日本汽車零部件制造技術(shù)發(fā)展

導(dǎo)讀：上海妙坊企業(yè)管理咨詢有限公司是一家專注于未來(lái)組織變革的管理咨詢公司，我們透過(guò)數(shù)字化變革與組織進(jìn)化的手段來(lái)協(xié)助客戶達(dá)成組織發(fā)展卓越、工程卓越、項(xiàng)目卓越和生產(chǎn)制造卓越，全面助力企業(yè)發(fā)展及個(gè)人成長(zhǎng)。今天小編給大家分享一下從電裝的“領(lǐng) 先工廠”看日本汽車零部件制造技術(shù)發(fā)展，感興趣的學(xué)員快來(lái)看看吧。

“領(lǐng) 先工廠”是日本電裝公司在前不久舉辦的2015年?yáng)|京車展上提出的一個(gè)概念。電裝公司是日本汽車產(chǎn)業(yè)最 大的系統(tǒng)零部件制造商，同時(shí)也是全球最 大的汽車系統(tǒng)零部件制造商之一。電裝公司是日本豐田汽車旗下的零部件制造企業(yè)，1949年從豐田汽車公司獨(dú)立出來(lái)后，完全繼承了豐田汽車公司兩個(gè)優(yōu)秀的企業(yè)傳統(tǒng)，一個(gè)是眾人皆知的精益生產(chǎn)，另一個(gè)是汽車生產(chǎn)制造工藝及裝備的獨(dú)立自主研發(fā)與制造。

精益生產(chǎn)有廣泛的內(nèi)容和深厚的理論，已經(jīng)發(fā)展成為了一門科學(xué)。其核心特征與大規(guī)模定制一樣，都強(qiáng)調(diào)“多品種”、“小批量”、“低成本”。

與精益生產(chǎn)的區(qū)別在于，當(dāng)前提出的大規(guī)模定制生產(chǎn)過(guò)程加入了現(xiàn)代化的信息技術(shù)。大規(guī)模定制要通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造流程的重構(gòu)，運(yùn)用現(xiàn)代化的信息技術(shù)、新材料技術(shù)、柔性制造技術(shù)等一系列高新技術(shù)，把產(chǎn)品生產(chǎn)全部或者部分轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)，以大規(guī)模生產(chǎn)的成本和速度，為單個(gè)客戶或小批量多品種市場(chǎng)定制任意數(shù)量的產(chǎn)品。

從豐田汽車公司獨(dú)立出來(lái)的電裝公司“領(lǐng) 先工廠”正是基于產(chǎn)品批量減少而成本不變的思想提出的，融合了精益生產(chǎn)和大規(guī)模定制生產(chǎn)方式。其具體做法是先對(duì)生產(chǎn)流程和制造設(shè)備進(jìn)行改造，將原有生產(chǎn)工藝上的裝備縮小并集中到最終的組裝車間安放，在改造的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化和生產(chǎn)流程標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)在裝備與裝備之間、生產(chǎn)車間與生產(chǎn)車間實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)，最 后實(shí)現(xiàn)工廠與工廠信息互聯(lián)。電裝公司“領(lǐng) 先工廠”架構(gòu)如圖1所示。

圖1 電裝公司“領(lǐng) 先工廠”架構(gòu)

1/N倍變革

1.變革方式

為了實(shí)現(xiàn)整車制造廠的本地化采購(gòu)，同眾多汽車零部件制造商一樣，日本電裝公司也跟隨整車制造企業(yè)的步伐走向世界各地。目前，電裝公司在全球38個(gè)國(guó)家和地區(qū)擁有130個(gè)工廠，2500條生產(chǎn)線。但這130個(gè)工廠中即使生產(chǎn)同類產(chǎn)品的生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品批量也是不一樣的。在新開(kāi)發(fā)的市場(chǎng)，產(chǎn)品批量是日本本土工廠或是成熟市場(chǎng)工廠的1/2或是1/3，甚至更少。

為了使小批量生產(chǎn)產(chǎn)品的單件成本保持不變，在日本本土工廠，電裝公司對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行縮小改造，在**最 低限度的加工能力基礎(chǔ)上，將生產(chǎn)單位縮減到原來(lái)的1/N，加工裝備縮小，占用面積減少，縮短加工時(shí)間，降低庫(kù)存數(shù)量。為了減少物流時(shí)間和成本，將在不同生產(chǎn)車間的加工裝備縮小后集中到最終的組裝車間，完成成品裝配。日本電裝公司1/N倍變革方式如圖2所示，最終通過(guò)合并生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)同步一體化生產(chǎn)。

