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李尔座椅产线的自动化、智能化升级:简单背后,并不简单
2019-08-08 15:59:03  作者:朱辉杰  来源:智造网—助力中国制造业创新—idnovo.com.cn
  •    北汽李尔汽车系统有限公司(下简称“北汽李尔”)的厂房矗立在北京南六环外,和北京奔驰的工厂仅相隔一个街区。作为北京奔驰的核心零部件供应商,北汽李尔为北京奔驰C级乘用车、SUV-GLK、新一代E级车和北汽 ...

   北汽李尔汽车系统有限公司(下简称“北汽李尔”)的厂房矗立在北京南六环外,和北京奔驰的工厂仅相隔一个街区。作为北京奔驰的核心零部件供应商,北汽李尔为北京奔驰C级乘用车、SUV-GLK、新一代E级车和北汽自主品牌绅宝、C50系列车型提供座椅系统配套集成。这家只有不到800人的汽车零部件制造企业,年销售额高达39亿元。

   众所周知,流水线式的工业化、标准化、大批量生产模式诞生于汽车行业,汽车制造业每次都是整个工业体系变革的主要推动领域之一。从上世纪末到本世纪初,随着汽车产销量的快速增长,汽车个性化消费市场的形成,以及汽车产业链的全球化协作日益深入,大批量定制化生产模式和网络化协作制造模式,推动了汽车制造业的自动化和智能化升级,工业机器人和各种特种机器人在汽车产线上的使用比率迅速提高,这股浪潮也从整车企业扩展到了零部件企业。

优傲机器人大中华区总经理苏璧凯(Adam Sobieski):中国自动化市场潜力非常巨大。德国每一万名工人配备300 台左右的机器人,新加坡和韩国则高达700 台,中国目前接近100。我相信,除了传统工业机器人市场需求会不断增加,
协作机器人也会成为市场的亮点。

   2017年10月,北汽李尔迈出了产线自动化和智能化升级的第一步:一台优傲UR10协作机器人正式在产线的螺钉拧紧工位“上岗”。“拧紧螺钉”的工作,对人类而言非常简单,但在北汽李尔的产线上,机器人要与人类保持稳定、安全的协作,并跟上快速生产节拍,这背后的故事并不简单。

   

   自动化、智能化升级的动力和目标

   动力首先来自于整个汽车制造业的终端市场。作为全球最大的单体消费市场,中国汽车市场保持了将近30年的高速增长,直到2018年迎来拐点:一方面汽车增量市场开始减弱,存量市场竞争加剧;一方面消费升级之下,豪华车的销售占比提高。市场转变推动了整个汽车制造产业链的变革,汽车座椅是整个汽车零部件中科技含量、附加值最高的产品,且北汽李尔又主要给北京奔驰做配套,市场拐点的压力首先转变为自动化、智能化升级的动力。为了应对市场的快速变化,北汽李尔的管理层早在数年前已经开始考虑生产模式的优化升级,并将自动化和智能化作为突破口。

   动力也来自于汽车制造产业链和企业业务环境的变化。北汽李尔的总经理宋晓辉说:“北汽李尔主要做豪华车的配套座椅系统,上游客户希望我们进行产线的智能化和自动化升级,以达成更高的生产效率、更稳定的产品品质和更强的配套定制能力。同时,现在用工成本和招工难度都在增加,产线升级有助于降低成本压力。中国正逐渐进入老龄化社会阶段,智能化和自动化是整个制造业的大趋势。”

   北汽李尔的管理层为产线的自动化和智能化升级确定了四个明确的目标:

  释放生产线员工的潜能。在汽车座椅的生产流程中,有不可或缺但重复枯燥的工序,如拧紧座椅螺栓、熨平座椅皮面的褶皱等。利用机器人从事这些低技术含量的重复性劳动,在保持稳定高生产率的同时,解放员工去从事其他更高阶工序,这是自动化升级的首要目标。

  部署必须简单,不能影响生产。北汽李尔日均产量大约1500套座椅(包括正副驾驶两个座椅),组装座椅的缓存时间通常仅有30分钟到一小时,生产节拍极快。自动化和智能化升级过程,不能影响生产节拍,产线不能长时间停机调试,更不能影响持续生产和供货。

