华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

2019-07-09 11:06

现在我们所说的工业4.0,在未来很有可能是改善人与自然关系的一个桥梁。

2017年5月19日,从2014年便开始扩建的华晨宝马大东工厂举行了揭幕仪式,在此之前,车云菌也曾参观过博世在苏州的现代化工厂,以及北京奔驰位于亦庄开发区的工厂,这些工厂,都有一个很显著的特点,就是都把自己称为“(初步实现)工业4.0”的代表。

华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

华晨宝马新大东工厂

那么,当我们越来越热衷于谈论“工业4.0”,我们真正清楚这个名词背后所代表的含义,或者说清楚它在未来指向的终极目标吗?

我曾经尝试从效率和人性化角度去解释在工厂中看到的“工业4.0”特征,但始终没有脱离表层去理解“工业4.0”,直至我带着一堆问题,在不经意间看了一部《竞速灭亡》的纪录片之后,我突然对“工业4.0”的目标有了一个更清晰的认识:

“所谓的工业4.0,核心目标在于用更少的资源去生产更好的产品,并对环境产生更少的影响。”

下面,我们看看在新大东工厂里,华晨宝马是如何实现上面的三个“更”的。

优化工作方式意味着节约人力资源

在新大东工厂里最让我感到特别的,是整车装配线中有工人正在使用机械外骨骼!

眼前的机械外骨骼,和军事杂志上宣传的战争装备完全不一样,它没有动力系统,但设计简单可靠轻便,对工人行走带来的影响很轻。再结合特殊设计的鞋一起使用时,可以在工人腿部屈成一个角度时,把上下关节卡在一个角度,构成一个座椅,避免工人采用哈腰弓背的姿势在特定高度劳动。

华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

在其它装配工位上,我还见到了一些采用3D打印技术生产的工具,譬如下图这个用来保护总装工人拇指的外套,就是人机工程学的显著应用,其在降低工人劳动强度的同时,又提高了劳动效率。

华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

此外,在天窗装配环节所使用的天窗调整卡具,也是由3D打印技术制作,该技术在小批量需求、且需要满足负载曲面设计的复杂工具制造方面,可以让开发和订货周期缩到最短。

虽然在我们的常规认识里面,“工业4.0”更多的是涉及信息化、自动化和数字化的技术革新,但在一个离不开人的制造业中,如何考虑“工人的感受”,用人机工程学去帮助工人更好、更便捷的完成工作,也是提高人力资源利用率的一个主要方向。

车身重量减轻50kg的背后

在新大东工厂车身装配车间一进门的地方,华晨宝马的工人在最显眼的地方安置了一个超大号的天平,天平两端分别是全新一代5系Li(这款产品也是新大东工厂目前主要生产的产品,下文简称“新5系”)和老一代5系Li车型的白车身。

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新5系的白车身

据工人介绍,新5系的车身采用了30余种材料、18种连接技术以及400多个零件构成,和老5系车身相比,新5系的车身制造工艺更复杂,车身强度更高,重量更轻(减轻50kg)但制造时间却更短。

华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

新5系上采用的热熔自攻螺丝

乍一听,这似乎是不大可能的事情,但为了说明这些问题,工人特地在新5系Li的白车身后备箱里装了一定量的矿泉水瓶子,让天平保持平衡来说明新5系车身减重的事实。

同时,为了增强说明效果,工人还在旁边的看板上罗列了新旧宝马5系的后轮罩结构做进一步说明,从实物上看,新5系的后轮罩明显不需要老5系那么多的零部件,所以这也减少了加工工序并提高了可靠性。

华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

激光焊接

在新5系车身装配的其他环节, 激光焊接也不是罕见之物,不过和大众喜欢在车顶用激光焊的做法不同,新5系把激光焊接用在了车门等位置上。在车身制造完成之后,工人会手持激光扫描仪给不同批次的车身做抽检,考虑到新5系全车身遍布的2万个特征点都已经被数字坐标化,且生成了标准数据库,所以做抽检的时候只需要用激光扫描仪扫出个立体图像,就能直观地比对这批生产的车身是不是符合质量要求了,这种方式大大提高了质检速度和分析准确度。