圖2 日本電裝公司1/N倍變革方式

2.變革實(shí)例

電裝公司尾西工廠生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)零部件，包括可變氣門正時(shí)系統(tǒng)、控制閥、火花塞、傳感器外殼、A/B傳感器、噴油管及起動(dòng)機(jī)等。在工廠里設(shè)有專門的部品工程部，負(fù)責(zé)生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)、設(shè)備改造、新設(shè)備試驗(yàn)和磨合以及工藝輸出等。

電裝公司的部品工程部分為職能部和事業(yè)部?jī)纱蟛糠帧Ｂ毮懿考?xì)分為領(lǐng) 先部，負(fù)責(zé)生產(chǎn)系統(tǒng)研究；生研部，負(fù)責(zé)加工技術(shù)開(kāi)發(fā)；材技部，負(fù)責(zé)材料開(kāi)發(fā)；測(cè)量部，負(fù)責(zé)測(cè)量技術(shù)開(kāi)發(fā)；工機(jī)部，負(fù)責(zé)設(shè)備內(nèi)制；試制部，負(fù)責(zé)設(shè)備的改造和試制。事業(yè)部有16個(gè)制造部。另外，工廠里還有工場(chǎng)推進(jìn)部，負(fù)責(zé)建立生產(chǎn)線、通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)提高生產(chǎn)線完成度，進(jìn)行工藝標(biāo)準(zhǔn)化和示范推廣。

為了追求生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的高效率、高品質(zhì)，電裝公司1955年成立了工機(jī)（設(shè)備內(nèi)制）部門，該部門與產(chǎn)品研發(fā)部門一起參與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)。可以說(shuō)，在產(chǎn)品研發(fā)的最開(kāi)始階段，設(shè)備制造部門就已經(jīng)介入了，并根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)制造專用設(shè)備，降低生產(chǎn)成本，保持技術(shù)領(lǐng) 先優(yōu)勢(shì)。因?yàn)?，電裝公司自己制造的專用設(shè)備是市場(chǎng)上買不到的，從制造上設(shè)置了技術(shù)壁壘，其他公司很難進(jìn)行仿制。

電裝公司的這一傳統(tǒng)來(lái)源于豐田汽車公司。從1937年豐田汽車公司成立時(shí)起，自己的設(shè)備制造部就伴隨著豐田汽車公司一起成長(zhǎng)，到1941年，豐田汽車公司的設(shè)備制造部也獨(dú)立出來(lái)變?yōu)樨S田機(jī)工公司，后并入捷太格特公司。時(shí)至今日，捷太格特旗下的豐田機(jī)工是豐田汽車公司設(shè)備研發(fā)與采購(gòu)的首 選合作伙伴，雙方保持著非常緊密的合作。這一優(yōu)良傳統(tǒng)在日本電裝公司得到了發(fā)揚(yáng)，1969年，電裝公司進(jìn)行機(jī)器人內(nèi)制化生產(chǎn)。在2015年上海工博會(huì)上，電裝（中國(guó)）投資有限公司參展，推出了10余款工業(yè)用機(jī)器人、多款控制器和控制軟件。

在尾西工廠，部品工程部有600多人，約占全廠總?cè)藬?shù)的9%。該部門技術(shù)人員從2001年起開(kāi)始實(shí)施1/N變革，到2014年，已經(jīng)完成并向全球展示了小型電動(dòng)壓鑄機(jī)、分時(shí)鍛造機(jī)、小型高速插入成形機(jī)、小型低壓復(fù)動(dòng)沖壓機(jī)等改造項(xiàng)目。圖3是小型電動(dòng)壓鑄機(jī)的1/N改造項(xiàng)目。

圖3 小型電動(dòng)壓鑄機(jī)改造項(xiàng)目

小型電動(dòng)壓鑄機(jī)用于可變氣門正時(shí)零部件的制造，原來(lái)生產(chǎn)工藝采用8m高的熱熔爐和4m高的大型液壓壓鑄機(jī)，然后再通過(guò)大型熱處理設(shè)備進(jìn)行熱處理。三類設(shè)備距離較遠(yuǎn)，占地面積大，一個(gè)批量（20個(gè)零部件左右）完成全部工序要20h。改造后，三類設(shè)備高度全部降到2m以內(nèi)，集中安放，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)，連續(xù)作業(yè)。與原來(lái)相比，全部設(shè)備占有的總面積只有原來(lái)的1/6。

