智慧集約型智能制造模式在汽車企業(yè)的應(yīng)用

詹松光

（廣州汽車集團乘用車有限公司，廣東廣州510000）

0 前言

“工業(yè)4.0”被看作是以智能制造為主導(dǎo)的“第四次工業(yè)革命”[1]，由德國政府最早于2013年提出[2]。而近年來，業(yè)界從不同角度、不同層面對于“智能制造”給出了很多解讀，雖然在國際上尚沒有公認(rèn)的定義，但對比傳統(tǒng)制造，智能制造基本涵蓋了以下特征：自動化、數(shù)字化、互聯(lián)化、柔性化、自優(yōu)化[3]。而具備所有這些特征或某幾樣特征的“智能工廠”，作為智能制造的載體，也在“工業(yè)4.0”的概念中被不斷提及，也成為當(dāng)下汽車生產(chǎn)企業(yè)新建工廠的目標(biāo)[4]。

智能制造的特征決定了各企業(yè)在建設(shè)“智能工廠[5]”時，需要投入大量的資源，其中就包括了巨額的資金和用地。

為了保證高度的“自動化、數(shù)字化、互聯(lián)化、自優(yōu)化”，汽車制造企業(yè)需要投入大量成本來采購相應(yīng)的自動化、智能化設(shè)備和系統(tǒng)軟件。包括各工藝車間使用的機器人，物流部門使用的AGV、RGV小車，裝配線使用的電動扭力扳手，質(zhì)檢部門使用的各種在線檢測設(shè)備，以及控制生產(chǎn)、物流和設(shè)備運維的各項管理系統(tǒng)[6]。為了滿足顧客越來越個性化的消費需求，汽車企業(yè)需要供應(yīng)更多可供選擇的零配件、產(chǎn)品；導(dǎo)致生產(chǎn)線的工藝日益復(fù)雜，需要具備更高的“柔性化”適應(yīng)不同的零配件、產(chǎn)品生產(chǎn)；相應(yīng)的零部件倉儲、物流需要的面積、空間也在不斷增加[7]。

按照近年來業(yè)內(nèi)新建工廠的投入數(shù)據(jù)看，建成24萬輛以上產(chǎn)能的工廠，普遍需超40億元人民幣投資。例如，某品牌汽車第三工廠計劃2014年投產(chǎn)，首期產(chǎn)能30萬輛，總投資超過50億元。某品牌汽車第四工廠項目計劃2014年投產(chǎn)，一期年產(chǎn)15萬輛整車，總投資50億元。某品牌汽車二期新工廠項目計劃于2012年投產(chǎn)，第一階段規(guī)劃產(chǎn)能10萬輛，未來規(guī)劃總產(chǎn)能30萬輛，總投資超過50億元人民幣。同樣，在用地方面，建成年產(chǎn)24萬輛以上產(chǎn)能的工廠，新建工廠普遍需占地140萬m2以上，而其中大部分需近200萬m2的空間[8]。

巨額的投資會給企業(yè)正常運營帶來額外的成本負(fù)擔(dān)。同樣，土地資源在當(dāng)今社會也是稀有的不可再生資源，過渡消耗占用，不僅給企業(yè)帶來更高的地價、租金負(fù)擔(dān)，也同樣會制約地區(qū)未來的可持續(xù)發(fā)展。為此，需要一種“智慧、集約”的智能制造模式，來有效的降低過度的資金投入和土地占用，確保新工廠的高效低耗，保持和提升企業(yè)的競爭力。

智慧、集約型智能制造模式，是指在保證產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)柔性和交貨時間的前提下，以降低成本為主要目標(biāo)的智能制造模式。在此模式下的汽車制造企業(yè)，通過在各個生產(chǎn)工序車間應(yīng)用具備上述智能制造特點的生產(chǎn)技術(shù)，從而提高效率、減少浪費，最終實現(xiàn)降低成本、保持產(chǎn)品性價比的目標(biāo)。

