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宝马:机器人接管工厂|地拓集团

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宝马:机器人接管工厂

发布日期:2015-01-15关注:102 分享到:

  转载自《IT经理世界》 2014年08期

  宝马铁西工厂最常见的场景是,在一条生产线的两边全部围绕着各种各样的机器人,看上去就像在手术室里一群医生围绕一台病床紧张工作的情形。一群群“铁人”,正在大范围接管工厂。

  在一个透明的玻璃间里,四五个机器人正在“耍着花样地玩活儿”,由于各个牛高马大,你需要从二楼才能更好地观看它们的工作场景。这里是宝马铁西工厂车身车间的一个小件焊接区,也是考验机器人应付复杂工序能力的一条生产线。

  现在,一个机器人正从物料架子上抓取小的冲压件,将零件放到磨具上,对准相应的零件,然后交给下两个机器人分别对不同焊点进行焊接。一个零部件焊接完了之后,几个机器人又开始或自动换磨具抓手,或自动更换焊枪头,继续下一道焊接。

  在这个过程中,机器人需要完成一系列高精准度和高难度的工作,它们时而抓取,时而换件,有时还要抓着部件在空中完成360度旋转,以寻找新的焊接点,整套动作下来会让你想起那些玩速叠杯游戏的高手。

  未来工厂实际上,机器人正在大规模接管宝马的铁西工厂。目前仅工厂的车身车间就已经有642台机器人,每个机器人有自己明确的工作职责,它们在不同的生产线上专业且毫无怨言的忙碌着。从二楼看下去,整个车间几乎看不到工人,只有一群群“变形金刚”在时而迸溅的火花中大显身手。你身在其中,会有那么几分钟以为在看3D科幻片,而自己正处在未来某个出现大波机器人的移民星球上。

  宝马的铁西工厂所在地方仍是一大片荒地,整个工厂占地面积2.07平方公里,目前所建区域还不到一半,但其所展现出来的规模和气势,当地人会以一种掩饰不住的在意态度在你面前一再惊叹。铁西工厂是完全按照德国莱比锡工厂的设计和生产理念照搬过来的,因此也被称为东方莱比锡。你可以想象一个超级机器人从欧洲抓起了一个工厂,然后原封不动地把它放置到了中国的沈阳。就连长期在工厂周边拉活的出租车司机和环卫工人都知道,这家工厂里有好多的机器人。

  据说德国制造有一个根深蒂固的观念,就是不相信人。他们认为,人比机器更易于出错,为此,会把每件事情都分解成机器能执行的任务。未来工厂将完全由机器自己生产,而人的作用只需做生产规划,下达生产指令,或者给机器人打下手,帮助维持生产线高效可靠运转。

  目前,宝马铁西工厂的大部分车间正在进入这样一种“未来状态”,而且,无论是下到生产线,还是上到办公区,铁西工厂处处有意无意地流露出种种“未来范儿”。

  走进主办公楼,迎面向你敞开的是一个高度浓缩但又充满想象力的空间。餐厅与办公区被设计在同一个空间里,分成楼下楼上两个区域,楼上的办公区是全开放式的,站在一楼的进口处甚至就能看见二楼的某些办公位。在员工们的头顶上方,有一处宝马车前脸似的弧形穹顶悬挂在半空中。而在穹顶的下方,一条巨大的传送带横穿整个空间,上面从喷漆车间出来的汽车车身正一辆接着一辆通过传送带被运往最后一道工序的总装生产线。车身穿过整个办公区域,没有噪音,也没有异味,一切都在有条不紊、安安静静地进行着,将空间艺术发挥到淋漓尽致,整个看上去充满了未来感。

  通常,从在喷漆车间上好漆之后,车身要下线,然后用运输工具运往另一处的总装车间。然而,在铁西工厂这一传统被打破,车身不用下线,并且在一个最短的距离之间快速地被传送到下一个工序,这样不仅提高效率,而且节约了厂房的占地空间。

  铁西工厂的主技术大楼全部采用单屋顶建筑结构,四大工艺流程在同一建筑内完成,因而宝马的汽车制造流程和厂房得以全新设计,在改变和创新中被重塑了一遍。整个工厂建筑历时18个月,耗资150亿人民币。

  所谓未来工厂,按照德国人的理解,是对传统工厂从理念,到工厂设计,生产线重置,自动化生产,再到可持续性发展的一套体系的重建。起源于德国的工业4.0变革,实际有着其背后完整的文化基础,其内涵也还没有被人们全面解读。

  SiegfriedRusswurm是西门子工业集团CEO,同时也是西门子AG的执行委员会成员,在他看来,工业4.0是整套虚拟物理体系的应用,其影响力不仅会带来技术,产业的变革,还会触及到社会人文等方方面面的改变。“虚拟物理体系是一套网络软件工程,它的全面应用会再度带来自动化程度的提升。你可以看到,物与物网络化相连之后,物自身具有了智能管理和自动决策的能力。这势必会引发生产和物流流程的再度优化和创新,从而让企业可以实时地掌控和变革整个价值增值网络,并最终开发出基于新的人文价值下的全新商业模型。”

物联网中用到最多的是嵌入式系统,德国在该领域领先于全球,尤其在汽车工业及工程领域。宝马,奥迪,奔驰等汽车企业都已经在尝试将这些系统导入各自的工厂及生产线上。宝马铁西工厂是对莱比锡工厂的全面复制和升级,其开放式办公楼的未来概念设计景观仅仅是体现其理念的一部分,它打开了一个窗口,要看进去才会有更多发现。

  “变形金刚”