分時(shí)鍛造機(jī)用于制造火花塞、傳感器外殼，改造后設(shè)備所占面積是原來(lái)的1/6，設(shè)備費(fèi)用減少2/3，生產(chǎn)線縮短一半。小型高速插入成形機(jī)用于加工A/B傳感器、噴油管路等，采用立式側(cè)面射出技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化、自動(dòng)化控制，生產(chǎn)線縮短為原來(lái)的1/3，庫(kù)存天數(shù)為原來(lái)的1/12，該項(xiàng)目獲得日本2008年精密工學(xué)會(huì)技術(shù)獎(jiǎng)。小型低壓復(fù)動(dòng)沖壓機(jī)加工起動(dòng)機(jī)、ADS等產(chǎn)品，采用低壓成形技術(shù)，進(jìn)行工程分割，生產(chǎn)線縮短為原來(lái)的1/3，設(shè)備費(fèi)是原來(lái)的1/10，設(shè)備所占面積是原來(lái)的1/12，生產(chǎn)工期縮短為原來(lái)的1/5。

小型電動(dòng)壓鑄機(jī)案例分析

該生產(chǎn)工藝及裝備改造之前采用8m高的熱熔爐，將鋁錠加熱到800℃液化。每爐液化的鋁水通過(guò)物流小車送到分布在不同地點(diǎn)的20臺(tái)4m高的大型液壓壓鑄機(jī)，壓鑄機(jī)通過(guò)模具壓鑄鋁液成型，然后取出壓鑄好的鋁制產(chǎn)品送到熱處理車間進(jìn)行熱處理。

壓鑄機(jī)是該工序的關(guān)鍵設(shè)備，由于壓鑄過(guò)程中需要較大的壓力才能將能將半固化的鋁液壓入模具中，因此，工廠采用了500t的液壓壓鑄機(jī)，如圖4所示。

圖4 500t的液壓壓鑄機(jī)

經(jīng)過(guò)分析，技術(shù)人員認(rèn)為，造成鋁液灌入模具時(shí)產(chǎn)生壓力的原因主要來(lái)自3個(gè)方面：一是半固化的鋁液壓入模具本身就需要強(qiáng)大的壓力；二是要將模具里的空氣壓縮或壓出；三是模具表面脫粒劑的汽化產(chǎn)生了一部分氣壓。鑒于此，技術(shù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行了三方面革新：一是保持鋁液的溫度，減少固化，當(dāng)然，從加熱爐到壓鑄機(jī)的距離越短越容易保持鋁液的溫度；二是在澆注鋁液前模具抽真空，減少空氣的壓強(qiáng)；三是采用粉狀脫粒劑，減輕汽化程度。采用以上3項(xiàng)措施后，鋁液澆注模具里的壓力大幅減少，現(xiàn)在采用130t壓力的小型電動(dòng)壓鑄機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，不僅實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，而且壓鑄機(jī)的高度也降低到了2m以內(nèi)，如圖5所示。

圖5 130t小型電動(dòng)壓鑄機(jī)

改變壓鑄機(jī)的同時(shí)，對(duì)熱熔爐進(jìn)行小型化改造。原來(lái)的大型熱熔爐每爐的加熱鋁液量比較大，所需能耗非常高?，F(xiàn)在經(jīng)過(guò)精密計(jì)算，將每爐的加熱鋁液量減少到剛夠一臺(tái)小型壓鑄機(jī)加工所需鋁液量，鋁錠投入熱熔爐之前進(jìn)行分割處理，裁成小的鋁塊放入熱熔爐，減少熔化時(shí)間。同時(shí)，壓鑄成形后的澆注口鋁件被分離后立刻投入到熱熔爐內(nèi)，以減少熱熔過(guò)程。改造后，熱熔爐由原來(lái)的8m高降低到2m高，外形尺寸大幅減少，如圖6所示。

圖7 改造前（上）后（下）的熱處理裝備對(duì)比

形成連續(xù)流的三臺(tái)加工裝備再加上輔助生產(chǎn)系統(tǒng)總共占地30m2，就如普通家庭的一間客廳大小，由1～2名工作人員操作即可。整條生產(chǎn)流水線全自動(dòng)化控制，產(chǎn)品的搬運(yùn)都是通過(guò)電裝自己研發(fā)制造的機(jī)器人來(lái)完成。操作人員可通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)據(jù)平臺(tái)檢測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)情況。另外，經(jīng)過(guò)模具管線歸納后半自動(dòng)連接，采用推入頂出設(shè)計(jì)，操作過(guò)程增加力量輔助裝置（如搖臂）等技術(shù)創(chuàng)新，壓鑄機(jī)的換模時(shí)間由10min減少到30s，由力量較小的女員工即可完成模具更換動(dòng)作。