1 SMART-SSC建設(shè)理念

1.1 某品牌汽車第三工廠建設(shè)項目概況

第三工廠于2011年8月開始項目企劃，2013年動工，2015年建成量產(chǎn)。項目在設(shè)計之初即明確了智慧、集約的建設(shè)和運營方向。新工廠目前使用了眾多較為領(lǐng)先的智能制造技術(shù)，而且在人機交互、追求集約上有著非常鮮明的特點。項目分發(fā)動機生產(chǎn)線和整車生產(chǎn)線兩大部分：發(fā)動機生產(chǎn)線包含鑄造、機加工、裝配車間，其建成標(biāo)志著該企業(yè)第一次實現(xiàn)了自主生產(chǎn)發(fā)動機，成為一家完整的汽車整車制造廠。

1.2 SMART-SSC建設(shè)理念

該項目在企劃之初，即結(jié)合企業(yè)內(nèi)外發(fā)展環(huán)境，首創(chuàng)了契合智慧、集約發(fā)展思路的Smart-SSC的理念。其中“Smart”體現(xiàn)了4個方面的智慧：信息化管理及大數(shù)據(jù)運用的智慧、自動化工藝運用的智慧、先進性與前瞻性平衡的智慧、對現(xiàn)有資源充分活用的智慧，并落實到“SSC”（Small、Simple、Compact）3個支點中。這一極具前瞻性和獨創(chuàng)性的構(gòu)想與德國“工業(yè)4.0”及“中國制造2025”的戰(zhàn)略不謀而合。其中，小型（Small）是指活用資源，空間最小，進行小型車專用技術(shù)的采用及最優(yōu)設(shè)備的導(dǎo)入；簡練（Simple）是指去除浪費，打造簡練的人機最佳工位布局；緊湊（Compact）即為集約，是指追求小、近、短、輕，最合適的自動化、模塊化。

2 SMART-SSC的具體實現(xiàn)

SMART-SSC的最終實現(xiàn)，并不僅依靠于某個領(lǐng)域某項新技術(shù)或新工藝的運用，而關(guān)鍵在于整個項目所有環(huán)節(jié)的過程控制，需要在整個項目的規(guī)劃、實行過程中不斷地踐行。

首先，在項目企劃之初即明確設(shè)計前提。包括項目目標(biāo)（產(chǎn)能、人員、投資、功耗、成本等），并依據(jù)項目目標(biāo)參考過往工廠建設(shè)案例，檢討確認(rèn)各工藝車間占地空間的限制和規(guī)劃車型的尺寸。

其次，在整體布局方面，項目團隊歷時半年，經(jīng)數(shù)十版討論。充分兼顧“現(xiàn)有廠房活用、滿足未來新車型導(dǎo)入的必要空間、物流路線干涉最少、各領(lǐng)域生產(chǎn)傳輸效率最優(yōu)”等討論要件，才形成了最終的“一”字型直線布局方案，相較于原來第二工廠的鏡像復(fù)制方案，生產(chǎn)線占地面積削減了45.5%，而生產(chǎn)效率和物流也不會受到影響。

而在工藝選型、建筑設(shè)計、流程編排、參數(shù)制定、設(shè)備選型等環(huán)節(jié)，項目團隊也充分踐行了SMART-SSC理念：

（1）沖壓車間。整車沖壓階段的智能制造體現(xiàn)在高速伺服沖壓生產(chǎn)線高智能加工和沖壓件自動裝箱方面。與行業(yè)常見的五序、六序沖壓工藝相比，該項目通過工藝的集成，將沖壓工序縮減為四序，大大節(jié)省了機器占用空間和沖壓時間，實現(xiàn)工藝優(yōu)化集約。

