目前99%的整车厂都在沿用1913年福特发明的流水线生产模式，即一辆辆汽车自始至终沿着一条主线前进，经冲压、焊接、涂装、总装，期间各零部件运至主线旁边再逐一装配到车上，是一种串行的线性生产模式。而全新的“开箱工艺”（Unboxed Process），最早出现在2023年特斯拉投资者日上，其核心理念其实就三点：产品一体化、高度模块化以及装配分散化。

       2月初，美国宣布对来自墨西哥的商品加征25%的关税，尽管最后达成协议暂缓实施，但仍然给早已一体化的美加墨汽车供应链体系蒙上了一层阴影。早在去年7月份，特斯拉就宣布暂缓墨西哥工厂的建设计划。有消息称，特斯拉此前声称用于墨西哥工厂的新一代制造技术Unboxed Process将改在德克萨斯州奥斯汀工厂实施，用于生产最新发布的Cybercab自动驾驶出租车，也将尘封许久的Unboxed Process重新拉回行业视线。
 
1 全新的“开箱工艺”

       Unboxed Process，中文翻译为“开箱工艺”，最早出现在2023年特斯拉投资者日上，其核心理念其实就三点：产品一体化、高度模块化以及装配分散化。目前99%的整车厂都在沿用1913年福特发明的流水线生产模式，即一辆辆汽车自始至终沿着一条主线前进，经冲压、焊接、涂装、总装，期间各零部件运至主线旁边再逐一装配到车上，是一种串行的线性生产模式。
 
       而Unboxed Process是将车辆拆分为几块大的区域模块，比如前部（包含机舱内所有零件及前舱车体）、中部（包含前排座椅、底板及中控总成）、尾部（包含后排座椅、底板及尾箱）等，将不同的区域大模块分散在各支线（或工作站）进行装配后，再统一运送至最终合装线（或工作站）将其合并为一辆完整的车。
 
       如果觉得较难理解，可以联想为盖房子。一般盖房子先得打地基，一层层搭建楼房框架，再刷漆、装门窗，最后业主收房装修、搬家入住，先有框架再扣内部细节。但这种模式的缺点，一是长期占用大面积工地且效率低，从开始建到收房至少得3-4年；二是抗干扰能力差，某个环节出现问题或某种材料缺货，整个项目都得停工。

       而Unboxed Process可以看作是把整栋楼像切蛋糕一样切分成几小块，每块都在不同的地点建造，各小块从里到外全部建完且装修完后统一拉到最终工地，通过塔吊将其逐一垒成一座完整的楼，这种模式无需长期且大面积地占用场地、各环节互不影响、整体效率更高、业主直接拎包入住。

       先说结论：让人眼前一亮的创新的确很多，但颠覆上百年的汽车制造不至于，甚至不及丰田推行精益那一波带来的冲击，Unboxed Process更多还是战术而非战略上的创新。

2 创新细节一览

       去年9月，特斯拉正式获批了Unboxed Process的专利（WIPO专利号WO2024182432）。从WIPO（World Intellectual Property Organization）公布的专利文件中可以看到其部分技术细节及创新亮点。

       1.高度集成模块化设计
   
       Unboxed Process将车体分为五大主模块（前、中、后、左、右），以中间模块为基准，其余模块依次合并从而形成完整车体。每个主模块又由多个子模块组成。其实模块化设计在汽车界不算新鲜事，早在1980年代大众汽车就提出了模块化平台概念，不同车型的底盘、动力系统和电子电气架构实现共享，进入21世纪后模块化的设计逐渐由零部件扩展到整车系统。而且类似的组装模式在其他行业也有类似，比如造船业目前流行的总段/分段式建造模式与此也有异曲同工之处。只是特斯拉相比其他车企在模块化设计方面更为极致。

       2.优化涂装流程
 
       从工艺流程图中能够看出Unboxed Process还是基于传统整车工艺，并没有颠覆“冲-焊-涂-总”的传统生产流程，创新亮点主要在涂装环节。首先是色漆的喷涂，传统的色漆喷涂除了车身外覆盖件，前舱、尾箱、乘员舱内部也有喷涂，而Unboxed Process的色漆喷涂只针对车身可被用户直接看见的部分，看不到的部分不喷涂色漆，简化了工艺流程、节约了能耗、降低了材料成本。其次是按照模块分线进行喷涂，取代了传统的整个白车身统一喷涂的方式，能够大大减少涂装车间面积、提高涂装效率、降低建设成本。

