寶馬：機(jī)器人接管工廠

劉曉芳

在一個(gè)透明的玻璃間里，四五個(gè)機(jī)器人正在“耍著花樣地玩活兒”，由于各個(gè)牛高馬大，你需要從二樓才能更好地觀看它們的工作場(chǎng)景。這里是寶馬鐵西工廠車身車間的一個(gè)小件焊接區(qū)，也是考驗(yàn)機(jī)器人應(yīng)付復(fù)雜工序能力的一條生產(chǎn)線。

現(xiàn)在，一個(gè)機(jī)器人正從物料架子上抓取小的沖壓件，將零件放到磨具上，對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的零件，然后交給下兩個(gè)機(jī)器人分別對(duì)不同焊點(diǎn)進(jìn)行焊接。一個(gè)零部件焊接完了之后，幾個(gè)機(jī)器人又開(kāi)始或自動(dòng)換磨具抓手，或自動(dòng)更換焊槍頭，繼續(xù)下一道焊接。

在這個(gè)過(guò)程中，機(jī)器人需要完成一系列高精準(zhǔn)度和高難度的工作，它們時(shí)而抓取，時(shí)而換件，有時(shí)還要抓著部件在空中完成360度旋轉(zhuǎn)，以尋找新的焊接點(diǎn)，整套動(dòng)作下來(lái)會(huì)讓你想起那些玩速疊杯游戲的高手。

未來(lái)工廠

實(shí)際上，機(jī)器人正在大規(guī)模接管寶馬的鐵西工廠。目前僅工廠的車身車間就已經(jīng)有642臺(tái)機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人有自己明確的工作職責(zé)，它們?cè)诓煌纳a(chǎn)線上專業(yè)且毫無(wú)怨言的忙碌著。從二樓看下去，整個(gè)車間幾乎看不到工人，只有一群群“變形金剛”在時(shí)而迸濺的火花中大顯身手。你身在其中，會(huì)有那么幾分鐘以為在看3D科幻片，而自己正處在未來(lái)某個(gè)出現(xiàn)大波機(jī)器人的移民星球上。

寶馬的鐵西工廠所在地方仍是一大片荒地，整個(gè)工廠占地面積2.07平方公里，目前所建區(qū)域還不到一半，但其所展現(xiàn)出來(lái)的規(guī)模和氣勢(shì)，當(dāng)?shù)厝藭?huì)以一種掩飾不住的在意態(tài)度在你面前一再驚嘆。鐵西工廠是完全按照德國(guó)萊比錫工廠的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)理念照搬過(guò)來(lái)的，因此也被稱為東方萊比錫。你可以想象一個(gè)超級(jí)機(jī)器人從歐洲抓起了一個(gè)工廠，然后原封不動(dòng)地把它放置到了中國(guó)的沈陽(yáng)。就連長(zhǎng)期在工廠周邊拉活的出租車司機(jī)和環(huán)衛(wèi)工人都知道，這家工廠里有好多的機(jī)器人。

據(jù)說(shuō)德國(guó)制造有一個(gè)根深蒂固的觀念，就是不相信人。他們認(rèn)為，人比機(jī)器更易于出錯(cuò)，為此，會(huì)把每件事情都分解成機(jī)器能執(zhí)行的任務(wù)。未來(lái)工廠將完全由機(jī)器自己生產(chǎn)，而人的作用只需做生產(chǎn)規(guī)劃，下達(dá)生產(chǎn)指令，或者給機(jī)器人打下手，幫助維持生產(chǎn)線高效可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

目前，寶馬鐵西工廠的大部分車間正在進(jìn)入這樣一種“未來(lái)狀態(tài)”，而且，無(wú)論是下到生產(chǎn)線，還是上到辦公區(qū)，鐵西工廠處處有意無(wú)意地流露出種種“未來(lái)范兒”。

