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特别策划 | Special Plan
随着自动化、互联网、共享经济等因素的发展,汽车行业的创新速度显著提升。与此同时出现的是汽车市场竞争态势的加剧——新车型频出、新技术不断发展以及经营模式的变化,这些都是现今汽车企业所面临的挑战。而人口变化、环境问题以及成本问题则为这些挑战带来了更多的压力,因此汽车制造行业对智能化生产提出了更高的需求。
在这样的需求下,具备数字化、适应性、模块化、自动化等特征的生产和物流成为汽车制造的关键词,涵盖智能工业机器人和灵活的物流系统的整体解决方案成为各大车企的关注重点。
广泛应用工业机器人带来高效和高质量
汽车行业是目前自动化程度最高的行业,也是工业机器人应用最早、应用数量最多、应用能力最强的行业。以2016年美国市场的工业机器人安装量为例,汽车行业的机器人安装量达17 500台,占全行业整体安装量的60%。从冲压到焊装
汽车制造中自动化生产发展及前景
□库卡系统中国供稿
到涂装甚至总装,工业机器人都发挥着极其重要的作用。
在面对一些重复性高,体力要求高,工作环境危险的工作任务中,工业机器人可以说最佳选择。以库卡生产的工业机器人Quantec 、FORTEC 和Titan 为例,这三款机器人在汽车生产中出现频率很高,颇受汽车制造商欢迎。KR Quantec 系列机器人的有效载荷为90~240kg ,能够满足冲压、焊接等工艺过程的技术需求。KR FORTEC 是一款十分适应智能系统理念的6轴重载型机器人,具备高精度和极高的作用范围,适宜用来搬运重型部件,也做到低成本和高效率。而KR 1000 Titan 也是一款6轴重载型机器人,但其有效载荷高达1 300kg ,在应对重型设备时是非常可靠的选择。在实际汽车生产中,大部分的工作都是由工业机器人来完成的。
根据国际机器人联合会(IFR )最新公布的数据结果,世界机器人市场持续火爆。中国市场的机器人使用密度从2013年的每万人25台增长至2016年的每万人68台,实现了非常大的发展,但是同国际平均74台相比,仍有差距。
在国内部分车企的工厂中,自动化率达到了90%以上,但是也有更多
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年美国市场的工业机器人安装量
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越野车闹市狂奔的车企的自动化程度依旧不高。这其中有市场需求的原因,也有成本的考虑。随着汽车行业终端用户对汽车的经济化、定制化要求越来越高,高度自动化生产会成为汽车行业的必然选择。
同时,随着机器人技术的发展,除了一些高负载的机器人,协作型机器人也日益受欢迎。协作型机器人机身内置的传感系统可以让机器人完成一些需要极高灵敏性的工作。库卡的7轴灵敏型协作机器人LBR iiwa 的7个轴上都集成了敏感关节扭矩传感器,可以让机器人检测到任何细微的接触,让这款机器人无论是和其他机器人,还是和工人,都可以近距离合作。例如,宝马汽车的丁格芬工厂中采用了这一人机协作的工作模式,工人和机器人在同一个工位,各自发挥自己的特长,高效地完成工作。
灵活的物流系统保障汽车制造的“血管通畅”
生产汽车的厂房占地面积通常非常巨大,四大工艺都在不同的车间完成,不同的工艺车间距离很远。因此,由自动导向搬运车(AGV )和特殊
传输系统构成物流系统在汽车生产中也有着非常关键的作用。
传输速度快,占地空间小,操作简单,维护需求低,这些都成为新时代汽车工业对物流系统的关键考核指标。在汽车制造工艺中,对车间传输系统的投入也是非常巨大
的。
以库卡推出的具备线性同步运动的KS PULSE 传输系统为例,其采用磁驱动技术,传输速度是传统传输系统的两倍。在这种情况下,整个车间的生产效率都得到显著的提升(据实际安装效果显示,安装
PULSE 之后的生产线较之原有条件下提高了25%的生产量)。同时,PULSE 拥有近100%的运行时间,活动部件少,备件需求低,维护需求也很低,可以说是十分契合新时代汽车工业的传送系统。
当高效的传输系统实现在各车间中输送部件时,灵活的A G V 也在发挥着它特有的作用。A G V 移动灵活,通过导航算法导航至各个工作单元,将工件送到机器人“手边”。对于有着巨大空间的汽车制造工厂而言,它们是工位之间的重要纽带,是灵敏可靠的移动助手。同时,通过对A G V 小车的功能性扩展,它们可以运送不同重量的工件,甚至可以结合协作型机器人完成更加精细的任务。
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AGV 和传输系统构成的车间物流系统,让汽车生产各个不同工艺实现了无缝衔接,保障生产的顺畅进行。此外,AGV 也可以和上文提到的协作型机器人结合起来,让机器人拥有更多的灵活性,也让整个
生产过程更加高效。
宝马汽车丁格芬工厂中工人和机器人高效合作
2016年中国市场机器人使用密度(每万人)
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高柔性、可扩展的生产理念为汽车制造带来更多竞争优势
汽车行业终端用户的需求是一直在变化的,在最开始的时候也许是需要一辆属于自己支配的车,而未来在共享经济、环保等因素的影响下,用户的关注会更多地转变到出行服务来。未来汽车制造商的商业核心将不只是产品,同时将更多地关注出行服务。因此,未来的生产更多的是以客户为直接导向的个性化生产。
例如,现在很多车企根据用户需求推出了定制款汽车,用户可以根据自己的喜好更改汽车的部分配置。而随着用户对个性化产品需求的提高,需要特殊定制的部件也将越来越多,多品种、小批量的生产将成为重要的生产模式。
为了缓解由此带来的生产负载峰值或是平衡资源瓶颈等情况,汽车制造商们需要极具适应能力的解决方案。因此,一种高柔性、可拓展的生产理念——矩阵式生产便应运而生。矩阵生产通过可配置的生产单元、借助自动导向搬运车 (AGVs) 进行的零件和工具运输,以及物流和生产的分离来实现。其也将成为未来市场中的决定性竞争因素。
在这种生产理念下,产品品类和型号的变化,或是生产件数的更改,都能够通过这些模块化的工位化解。
矩阵式生产理念让工业生产极具适应性,在整个工艺链上实现了联网。设备可以自己“飞速地”自动改装为适于其他不同的产品类型,无需等待,无需停产。通过矩阵式生产,生产个性化的产品与工业大量生产的条件下不但不会有冲突,还能够简单地得以实现。
在共享经济、自动驾驶和环境保护等因素的影响下,可持续的便捷出
行解决方案将成为人们的重要选择。而高度智能化的生产,让汽车行业保持着它特有的生命力,高
度适应人们对出行方案的需求。
AGV 和传输系统构成的车间物流系统
宝马小车
库卡具备线性同步运动的KS PULSE 传输系统