冲压自动化

解读工厂自动化升级的秘诀

时间:2022-01-08 04:49  作者:admin  来源:未知  查看:  
内容摘要:在制造过程中,工厂为降低单一产品的生产成本,大批量、多次的将原材料加工成半成品或产品,并销售给下游企业或终端消费者。事实上,我们生活中的绝大多数物品,都是制造出来的。 1785年,James Watt发明了第一台具有实用价值的蒸汽机,并成功用于纺织制造。...

  在制造过程中,工厂为降低单一产品的生产成本,大批量、多次的将原材料加工成半成品或产品,并销售给下游企业或终端消费者。事实上,我们生活中的绝大多数物品,都是制造出来的。

  1785年,James Watt发明了第一台具有实用价值的蒸汽机,并成功用于纺织制造。工业革命由此正式拉开序幕——在随后的50年里,人类生产纺织品的效率提高了50倍、炼钢的速度提高了15倍。

  随后的234年,现代制造从工业1.0的机械化、模块化,成长到工业2.0 自动化与电气化。上世纪50年代出现的机械臂、电子以及网络等将工业3.0信息化推广至了全球。本世纪智能化、柔性生产引领着工业4.0向前进。

  与此同时,世界的制造的中心从英国发展至法国,再到德国、美国与日本,而今已迅速发展至中国。2018年,中国制造业产值26.5万亿元人民币,已连续9年超过美国,位居世界第一,占据世界制造业产值的27.1%。

  当今世界制造业格局已然形成,以美国、欧洲与东亚为代表的全球三大制造中心,中国的地位不容小觑。

  但这不代表中国的工业发展水平已经达到了世界的领先水平。根据中国经济信息社发布的《全球智能制造发展指数报告(2017)》,中国在全球智能制造发展指数中综合排名第六位。其中美国、日本和德国位居第一梯队,是智能制造发展的“引领型”国家;英国、韩国、中国、瑞士、瑞典、法国、芬兰、加拿大和以色列位列第二梯队,是智能制造发展的“先进型”国家。

  在这些“引领型”与“先进型”国家中,美、德、日、英、韩均有众多具有代表性的的知名工业制造企业如英特尔、通用电气、大众、博世、索尼、日立、三星等。北欧国家中的宜家、爱立信,ABB,诺基亚,乐高,SKF也颇有名气。

  根据另一份关于制造业未来发展的报告《2018 年“制造业的未来”准备状况报告》,作者选取了59个评价指标来评估一个国家的制造业驱动因素和未来发展的可能性。

  “大而不强”是我们对中国制造业的总体认知:在科技含量、技术水平、产品质量、制度环境等方面,中国还有相当大的赶超空间。在这个过程中如何平衡经济与社会、发展与环境,仍是不得不面对的难题。

  在中国,我们熟知上汽、北汽、吉利这样的汽车制造企业,也了解中石化、中航、中国兵器这样的重工业。当然美的、华为、小米也逐渐进入我们的视野。但这些企业只占到了中国工业企业近40万户中的凤毛麟角,隐藏在中国广袤土地中的中小企业们的真实发展及工厂的状况又如何?

  本文作者根据其所在的大象机器人(Elephant Robotics)三年来走访的国内上百家制造业企业与工厂,从几个人的小作坊,到世界500强制造业企业的所见所闻,力求可以总结归纳中国制造业的共性问题,并写作此文,希望可以对制造业的朋友们提供一些建议。

  依据工业1.0-4.0的基本概念,自动化层面可分为:机械化、自动化、信息化、智能化/柔性化。本文中,我们从“工厂规模、自动化水平”两个维度定位企业的状态。试图探索什么类型的工厂在哪个阶段适合什么样的自动化,并尝试给出一些操作性强的解决方案。

  为保护受访企业信息,在不影响探讨分析的基础上,我们选取了八个不同类别的工厂,综合多个工厂的概况进行整合叠加,以求更客观地展现工厂的通性。本文所涉及企业叙述均不特指某一企业。

  乌黑深绿的冲压机、散落一地的废料尾料,硕大的工业落地扇。工人从机床旁的工作台上拿起一块铝片,放入冲压机之中进行加工。

  接待我们的是的五十来岁的车间主任,以前是浙江乡下的农民,后来跟随同乡人来到厂里工作。带着我们在工厂快速转了一圈后,车间主任慢悠悠地说:车间一共两千多,分成五个部分,分别是冲压、焊接打磨、喷涂、仓库以及办公室,表面处理是外发的。也可谓是麻雀虽小五脏俱全了。