走進(jìn)主辦公樓，迎面向你敞開(kāi)的是一個(gè)高度濃縮但又充滿想象力的空間。餐廳與辦公區(qū)被設(shè)計(jì)在同一個(gè)空間里，分成樓下樓上兩個(gè)區(qū)域，樓上的辦公區(qū)是全開(kāi)放式的，站在一樓的進(jìn)口處甚至就能看見(jiàn)二樓的某些辦公位。在員工們的頭頂上方，有一處寶馬車前臉?biāo)频幕⌒务讽攽覓煸诎肟罩?。而在穹頂?shù)南路?，一條巨大的傳送帶橫穿整個(gè)空間，上面從噴漆車間出來(lái)的汽車車身正一輛接著一輛通過(guò)傳送帶被運(yùn)往最后一道工序的總裝生產(chǎn)線。車身穿過(guò)整個(gè)辦公區(qū)域，沒(méi)有噪音，也沒(méi)有異味，一切都在有條不紊、安安靜靜地進(jìn)行著，將空間藝術(shù)發(fā)揮到淋漓盡致，整個(gè)看上去充滿了未來(lái)感。

通常，從在噴漆車間上好漆之后，車身要下線，然后用運(yùn)輸工具運(yùn)往另一處的總裝車間。然而，在鐵西工廠這一傳統(tǒng)被打破，車身不用下線，并且在一個(gè)最短的距離之間快速地被傳送到下一個(gè)工序，這樣不僅提高效率，而且節(jié)約了廠房的占地空間。

鐵西工廠的主技術(shù)大樓全部采用單屋頂建筑結(jié)構(gòu)，四大工藝流程在同一建筑內(nèi)完成，因而寶馬的汽車制造流程和廠房得以全新設(shè)計(jì)，在改變和創(chuàng)新中被重塑了一遍。整個(gè)工廠建筑歷時(shí)18個(gè)月，耗資150億人民幣。

所謂未來(lái)工廠，按照德國(guó)人的理解，是對(duì)傳統(tǒng)工廠從理念，到工廠設(shè)計(jì)，生產(chǎn)線重置，自動(dòng)化生產(chǎn)，再到可持續(xù)性發(fā)展的一套體系的重建。起源于德國(guó)的工業(yè)4.0變革，實(shí)際有著其背后完整的文化基礎(chǔ)，其內(nèi)涵也還沒(méi)有被人們?nèi)娼庾x。

Siegfried Russwurm是西門子工業(yè)集團(tuán)CEO，同時(shí)也是西門子AG的執(zhí)行委員會(huì)成員，在他看來(lái)，工業(yè)4.0是整套虛擬物理體系的應(yīng)用，其影響力不僅會(huì)帶來(lái)技術(shù)，產(chǎn)業(yè)的變革，還會(huì)觸及到社會(huì)人文等方方面面的改變?！疤摂M物理體系是一套網(wǎng)絡(luò)軟件工程，它的全面應(yīng)用會(huì)再度帶來(lái)自動(dòng)化程度的提升。你可以看到，物與物網(wǎng)絡(luò)化相連之后，物自身具有了智能管理和自動(dòng)決策的能力。這勢(shì)必會(huì)引發(fā)生產(chǎn)和物流流程的再度優(yōu)化和創(chuàng)新，從而讓企業(yè)可以實(shí)時(shí)地掌控和變革整個(gè)價(jià)值增值網(wǎng)絡(luò)，并最終開(kāi)發(fā)出基于新的人文價(jià)值下的全新商業(yè)模型?！?/p>

物聯(lián)網(wǎng)中用到最多的是嵌入式系統(tǒng)，德國(guó)在該領(lǐng)域領(lǐng)先于全球，尤其在汽車工業(yè)及工程領(lǐng)域。寶馬，奧迪，奔馳等汽車企業(yè)都已經(jīng)在嘗試將這些系統(tǒng)導(dǎo)入各自的工廠及生產(chǎn)線上。寶馬鐵西工廠是對(duì)萊比錫工廠的全面復(fù)制和升級(jí)，其開(kāi)放式辦公樓的未來(lái)概念設(shè)計(jì)景觀僅僅是體現(xiàn)其理念的一部分，它打開(kāi)了一個(gè)窗口，要看進(jìn)去才會(huì)有更多發(fā)現(xiàn)。

“變形金剛”