（2）焊裝車間。焊裝工序在設(shè)計和運行上充分發(fā)揮了“人的智慧”，例如優(yōu)化機器人的布局，利用抓件機器人的富余工時實行螺柱焊的焊接，削減螺柱焊占用機器人數(shù)量；另外在設(shè)備集成方面，也實現(xiàn)了一機多用，提高效率，削減機器人數(shù)量；此外，還通過合理優(yōu)化示教、干涉區(qū)設(shè)置，最大限度利用機器人。通過發(fā)揮“人的智慧”，在保證工藝基礎(chǔ)上實現(xiàn)機器人的效率較行業(yè)一般水平高20%左右。同時還引進了智能車身總拼系統(tǒng)（Smart-G/W），這是目前全球最新開發(fā)較先進的一條總拼生產(chǎn)線，其智能化的特點在于能根據(jù)要生產(chǎn)的車型信息自動快速切換焊接夾具，提升混線生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)的總拼系統(tǒng)相比，空間占用面積削減1/3，焊接機器人效率提升37%；在減少了生產(chǎn)線制造成本的同時，也增強了生產(chǎn)柔性、保證了車身精度。

（3）涂裝車間。首先在工藝方面，將傳統(tǒng)噴涂工藝創(chuàng)新優(yōu)化為3C2B流程，即中涂——烘干——色漆——清漆——烘干，雖然減少了工序，但相比較傳統(tǒng)工藝，品質(zhì)更優(yōu)，且節(jié)省了冗余工序所需要的能源和空間。其次，創(chuàng)新性地使用U型擺桿吊架，前處理電泳45°出入槽，與業(yè)內(nèi)普遍使用的30°角出入槽相比，該出入槽兩側(cè)更加立體緊湊，能夠?qū)崿F(xiàn)全處理電泳槽體體積削減6%～10%，降低了出入槽占用的空間。再次，導(dǎo)入壁掛式噴涂機器人，將原本需要占據(jù)工位的機器人改為裝在墻體上，每個機器人的寬度也從傳統(tǒng)式的5 500 mm縮短為4 500 mm，節(jié)省了生產(chǎn)線的長度和空間；建成循環(huán)風(fēng)噴房，不僅縮減了車間面積，而且實現(xiàn)空氣循環(huán)利用，保持溫度，相比于傳統(tǒng)的噴房削減了40%用于溫度調(diào)整的能耗。

（4）總裝車間。通過導(dǎo)入SPS智慧物流系統(tǒng)，實現(xiàn)了人工和零部件庫存的大幅削減，同時提升了配送精確率。拉動式物流系統(tǒng)削減物流配送人員30%、削減線邊零件存量50%；自動取件指示系統(tǒng)減少集配作業(yè)人員40%、取件精準(zhǔn)率達到100%；AGV自動管控系統(tǒng)實現(xiàn)搬送及輔助人員0人、車體規(guī)格匹配精確率100%。同時，結(jié)合裝配自動化等措施，實現(xiàn)占地面積相對于該企業(yè)第二工廠下降50%，僅2.19萬m2；工作人員雙班490人，相對與第二工廠下降11.2%；工位128個，比第二工廠減少了40個，從各方面實現(xiàn)了高效集約。

（5）發(fā)動機裝配車間。通過集約化布局、削減有效/無效崗位數(shù)等施策，導(dǎo)入結(jié)構(gòu)簡單的設(shè)備，并使設(shè)備小型化、緊湊化，一方面簡化維修保養(yǎng)減少設(shè)備故障，另一方面削減投資。發(fā)動機裝配車間占地僅4 944 m2，生產(chǎn)區(qū)域面積相對企劃削減了約48%(1 226 m2)，投資削減約34%，共有38臺套設(shè)備，在達到智能生產(chǎn)的同時，實現(xiàn)設(shè)備國產(chǎn)化率100%，具備年產(chǎn)24萬臺的能力，目前產(chǎn)能12萬臺/年，雙班生產(chǎn)人員120人。為國內(nèi)同等規(guī)模，占地最小產(chǎn)出效率領(lǐng)先的裝配車間。

