智慧集約型智能制造模式在汽車企業的應用

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4.0”被看作是以智能制造為主導的“第四次工業革命”[1]，由德國政府最早于2013年提出[2]。而近年來，業界從不同角度、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的定義，但對比傳統制造，智能制造基本涵蓋了以下特征：自動化、數字化、互聯化、柔性化、自優化[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4.0”的概念中被不斷提及，也成為當下汽車生產企業新建工廠的目標[4]。

智能制造的特征決定了各企業在建設“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、數字化、互聯化、自優化”，汽車制造企業需要投入大量成本來采購相應的自動化、智能化設備和系統軟件。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，質檢部門使用的各種在線檢測設備，以及控制生產、物流和設備運維的各項管理系統[6]。為了滿足顧客越來越個性化的消費需求，汽車企業需要供應更多可供選擇的零配件、產品；導致生產線的工藝日益復雜，需要具備更高的“柔性化”適應不同的零配件、產品生產；相應的零部件倉儲、物流需要的面積、空間也在不斷增加[7]。

按照近年來業內新建工廠的投入數據看，建成24萬輛以上產能的工廠，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，首期產能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，一期年產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，第一階段規劃產能10萬輛，未來規劃總產能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24萬輛以上產能的工廠，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正常運營帶來額外的成本負擔。同樣，土地資源在當今社會也是稀有的不可再生資源，過渡消耗占用，不僅給企業帶來更高的地價、租金負擔，也同樣會制約地區未來的可持續發展。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，保持和提升企業的競爭力。

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

1 SMART-SSC建設理念

1.1 某品牌汽車第三工廠建設項目概況

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。項目在設計之初即明確了智慧、集約的建設和運營方向。新工廠目前使用了眾多較為領先的智能制造技術，而且在人機交互、追求集約上有著非常鮮明的特點。項目分發動機生產線和整車生產線兩大部分：發動機生產線包含鑄造、機加工、裝配車間，其建成標志著該企業第一次實現了自主生產發動機，成為一家完整的汽車整車制造廠。

1.2 SMART-SSC建設理念

該項目在企劃之初，即結合企業內外發展環境，首創了契合智慧、集約發展思路的Smart-SSC的理念。其中“Smart”體現了4個方面的智慧：信息化管理及大數據運用的智慧、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性的構想與德國“工業4.0”及“中國制造2025”的戰略不謀而合。其中，小型（Small）是指活用資源，空間最小，進行小型車專用技術的采用及最優設備的導入；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

SMART-SSC的最終實現，并不僅依靠于某個領域某項新技術或新工藝的運用，而關鍵在于整個項目所有環節的過程控制，需要在整個項目的規劃、實行過程中不斷地踐行。

首先，在項目企劃之初即明確設計前提。包括項目目標（產能、人員、投資、功耗、成本等），并依據項目目標參考過往工廠建設案例，檢討確認各工藝車間占地空間的限制和規劃車型的尺寸。

其次，在整體布局方面，項目團隊歷時半年，經數十版討論。充分兼顧“現有廠房活用、滿足未來新車型導入的必要空間、物流路線干涉最少、各領域生產傳輸效率最優”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制方案，生產線占地面積削減了45.5%，而生產效率和物流也不會受到影響。

而在工藝選型、建筑設計、流程編排、參數制定、設備選型等環節，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在高速伺服沖壓生產線高智能加工和沖壓件自動裝箱方面。與行業常見的五序、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，大大節省了機器占用空間和沖壓時間，實現工藝優化集約。

（2）焊裝車間。焊裝工序在設計和運行上充分發揮了“人的智慧”，例如優化機器人的布局，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量；另外在設備集成方面，也實現了一機多用，提高效率，削減機器人數量；此外，還通過合理優化示教、干涉區設置，最大限度利用機器人。通過發揮“人的智慧”，在保證工藝基礎上實現機器人的效率較行業一般水平高20%左右。同時還引進了智能車身總拼系統（Smart-G/W），這是目前全球最新開發較先進的一條總拼生產線，其智能化的特點在于能根據要生產的車型信息自動快速切換焊接夾具，提升混線生產效率。與傳統的總拼系統相比，空間占用面積削減1/3，焊接機器人效率提升37%；在減少了生產線制造成本的同時，也增強了生產柔性、保證了車身精度。