       3.新增模块定位环节
 
       所有主模块装配完成后会统一运送到最终合装处，最后的合并是装配环节的重中之重，Unboxed Process针对前部和尾部两个主模块专门设置了定位环节，在前、中、后三部分定位合并后再装配左、右两部分，与传统总装工艺一个个零部件沿流水线依次装车的模式有着本质上的区别。因为涉及到多个子模块的同时匹配与连接，相比传统总装工艺一个个零件依次装车更加复杂，对于装配精度的要求也更为严格，如果技术落地将会是整个生产流程的瓶颈。

       4.车门一次性装配
   
       传统的整车工艺，车辆从涂装车间进入总装车间，先得把四个车门拆下来送至车门分线，装完全部零件后再送到最终线装回车上（如果不拆车门，工人进出车内装配零件会非常困难）。Unboxed Process因为是集成模块化设计，车门可以独立于车体进行装配，也可以将车门单独喷涂，等所有零件装配完成后再运送至装配线与车体汇合，仅一次性装配，无需重复拆装，简化流程的同时也减少了反复拆装过程中的磕碰划伤风险。其余环节如外饰件、车灯、轮胎的装配与传统工艺并无本质区别。

       5.全新车体连接方式
 
       传统的车身主要是通过各种焊接工艺来完成全部车体的连接。Unboxed Process由于在主模块合并时全车已完成喷漆和子零件装配了，再去焊接无疑会损坏车漆，产生的焊渣也会对内饰件造成损伤，另外空间也不够焊接机器人操作。因此Unboxed Process采取的是螺栓连接方式，在各主模块连接处至少使用了30余个螺栓，涵盖车顶前后横梁、仪表板上部及两侧的钣金、后门槛及后翼子板区域，在当下汽车制造业是独一份。

       6.移动式柔性产线
 
       如今的乘用车总装线还是基于福特流水线模式，吊具承载着车身沿固定轨道运行，工人站在自动传送带或移动大平板上随车进行装配，这种模式产线占用空间大、升级调整困难。Unboxed Process是以AGV为总装线核心，车体各模块均通过大型AGV进行运送，可根据车间布局与工艺排布自由设定AGV行进路线，产线柔性更好、调整更加便捷。其实类似的模式在商用车制造领域已有应用，乘用车由于车身自重更轻、生产节拍相对固定、产线速度更快、日产量更高，“固定轨道+吊具”模式能保证低建设成本和高生产效率，仅在个别环节如车身-底盘拼合会使用大型AGV进行运输，完全放弃固定轨道和吊具，在乘用车制造领域并不多见。

       Unboxed Process可以说是汽车制造领域的重大创新。由于减少重复装配、精简喷涂区域、产线柔性设计，特斯拉声称Unboxed Process会让工厂制造工人减少40%，制造所需的空间和时间也将减少30%，缩短新车开发周期至18-24个月，装配费用降低到目前使用传统模式生产的Model 3或Model Y的一半。

3 几个问题仍待解答

       Unboxed Process理论上看起来很好，但有几个问题仍待解答：

       1.产品工程如何解决？

       高度集成的模块化设计与创新性的车体螺栓连接，相应的汽车产品工程层面的设计也需要大规模调整。例如遍布全车的车身主线束，主体线束分布在整块底板之上，分支线束遍布前舱、乘员舱、四门及尾箱，如果将全车拆分为几大模块，早已一体化的全车线束就需要重新设计布局、走向及连接点。再比如车体用螺栓连接，整车的刚性、耐久性能否满足法规要求目前都是未知的。

       2.装配及零部件精度能满足吗？

       传统的汽车总装，零部件是一个个依次安装，装配有问题立刻就能发现。Unboxed Process的分散式装配，最后主模块合成环节涉及到多个子模块的同步匹配，对于装配精度要求极高，有一个零部件尺寸有误或装配不到位，整个模块都将无法安装，这会极大影响生产效率。此外，零部件公差的累计问题也对供应商的制造水平提出更高的要求。

       3.降本增效效果到底如何？

       Unboxed Process理论层面是会比传统生产模式有着更好的降本增效效果，但很多隐形成本目前仍是未知的。首先是装配及零部件精度不够造成的大量返工及零件损耗成本，如果最为关键的最终合装环节出现问题，很难快速锁定根本原因，因为同时涉及多个子模块及零件的定位与匹配，变量太多。即便锁定问题所在，后续返工也会耗费大量时间，过程中的物料损耗难以统计。其次是设备的引进成本，比如大型AGV、工业机器人、人形机器人、大型压铸机、新的模具、工装等。还有新工艺带来的人员培训成本等。
 