  根据车间主任的介绍,工厂现在主要零散地做一些特种车辆设备的改装零配件,偶尔也定制一些特种油罐,进行焊接工作。前几年单子多的时候有过40多人,定制过两三台自动焊接的设备(两轴),但自从17年开始,我国开始注重“环保”议题。工厂将原本的喷涂以及表面处理都停了,加之这两年市场不景气,现在只有工厂只剩下15、6个人做一些零散的零配件加工。甚至没有一条像样的产线,只有零散的机器在工厂中运行着。

  老板每天忙着去谈客户,市场竞争压力大,订单的不确定性才是这类小企业最焦虑,在探访完多家同等规模的企业后,我们了解到,订单稳定、可持续批量生产是他们认为进行自动化升级的前提。没有现金流,直接升级改造,成本太高,风险承担不起。

  自动化改造的需求也比较实际:焊接工人最贵,8K一个月,对技术要求高的用工成本就更高了。其次就是喷涂和打磨的工种。要改造,会首先从焊接、喷涂、打磨这几个工艺开始。至于自动化改造的可行性时候以及何时会启动升级,“再等等”是最直接的反应,毕竟温饱都没解决,谈何升级呢?

  这家特高压设备厂成立于80年代,是当地少有的老前辈。创始人是早年从体制内出来的老炮,从一个人白手起家到现在的两个厂区、上百人规模规模,在特种设备行业摸爬滚打了20余年的他对制造业颇有见解,在当地也算是有名望的。公司在早期就获得了政府资金平台投资,发展的鼎盛时期有860多人的规模,近几年竞争者逐渐增多,业务开始萎缩,现在只剩下1个厂区,减员到115人。

  特高压设备行业,是一个少批量多种类的传统冶金行业,主要工艺包括原材料的锻造、压铸、粗加工、精加工。工厂里仅有的几台机器全都需要人工操作。之后的工序如钻孔、打磨,因为每批次产品的不同,只能进行人工处理。工厂里堆满了大大小小各式各样的半成品与成品。

  他们也同时生产变压器与特高压检测设备,大多数时候每件设备只生产1-10个,但是价格从十万元到数百万元不等。自动化设备只有1台绕线个工人进行绝缘纸的上料。据说,他们还去ABB参观过,全自动化绕线万欧元,终究是没有采用的。

  对于工厂B是不愁订单的,但自动化改造难度大。一来是工厂现在是一人多岗,有的人早上做一个组装,下午被安排做其他产品的组装或生产工作。二来是现有产线并不饱和,现有的已成型的产线个小时需要生产。而自动化改造的理想环境是多人一岗,集中大批量生产同一款产品。

  老板也对此深有体会:2017年,老板找了当地一家自动化供应商做自动化,使用了三台本地产的大型工业机器人,结果节拍速度只能达到原本的70%,而且还是需要两个人每天在产线周围处理定位不准、落料、卡料等问题。

  2014和2015年可谓是可穿戴设备最火的两年。工厂C也是在那时建立的,不过这几年随着可穿戴设备需求的萎缩,工厂C已经开始代工生产耳机、充电器以及充电线等了。老板是从台资出来的台湾人,有不少台干在工厂里工作,对成本极为敏感,做事小心谨慎。但作为一家年轻的设备生产商,他们对自动化还是非常重视的。

  工厂有4条产线,专用设备排料机、螺丝机、点胶机、标签机一应俱全,自动化方面有将近30台的2轴直线电机以及各类定位设备进行卡位、导向等,但还没有使用scara或工业机器人。

  简单的看板系统标志着每个工人的生产数量、成品率以及节拍时间,平均1条产线个年纪不大的小妹在进行装配和打包。而大象机器人与他们的合作就从打包开始。

  在接触中,我们了解到他们对自动化的认同感极强,“迟早是要做的!只是时间问题吧” 是老板对于进一步自动化改造的态度,“这实际上是一个必定会发生的趋势”。他对于信息化的理解并不多,但是对自动化是极其乐观的。