（3）涂裝車間。首先在工藝方面，將傳統噴涂工藝創新優化為3C2B流程，即中涂——烘干——色漆——清漆——烘干，雖然減少了工序，但相比較傳統工藝，品質更優，且節省了冗余工序所需要的能源和空間。其次，創新性地使用U型擺桿吊架，前處理電泳45°出入槽，與業內普遍使用的30°角出入槽相比，該出入槽兩側更加立體緊湊，能夠實現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，導入壁掛式噴涂機器人，將原本需要占據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式的5 500 mm縮短為4 500 mm，節省了生產線的長度和空間；建成循環風噴房，不僅縮減了車間面積，而且實現空氣循環利用，保持溫度，相比于傳統的噴房削減了40%用于溫度調整的能耗。

（4）總裝車間。通過導入SPS智慧物流系統，實現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%；自動取件指示系統減少集配作業人員40%、取件精準率達到100%；AGV自動管控系統實現搬送及輔助人員0人、車體規格匹配精確率100%。同時，結合裝配自動化等措施，實現占地面積相對于該企業第二工廠下降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，從各方面實現了高效集約。

（5）發動機裝配車間。通過集約化布局、削減有效/無效崗位數等施策，導入結構簡單的設備，并使設備小型化、緊湊化，一方面簡化維修保養減少設備故障，另一方面削減投資。發動機裝配車間占地僅4 944 m2，生產區域面積相對企劃削減了約48%(1 226 m2)，投資削減約34%，共有38臺套設備，在達到智能生產的同時，實現設備國產化率100%，具備年產24萬臺的能力，目前產能12萬臺/年，雙班生產人員120人。為國內同等規模，占地最小產出效率領先的裝配車間。

（6）整車品質車間。車間面積7 560 m2，生產線呈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，相比同行業削減返修板鏈線，節省作業步行時間，整體設計緊湊、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變為隨動式；在品質保證的前提下，采用先進的整車檢測儀器設備，將傳統的長跑道檢查改為微型跑道進行動態檢查。整個車間單位面積產出效率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 該項目與國內同行業投資面積對標數據

3 SMART-SSC理念的踐行效果

該企業第三工廠的生產實踐揭示了智慧集約的核心精神：效能發揮最大化，資源投入最小化。在SMART-SSC理念的引領下，第三工廠被打造為智慧、小型、簡練、緊湊的“智慧集約型環保工廠”。不僅打破了業行內建成24萬輛產能需要超40億元人民幣投資的普遍規律；而且在行業內實現了單臺占地面積小、單位面積產出率高，單位面積產出效率提升50%，實現了資源占用最小化和效能發揮最大化。相比該企業第二工廠，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方式。與國內同行業投資、面積對標情況如表1所示[8]。

該項目的建成投產為行業樹立起新的標桿，如表1所示，通過“省土地”、“省投資”、“省人力”三大方面的舉措，實現了資源節約的創舉，但工程建設質量、工廠工藝水平卻并沒有降低，甚至在工廠布局、工業設備上還有所優化提升，在先進性、生產效率、節能環保等方面，位居該汽車品牌全球工廠的前列，這些成果獲得公司內外的一致認可，該項目成果榮獲2016年某集團科學技術獎項唯一的特等獎，并在2017年度中國汽車工業科學技術獎評審中榮獲二等獎，成為行業翹楚。

4 結束語

綜上所述，隨著近幾年智能制造的迅速發展，對于汽車行業也影響頗深：隨著我國人口紅利期的漸行漸遠，以及當下智能技術的極速發展，從長遠提升企業競爭力的角度出發，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，也會導致企業后期運營成本居高不下，從根本上違背了“智能制造”的初衷。

而如該建設項目一般，在投入、產出之間尋求到最優的結合點，從理念規劃、方案企劃、實施推進，都充分考慮最適合的投入與產出，好鋼用在刀刃上，維持企業健康的可持續發展態勢，才是中國汽車企業從高速井噴發展轉入穩定發展后，更應該選擇的路線。