（汽车焊接）柔性化

虽然自动化对柔性化制造来说非常重要，但是汽车制造商却不能忽视产品设计、制造流程和人员管理方面的柔性化。

        

福特位于密歇根州的卡车工厂采用机器人柔
性化制造，目前福特计划对其进行调整，希
望其全球C-car车可以在此生产。

        受全球经济危机影响，汽车市场遭遇滑铁卢。在这个不确定的市场环境下，汽车制造商比以往任何时候都需要具有灵活多变的生产工厂。除了可以针对市场做出快速灵敏的反应外，柔性工厂如果得到正确运作的话还可以使产能最大化。一个成本较低的工厂，一个可以满负荷生产不同车型的工厂，一个可以对多变的市场迅速作出反应而迅速调整的工厂在今天看来无论对主机厂还是供应商来说都是一个理想化的工厂。
        “关于汽车柔性制造，我已经研究了十五年，”位于密歇根州安娜堡的汽车研究中心（CAR）总裁Jay Baron说。“一直以来人们都有一些错误的认识。比如，有人认为柔性工厂的成本较高。如果是十五年前，这个说法也许是正确的，但是今天有许多可以使成本大大降低的柔性化技术。”
        Baron指出还有一些人认为柔性化制造的优势只有在车型更新换代时才能体现出来。除此之外，还有一些错误的观点：柔性制造会影响产品质量；成功的柔性化制造完全依赖自动化程度；以及柔性自动化制造会减少对人的依赖等。Baron表示，这些都是误区，没有一个是正确的。
        
        定义柔性制造
        “柔性化意味着生产线上投入新的产品时不需要进行较大的改变，也没有太多预想的要求，”汽车车门和覆盖件生产商Hirotec北美公司总裁兼CEO James Toeniskoetter如是指出。Hirotec公司还为一些主机厂，如本田公司，提供用于覆盖件制造的一体化生产系统。Toeniskoetter从三个制造理念领域来定义柔性化：
        

机器人在实际操作中具有很高的灵活性，例
如图中Kuka机器人正去除塑料发动机盖的
毛刺。离线编程意味着在更换新的部件时可
以大大降低停工时间。

        ◆ 经过优化大批量生产单一产品（如福特T型车）
        ◆ 经过优化生产“不同批量产品”，他称之为“同步生产”
        ◆ 经过优化生产十来件或数百件小批量产品——介于“同步生产”和“T型车”之间。
        “同步生产目前来说是汽车行业中许多OEM厂商的目标，”Toeniskoetter说。“但是我们不敢确定这是不是一个好的目标。”
        他认为Hirotec公司的小批量生产方法对避免出现物流和自动化过于复杂问题来说都是最理想的方法。在这种复杂的自动化生产中，Hirotec的生产线要同步生产高达十个不同的汽车覆盖件。“Hirotec与本田公司联合开发了覆盖件生产系统，目前已经应用到本田全球各地工厂中。本田在整个车辆组装工厂中采用小批量，而我们仅是在车门生产上采用。”
        位于密歇根州的全球发动机制造联盟（GEMA）的生产方式很贴近这种理论。该公司由克莱斯勒、三菱和现代共同兴建的合资公司，旨在合作开发并联合制造更经济的发动机。该公司工厂获得了2008年新乡银奖（Shingo Silver Award）以及美国哈伯产业咨询公司（Harbour Consulting）2008年颁发的“最佳动力系工厂”哈伯奖。该公司强调，柔性来自于流程、产品和人。“我们所设计的流程具有很高的灵活性，可以生产许多不同型号的发动机。”该公司位于Dundee工厂的经理Bruce Baumbach指出。
        该工厂生产各种不同型号的直列式四缸发动机，包括1.8L、2.0L、2.4L、2.4L部分零排放以及2.4L涡轮增压发动机。加工的零件包括三种汽缸头、三种气缸体和三种曲轴，此外还有其他一些附件。零件是在并行连接的CNC单元里加工的，加工流程根据不同的零件类型自动调整。零件通过悬置双轴托台和传输架，而不是通过机器人，传送到加工区域等待的CNC设备上。装配采用传统的单一流水线方式。这家工厂的柔性化程度自2005年10月工厂投入运营以来又得到了进一步提高——从当初同时生产8台不同型号的发动机到今天可以同时生产13台。
        该工厂采用小批量的生产方式，而且每一批次的量一直在减少中。在装配线上，从工厂开始运营的每批300件减少到今天的25件。成品件库存从2007年平均16000件降低到今天的3000件。
        
        系统柔性化
        整个系统可以带来柔性。虽然采用某种体系或某些自动化技术显得更容易，但是这个事实不容忽视。整个系统必须包含一个可编程式逻辑控制器，用于连接多台机床、机器人和传输机，KUKA Toledo公司工厂经理Jake Ladouceur举例说道。KUKA Toledo公司负责克莱斯勒位于俄亥俄州Toledo Supplier Park工厂Jeep Wrangler车身车间的运营。
        