4 关键技术趋势值得关注

       虽然Unboxed Process目前仍处于前期探索及验证阶段，但其中涉及的关键技术趋势值得业界关注。

       1.一体化压铸的广泛应用

       一体化压铸是Unboxed Process的核心支撑技术，早在2019年特斯拉就引入了一体化压铸用于Model Y的制造。与传统的压铸工艺相比，一体化压铸技术在材料利用、生产效率、产品质量、一致性和成本等方面具有明显的优势。通过将多个零件合并成一个整体统一压铸，减少制造工序和时间，降低生产成本。目前特斯拉奥斯汀工厂采用的一体化压铸方案可将前、后底板零件数量从171个减少至2个，焊接点数量减少超1600个。不过由于车辆碰撞后维修成本高昂，后来很多车企又开发出各种分段式一体压铸方法来降低维修成本，在此不做过多赘述。
 
       除了特斯拉外，还有很多车企也开始使用一体化压铸技术。例如小鹏汽车引入12000吨压铸机用于G6、G9的后车身制造、极氪汽车采用7200吨压铸机用于一体式后车身制造、小米汽车配备9100吨压铸机用于SU7车型的生产。目前掌握大型压铸机技术的厂商如力劲科技、海天、伊之密、瑞士布勒集团等均推出了大型一体式压铸机产品。
 
       2.3D打印被更多用于模具制造

       在一体化压铸过程中，3D打印技术对制造测试模具发挥着重要作用。传统的大型金属测试模具设计过程需要耗费几百万美元，制作完成后，每次的加工调整也需要花费几十万美元，如此高昂的成本是很多车企所无法承担的。为此，特斯拉使用3D打印技术用工业砂制作测试模具。相较于传统的砂型铸造，3D打印极大地简化了工艺流程。它取代了传统的制模、造型、制芯工艺，降低了对工人技能的依赖，还能制作更为复杂的砂型和砂芯。通过数字设计文件，将液态粘合剂以喷涂的方式沉积到薄薄的砂层上，逐层构建出用于压铸熔融金属的模具。即便多次调整，设计验证成本也仅为金属原型的3%。不仅在成本上优势显著，还大幅缩短了设计验证周期，从原本金属模具原型所需的6-12个月，减少到了2-3个月。
 
       3.人形机器人开始进厂

       人形机器人一直是行业热点，随着春晚宇数科技的扭秧歌机器人大火，又掀起了一波热潮。对于汽车整车制造，冲压、焊接、涂装自动化率90%以上不成问题，有的工厂甚至达到100%，而总装自动化率最高不到30%，人形机器人未来的应用会集中在总装。总装环节因为涉及车内装配，需要工人频繁钻入钻出，还有大量的线束安装、管路连接、螺栓紧固，对于人来说很简单，对于机器人则非常困难。Unboxed Process因为将车体拆分成几块，不需要再频繁从车内钻入钻出，也给了机器人更大的操作空间。此外，电动车本来就比燃油车结构简单，再叠加特斯拉前卫的极简化设计，使得人形机器人的大规模应用成为可能。
 
       目前已有很多车企开始引入人形机器人，例如小鹏汽车自主研发的人形机器人Iron已在广州工厂投入实训、特斯拉Optimus机器人已经可以承担了一些简单任务如电池分类、比亚迪与优必选合作将人形机器人与无人车协同作业应用。未来人形机器人将会被更多企业引入用于生产制造、物流运输等各个环节。
 
       总之，Unboxed Process的确是一项重大的生产模式创新，也足以引起企业对技术发展趋势的关注和现有生产模式的思考。特斯拉宣称其Cybercab最早会在2026年底量产，或许那时就可以看到Unboxed Process的全貌。

参考资料

       [1]Unboxed Process.特斯拉2023年投资者大会Tesla's 2023 Investor Day on March 1, 2023.
       [2]传统汽车装配与特斯拉 “无盒式” 装配方法进行对比.Financial Times
       [3]WO2024182432-MODULAR VEHICLE ARCHITECTURE FOR ASSEMBLING VEHICLES.WIPO.https://patentscope2.wipo.int/search/zh/detail.jsf?docId=WO2024182432
       [4]汽车总装工艺的设计原则.微信公众号AutoNewTech
       [5]重卡装配线移动机器人.新松机器人.https://www.siasun.com/article/470.html
       [6]DREAMPRESS系列超大型智能压铸单元.力劲集团.https://www.lkgroup.com.cn/product/yzjpro-detail-839.htm
       [7]金属3D打印技术提供整套模芯.中瑞科技.http://www.zero-tek.com/cn/article.html?id=23112400&casetype=mould
       [8]“特斯拉的一体化压铸技术：如何用3D打印，创造平价电动汽车？.知乎-许方雷Leo.https://zhuanlan.zhihu.com/p/676875894.2024-01-09
       [9]“We,Robot”发布会.TESLA.2024-10-11