  笨重的机器,巨大的噪声,呛鼻的味道,还有一群群穿着蓝色工服的工人,极简到让人压抑的反设计理念的厂房,你能想象到的所有关于工厂的场景图无非如此。

  然而,在沈阳铁西新建的宝马工厂却不太一样。深入宝马铁西工厂的第一个直观印象就是,机器,机器人,还是机器人。除了总装车间外,另外三大车间:冲压车间,车身车间,涂装车间,都是机器人的集结地。

  华晨宝马铁西工厂的冲压车间使用了6序伺服高速冲压机,可冲压出更为复杂和高精度的零件,这套冲压设备每小时可以完成上千个冲压件作业,生产效率与传统液压机相比提高了3倍。

  板料供给、废料的排出、模具更换、冲床的调整与运转、冲压过程异常状况的监视等作业过程全部高度自动化。同时,还配备拆垛机,对中机以及压床机等多个机器人抓手,每序模具都可以通过后面高速工业电脑改变六个不同位置的压力,进行电脑严格控制。机械手的抓取轨迹的设定会保证抓放件不会对质量产生影响。

经过在冲压车间被一个个的剪好的零部件,被传送到车身车间之后,接下来要做的是把这些零部件焊接在一起组成白车身。在这里最常见的场景就是,在一条生产线的两边全部围绕着各种机器人,看上去就像在手术室医生围绕一台病床紧张工作的情形。数百片钢板传送到不同工位,共642台机器人要在这里完成多达5000多个焊点的焊接。

  由于焊点多,且布满整个车身不同地方,机器人的工作难点是完成复杂的抓手更换动作,并且实现非常高的精度。每条生产线有各自独立的焊点,各个生产线通过PLC(可编程控制器)软件来控制机器人工作,让每个机器人获得各自的工作内容,完成焊接。控制机器人的工业电脑达到级别最高的L7标准,可不以确保机器手臂完成复杂的焊枪更换动作,同时确保极高的精确度。

  这些机器人的供应商全部来自ABB,据相关人员介绍,ABB的技术人员和软件工程师,在铁西工厂还未完工之前,就已经开始进驻到铁西,共花了6个月时间用以专门定制化调校这批机器,同时定制开发相关的生产软件程序。

  车身车间是整个铁西工厂自动化率最高的车间,自动化率高达95%,除返修工位之外,已全部实现自动化。工人的角色除了通过工业电脑下达生产指令外,就是做一些机器人的辅助性工作,比如,一个重达几十吨的模具的更换工作仅需要三人完成,其中一人负责操作电子遥控杆(控制模具在空中的运行轨迹),另外两人负责安装吊缆和模具夹紧器。

  穿过车身车间,就来到涂装车间。这里同样是被机器人占领的一个空间。涂装车间采用的是德国DURR 公司最新一代的机器人,整体工作模式采用机器人连续喷涂模式—即除了车身外表,4门2盖内腔喷涂时则采用7轴机器人。7轴机器人相对于6轴机器人,在下端多增加了一个移动轴,因此是可以“行走”的,它们能同步跟随车身运动。所有这些机器人可以自动获取信息,按照车型、颜色进行喷涂,从而提高生产柔性,缩短交付时间。

  通常不可避免跟污染联系在一起,宝马铁西工厂全部采用集成喷涂工艺(IPP,Integrated Paint Process),省去了底漆及相应的干燥三道工序,也将污染和排放降低了许多。批量生产不仅让制造成本得到有效降低,平均每辆车所需消耗的能量低于500千瓦时,为十年前消耗量的三分之一。这一车间实现相比传统喷涂工艺水消耗也降低了70%,能耗降低67%,减少污染排放70%。

  然后来到了总装车间,在这里,巨大的C形钳运行起来,有一股变形金刚的范儿。与它们的硬汉身材相比,其工作方式却相当的“温柔”:每个C形钳会根据工人的高度,去迁就人的需求,调整和翻转工位,实现高位、低位运行,空间利用最大化。而在它们手上,每个螺丝的拧紧程度都将被电脑录入系统并保存直至车辆报废,确保每一项数据都可追溯。

  该车间“高科技无处不在”,拥有铁西工厂最好的生产设施、工作环境,具有高度的灵活性、高效率、环保和人性化设计。全自动处理工位,实现了100%自动化工位,工作全部由机器自动完成。

  自动化个性定制

  人类工业经过了四个阶段的进化,从蒸汽机时代,到大规模生产,再到电子和IT的应用下的自动化生产,第四个阶段听起来也有点像自动化和计算机化,确实如此。不过,西门子的前任人力总监认为,同样是自动化,后者具有更深度的优化和智能化的特征。

在工业4.0阶段,人力在生产过程中永远会占一席之地,人力会被概念化,人与机器、虚拟电子物理体系的分工是,人类设计产品并决定产品规则和参数,机器、虚拟电子物理体系基于这些指令,触发,比对路径并选择、优化生产。

这是一个集成化的工业时代,单个的工作组件或物理端因为智能化互联,将具有自我决策能力。这意味这工业制造将从一套固化的中央控制体系向分布式智能体系转变,那些仍由中央控制电脑操纵的任务将被各种组件化任务代替,各组件之间将由智能方式联网,各自的架构细小化,可以独立满足订单定制化需求。

  “人类工业生产过程中,将由一些看不见的乐器—虚拟的电子物理体系,在各个物联网的节点上,共谱新的工业化乐章,并重塑生产制造的流程。”这是德国国家仪器制造公司的CEO兼总裁对于工业4.0给出的一种权威解释。

  在铁西工厂,处处可见机器人在不知疲倦的运转和工作,精准,高效,似乎永远也不会停下来。宝马把生产流程切分成非常细小的片段,每个片段都遵循严格的顺序加工,片段之间用自动化传动机制联系起来。它们还充分利用厂房空间,变传统的地面运输为空中运输,在铁西工厂的车间里,整个运输分楼上楼下三层,将每个工位紧密衔接在一起。