  随着近年来国家大力倡导健康生活快乐体育,学校、小区、公园的健身锻炼器材逐渐增多。位于福建的工厂D是知名的体育器材提供商,生产产品有摇摆机、背部按摩器、健身车等。

  工艺上,从来料折弯、雕刻、预处理到冲压、焊接,到最后的喷涂是都自己做的。去年开始工厂使用了OTC的3台焊接机器人,生产效率大大提升,老板算了一笔账:之前一个焊接工人7000元,包吃包住和可能的培训费用,平均每年10-12万元。现如今一台焊接机器人8-10个月即可以回本。但在信息化方面,工厂只是刚开通了ERP,并没有尝试其他的信息化系统。

  实际上我们也对该工厂实际状况做过评估,认为焊接工序是最容易做的,机器人在其他工序上,效率还是比人工弱。即使比人工强,还涉及到投资回报的问题。

  如果再改造则只能对极个别工序进行再提升,如果整体提升,则需要对工厂的整体自动化进行评估,从来料、下料、排料进行整体规范化管理。从人机料法环每个环节进行评估,打造一个智能工厂,但工厂一般可以接受的pay-back投资回报的舒适区间为5~10个月。超过一年则会犹豫再三。对于中大型企业,2年投资回报期的项目是比较容易推进。

  当地政府对示范车间是有鼓励政策的,最低投资超过一千万元的示范车间有相应补助,对于一家年营业3至4亿的工厂来说,初期投入大于其实际利润。且相应的补助也是要经过漫长的申报、评审之后。

  E工厂在当地颇具名望,作为拥有三家分工厂的当地零配件标杆企业。产品以细节致胜,关注品质,生产涵盖发动机配件如增压器、各类连杆;转向与传动配件如拉杆、助力泵等。虽然公司成立至今不到十年,却也成功在前两年挂牌新三板。

  工厂有5个车间,我们参观的是其中一个挂牌的示范车间,工人们戴着防静电帽、套着防静电服、穿着防静电钢头鞋,过着风淋室,俨然一副高端制造业的样子。

  以产品为驱动力的工厂E,每项产品能用机器人生产的就用机器人——SCARA贴膜覆膜、六轴机械臂弯管机上下料、机械臂去毛刺。使用着各类国内外定制的自动化设备进行着半成品处理、检测、测试、打包、组装。现场的所有自动化设备、智能传感器如二维码RFI或手持终端都有着相应的信息采集,通过可视化平台进行数据化监控与分析,ERP、MES、CRM系统一应俱全。工厂对信息上传,数据融合非常看重。

  厂主深谙生产工艺及细节,对节拍时间、加工精度,竞争工厂的设备,客户最终的成品要求都如数家珍,了如指掌。加之其信息化的管理,使得我们和对方的沟通极为顺畅。

  工厂现在的主要诉求集中在如何进行柔性生产,以往工厂是一条产线只对应一款产品。但现在的产线款产品的测试、检测与组装。而现如今,工厂每天都会根据订单的变化,对产线次的产线换型生产。所以产线的自动化改造要求即“兼容”现在的产线需求,也不影响产线的生产。因此他们其中对安全机械臂、抓取系统提出了相关的需求。

  我们的方案是提供了一套可更换末端执行器的机器人解决方案,可每天更换3种不同的夹具,包含了气动吸盘、电动电磁铁、以及电动夹爪。让工厂在每天的实际运行中可以手工更换夹爪,以适应产线的产品换型。同时避免了重新开发产线的巨额费用。

  作为国际知名的数控工具磨床制造商,工厂F从一家十个人的小公司发展到美中澳都有分公司的跨国企业。

  工厂以自主生产的高精度直线传感器与控制技术为傲。机床的生产需要精密的加工工艺与数控技术,从直线传感器的生产到零组件的制造都需要控制在微米以下。生产设备皆为日本或德国采购。每台机床里还配备了1台Fanuc LR 200ic机械臂进行机床上下料。

  工厂的整体规模不大,但信息化十足,从用料管理到PLM、MES、ERP等各类系统应有尽有。工厂主表示光企业服务这一部分,去年就花了150万美金进行采购。

  现在基本上是无纸化作业,测试平台更是齐全。工厂也购买了4、5种不同的竞品进行测试与验证对比,从精度、速度、算法等多个层面深度对比。

  工厂G国内上市已多年,服务市场从国内走向海外,逐渐发展为一家全球化的汽车零配件企业。从刹车片到汽车雷达,投资创新是其主要的竞争优势。其中一个分工厂是进行汽车中控面板设计生产的工厂。一个工作站平均有20-40㎡,配备1-4个工人,但每个U型工作站都区域分明,整洁清晰。