笨重的機(jī)器，巨大的噪聲，嗆鼻的味道，還有一群群穿著藍(lán)色工服的工人，極簡(jiǎn)到讓人壓抑的反設(shè)計(jì)理念的廠房，你能想象到的所有關(guān)于工廠的場(chǎng)景圖無(wú)非如此。

然而，在沈陽(yáng)鐵西新建的寶馬工廠卻不太一樣。深入寶馬鐵西工廠的第一個(gè)直觀印象就是，機(jī)器，機(jī)器人，還是機(jī)器人。除了總裝車間外，另外三大車間：沖壓車間，車身車間，涂裝車間，都是機(jī)器人的集結(jié)地。

華晨寶馬鐵西工廠的沖壓車間使用了6序伺服高速?zèng)_壓機(jī)，可沖壓出更為復(fù)雜和高精度的零件，這套沖壓設(shè)備每小時(shí)可以完成上千個(gè)沖壓件作業(yè)，生產(chǎn)效率與傳統(tǒng)液壓機(jī)相比提高了3倍。

板料供給、廢料的排出、模具更換、沖床的調(diào)整與運(yùn)轉(zhuǎn)、沖壓過(guò)程異常狀況的監(jiān)視等作業(yè)過(guò)程全部高度自動(dòng)化。同時(shí)，還配備拆垛機(jī)，對(duì)中機(jī)以及壓床機(jī)等多個(gè)機(jī)器人抓手，每序模具都可以通過(guò)后面高速工業(yè)電腦改變六個(gè)不同位置的壓力，進(jìn)行電腦嚴(yán)格控制。機(jī)械手的抓取軌跡的設(shè)定會(huì)保證抓放件不會(huì)對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生影響。

經(jīng)過(guò)在沖壓車間被一個(gè)個(gè)的剪好的零部件，被傳送到車身車間之后，接下來(lái)要做的是把這些零部件焊接在一起組成白車身。在這里最常見(jiàn)的場(chǎng)景就是，在一條生產(chǎn)線的兩邊全部圍繞著各種機(jī)器人，看上去就像在手術(shù)室醫(yī)生圍繞一臺(tái)病床緊張工作的情形。數(shù)百片鋼板傳送到不同工位，共642臺(tái)機(jī)器人要在這里完成多達(dá)5000多個(gè)焊點(diǎn)的焊接。

由于焊點(diǎn)多，且布滿整個(gè)車身不同地方，機(jī)器人的工作難點(diǎn)是完成復(fù)雜的抓手更換動(dòng)作，并且實(shí)現(xiàn)非常高的精度。每條生產(chǎn)線有各自獨(dú)立的焊點(diǎn)，各個(gè)生產(chǎn)線通過(guò)PLC（可編程控制器）軟件來(lái)控制機(jī)器人工作，讓每個(gè)機(jī)器人獲得各自的工作內(nèi)容，完成焊接?？刂茩C(jī)器人的工業(yè)電腦達(dá)到級(jí)別最高的L7標(biāo)準(zhǔn)，可不以確保機(jī)器手臂完成復(fù)雜的焊槍更換動(dòng)作，同時(shí)確保極高的精確度。

這些機(jī)器人的供應(yīng)商全部來(lái)自ABB，據(jù)相關(guān)人員介紹，ABB的技術(shù)人員和軟件工程師，在鐵西工廠還未完工之前，就已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)駐到鐵西，共花了6個(gè)月時(shí)間用以專門定制化調(diào)校這批機(jī)器，同時(shí)定制開(kāi)發(fā)相關(guān)的生產(chǎn)軟件程序。

車身車間是整個(gè)鐵西工廠自動(dòng)化率最高的車間，自動(dòng)化率高達(dá)95%，除返修工位之外，已全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。工人的角色除了通過(guò)工業(yè)電腦下達(dá)生產(chǎn)指令外，就是做一些機(jī)器人的輔助性工作，比如，一個(gè)重達(dá)幾十噸的模具的更換工作僅需要三人完成，其中一人負(fù)責(zé)操作電子遙控桿（控制模具在空中的運(yùn)行軌跡），另外兩人負(fù)責(zé)安裝吊纜和模具夾緊器。