  保持制造的高度柔性,满足未来定制化生产的需要。汽车市场竞争激烈,整车企业不仅提高了产品迭代速度,而且向最终消费者提供大量定制化选项,这导致汽车供应链中的配套企业必须具备柔性生产能力。北汽李尔为北京奔驰提供的配套座椅,随着产品档次的提高,可定制的规格参数从数百种到上千种,为此,产线的智能化、自动化升级,必须确保满足未来不断增长的柔性化制造需求。

  具备综合成本优势。自动化、智能化方案的总成本(TCO),不仅包括购买机器人等“硬”设备的显性成本,同时也包括隐性成本,例如,产品附件的成本,产线部署改造的成本,员工培训的时间成本,后续运维和服务成本,生产线车间空间利用率等等,北汽李尔的目标之一是控制产线升级的整体成本。

  在上述目标的指引下,北汽李尔开始了智能化和自动化方案选型工作。

  为什么选择协作机器人

  北汽李尔工厂的工业经理周玉仓说:“在机器人上线前,我们进行了大量的可行性研究和测试,考虑过传统的臂式工业机器人,最终我们发现,采用优傲的协作机器人才能满足我们的应用场景需求和预定目标”。

  首先,确保了工序的精细可控和产品一致性。

  在柔性化生产线上,优傲协作机器人扭矩操作的可控性是100%的,在拧紧螺栓这类人类随手可完成的精细化操作中,优傲协作机器人的这种优势得天独厚,不仅不影响生产节拍,可以稳定持续的重复动作,而且有效地防止人工出错,提高了产品的品质一致性和稳定性。周玉仓说:“拧紧螺栓关乎座椅的安全性,座椅安全是汽车行业内安全等级最高的,为此,安全扭距管理非常重要,在部署优傲机器人之后,漏打、扭距偏差的问题百分百消除了”。

优傲的协作机器人小巧紧凑,节省空间,北汽李尔并没有改变生产线布局,也没有安全围栏,这些机器人和产线员工协作生产。

  奇点视觉技术公司的总经理楠丁说:“机器人怎么能准确地识别拧螺栓的多个位置?怎么判断是否拧到位?不会过松?不会脱扣过紧?北汽李尔这种特定工序、工位的产线升级,和汽车行业常见的焊接、装配、喷漆等标准化工业机器人不同,是针对特定应用场景,基于机器视觉、力觉等技术的非标准化定制机器人项目,更为灵活的协作机器人更适合这类精细化的特定工业应用场景。”奇点视觉是北汽李尔智能化、自动化项目的系统集成提供商。

  其次,空间占用小,产线上人机协作的安全性高。传统的工业机器人通常占地达到10平米甚至更高,而且高负载的工业机器臂需要部署安全护栏,以隔离人工操作区和机器人动作区,避免出现生产事故。但北汽李尔的一条产线只有38个工位,工位之间非常紧凑,且各工位人、机交交叉,生产节拍密集,不能进行工作区隔离。只有占地面积小、工作负载低的协作机器人才能满足工作空间和人机协作的安全生产要求。优傲UR10的安装尺寸只有直径190毫米,而且协作机器人的设计理念之一就是安全,机器臂碰到人会自动停止动作,且工作负载较低,即使人机不作任何隔离,也可以有效避免发生事故。

  第三,填补了劳动力空缺,降低了人力成本,且使用、编程简单、免维护,综合成本更低。在生产率方面,一台协作机器人可以执行2位工人的工作,对于身处北京的北汽李尔工厂而言,北京地区的劳动力成本在全国都是相对较高的,招工难度也最大。因此,北汽李尔部署优傲机器人最直观的回报是生产率提高,且投资回报年限只有2.5年。