電裝公司小型電動(dòng)壓鑄機(jī)項(xiàng)目從2001年開(kāi)始設(shè)立，2004年開(kāi)始改造。從項(xiàng)目規(guī)劃開(kāi)始?xì)v時(shí)7年，于2008年完成。2010年，該項(xiàng)目獲得了日本2010年度經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)大臣省獎(jiǎng)。2012年，該生產(chǎn)工藝裝備被引入電裝（中國(guó)）投資有限公司位于廣州南沙的工廠，一直使用，效率很高。2014年，該項(xiàng)目成為電裝推廣示范項(xiàng)目，開(kāi)始向全球展示。

日本汽車零部件制造技術(shù)發(fā)展及啟示

1.制造技術(shù)發(fā)展方向

就電裝公司的制造技術(shù)變革來(lái)說(shuō)，為適應(yīng)特定市場(chǎng)的小規(guī)模產(chǎn)品需求，開(kāi)發(fā)了小批量產(chǎn)品生產(chǎn)制造工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本、定制化生產(chǎn)。小批量整體制造工藝的開(kāi)發(fā)和建立以及標(biāo)準(zhǔn)化不僅對(duì)精益生產(chǎn)的內(nèi)容做了進(jìn)一步的豐富，而且也用事實(shí)證明，用傳統(tǒng)的制造工藝和裝備也可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制化生產(chǎn)。

在工藝執(zhí)行層面，項(xiàng)目改造思路是把不同方向的各個(gè)小動(dòng)作合成一個(gè)連續(xù)的動(dòng)作，把幾道分散的工序合并為一道工序，重新布置工作現(xiàn)場(chǎng)，使物流路線縮短。在項(xiàng)目實(shí)際改造過(guò)程中，日本電裝公司把制造裝備進(jìn)行了小型化改造，改造中裝備實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化、自動(dòng)化控制。在制造裝備實(shí)現(xiàn)小型化之后，多條工序集中安放在組裝車間，按照工藝順序形成連續(xù)生產(chǎn)，占地面積小，無(wú)需庫(kù)存。生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)機(jī)器人自動(dòng)卸載和安裝，幾乎實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作。

電裝公司下一步的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互動(dòng)互聯(lián)。根據(jù)規(guī)劃，目前工廠里的單一生產(chǎn)線設(shè)備之間的信息傳輸技術(shù)正在投入建設(shè)。未來(lái)，很多生產(chǎn)線信息組合在一起就構(gòu)成了數(shù)字化工廠。從工廠整體管理效益化的角度看，電裝公司認(rèn)為需要運(yùn)用信息傳輸、信息管理方面的技術(shù)，將來(lái)自全球范圍內(nèi)的生產(chǎn)第 一線的智慧進(jìn)行整合，通過(guò)信息共享和應(yīng)用，使技術(shù)革新的速度和制造品質(zhì)快速提升。

2.啟示

“領(lǐng) 先工廠”雖然是日本電裝公司推出的規(guī)劃，但其是一個(gè)縮影，反映出日本汽車零部件公司正以積極的態(tài)度應(yīng)對(duì)世界制造業(yè)變革，腳踏實(shí)地，未雨綢繆，早早制訂計(jì)劃，并正在按部就班的實(shí)施。

從電裝公司的案例可以看出，汽車零部件制造公司的發(fā)展離不開(kāi)裝備制造的創(chuàng)新，同樣，汽車制造業(yè)的發(fā)展也是離不開(kāi)裝備制造業(yè)的支持。但日本電裝公司是獨(dú)具特色的，或者說(shuō)日本汽車制造公司是獨(dú)具特色的，就是汽車產(chǎn)品創(chuàng)新與其制造工藝技術(shù)創(chuàng)新并行發(fā)展，在汽車及零部件制造公司內(nèi)部完成，使兩部分緊密結(jié)合在一起。

形成完整成熟的制造技術(shù)及工藝路線后，日本電裝公司委托日本東洋機(jī)械金屬株式會(huì)社完成了金屬加工裝備的設(shè)計(jì)與制造，形成“產(chǎn)品－工藝－裝備”良性循環(huán)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)掌握在自己手中。面對(duì)德國(guó)工業(yè)4.0和美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，日本企業(yè)顯得不急不躁，閑庭信步。一方面，日本電裝公司也在積極投入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)，但速度并不快；另一方面，其實(shí)也是更主要的，是專注生產(chǎn)制造工藝、裝備的研究和革新，追求每天進(jìn)步一點(diǎn)點(diǎn)，堅(jiān)持不懈，不斷積累，積少成多，積沙成塔。

圖8 “領(lǐng) 先工廠”核心要素