华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

在新5系的车身装配车间里,全线总共856台机器人实现了高达95%的自动化率,正是由于高度的自动化,采用了诸多新技术和新材料的新5系,才能在减重50kg的前提下,做到高质高效的车身制造。

一辆车要经受10300吨的压力

在新5系的冲压车间,一部巨大的SCHULER冲压机床从头延伸至尾,这台先进的6序伺服万吨级冲压机可从容应对铝板精密冲压等高难度作业,还比传统液压机节能44%。

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由于铝材的冲压比钢复杂3倍以上,所以理论上新5系的冲压环节要比老5系更费时费事。但是在眼下的新大东工厂里,生产系统通过计算机3D模拟技术建立数字模型,预先精准计算出铝板冲压回弹度等参数,然后在冲压生产线上为铝板预留冲压回弹的空间,最后可以使冲压铝板的成型精度到达0.02毫米,而这个技术,背后的基础与车身抽检测量的一样,都是依靠大数据的记录和分析。

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冲压线

把新5系盖成楼

在新5系的涂装车间,所有的涂装工艺均全部实现了无人化,哪怕是抽检环节,一般也只需要工人在电脑屏幕前查看数据结果就可以。而且系统采用的在线过程控制系统(OPC,Online Process Control),凭借大数据系统,对涂装的产品一边涂装一边实时监控、自我分析,把问题和不合格产品杜绝在发生之前,大大简化了生产流程(类似于边做题边检查的模式)。

华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

边喷边自检的喷涂机器人

需要重点指出的是,新5系涂装车间采用的干式喷漆作业,和大多数湿式喷漆作业(用水来吸附过喷的漆料)方式不同,过喷的漆料最后由干石灰吸附,在高温焚烧之后,这些物质可以作为对环境无害的建筑材料进行二次利用。这种技术带来的最直接效果就是:新涂装车间与大东工厂原设施相比节能37%,与十年前的技术相比节能和节水均达60%,化学制剂的排放降低80%。

华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

厂房外的干式分离系统

所以,当新5系的销量达到一定规模之后,说不定沈阳哪个建筑物中,就会用到从新5系车间里生产出来的二次利用建筑材料呢。

除了在喷涂环节采用环境友好技术,新大东工厂的厂房最大化利用自然采光、并使用墙体保温、通风、温控、智能照明等多项环保措施,每年共可节约60,000,000千瓦时电量;

华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

自动化的漆面检测

而在面向未来的技术探索方向,新大东工厂也做出了不少尝试,像之前的车身制造、喷涂大数据,就是个非常好的例子,事实上在总装车间,相关负责人还有很多数字化管理工具,这些类似丰田“看板”的终端工具(下图),可以让相关工作人员直接了当下的生产向工作状况(资源配给状态);而眼下正在内测的VR功能,在未来将把新大东工厂和宝马的海外工厂连接起来,利用这个技术,不但可以让工人在异地进行经验共享,更可以针对产品问题,以VR的方式“面对面”在“实物”上分析问题原因。

华晨宝马大东工厂如何实践工业4.0?

总装车间智能终端

车云观点

我们通常所说的“工业4.0”,在本菌看来,指的应当是一个长远目标,而不是具体的操作细则。事实上,针对不同的行业、产品样态不同的制造业,“工业4.0”的优化标准也需要区别对待。

就像我参观的博世的那个主要用来生产电子芯片的现代化工厂,硕大的一个工厂只需要40-50个工程师进行看护就可以了;但是在眼下这个新大东工厂,依然无法离开人的参与,完全靠机器独立运作几乎是不可能实现的事情。

因此,以人为本,逐步提高生产工艺中的自动化效率,提高产品质量,推广数字化和系统信息化,并逐步降低工厂对环境的影像,是眼下绝大多数工厂最需要着手实现的“工业4.0”第一步。

在新大东工厂里,华晨宝马在各个方面都做出了非常有益的近工业现代化的尝试,不过由于工厂试投产的时间不长,硬件设备也没有完全到位或调试完毕,所以这个工厂还没有达到工程师们心中最理想的运转状态。不过相信用不了太久的时间,随着新5系上市后产量的稳定供应以及下一代X3的投产,新大东工厂能生产出更优质,环境代价更小的产品。

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