穿過(guò)車身車間，就來(lái)到涂裝車間。這里同樣是被機(jī)器人占領(lǐng)的一個(gè)空間。涂裝車間采用的是德國(guó)DURR 公司最新一代的機(jī)器人，整體工作模式采用機(jī)器人連續(xù)噴涂模式—即除了車身外表，4門2蓋內(nèi)腔噴涂時(shí)則采用7軸機(jī)器人。7軸機(jī)器人相對(duì)于6軸機(jī)器人，在下端多增加了一個(gè)移動(dòng)軸，因此是可以“行走”的，它們能同步跟隨車身運(yùn)動(dòng)。所有這些機(jī)器人可以自動(dòng)獲取信息，按照車型、顏色進(jìn)行噴涂，從而提高生產(chǎn)柔性，縮短交付時(shí)間。

通常不可避免跟污染聯(lián)系在一起，寶馬鐵西工廠全部采用集成噴涂工藝（IPP，Integrated Paint Process），省去了底漆及相應(yīng)的干燥三道工序，也將污染和排放降低了許多。批量生產(chǎn)不僅讓制造成本得到有效降低，平均每輛車所需消耗的能量低于500千瓦時(shí)，為十年前消耗量的三分之一。這一車間實(shí)現(xiàn)相比傳統(tǒng)噴涂工藝水消耗也降低了70%，能耗降低67%，減少污染排放70%。

然后來(lái)到了總裝車間，在這里，巨大的C形鉗運(yùn)行起來(lái)，有一股變形金剛的范兒。與它們的硬漢身材相比，其工作方式卻相當(dāng)?shù)摹皽厝帷保好總€(gè)C形鉗會(huì)根據(jù)工人的高度，去遷就人的需求，調(diào)整和翻轉(zhuǎn)工位，實(shí)現(xiàn)高位、低位運(yùn)行，空間利用最大化。而在它們手上，每個(gè)螺絲的擰緊程度都將被電腦錄入系統(tǒng)并保存直至車輛報(bào)廢，確保每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都可追溯。

該車間“高科技無(wú)處不在”，擁有鐵西工廠最好的生產(chǎn)設(shè)施、工作環(huán)境，具有高度的靈活性、高效率、環(huán)保和人性化設(shè)計(jì)。全自動(dòng)處理工位，實(shí)現(xiàn)了100%自動(dòng)化工位，工作全部由機(jī)器自動(dòng)完成。

自動(dòng)化個(gè)性定制

人類工業(yè)經(jīng)過(guò)了四個(gè)階段的進(jìn)化，從蒸汽機(jī)時(shí)代，到大規(guī)模生產(chǎn)，再到電子和IT的應(yīng)用下的自動(dòng)化生產(chǎn)，第四個(gè)階段聽(tīng)起來(lái)也有點(diǎn)像自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)化，確實(shí)如此。不過(guò)，西門子的前任人力總監(jiān)認(rèn)為，同樣是自動(dòng)化，后者具有更深度的優(yōu)化和智能化的特征。

在工業(yè)4.0階段，人力在生產(chǎn)過(guò)程中永遠(yuǎn)會(huì)占一席之地，人力會(huì)被概念化，人與機(jī)器、虛擬電子物理體系的分工是，人類設(shè)計(jì)產(chǎn)品并決定產(chǎn)品規(guī)則和參數(shù)，機(jī)器、虛擬電子物理體系基于這些指令，觸發(fā)，比對(duì)路徑并選擇、優(yōu)化生產(chǎn)。

這是一個(gè)集成化的工業(yè)時(shí)代，單個(gè)的工作組件或物理端因?yàn)橹悄芑ヂ?lián)，將具有自我決策能力。這意味這工業(yè)制造將從一套固化的中央控制體系向分布式智能體系轉(zhuǎn)變，那些仍由中央控制電腦操縱的任務(wù)將被各種組件化任務(wù)代替，各組件之間將由智能方式聯(lián)網(wǎng)，各自的架構(gòu)細(xì)小化，可以獨(dú)立滿足訂單定制化需求。