  在洁净车间内,工人和机器人有序地协作生产。大象机器人与该工厂的合作已经有一定时间,我们为其提供了高效稳定的协作机器人进行上下料与检测生产。纵观工厂对机器人品牌的选择,国产机器人居多,也有少部分的日系品牌。

  长达十年的自动化探索之旅,这家工厂还专门设立了自己的自动化应用部门进行改造升级。每个U型线工作站有着自己的生产管理信息系统,并与主系统高度配合,精细万分。从订单预测、管理、生产,再到改造,一切都井井有序。

  工厂每年都有自动化改造的计划与预案,2016年开始进行有计划的自动化改造:当年一个车间从原来的350人减少到310人。2017年减少到280人。2018年年底已经达到了250人左右。今年的目标是230人。机器人的数量也从原本的数台增加到现在的30多台,自动化产线余套。

  工厂H是世界著名的汽车主机厂的分工厂。自动化程度自不用赘述。早年我们参观其装配和焊接车间:

  汽车行业作为世界第一台机器人诞生所应用的行业,无疑是具有较高自动化水平的,可以与之媲美的大概只有日用品、医药以及部分食品类的全自动化生产线。

  偌大的工厂,只有寥寥数人拿着看板进行设备查验。工厂负责人表示总公司的主要研究方向是自动驾驶和电动汽车。

  总体上国内大多数工业企业(80%以上)仍然停留在工业1.5—2.5的水平,即拥有机械化通用设备(冲压机、注塑机、折弯机等),并尝试进行自动化升级改造之中。

  经济层面:我国制造业基础薄弱,大多数企业属于小规模企业(300人以下),订单才是小微企业最关注的。饭都吃不饱,何谈诗与远方?而制造过程中的多品种、小批量也直接影响了企业的自动化改造的难度。

  技术层面:金属件打磨、柔性焊接、组装这些老大难的制造业技术难题也限制了自动化的可行性。2D视觉、3D无序抓取只存在于极个别头部企业,无法批量、低成本、标准化地使用。

  同时,自动化改造需要配套的系统集成商提供相应的自动化服务,在大多数制造业集中的城市中,强而有力的系统集成商却屈指可数,而优秀的集成商也往往只参与到大型企业的自动化改造之中。

  社会层面:招工难的问题在千禧一代中尤为显现。更多元化的职业选择让他们拒绝又脏又累可替代性高的工厂工作。餐厅服务员薪资早已与工厂薪资相当。

  根据2018年2月对美团3.8万名骑手的调查,其中专职工作的美团骑手,64%的月收入在6000元以上。8%在8000元以上。而抖音快手等网红主播薪资则更高。同时年轻一代更加追求社交、自由和健康,嘈杂且烟尘弥漫的工厂当然越来越难以得到新一代的青睐。

  同时,人口老龄化,劳动力供给从2013年的74%下降至了2018年的71.8%。预计到2023将会下降到70%以下。

  政策层面:自2015年国务院出台《中国制造2025》以来,地方政府陆续出台各种激励,对于工业企业自动化改造的补助(10%-30%)、设备购买的补助(10% -50%)、贷款鼓励政策(贴现)。但在拜访工厂的过程中,多家工厂都表示政府的补助基本是事后补助,需要以自动化改造的成果来考核,这种模式的补助对他们的激励效果还是较弱的。

  短期占用巨大的现金流将直接影响从原材料采购到工资发放的每一个环节。所以政策的激励与实际的执行仍旧是一个难题,对于自动化改造升级的激励政策,希望不仅仅是锦上添花,更应该是雪中送炭。

  值得注意的是,占用较大的现金流是工厂两难选择的重要因素,但长远而看,自动化是对企业有益的,且是必须的。

  中国的制造业前有强敌:以欧美为首的发达国家;后有追兵:越南、印度、孟加拉、印尼等。劳动密集型产业外流的现象逐渐增多,随着越南、印度、印尼等国家基础设施不断完善,技术培训不断提高,他们也逐渐加入了全球化密集型产业生产的队伍,对于低成本、劳动密集型的制造业已经逐渐从中国转移至东南亚国家,无法再倒退,必须使用更广泛的自动化生产弥补劳动力的缺失。