  目前北汽李尔的产线上,拧紧螺栓的工序已经成功由优傲协作机器人替代,而协作机器人几乎是免维护的,在车间里还有一些AGV机器人替代了物料搬运工作。据总经理宋晓辉介绍,选择优傲的协作机器人,我们并不需要聘请额外的自动化或机器人工程师,进行一到两个月的员工培训,就可以熟练操作和编程。未来,我们将逐步在更多工位采用优傲协作机器人,进行自动化、智能化升级,如座椅电检、座椅蒙皮熨烫等工序,因为优傲的机器人部署很快,预计到2019年底,一条生产线的11到13个工位都会采用机器人。如果实现这一目标,自动化和智能化升级的解放人力、综合成本目标均可达成。

截至2018 年底,优傲协作机器人的全球销量突破25000 台,为纪念这一重要里程碑,优傲向全球各地区的优秀合作伙伴提供限量版黄金机器人。北汽李尔作为优傲机器人在中国区最重要的合作伙伴之一,加之其部署优傲协作机器人的模式堪称典范,顺理成章成为中国地区获得唯一一台黄金版优傲协作机器人的企业。

  优傲机器人大中华区总经理苏璧凯(AdamSobieski)说:“一般来说,从集成商下订单开始十天之内,我们就可以把机器人从丹麦工厂运到集成商,这应该比本地厂商还要快。为保证快速交付,快速部署,我们在北京、上海和深圳有三大成品中心,确保我们的产品在7到10天的时间里运送到客户手中,实现快速交付。”

  优傲机器人中国区销售总监田玮说:“部署快、容易使用和编程、综合成本低是协作机器人的优势。传统工业机器人的编程需要专门的团队,而协作机器人的编程很简单,技术人员只需具备简单的电气和机械知识,就能很快掌握编程。在优傲的网站上,提供了开放的优傲学院,提供了87分钟的视频课程,包括6个模块帮助用户快速掌握编程能力。而且,针对定制化的应用场景,优傲协作机器人的整体投入一定比传统工业机器人少。”

  协作机器人更符合智能制造的现实方向

  很多人认为,智能制造、智能工厂就等于无人工厂、黑等工厂,理想中的智能车间只有几个人,甚至根本没有人,只有各种机器人、AGV、专机设备组成的智能化产线。但真实的制造业中,很多生产工艺和工序,仍然离不开人工,人机协作才是更符合现实的智能制造未来方向。

  苏璧凯(AdamSobieski)说:“未来的趋势应该是人的创造力留在工厂,枯燥、繁重和危险的工作任务交给机器人。而且,未来将有更多定制化的应用场景,小批量定制化生产需求会持续增加。这些都不是所谓的无人工厂或黑灯工厂能实现的。即使科幻片中,人和机器人也要保持接触。未来智能制造的趋势应该是人机协作。人机协作和定制化生产就意味者:第一,部署和使用机器人的门槛和难度要降低;第二,机器人的安全性要提高。传统工业机器人往往要躲在安全围栏后工作,人机隔离。优傲的理念是把机器人变成工友,一起工作。我们还在不断进行研发,让优傲的协作机器人更加智能化,也在探讨结合人工智能技术,应用在更多场景”。

  目前全球制造业中,90%以上的工作岗位仍然是人工完成,机器替代的工作岗位其实还是比较有限的,但能够实现机器换人的岗位肯定越来越多,整个过程是个不断探索的实践过程,而且人机协作这一漫长过程的主要方式。

  宋晓辉总经理对此说:“汽车制造可以说是制造业中自动化程度最高的行业,即使如此,自动化和智能化的过程仍然是循序渐进的。在这一过程中,我们从一个工位、一个工序开始,扩展到13个工位和更多工序。其间,无论是优傲机器人还是奇点科技,在系统集成等各方面给予了北汽李尔很多支持,我们相互磨合、跨行业交流,使得我们更清晰地看到了未来智能制造的发展方向。作为制造型企业,我们并不会强推无人化,机器人需要找到合适的应用点,再逐步推广。我们不能为了“智能”而制造,一切需要从生产实践出发,选择适合我们生产线的智能化方案,优傲机器人提供的人机协作符合了我们的实际需求。从我们的经验看,汽车行业未来可能会更广泛地使用小型的协作机器人”。


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