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造车的四大工艺与汽车工业机器人

  对汽车工业来说,可以分为欧美和日本两大流派,日系是垂直供应链,以丰田最为典型。丰田旗下的电装、爱信、爱知制钢、丰田纺织、丰田合成、JTEKT都是全球前30大汽车零部件企业,如果不计轮胎业务(个人认为,轮胎属化工范畴,不能算汽车行业),电装与爱信分别在全球汽车零部件企业中排名第二和第四。不仅是上游零部件,像原材料,如钢铁,丰田所属的三井财阀不仅拥有大量铁矿石矿山和强大的远洋运输团队,还拥有全球第一大汽车钢板供应商新日铁住金,这家企业的中国市场占有率超过60%。垂直供应链保证了产品品质和利润率。欧美则是平行供应链,除发动机外几乎所有关键原材料和零部件都外购。而发动机的原材料和零部件自然也是外购,而日系可以做到在一个集团内部完成。

  汽油机的门槛实际上是不高的,拥有自主发动机更容易降低整车成本和控制性能,因此中国目前大多数车厂都自主生产发动机,并且进一步延伸,开始自主生产变速箱。进入新能源车时代,由于电机是高度成熟的工业产品,门槛很低,加上新能源车不需要变速箱,这就让新能源造车门槛大幅度降低,所有的关键零部件都可以委托外部开发并采购。

  对于整车厂来说,只有四大工艺是其核心内容,这就是冲压、焊接、喷涂和总装。由于冲压工艺简单,标准化程度高,一条冲压线可以多种车型,目前冲压领域也出现了独立厂家,为多个厂家提供冲压件。不过焊接、喷涂和总装生产线定制化程度极高,一条线基本上只能对应一种车型,不大可能出现独立厂家。

  汽车领域有个专门的术语叫JPH,可以称之为每小时产量。汽车行业大量使用工业机器人,这样做的好处是高品质与高效率,缺点是缺乏灵活性。简单地说,使用工业机器人越多,效率与品质就越高,以国内德系合资厂而言,JPH大约为48,也就是75秒生产一辆车;日系厂可以做到60,也就是1分钟1辆车;韩系可以做到65,不到1分钟生产一辆车;自主车厂比较差的是30,也就是2分钟1辆车。通常1年工作日是250天,每天工作8小时,JPH30的话,年产能就是6万辆。生产线的最好保养方式是:一直保持适度运转。如果长时间停滞的话,突然投入生产,可以会发生各种种样的故障,如部件老化失效、润滑油泄露、工位调适不当、工人操作失误等带来的一系列问题。所以,一般整车厂即使淡季也要造车,即使明知道库存满手也不得不继续造车。

  我们以观致汽车为例,下表为观致汽车1-6月产量,观致汽车的生产线为36JPH,也就是说单班制的话,每天生产288台。

  很明显,进入2017年后,观致的偶数月产量极低,奇数月为正常生产,偶数月为“保养式”运转。直到今年6月,连这种基本的运转也无力承担了,干脆停产。3-6月,观致只生产了2709辆,也就是说开工不到10天。可是工人4个月的工资,还有五险一金,少一毛钱也不行;还有生产线可没停,生产线的运转成本可是不低的。观致的亏损也就不奇怪了。

  所以汽车行业,如果你要使用机器人的话,最低的门槛也是大约年产能5-6万辆。

  第一个是冲压车间,冲压是所有工序的第一步。先是把钢板在切割机上切割出合适的大小,这个时候一般只进行冲孔、切边之类的动作,然后进入真正的冲压成形工序。每一个工件都有一个模具,只要把各种各样的模具装到冲压机床上就可以冲出各种各样的工件,模具的作用是非常大的,模具的质量直接决定着工件的质量。冲压工序可分为四个基本工序。

  冲裁:使板料实现分离的冲压工序(包括冲孔、落料、修边、剖切等)。

  弯曲:将板料沿弯曲线成一定的角度和形状的冲压工序。

  拉深:将平面板料变成各种开口空心零件,或把空心件的形状、尺寸作进一步改变的冲压工序。

  局部成形:用各种不同性质的局部变形来改变毛坯或冲压成形工序(包括翻边、胀形、校平和整形工序等)。

  包括车门、顶盖、侧翼板、立柱、发动机罩等等,车身70%以上的零部件由冲压设备冲压而成。冲压机的压力使钢板发生拉伸或硬压,为钢板开孔,并切掉无用的部分。作为汽车四大工艺之首,冲压线又被称为“印钞线”,属汽车制造装备的关键设备。对于占汽车车身10%的超大型冲压件,一般采用总吨位6000t以上的冲压线;25%左右的大中型冲压件,采用4000t左右冲压线;25%左右的中型冲压件,采用2500t左右冲压线;其余40%左右中小件,基本采用1000t以下生产线。通常采用6序或5序冲压机设置,即一台大吨位冲压机之后交由4到5台小冲压机。

  以一汽大众成都厂为例,共有5条冲压线,其中德国米勒万家顿4条,分别为310/320/340/350,其中:310/320/350线同是8100吨大线,均为6序,头台压机公称压力2100吨,后续五台压机公称压力1200吨;340线为5200吨小线,共有5序,头台压机公称压力2000吨,后续四台压机公称压力800吨。330线是济二制造的国产全自动化压机生产线,于2012年8月通过96%功能验证,2013年7月通过终验收。共有5序,头台压机公称压力2100吨,后续4台压机公称压力1200吨。最大整线生产节拍可达15次/分钟,全自动换模时间仅为6分钟。国内除日系和德系厂家,基本都选择济南第二机床厂的冲压机,济南第二机床厂的冲压机丝毫不次于德国的米勒万家顿,高端产品上,价格甚至略高于德国厂家,在北美福特车厂一样是采用济南第二机床厂的冲压机。美系国内厂家几乎全部都是济南第二机床厂的冲压机。日系则多用小松和富士。

  在冲压之前,需要对钢板进行清洗、开卷、还原和粗剪。即便是粗剪的精度也有0.1毫米,与一根头发丝直径相当。这就需要SMT清洗机、开卷机和一套进料与传输系统。横杆双臂传输线是目前主流,通常要用到2台六轴机器人和5台七轴机器人。为了保证车间的高整洁度,大厂家会采用无尘室。汽车工业用百万级无尘室就足够了,制药厂通常是十万级无尘室,而半导体最高可达千级。无尘室会增加不少基建成本和运营成本。一条年产量6万辆汽车的冲压生产线投资大约2-2.5亿人民币。

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