“人類工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，將由一些看不見(jiàn)的樂(lè)器—虛擬的電子物理體系，在各個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上，共譜新的工業(yè)化樂(lè)章，并重塑生產(chǎn)制造的流程?！边@是德國(guó)國(guó)家儀器制造公司的CEO兼總裁對(duì)于工業(yè)4.0給出的一種權(quán)威解釋。

在鐵西工廠，處處可見(jiàn)機(jī)器人在不知疲倦的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作，精準(zhǔn)，高效，似乎永遠(yuǎn)也不會(huì)停下來(lái)。寶馬把生產(chǎn)流程切分成非常細(xì)小的片段，每個(gè)片段都遵循嚴(yán)格的順序加工，片段之間用自動(dòng)化傳動(dòng)機(jī)制聯(lián)系起來(lái)。它們還充分利用廠房空間，變傳統(tǒng)的地面運(yùn)輸為空中運(yùn)輸，在鐵西工廠的車間里，整個(gè)運(yùn)輸分樓上樓下三層，將每個(gè)工位緊密銜接在一起。

據(jù)工廠的工作人員介紹，整個(gè)工廠各處布滿了數(shù)不清的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，它們?cè)谑占鞣N生產(chǎn)數(shù)據(jù)和參數(shù)，同時(shí)，每臺(tái)機(jī)器人背后都是有一套復(fù)雜的生產(chǎn)編程軟件及設(shè)備控制的工業(yè)電腦，所有這些組成了一個(gè)看不見(jiàn)的高度復(fù)雜的電子網(wǎng)絡(luò)體系。

因此，鐵西工廠物流得以智能化，生產(chǎn)線得以高度柔性化。目前，在鐵西工廠可以生產(chǎn)BMWX1，BMW 3系標(biāo)準(zhǔn)軸距和長(zhǎng)軸距，3個(gè)車型全部實(shí)現(xiàn)并線生產(chǎn)。不僅如此，3個(gè)車型都可以接受個(gè)性化定制生產(chǎn)，這對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)了高難度的挑戰(zhàn)。

訂單式生產(chǎn)，其中蘊(yùn)含的挑戰(zhàn)是，如何通過(guò)有效的生產(chǎn)組織和物流運(yùn)送，保證每輛汽車生產(chǎn)時(shí)的精確性和穩(wěn)定性，同時(shí)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間將適當(dāng)型號(hào)的設(shè)備輸送到適當(dāng)?shù)能囕v。

總裝車間的車輛生產(chǎn)序列，是應(yīng)用物流訂單管理系統(tǒng)來(lái)管理的。此系統(tǒng)由生產(chǎn)計(jì)劃部門按照訂單排產(chǎn)，然后物流及相關(guān)供應(yīng)商按照訂單序列，將相應(yīng)的配件輸送到生產(chǎn)線旁，進(jìn)行安裝。每一輛進(jìn)入總裝車間的車身，會(huì)在超寬帶實(shí)時(shí)定位識(shí)別系統(tǒng)的輔助下，監(jiān)控車輛的運(yùn)行位置，并且通過(guò)系統(tǒng)讀取車輛Tag攜帶的信息，觸發(fā)相關(guān)設(shè)備，按照車型參數(shù)進(jìn)行裝配和安裝。

實(shí)際上，從鐵西工廠下線的每一臺(tái)BMW都是唯一的，每輛車上都有一個(gè)電子標(biāo)簽，內(nèi)含所有的定制信息。當(dāng)車身穿過(guò)辦公樓到達(dá)總裝車間之后，借助大量傳感器和軟件體系的控制，各種各樣錯(cuò)綜復(fù)雜的布線、方向盤、油門和剎車踏板、中控臺(tái)、空調(diào)和座椅等，在一個(gè)智能化和高度靈活的物流流程中，可以在準(zhǔn)確的時(shí)間被傳送到準(zhǔn)確的工位，然后被有選擇性的準(zhǔn)確安裝。

在這個(gè)體系下，每個(gè)工位每個(gè)細(xì)微流程都具有自主選擇和決策能力，使得物盡其用，實(shí)現(xiàn)更高效更低成本的靈活個(gè)性化定制。未來(lái)，寶馬還將在鐵西工廠引入更多的車型，使其成為中國(guó)的一個(gè)個(gè)性化生產(chǎn)基地。