（6）整車品質(zhì)車間。車間面積7 560 m2，生產(chǎn)線呈S型布置，涵蓋外觀機能線、檢測線、淋雨線、尾氣在線檢測PDI線，相比同行業(yè)削減返修板鏈線，節(jié)省作業(yè)步行時間，整體設(shè)計緊湊、高效。同時，在工藝編成上采取大量改進措施，其中包括：采用隨板鏈在線尾氣檢測工藝，把尾氣檢測從固定式檢測轉(zhuǎn)變?yōu)殡S動式；在品質(zhì)保證的前提下，采用先進的整車檢測儀器設(shè)備，將傳統(tǒng)的長跑道檢查改為微型跑道進行動態(tài)檢查。整個車間單位面積產(chǎn)出效率31.11臺/（年·m2），總面積較第二工廠減少44%，總投資較第二工廠減少32%。

表1 該項目與國內(nèi)同行業(yè)投資面積對標(biāo)數(shù)據(jù)

3 SMART-SSC理念的踐行效果

該企業(yè)第三工廠的生產(chǎn)實踐揭示了智慧集約的核心精神：效能發(fā)揮最大化，資源投入最小化。在SMART-SSC理念的引領(lǐng)下，第三工廠被打造為智慧、小型、簡練、緊湊的“智慧集約型環(huán)保工廠”。不僅打破了業(yè)行內(nèi)建成24萬輛產(chǎn)能需要超40億元人民幣投資的普遍規(guī)律；而且在行業(yè)內(nèi)實現(xiàn)了單臺占地面積小、單位面積產(chǎn)出率高，單位面積產(chǎn)出效率提升50%，實現(xiàn)了資源占用最小化和效能發(fā)揮最大化。相比該企業(yè)第二工廠，第三工廠占地面積縮小45.5%，投資減少26%，人員效率卻提升了29%，完全符合目前國家所提倡的土地集約化生產(chǎn)方式。與國內(nèi)同行業(yè)投資、面積對標(biāo)情況如表1所示[8]。

該項目的建成投產(chǎn)為行業(yè)樹立起新的標(biāo)桿，如表1所示，通過“省土地”、“省投資”、“省人力”三大方面的舉措，實現(xiàn)了資源節(jié)約的創(chuàng)舉，但工程建設(shè)質(zhì)量、工廠工藝水平卻并沒有降低，甚至在工廠布局、工業(yè)設(shè)備上還有所優(yōu)化提升，在先進性、生產(chǎn)效率、節(jié)能環(huán)保等方面，位居該汽車品牌全球工廠的前列，這些成果獲得公司內(nèi)外的一致認(rèn)可，該項目成果榮獲2016年某集團科學(xué)技術(shù)獎項唯一的特等獎，并在2017年度中國汽車工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎評審中榮獲二等獎，成為行業(yè)翹楚。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著近幾年智能制造的迅速發(fā)展，對于汽車行業(yè)也影響頗深：隨著我國人口紅利期的漸行漸遠，以及當(dāng)下智能技術(shù)的極速發(fā)展，從長遠提升企業(yè)競爭力的角度出發(fā)，汽車制造的“智能化”是勢在必行。但另一方面，如果忽視初期的成本控制，極易造成大量的土地、資金資源浪費，也會導(dǎo)致企業(yè)后期運營成本居高不下，從根本上違背了“智能制造”的初衷。

而如該建設(shè)項目一般，在投入、產(chǎn)出之間尋求到最優(yōu)的結(jié)合點，從理念規(guī)劃、方案企劃、實施推進，都充分考慮最適合的投入與產(chǎn)出，好鋼用在刀刃上，維持企業(yè)健康的可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢，才是中國汽車企業(yè)從高速井噴發(fā)展轉(zhuǎn)入穩(wěn)定發(fā)展后，更應(yīng)該選擇的路線。