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合理利用自动化实现效益最大化 |
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作者：奇瑞汽车公司规划设计院 沙济伦博士 |
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目前，在我国劳动力成本较低的情况下，劳动密集型生产方式尚能以较大优势参与市场竞争，但是随着国民经济的快速增长，劳动力成本较低的优势必将逐步丧失。因此，随着我国汽车行业的飞速发展，国内各大汽车公司，尤其是整车厂对自动化设备的需求将越来越高，传统的劳动密集型生产方式将逐渐被淘汰。根据发达国家的经验，自动化机器的重复性远优于手工操作，生产过程的自动化是生产高品质的产品的必要条件。
汽车制造业中的自动化
在汽车车身制造的4大工艺——冲压、焊装、涂装、总装中，自动化主要是指操作过程的自动化，主要有：工位之间的输送；机器人——焊接、喷漆、涂胶；上下料操作的自动化等。实施自动化的主要目的是改善工艺性和提高可操作性，例如：在喷漆车间实施自动化可避免恶劣工作条件，在焊装车间可增进工艺可操作性。
虽然使用自动化设备可以节省人力消耗，加快生产速度，改进产品一致性及制造质量，但是同时我们也要看到，自动化的一次性投资额高，生产线发生故障时停机时间增加，而且对于其他辅助设备也有较高的要求。
下面我们就以冲压车间的自动化改造及焊装车间的自动化体系为例，详细分析在汽车制造业中使用自动化设备的成本与收益。
冲压车间的自动化改造
1. 冲压车间上下料方式对比：
表1是在冲压车间的自动化改造中，采用人工手动、机器人、机械手、新型上下料装置4种上下料方式的对比，从中可见：
□ 新型送料装置并不适合于传统冲压线的自动化改造；
□ 机器人如果应用于大型冲压线的改造，由于悬臂较长，会造成机器人轴关节机械磨损加剧，相应会增加故障停机率和维修费用，若应用于中小冲压线的自动化改造，由于工件小、悬臂短，则可充分发挥机器人柔性高的优势，是较理想的方案；
□ 应用机械手的方式进行自动化改造是较为经济、实用的方案：鉴于汽车外覆盖件向整体大型方向发展，工件惯量大、压机间距大，综合设备投资、维护保养及故障停机率等各方面因素考虑。
2. 冲压自动化改造快速送料装置方案的技术分析：
上世纪末出现的多工位压力机、紧凑型压力机和2004年初出现的伺服压力机逐渐在成线冲压设备中崭露头角，自动化送料系统也悄然发生了变化，新型的快速送料装置应运而生。
新型快速送料装置的最大优点是：结构紧凑、速度快，大大提高了冲压线的生产效率；故障停机率低；设备的柔性好；适合于新的大型冲压自动化项目。但与此同时，新型送料装置对压机的最大间距有严格要求，必须≤6m；设备投资非常高，运行的维护、保养费用较高且价格十分昂贵。一般情况下含压机整线报价在1.5亿元至2.1亿元不等。
米勒万加顿的快速送料装置
小松的快速送料装置
GUDEL的快速送料装置
ATR的快速送料装置
目前，在快速送料装置的开发和研制方面居于世界领先位置的有：德国米勒万加顿、舒勒、GUDEL、ATR、日本小松、韩国的WIA 。
焊装车间的自动化体系
焊装车间的自动化应该根据付出和改进的关系而分阶段和部门进行。粗略地讲，总线的自动化会先于分装，而在总线上，汽车车身的骨架合成会先于其他部分。总线自动化会包括两部分：车身的移动和焊接。传统上，在总线上焊接机器人的采用是最为集中的。
本文只对汽车车身的骨架合成做一些探讨。由于没有价格数据，只对其功能，占地面积方面做比较，重点是柔性化，以下是几个例子。
1．丰田汽车焊装车间自动化体系的特点：
□ 夹具从里面夹住侧围，焊接换位方便节拍快
□ 可混4种以上车型生产
□ 可任意切换
□ 占用工位面积小
□ 可人工焊接，焊接空间大、操作方便
2．日本富士，韩国现代和大宇国际等焊装车间自动化体系的特点：
□ 可以混2种车型生产，也可通过串联实现4车型生产
□ 可任意切换
□ 占用工位面积小
□ 可以人工预装侧围（需要产品有预搭扣）
3．柯马焊装车间自动化体系的特点：
□ 可以混4种车型生产
□ 可任意切换
□ 可焊空间大，机械结构简单，只需要调试机器人
□ 占用工位面积小
□ 可以人工预装侧围（需要产品有预搭扣）
日本富士，韩国现代和大宇国际采用的4种车型的柔性骨架合成装置
柯马采用的4种车型的柔性骨架合成装置
在以上案例中，丰田的自动化装置如果节省焊枪的换位时间，还可以提高节拍或者增加打点数目。由于骨架合成装置是白车身尺寸控制最重要的工序，同一节拍下点焊打点数目和打点位置是关键，也是评审和对比的重要方面，因此，骨架合成装置的自动化是被工业界普遍接受的。在骨架合成装置自动化中主要考虑的是柔性、质量、安全和效率。
我国汽车制造业领域对自动化的选择
由于人工成本低廉，目前我国汽车制造企业对自动化的要求并不强烈，但是随着国民经济的快速增长，劳动力成本较低的现象将逐步消失，生产过程的自动化将是不可避免的必然趋势。
当然使用自动化设备的费用偏高，也是我国汽车制造企业对自动化的要求并不强烈的另一个原因，但在目前阶段，我国汽车制造业自动化的部分实现还是可能的。例如，补焊线采用机器人与否，主要是取决于人工费用。据粗略估计，如果人工费用超过3.2万元/年/人，机器人的优势就显露出来了。
日本富士、韩国现代和大宇国际采用的2种车型的柔性骨架合成装置
对于汽车制造业自动化的展望
1、自动化和柔性制造
自动化与柔性化是相辅相成/相违相勃的，过分自动化与过分柔性化都不可取，柔性自动化是我们的目标和理想。要实现柔性自动化，我们有许多可以借鉴的现有系统，目前在汽车柔性自动化方面比较著名的体系有：丰田的FBL体系和GBL系统、日产的柔性系统、通用的C柔性系统。这其中，有的实施得比较成功，有的就缺点多多，这在本文中就不加以评论了。
2. 汽车制造业自动化是质量问题也是成本问题
汽车制造业的自动化是质量问题也是成本问题，在人工成本相对高的区域会领先，国外的企业会有一定的优势，并会将优势保留相当长的一个时期，但是国内企业的自动化率也会逐步提高，两者之间的差异会逐步减小。与此同时，汽车制造的自动化会随着用户对产品质量要求的增强而增加，所以，汽车生产企业对于自动化相应技术的要求会更高。
沙济伦博士 奇瑞汽车公司规划设计院副总工程师
原载AI《汽车制造业》杂志(end)
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(3/15/2006) |
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