自動車生産におけるメガキャスティングの機会とリスク – アルミニウムダイカスト製白車体

この紹介記事は、[WT Werkstattstechnik]によって発行された論文「自動車生産におけるメガキャスティングの機会とリスク - アルミニウムダイカスト製白車体」の研究内容を紹介するものです。

1. 概要:

• タイトル: 自動車生産におけるメガキャスティングの機会とリスク - アルミニウムダイカスト製白車体
• 著者: G. Schuh, G. Bergweiler, L. Dworog, F. Fiedler
• 発行年: 2022年
• 発行ジャーナル/学会: WT Werkstattstechnik
• キーワード: ギガキャスティング, テスラ, 高圧ダイカスト

2. 概要 / 導入

電気自動車メーカーであるテスラは2018年にメガキャスティングの特許を取得し、その中で、後処理としての熱処理を必要とせずに、アルミニウム高圧ダイカスト（HPDC）を用いて単一工程で車体を製造する新しい製造方法を紹介しました。このアプローチは、確立された車体工場での慣例とは対照的です。本論文は、アーヘン工科大学（RWTH Aachen University）の工作機械・生産工学研究所（WZL）の専門家チームによって執筆され、自動車産業およびサプライヤー産業にとってのメガキャスティングの意味合いを探るべく、SWOT分析を通じてメガキャスティングの機会とリスクを調査しています。

3. 研究背景:

研究トピックの背景:

電動モビリティの台頭に伴い、確立された相手先ブランド供給（OEM）メーカーは、生産戦略を再編し、新規参入の市場参加者と競争する必要に迫られています。このパラダイムシフトは、新興企業と既存企業の両方にとって、組織構造を根本的に再考し、革新的な製造プロセスを採用する機会をもたらします。車体構造の文脈においては、鋼製の自立式シェル構造が依然として最も普及している方法です。

既存研究の現状:

しかしながら、構造用複合構造におけるアルミニウムダイカスト部品の利用は、近年着実に増加しています。この傾向は、材料消費量を増加させることなく部品点数を削減できる可能性によって推進されています。さらに、鋳造技術は、ストラットタワーに代表されるような複雑な形状や形状の作成を可能にします。テスラのメガキャスティング構想は、大型アルミニウムダイカスト部品をさらに進化させ、フロントエンドや車体全体などの車体部品全体を単一の鋳造プロセスで製造することを想定しています。テスラの特許出願は、車両生産の再構築されたパラダイムに対するビジョンを明確に示しています。

研究の必要性:

本論文は、確立された車体構造手法のより広い状況の中で、メガキャスティングの位置づけを明らかにすることを目的としています。考えられるメガキャスティングの概念を探求し、メガキャスティングに内在する製品および生産関連の機会とリスクを解明します。

4. 研究目的と研究課題:

研究目的:

本稿の目的は、確立された車体構造手法の全体像の中でメガキャスティングを分類し、考えられるメガキャスティングの概念を探求し、メガキャスティングに関連する製品および生産関連の機会とリスクを特定することです。

主要な研究課題:

WZLアーヘン工科大学の専門家チームは、メガキャスティングの機会とリスクを調査するためにSWOT分析を実施しました。

5. 研究方法

研究デザイン:

本研究では、メガキャスティングを評価するためにSWOT（強み、弱み、機会、脅威）分析フレームワークを採用しました。

データ収集方法:

WZLアーヘン工科大学の「メガキャスティング」プロジェクトチームのメンバーがそれぞれ独立して6つのSWOT分析を実施し、その後、専門家による議論と統合が行われました。

分析方法:

独立して実施されたSWOT分析の結果は、「Bild 4. Produkt- und Produktionsseitige SWOT-Analyse zum Mega-Casting in der Fahrzeugproduktion. Grafik: WZL」（図4. 製品および生産側のメガキャスティングに関するSWOT分析。図：WZL）に示されているように、OEMの視点から「製品「車体」」と「生産「車両生産」」に基づいて分類および整理されました。

研究対象と範囲:

本研究は、自動車生産領域、特にOEMの視点からのメガキャスティングに焦点を当てています。

6. 主な研究結果:

主要な研究結果:

「Bild 4」にまとめられたSWOT分析は、「製品「車体」」におけるメガキャスティングの主な強みとして、部品点数と接合工程の削減、機能統合、および熱処理不要のアルミニウム合金の使用を明らかにしています。「生産「車両生産」」における生産関連の強みには、自動化、接合、および治具技術の複雑さの軽減、OEMの価値創造の向上、および新規事業におけるフットプリント、投資コスト、およびサイクルタイムの削減の可能性が含まれます。

「製品「車体」」における弱みには、軽量化の可能性を活用し、循環型経済の利点を実現する上での課題が含まれます。生産上の弱みには、不良率の削減、部品および組立品質の確保、複雑なダイカストプロセスとツーリングの管理、およびOEMレベルでのプロセスに関する専門知識と資格のある人材の確保の必要性などが含まれます。

機会（「強み（Strengths）「活用と拡大」」）には、部品削減と機能統合の活用が含まれ、脅威（「リスク（Threats）「回避と防御」」）には、バリアントの柔軟性と変更管理の制限を緩和し、ロジスティクスの変化に対処し、進化するOEM-サプライヤーの能力を管理する必要があります。

提示されたデータの分析:

「Bild 2. Einteilung der Karosseriebauweise Mega-Casting in fünf Konzepte mit steigendem Anteil des Einsatzes von Aluminium-Druckguss (1+3 Piece bis 1 (+0)-Piece). Grafik: WZL」（図2. メガキャスティング車体構造の分類。アルミニウムダイカストの使用量が増加する5つのコンセプト（1+3ピースから1(+0)ピースまで）。図：WZL）は、メガキャスティングを、アルミニウムダイカストの使用量が増加する5つのコンセプト、すなわち1+3ピース、2+2ピース、3+1ピース、1+1ピース、および1(+0)ピースに分類しています。これらのコンセプトは、メガキャスティングの部分的な統合（1+3ピース）から、単一の部品で鋳造された完全な車体（1(+0)ピース）のビジョンまで多岐にわたります。

「Bild 4. Produkt- und Produktionsseitige SWOT-Analyse zum Mega-Casting in der Fahrzeugproduktion. Grafik: WZL」（図4. 製品および生産側のメガキャスティングに関するSWOT分析。図：WZL）は、統合されたSWOT分析を詳細に示しており、製品（「車体」）および生産（「車両生産」）の側面における具体的な強み、弱み、機会、および脅威を概説しています。たとえば、「Reduzierung der hohen Bauteileanzahl und Fügestellen einer Karosserie」（車体における高い部品点数と接合箇所の削減）のような強みや、「Leichtbaupotenziale ausbauen」（軽量化の可能性の拡大）のような弱みが明確に示されています。

図のリスト:

• Bild 1. Einordnung der Karosseriebauweise „Mega-Casting" und dessen Konzepte mit beispielhaften OEM und Modellen im Rahmenwerk der etablierten Karosseriebauweisen (Eigenleistung). Rahmenwerk und Teil-Darstellungen in Anlehnung an Birkert et al. [3], Stellantis [14], Land Rover [15], Tesla [5]. Grafik: WZL
• Bild 2. Einteilung der Karosseriebauweise Mega-Casting in fünf Konzepte mit steigendem Anteil des Einsatzes von Aluminium-Druckguss (1+3 Piece bis 1 (+0)-Piece). Grafik: WZL
• Bild 3. Unternehmensarten und Beispiele im Themenfeld Mega-Casting in der automobilen Prozesskette und Zuliefererpyramide (TIER). Grafik: WZL
• Bild 4. Produkt- und Produktionsseitige SWOT-Analyse zum Mega-Casting in der Fahrzeugproduktion. Grafik: WZL

7. 結論:

主な調査結果の要約:

メガキャスティングは、確立された手法とは異なる製造および材料利用を特徴とする、新しい車体構造手法です。SWOT分析は、メガキャスティングが単一コンポーネントの車体構造を通じて、タクトタイムと複雑さの軽減の可能性を提供することを示唆しています。しかし、衝突性能や修理ソリューションに関する課題も生じます。特に、高品質の信頼性を備えた大型部品用のダイカストマシン技術において、生産プロセスを進化させる必要があります。

