0 引言

压缩空气作为现代工业“第四大工业能源”，广泛应用于气动打磨机、电钻等设备，是工厂中的“隐形工作者”。在汽车自动化产线上，它能驱动机械臂、气动夹具等执行机构，完成装配、包装等任务。随着智能制造与“黑灯工厂”的发展，压缩空气为无人化设备提供稳定动力，成为汽车制造等领域重要且相对绿色的可持续动力来源之一。

1 压缩空气在汽车制造中的核心应用与影响

如图1所示，在汽车制造的总装生产过程中，压缩空气应用范围广泛，空压站房是工厂不可或缺的基础设施之一。压缩空气如同现代工业的“血液循环系统”，支撑着汽车制造的正常运行。它不仅关系到生产效率与产品质量，更是贯穿制造全过程的关键要素，其品质、稳定性与能耗水平直接影响产品质量、生产效率与制造成本。

图1 空压站区域平面布置

2 压缩空气系统现状与主要问题

2.1 压缩空气在汽车制造中的应用

在现代汽车制造的四大工艺过程中，压缩空气几乎贯穿各个环节，是驱动关键工序的“幕后英雄”。在车辆制造过程中，压缩空气为提升、运输、定位及固定车身部件的设备提供动力。例如，某些输送装置利用洁净、干燥的压缩空气在工作台与地面之间形成薄层气膜，使工件能够以低摩擦状态沿装配线平稳移动。

车辆组装完成后，还需使用干燥、无油的压缩空气进行清洁与涂装。空气喷涂是一种利用压缩空气形成负压、将涂料吸入并雾化喷出的工艺方式，漆雾在压缩空气推动下均匀沉积于工件表面。压缩空气系统在涂装过程中承担涂料输送与雾化、吹干水分及灰尘、驱动阀门与工具等多项功能。

此外，现代汽车轻量化主要通过材料革新、结构优化与先进制造工艺实现。随着轻量化材料普及和制造工艺持续创新，压缩空气在材料成形、加工与检测等环节的作用将更加突出，有助于进一步提升汽车制造的效率与质量。

2.2 压缩空气品质对汽车制造的影响

压缩空气在使用过程中也面临一定挑战。大气含有微粒与水分等杂质，这些污染物可能损坏压缩空气系统及用气设备，甚至影响最终产品质量。对于气动冲压设备、气动机械臂、气缸以及部分气动工具等装置而言，运行过程需要稳定气流以保障动作的精确性与一致性。仪器仪表对压缩空气质量要求更为严格，其清洁度与稳定性会直接影响测量精度与使用寿命。因此，压缩空气品质会直接影响设备性能、产线稳定性以及整体生产效率。

汽车涂装工艺复杂且精细，每一道工序都会对整车外观与防护性能产生关键影响。压缩空气在涂装环节至关重要，涂料输送与雾化、吹干水分与灰尘、驱动阀门及工具等均离不开压缩空气。如图2所示，喷涂阶段空气中的水分或污染物可能导致油漆流挂、溅射等缺陷，引发漆面颗粒、缩孔等外观质量问题，严重时甚至触发生产线报警并造成返工。

图2 压缩空气质量引起的漆膜缺陷

近年来，随着产品品质要求不断提高，部分企业提出“油漆十年不变色”等质量承诺，对压缩空气净化水平提出更高要求。在此背景下，压缩空气系统也持续向高效化、智能化和节能化方向升级，在降低企业成本的同时，有助于实现环保与低碳目标。

2.3 压缩空气系统能效对生产成本的影响

在汽车等离散型制造行业的总装阶段，产品在完成焊接、喷涂等工序后，需要通过复杂装配将整车框架与各类零部件集成为最终产品。该阶段通常是制造流程中最复杂、人员与资源投入最多的环节，也是低碳改造与节能提升的重点领域。对于人员、设备和物料密集型的生产方式而言，循环水、电力与压缩空气等公用工程系统的优化，对温室气体排放的改善尤为显著。

如图3所示，空压站房是工厂的主要能耗来源之一，通常可占工厂运营成本的12%，在部分工况下甚至可达40%。根据国际能源署（IEA）统计，单台汽车生产对应的压缩空气能耗约为380～450kW·h，约占制造成本的3.2%。因此，通过系统性的能效提升，汽车制造企业可显著降低运营成本，提高市场竞争力，并为绿色低碳发展提供支撑。

