠的一個新建車間里，工人們開始像砌模型一樣把之前成型的各個碳纖維部件組裝起來，其實說起來，每輛汽車的製造過程其實都像是砌模型，不過寶馬i3這套模型的零部件要少很多——就像我們之前說過的，早在碳纖維部件的成型過程當中，許多細小部件就已經被整合在一起了，因此i3的車身部件的數量只有普通鋼製車身的三分之一——大約150個碳纖維部件。

而碳纖維部件的結合更像是我們在砌模型——用膠水粘合。為了縮短固化時間，寶馬專門研發了特種粘合劑，在塗敷到車身部件之後僅僅經過 90 秒就可以接受加工，然後才產生粘性，在經過一個半小時之後就已經固化，使車身組件具有完全的剛性，速度比普通工藝提升了10倍，而通過另外的熱學加工，某些特定部位的固化時間甚至可以縮短至以分鐘為計算單位。整個過程全部為自動化操作，包括粘合劑的塗抹、部件的對接等等，除了節約人力之外，也減少了粘合劑中的化學成分對人地健康的危害——生產過程中工作人員的健康與愉悅也是寶馬全價值鏈內可持續發展目標的其中一項重要內容。

我們還可以通過以下的這段視頻，更形象具體地了解寶馬是如何用CFRP材質來打造i3的Life模塊的。

一段視頻不夠？啊車君再送一段給大家。

在所有部件粘合完成之後，由CFRP材質打造的Life模塊也已經基本成型了，下面讓我們去了解Drive模塊的打造過程。

鋁合金的盛宴電池與電機的舞台

介紹完Life模塊，我們把目光轉向Drive模塊。相比採用碳纖維增強複合材料打造的Life模塊，採用鋁合金打造的Drive模塊聽起來沒有那麼高精尖高大上，但技術含量一點也不遜色，要知道，以鋁合金打造底盤部件也是寶馬最拿手的技藝之一。

寶馬的丁格芬工廠負責打造i3的鋁合金底盤，同時也負責鋰離子蓄電池和變速箱等的組裝工作。寶馬i3的Drive模塊由大約160個零部件焊接組成，鋁合金的框架和鑄造部件通過總長達19米的焊縫被連接在一起，為i3提供輕量化底盤的同時，也保證了底盤的結構強度。

在底盤架構的間隙之間，廠方則放置了i3所採用的鋰離子蓄電池。i3鋰離子電池由三星提供,每輛車的電池8個電池包組成,每個電池包內裝有12個方形鋰離子電池單元。額定電壓360V, 凈容量18.8千瓦時。每個電池單元都有鋁合金外殼保護，在安裝過程當中，機器人會將電池包抬高並嵌入底盤模塊的鋁合金蓄電池槽當中，並安裝蓋板和底板。Drive模塊的鋁合金框架結構為蓄電池提供了理想的防護，而安裝在底盤部位的電池組在保證車身低重心的同時，也實現了最佳的重量分配比例，對提升車輛行駛動態和穩定性大有好處。

到這裡，i3的生產過程即將進入最後的階段，啊車君將和大家一起來到寶馬的萊比錫工廠，一起見證寶馬技術結晶誕生的一刻。

雙線總裝高效環保

在萊比錫的生產車間里，寶馬歷史上首次使用了一種雙線系統，也就是在一條獨立的生產線裝配 Life 模塊，在另一條生產線裝配 Drive 模塊。

在Drive模塊這邊，重量為230千克的鋰離子蓄電池會被集成到鋁合金底盤架構當中，並以螺釘與底盤架構相連，同時，電動機、變速箱以及是選裝的増程發動機也將在萊比錫工廠這裡與Drive底盤模塊進行連接。在裝配了在丁格芬工廠已經預裝好的前橋支架和其它車身結構件之後，BMW i3 的 Drive 模塊就可以進行最後總裝了。

有了骨架還得加上層皮，i3是寶馬旗下首款採用塑料蒙皮的車型，其重量比鋼板的重量減輕了一半，同時，塑料蒙皮還有輕微碰撞不易變形、不易受腐蝕、生產過程更為節能環保等優勢。塑料蒙皮的塗裝採用了乾燥分離技術，不會產生污水，耗電量只有同類水平的四分之一。此外，塗裝一輛寶馬i3 的用水量比普通車型降低了70%。

碳纖維增強複合材料打造的車廂來到總裝車間之後，將在Life模塊的專屬生產線上加裝設備，包括像是駕駛艙部件以及客戶選裝部件等等。在這些工作完成之後，激動人心的時刻即將到來。

兩個工業機器人會將粘合劑塗到 Drive 模塊上，然後將這個模塊送入車身拼裝工位，並對齊安裝位置。一個抓取式機械手則將 Life 模塊放到 Drive 模塊上，在車身自重的作用下開始執行拼裝工藝。不過不用擔心只用膠水的話這兩個模塊的連接是否牢靠，其實Life和Drive模塊之間還會通過四個螺釘進行連接固定，以確保萬無一失。

所有部件組裝完畢之後，和別的寶馬車型一樣，i3也需要經過嚴格而全面的質量檢查，以保證其品質和寶馬的傳統車型保持同樣的水準。然後，寶馬i3就將駛下生產線，前往全球各地，接受消費者的檢驗。

新理念製造新紀元

縱觀寶馬i3的整個生產過程，有幾個明顯的特點可謂貫穿始終。首先是高度的機械化，機械化雖然不算新聞，但在整個i3的生產過程當中，機器人的大量採用已經讓生產過程已經基本實現自動化，人手操作僅局限在了最低程度上。除了明顯提高生產效率之外，減少製造誤差之外，人力成本也得以大幅降低。

此外，環保與可持續發展的理念也貫穿寶馬i的整個生產流程。i3大量使用可回收材料製造，同時全面採用水電和風電等可再生能源。除了莫斯湖工廠全部採用水電之外，萊比錫工廠則建立了四座風力發電機，年發電量高達26千兆瓦時，可滿足整條i生產線的用電需求。i生產線目前每天可生產100輛左右i3和10-12輛左右的i8, 製造過程比傳統汽車製造節電50%，節水70%。

電動汽車常常以環保自我標榜，但使用過程當中的零排放零污染僅僅是環保的其中一個方面，而不少人也開始反思電動車在生命周期前後對環境所造成的危害或許更甚於傳統車型。只有從產品的製造使用到報廢回收的全過程都將環保與可持續發展的理念貫穿其中，在每一個環節中都盡量減小對環境的損害，這樣才能真正稱得上是全面的環保與可持續發展，而寶馬在i系列車型的打造過程當中也正是這樣做的。i系列車型在技術層面上未必有脫胎換骨的革命性突破，但其對於環保的全面重視更值得我們關注。