Toledo Supplier Park工厂采用了柔性制造
方式。图中吉普Wrangler生产线2008年生
产效率较前一年提高了38%。

        虽然245台机器人的数量要远多于50个生产工人，但是对于Ladouceur来说人的因素作为系统的一部分与技术一样重要。“这些工人也有柔性，具有多种技能，可以很容易地从一个工种切换到另外一个工种，”他说。经过生产、材料处理和质量检测几方面培训的工人既可以提高产能还可以使整个工厂的柔性达到最大化。Toledo Supplier Park工厂在哈伯2008年报告中取得北美地区工厂生产效率最高的排名。每辆车平均仅需13.57小时，这要比其竞争对手少约1.5个小时。
        全球发动机制造联盟的Bruce Baumbach对通过人的管理来提高柔性表示赞同。“一个灵活可调的生产团队可以大大提高工厂的柔性。我们有一个叫法叫4A，也就是任何人（Anyone）、任何地方（Anywhere）、任何事情（Anything）和任何时候（Anytime），”他说。他还指出，拥有这样的一个团队的话，机床加工和装配工人可以彼此交换工作岗位。“我们的队伍之所以可以具有这样的柔性主要是我们采用了标准的流程和标准的设备，”他说。从这一点上看，标准化是柔性的关键，这听上去有点像悖论。
        汽车研究中心的Baron也赞同这个观点。“产品和流程设计都需要标准化，”他说。“有了标准的产品，你就可以将流程标准化。这两个方面都标准化了，你就可以引入自动化、机器人、材料处理设备，甚至包括标准的工种培训等。所有这一切都加深了整个工厂的柔性。”
        
        限制和发展
        本文中接受采访的人之中，有些认为柔性制造要从设计开始。全球发动机制造联盟的Baumbach指出，虽然工厂在生产不同型号发动机方面具有灵活性，但是还有一定的限制。
        “举例来说，汽缸内径间距非常重要，”他解释道。“我们的发动机墓前汽缸中心之间的孔径间距是96mm。如果将这个间距改成100或90mm，那我们就要对加工设备进行大幅度的调整。同样，如果改成V6就可以解决问题，但是要对夹具和加工参数进行调整。我们没有必要对我们所拥有的CNC设备作出任何改变。”
        还有一种看法认为柔性化制造要首先考虑工厂的局限性和硬点（hard points），比如一些主要的定位点。
        从大的方面来说，仅仅获得柔性制造是不够的。就目前来讲，柔性制造还不能使一家工厂在一夜之间就取得成效。
        “柔性化制造对于一个具有灵活性公司来说只是一个方面，”汽车研究中心的Baron表示。“此外还需要产品设计的灵活性、供应链的灵活性以及通过灵活的产品开发能够对市场需求变化作出迅速反应的人。我们正处于汽车行业重组中，目前还不知道结局如何。但是我相信，一个具有灵活性的公司才能最终存活下去。”
        
        [color=#CD5C5C]车身制造柔性化
        

柔性自动化并不一定意味要采用机器人。图
中所示全球发动机制造联盟工厂发动机缸体
的加工线。

        在车身装配中如何应用“柔性制造”是一个很大的挑战。“在车身装配中，将底板、侧面板和车顶在焊接前固定在一起是最难进行柔性自动化的，”汽车研究中心（CAR）总裁Jay Baron指出。车身底板、侧面板和发动机机舱一般都是在车间不同位置生产的，将这些部件固定在一起，焊接成白车身结构，同时还要满足亚毫米级的质量精度，的确是一个不小的挑战。
        幸运的是，关节臂式机器人技术的发展，加上价格的下降，为一些汽车公司，如克莱斯勒和福特，提供了最佳解决方案。“采用柔性流程使我们的投资成本下降了25%~30%，还不包括为以后车型升级而重复使用所延长的设备寿命，”克莱斯勒生产执行副总裁Frank Ewasyshyn说。“以前我们使用自动化设备，每六年就要重新采购设备。现在，我们可以反复使用柔性自动化资产，直到其寿终正寝。在整修或更换之前，机器人可以工作25000到4000个小时。”
        克莱斯勒认为柔性化的关键在于标准化。作为未来工厂升级的一个模型，其柔性制造系统（FMS）采用标准化的流程清单，以及更重要的，完全依赖现代化机器人系统的标准化车身车间设计。克莱斯勒的柔性制造系统自2000年以来一直作为其工厂现代化的模板。目前克莱斯勒位于密歇根州的Wayne卡车装配厂、Sterling Heights装配厂、Sterling冲压厂和Belvidere装配厂都先后采用了柔性制造系统。“通过柔性制造系统，我们在整车和系统组装上都可以采用相同的步骤，”克莱斯勒高级制造技术总监Michael Tonietto表示。克莱斯勒在Wayne卡车工厂投入了2.2亿美元，包括270台新机器人，新的传送机以及托板式传输系统。Wayne工厂可以组装三款不同的车型，同时还可以试制一款新车型，而不影响系统设定的60份工作/小时的速度。
        福特公司也同样认为机器人对柔性制造有很大作用。不久前公司宣布将其位于密歇根州Wayne市生产福特Expedition和林肯Navigator车型的工厂到2010年前调整为采用全球C-car生产平台。福特声称此次调整的目的是为了使工厂采用柔性化运行方式，在车身车间采用重新编程的加工设备，在涂装车间采用标准化的设备以及在总装线上采用常见的装配顺序。为了达到柔性制造的目的，福特在2005年投入了3亿美元对该工厂车身车间进行调整。而目前为了使其采用全球C-car平台，福特又对车身车间追加投资了7500万美元。目前，福特全球87%工厂的车身车间都实施了柔性化生产。到2012年，这个比例将达到100%。[/color]