图3 各种能源在汽车制造业的能耗占比

3 传统供应链模式下压缩空气系统的现状与问题

在汽车制造四大工艺中，若压缩空气供气质量不达标、压力不稳定或负荷波动过大，可能导致产品不良率上升，甚至引发生产线停产。然而，在传统线性供应链模式下，设备制造商、能源服务商与整车企业之间存在明显的信息协同障碍，导致资源配置难以优化，主要问题集中体现在技术适配性不足、能效表现不佳以及供应链协同薄弱三个维度。

只有通过供应链协同整合各方资源与技术优势，实现供应链节点间的信息共享、资源整合与流程优化，才能提升压缩空气系统整体可靠性。现代汽车制造对压缩空气系统提出“零停机、零泄漏、零浪费”的严苛要求，传统供应链模式亟需通过技术重构与管理创新实现系统性突破。

3.1 系统动态调整不足影响供需匹配

随着工业技术快速发展，现代汽车制造在响应速度、能效水平与智能化程度等方面显著提升。生产线在不同车型间快速切换时，要求压缩空气系统能够动态调整供气参数（例如压力在0.5～1.0MPa范围内可调）。而传统供应链模式下的压缩空气系统往往缺乏灵活调节能力，难以满足这种动态生产需求。

生产线的气动工具与设备对供气稳定性要求较高，生产过程中必须确保压缩空气连续供应，避免因中断导致产线停滞或质量波动。同时，气压需与设备规格匹配，波动范围应控制在较小区间，以保证气动工具、喷枪等设备运行的准确性与可靠性，见表1。因此，企业不仅需要依据生产规模与工艺需求进行流量匹配，还需针对不同工艺场景进行压力适配，例如喷漆工位与气动工具工位需按设备参数设置合理压力等级。

传统模式下，汽车企业通常建设中央空压站，以0.8MPa与1.0MPa两种压力等级进行设计，并通过管网向车间供气，其中1.0MPa多用于涂装车间喷涂机器人。面对四大工艺用气需求差异明显的情况，传统方案难以实现多气源、分压力的精准供给，导致供需匹配失衡。这不仅造成能源浪费，也削弱了压缩空气系统作为关键基础设施的可靠保障能力。

3.2 生产过程缺乏精准质量控制

汽车零部件生产与组装过程中需要防止水分导致腐蚀或性能下降，并避免油分影响涂装质量与关键部件性能。不同生产工艺与零部件对压缩空气品质要求不同，其质量标准可参照ISO8573-1:2025确定具体等级，见表2。只有获得稳定的空气质量，企业才能实现稳定可靠的生产，减少因缺陷造成的返工与材料浪费，提升产线效率。因此，维持持续一致的高品质压缩空气，是车企稳定生产的重要保障。

传统供应链模式通常采用“设备采购+定期维护”的粗放式管理方式，质量检测频率多按GB/T16615-2013的要求执行（例如每季度1次），难以实现压力、洁净度与露点等关键指标的实时精准控制。有研究指出，压缩空气质量问题已成为汽车制造返工成本上升的重要诱因之一，暴露出传统管理模式与智能制造质量需求之间的结构性矛盾。

现代汽车制造对压缩空气质量需求呈现两个显著特征：其一，参数控制更精细，尤其在新能源汽车电池包装配环节，颗粒物浓度需控制在更低水平；其二，全要素数据追溯要求提升，需对压力、露点和含油量等关键参数进行实时监控与记录，并长期留存以满足质量追溯需求。

3.3 协同困境制约系统效率

传统供应链管理模式下，从生产规划到终端服务存在全链条协同难题，主要表现为上游供应商与设备制造商信息不对称导致交付延迟；中游物流环节缺乏智能调度造成效率低下；下游服务商响应机制不完善导致运维成本攀升。

车企生产负荷具有显著动态性，受市场需求、生产计划、设备状态与供应链波动等多因素影响。产线设备与工位负荷变化会改变气动设备使用频率，导致整厂压缩空气需求波动，日用气量波动幅度可达40%～60%。在传统模式下，信息传递仍高度依赖人工与纸质流程，效率低且易出错，进一步造成信息不对称、物流体系不完善、供应商管理薄弱等问题，制约系统协同效率。

由表3可见，传统模式下四大工艺的间歇性用气容易导致管网压力波动达到±15%，并造成空压站能耗增加15%～25%。为减少能源浪费与设备损耗，当压缩空气消耗量变化时，需要及时调整空压机运行台数或负载策略。因此，通过供应链协同建立与生产负荷动态匹配的设备体系与智能控制系统，是智能制造能源优化的重要突破口。