研究の学術的意義:

本研究は、自動車車体構造領域におけるメガキャスティングの包括的な専門家レベルの分析を提供します。SWOT分析フレームワークは、その機会とリスクの構造化された評価を提供し、自動車セクターにおける新興製造技術の学術的理解に貢献します。

実際的な意義:

OEMにとって、メガキャスティングは、大規模アルミニウムダイカストの専門知識を必要とする、生産およびサプライチェーン管理の戦略的な再編を必要とします。サプライヤー産業、特にダイカストマシンメーカーおよび材料プロバイダーは、メガキャスティングを可能にする技術と材料を開発および提供する機会に直面しています。

研究の限界と今後の研究分野:

衝突性能、修理方法論、およびメガキャスティングのプロセス最適化における課題に対処するために、さらなる研究が必要です。メガキャスティングに焦点を当てた自動車生産トレンドに関するコンソーシアム研究や調査など、現在進行中の業界コラボレーションと研究は、その潜在能力を最大限に引き出すために不可欠です。

8. 参考文献:

• [1] Kallas M. K.: Multi-Directional Unibody Casting Machine For A Vehicle Frame And Associated Methods, US 2019/0217380 A1, 2018
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• [5] Tesla, Video: Battery Day, 2020. Internet: https://tesla-cdn.thron.com/static/JIXJRM_2020-Battery-Day-2000_WBRTSS.mp4?xseo=. Zugriff am 04.07.2022
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• [13] Phate Zhang/CnEVPost: HiPhi becomes latest Chinese EV startup to use large die-casting technology. Stand 01.03.2022. Internet: https://cnevpost.com/2022/03/01/hiphi-becomes-latest-chinese-ev-startup-to-use-large-die-casting-technology/. Zugriff am 06.09.2022
• [14] Stellantis: Lambda (historisch). Stand 2022. Internet: https://www.media.stellantis.com/de-de/lancia/gallery/1376. Zugriff am 02.09.2022
• [15] Land Rover, Land Rover Leichtbau Strategie, 2014. Stand 2022. Internet: https://media.landrover.com/dede/news/2014/05/land-rover-leichtbau-strategie. Zugriff am 21.02.2022
• [16] Idra: NEΟ 5500 – ΝΕΟ 6100 – ΝΕΟ 8000 – ΝΕΟ 9000. Stand 2022. Internet: https://www.idragroup.com/de/gigapress. Zugriff am 04.07.2022
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• [19] Alu-Web: Handtmann investiert in Megacasting-Lösung von Bühler. Stand 2022.Internet: https://alu-web.de/handtmann-investiert-in-megacasting-loesung-von-buehler/. Zugriff am 04.07.2022
• [20] Idra: The great success of Giga Press. Stand: 2022. Internet: https://www.idragroup.com/en. Zugriff am 04.07.2022
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• [22] Home of Foundry: Think Big… Giga-Castings. Stand: 2022. Internet: https://www.home-of-foundry.de/news/think-biggiga-castings-1002. Zugriff am 04.07.2022
• [23] Briskham, P.: Joining of aluminium alloys with low ductility. 2022.
• [24] Paul, H.; Wollny, V.: Instrumente des strategischen Managements, De Gruyter Oldenbourg 2014.
• [25] Pischinger, S.; Seiffert, U.: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik, Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden, 2021
• [26] Fuchslocher, G.: Gigacasting ist geeignet, den Karosseriebau neu zu denken, Automobil Produktion, 2022. Internet: https://www.automobil-produktion.de/interviews-734/gigacastingistgeeignet-den-karosseriebau-neu-zu-denken-501.html. Zugriff am 27.02.2022

9. 著作権:

• この資料は、"G. Schuh, G. Bergweiler, L. Dworog, F. Fiedler"氏の論文：「自動車生産におけるメガキャスティングの機会とリスク - アルミニウムダイカスト製白車体」に基づいています。
• 論文ソース: https://doi.org/10.37544/1436-4980-2022-09-52

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