  根据以下“改造示意图”,可以快速定位自己的自动化水平,并采取适当的方式进行评估。

  综上,工厂的订单与业务是自动化改造的前提,稳定的生产与现金流是自动化改造的底气。自动化改造是一个不断积累,不断投入的过程。稍有不慎,辛苦挣来的钱则会打水漂。

  企业对于自动化改造,应该选择最适合当前阶段的,循序渐进一步一步规划,避免拍脑袋做决策,但也无需止步观望,畏手畏脚以至慢人一步。毕竟自动化改造势不可挡。企业可结合自身情况,选择对应的集成商/厂商进行科学评估,进而再决定何种自动化解决方案更适合此阶段的发展。

  从一个机器人制造商的角度来看,机器人的使用以及自动化改造方案是一种直接帮助工厂提升自动化程度的主要手段。2003年以来,我国工业机器人销量增速始终快于全球,2016年国内市场实现机器人销量8.7万台,同比增长26.9%,快于全球增速15.9%11个百分点,占全球销量的30%。据IFR(国际机器人联合会)估计,2017年实现销量11.1万台,增速27.59%,增速连续三年扩大。

  同时,工业机器人的成本回收期也从2013年的2.85年下降到了0.8年。工厂可以更有信心地使用工业机器人以及相应的解决方案。

  机器人的使用数量的程度与自动化程度成正比。从以上分析可知,不同的工厂自动化改造诉求与阶段是不同的。大象机器人作为“品质创新”的机器人设备与服务制造商,可以为企业提供全面、科学的自动化改造方法。大象机器人是一家专注于机器人研发设计及自动化解决方案的高新科技企业,通过长期的市场探索与验证,我们对不同企业不同阶段的需求有一定见解,通过前期的实地考察评估,我们可为企业提供高柔性的协作机器人,帮助企业快速实现经济实用的自动化升级,提高企业生产效率、改善产品品质、提升安全水平。大象机器人尤其专注于汽车零配件行业的机器人自动化改造,其中不乏多家世界500强客户,在世界500强名企数家工厂长达19272+小时的真实工况严苛验证下,大象机器人的自动化解决方案及产品质量均得到一致认可与好评。

  大象机器人致力于为工厂提供全面科学的自动化改造方案,力争以最具经济效益的方案为企业自动化改造升级添砖加瓦。而免费的评估与初期的试用,将更好地解决企业的顾虑,为其迈向自动化升级注入最实际最有力的强心剂。目前机器人产品也已经发往韩国、日本、美国、德国、意大利、希腊等国家,并得到客户的积极反馈,我们相信“创新优质、高效稳定”势必是工厂自动化升级改造考量的关键因素。

  制造业从始至终都是一个高投资,回报周期长的行业。从技术到供应商,从订单到政策。外界的制约因素困难重重,但那些拼搏在中国制造第一线的老炮们仍然勇猛向前持续奋斗。在此我们也向每一位奋斗在中国制造第一线的工人、老板们致敬:是你们的默默努力支撑了起了祖国的强大!

  制造业除汽车主机厂外,向来不是一个吸引年轻人的行业。相比于AI、互联网,制造业面临的问题是“物理”的,是“跨越时间”的。逐渐沉稳的中国制造业未来仍面临着众多的挑战,他们需要更多的尊重与支持。摆在制造业全体成员面前的是中国制造的未来,他们绝不是孤立无援地单打独斗。

  大象机器人是一家专注于机器人解决方案的提供商,致力于为工业生产、商业场景、机器人教育及科研机构提供高柔性的协作机器人、简单易学的操作系统”RoboFlow”以及智能的自动化解决方案。服务客户不乏多家世界一流名企,帮助他们实现生产自动化,公司也入选“CES 中国最具创新企业 Top10”,获得清华经济和企业家加速器“X-elerator奖”、高工金球奖“年度最具投资企业奖”。最近,他们的Catbot机器人在CAIMRS获得了“工业机器人创新奖”。

  秉持“Enjoy Robots World”的愿景,大象机器人倡导人与机器人的协同工作,让机器人成为人类工作生活的好帮手,帮助人们从简单、重复、枯燥的工作中解放出来,充分发挥人机协同优势,进而提高工作效率,帮助人类缔造美好新生活。

  目前大象机器人自主研发了三个系列的协作机器人,分别为工业用协作机器人E系列(Elephant Robotics®E5)、P系列(Elephant Robotics®P5)及商用版协作机器人Catbot (Elephant Robotics®C3),三个系列机器人各有千秋,适用于工业生产、商业应用、机器人教育及科研等多种场合,业已获得国内外大大小小的企业/工厂的使用及认可。

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