4 供应链视角下高效压缩空气系统的优化管理

传统系统管理往往聚焦单点设备能效提升（例如更换高能效空压机），而供应链视角强调从设备采购到终端用气的全链条协同，将设备、能源与服务纳入统一的系统优化框架。通过整合设备制造商、能源服务商与终端用户等供应链节点，可构建从生产、输送到消耗的全链条优化体系。由表4可见，在压缩空气的制造、输送与应用过程中，通过先进技术与系统支撑手段可实现节能降碳，赋能企业绿色低碳转型与高质量发展。

4.1 供应商协同实现高效设备选型

现代压缩空气系统由气源设备、净化处理装置与输配管网三大核心模块构成，广义系统还包括气动执行元件与辅助设备。高效系统建设的起点在于供应链上游的协同：企业应与空压机、干燥机等关键设备制造商建立长期合作机制，优先选用符合《压缩空气站能效分级指南》的高效机型。

在设备选型阶段，应优先考虑高效节能机组并淘汰低效设备。例如，一级能效螺杆空压机相较二级、三级产品可分别节能约15%与30%。此外，与空压机配套的干燥机技术也持续迭代，节能型吸附式干燥机已成为系统节能的重要技术选择之一，可显著降低系统整体能耗约15%～20%。

同时，空压机及配套设备需具备高可靠性，以保障生产连续性。通过集中采购及供应商绩效评估（如交货准时率、故障响应速度等），不仅可降低采购成本，还能提升设备质量稳定性与服务效率。

4.2 优化系统能源结构，打造绿色站房

实践表明，突破能效瓶颈需要从单点节能转向系统化解决方案。高效空压站房强调压缩空气系统整体运行能效，而不仅是单台空压机的设备能效，其优化范围涵盖供气侧、输送管网与用气侧的协同提升。

行业前沿实践推动压缩空气系统向智能化、低碳化方向发展。《CGMA033001-2018压缩空气站能效分级指南》从运行要求、监测方法与能效评价等方面对工业压缩空气站的系统能效进行规范，为全系统节能提供方法依据。

汽车工厂碳排放水平较高，推广绿色能源与节能技术是实现“双碳”目标的重要路径。如图4所示，绿色站房可重点考虑余热余压利用，通过清洁能源替代高碳能源，实现能源结构优化。例如，空压机运行过程中仅约15%的电能转化为压力能，其余约85%转化为压缩热并被排放。采用余热回收技术可将热量回收用于产生70～90℃热水，实现节能降本；若对温度要求更高，可结合热泵技术将回收热源升级为120℃以上蒸汽，拓展应用场景。

图4 AtlasCopco绿色工厂余热回收示例

同时，绿色低碳工厂还应建立能源与碳排放信息化管理系统，实现能源消耗与温室气体排放的精准监测、记录与分析，从而识别节能降碳重点并制定针对性措施，最终实现工厂节能减排目标。

4.3 以服务供应链提升全生命周期运营效率

现代设备生命周期管理涵盖研发、采购、运行、维护直至报废回收的全流程，复杂性不断提升。压缩空气作为汽车制造的重要动力来源，其设备服务供应链的优化将直接影响企业全生命周期运营效率。

传统粗放式管理不仅推高显性成本，还会在生命周期各环节累积大量隐性损耗：采购阶段缺乏能效选择策略、运行阶段维护响应滞后、报废阶段资源回收效率低等问题普遍存在。当前优化需求已从单一成本控制升级为涵盖能效提升、碳减排与数字化协同的系统性变革。通过服务供应链优化，可构建数字孪生驱动的智能管理体系，将设备健康管理、能源调度优化与碳足迹追踪纳入统一框架。

针对现阶段设备管理痛点，行业已形成三类典型优化路径。

（1）通过新技术提升设备能效，例如采用无油设计与变频控制降低比功率。

（2）强化智能控制系统算法能力，通过实时分析生产计划与用气曲线，实现空压机群控策略动态优化。

（3）创新循环经济模式，例如将空压机余热回收系统与涂装车间供热管网耦合，通过回收压缩热降低企业供热能耗。

5 结语

压缩空气系统是离散制造业的关键能源支撑，其低效问题已形成技术、管理和经济等多方面的多重困局。在汽车制造中，该系统作为重要动力源，其供应链协同效率直接影响生产能效与产品质量。企业应从供应链协同角度出发，通过重构“设备—能源—服务”三维价值网络，以突破能效瓶颈。未来还需加强标准统一、人才培养与政策协同，推动系统向更高效、智能、绿色的方向发展。

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