宝马工厂里的机器人 高度自动化提升质量与效率
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  在宝马Mini位于英国牛津的制造工厂,机器人的数量在短时间内从600台激增到1,500台,大大提高了产品的质量和生产效率。全新的车辆平台、一流的制造技术加上对其英国三家工厂高达7.5亿英镑的设备投资,这一切成就了宝马公司新一代Mini车型。

  全新的车辆平台、一流的制造技术加上对其英国三家工厂高达7.5亿英镑的设备投资,这一切成就了宝马公司新一代Mini车型。这些投资大部分用于升级宝马位于牛津的工厂,此外还包括用于斯温顿(Swindon)冲压工厂(大部分Mini车身面板在此生产)及伯明翰工厂(发动机在此生产)的设备升级。

  在提高车辆质量方面有两个关键因素,分别是产品设计与制造所需的设备与物料,工厂总监FrankBachmann表示。但是对于Mini这样的车型,还有其他一些因素,涉及到那些很难通过人工操作完成的任务。机器人的连续性、可重复性以及流程控制能力远远大于人工操控,这也是我们为什么投入大量资金购入机器人的原因。

  此外对提升Mini车型质量还起到关键作用的是全新一代可升级、轻量化柔性平台UKL1,该平台是针对2015款MiniHatchback轿车(美国版为Hardtop硬顶版)设计的。该平台不仅对Mini工厂来说非常重要,对整个宝马集团来说都意义重大。通过该平台,很多零部件在Mini和宝马其他车型之间都实现了共享,这大大提升了整个生产系统的柔性。

  在这次设施升级中,牛津工厂获得了大部分的投资资金,新建了一个全新的用于专门用途的车身制造车间,采用了大量的机器人。用于新Hatchback车型车身制造机器人的数量现在是435台,之前车身车间的机器人数量通常是340-360台(具体车型有所不同)。

  车身车间

  牛津工厂全新的车身车间总共配置了1,000多台机器人,用于新一代Mini车型车身的组装工作。目前白车身车间的面积也增加到了10万平方米。牛津工厂大部分投资也都用到了车身组装设施方面。这些机器人不仅可以确保车身组装的精度,还可以适用于各种不同车型的需求。

  所有机器人都布置在三个车架台周围通常是两个车架台。这种车身组装方式可以容纳多种车身造型,灵活度大大高于以前。灵活的平台概念使采用更多的小尺寸面板成为可能(MiniHatchback为435个),这也需要更多的点焊操作。普通的Mini车身外壳大约需要4000-5000个焊点,这样才能够确保基本结构的牢固性,才能在非常高的精度下安装各种不同的车身面板。每个工作站都有八个机器人同时在一个车身上作业,分三层。每个车身的组装精度均采用Perceptron摄像头进行检测,其精度可达0.05mm,相当人类头发直径的一半。这些摄像头布置于五个工作站上,对车身的502个数据点进行检测。

  与大多数车身工厂采用两条相同的平行产线不同,牛津工厂仅采用一条产线,每个车身都采用相同的流程,经由同一批操作工和机器人。这样做的好处是,可以保证质量的一致性,且效率更高。

  宝马为每个机器人都配备了1000个手爪。这些手爪负责处理各种工模具和多个Mini车型的各种车身面板。这些机器人均采用最新的可编程逻辑控制器,有些还采用了视觉系统,而且智能程度非常高,具有主动辨识功能,可以从包装盒中抓取零件。而智能化程度低的机器人在开始抓取循环之前要先对装满零部件的盒子进行探测。

  在牛津工厂总装车间,其他在生产效率方面的改进还包括:在其中两条生产线上采用的高度可调的平板系统;44辆将预组装的驾驶员座舱运送到生产线的自动搬运小车;玻璃组装单元的六个全新机器人,其中两个还配备了摄像头,用于检测组装的一致性。车顶组装设备现在也完全自动化了。在发动机安装到引擎舱的过程中也采用了摄像头来确保组装的精确度。

  涂装车间

  牛津工厂是宝马集团下第一家采用其集成喷涂工艺(IPP,IntegratedPaintProcess)的工厂。该工艺废除了底漆及干燥两道工序,不仅对环境有利,还节省了能源,总体排放可降低10%以上。涂装车间现在还提高了涂胶自动化程度,并且面漆的机器人数量也得到了增加,这两方面的改进不仅提升了生产质量,还减少了浪费。

  涂胶系统共有12个机器人,高效地将车内饰、发动机舱、车顶及后挡板开孔处等部件上的焊接点填上密封胶,防止水的进入。除了降低侵蚀的风险外,这个过程还切断了噪音进入车内的通道。自动化可以确保密封胶涂覆质量的一致性,而且可以最大化地减少材料的使用。

  车门、后挡板和发动机罩开孔处的面涂都采用了自动化的方式,可以提高表面处理的质量并减少油漆的浪费。这些操作都是通过9个机器人来完成,进一步提高了生产的效率。

  新一代Mini有一个双层前隔板,将发动机舱和乘客舱分离开来,这样可以降低传递到乘客舱的噪音。隔音的泡沫也是自动填入到隔板内的。机器人喷射出两种化学材料,材料混合后在隔板空间内形成密实质轻的隔音泡沫,同时还可以加强车身强度。

  质量管理

  新一代Mini车型大概有超过3,600个零部件。如何确保这些零部件在首次组装的时候就可以精确地连接在一起,而且在整个生命周期都可以保持稳定,这就涉及到质量管理问题。这个问题主要由牛津工厂的质量与工程中心负责。

  该中心采用了复杂精密的测试设备,其中包括几何光学测量单元。该单元配备的摄像头可以记录800万像素的图像,每个像素都代表了一个数据点。这些图像可以组成在一起形成整车及每个系统的3D图像,而且精度非常高。彩色图像显示了车型每个部件在尺寸方面的精确性从整个面板到一个螺栓。这种图像不仅可以用于大批量生产部件的测量,还可以校验定位孔的位置,确保零部件之间的间隙正确无误,所有部件都按规定的外形尺寸安装。

  质量与工程中心的主要任务就是确保整个车型及其所有组成部件(MiniHatchback有3,600个独立的部件)在组装完成后都与最初的电脑设计的图纸完全吻合,这对于确保产品的质量来说至关重要。

  该中心还采用了一个全铝模型,与新一代Mini车型的尺寸完全一致。该模型的几何误差被控制在0.2mm之内,是车身及所有车身附件制造的参照模板。该模型不仅可以确保车型在整个生产中其尺寸都可以精确无误,且保持一致,还可以确保车辆在整个生命周期内都可以做到与出厂时一样。

  冲压工厂

  宝马斯温顿车身冲压厂也引进了几项全新的制造技术。这些技术包括接触式激光焊接设备,用于焊接MiniHatchback复杂引擎盖面板的八块冲压件。具体的操作是将引擎盖外面板的边缘折弯到内面板结合的边缘处。这两个接触的面板边缘再采用细丝通过焊接形成连续实心焊缝接头,可有效地防腐蚀。之前这两块面板是采用滚边工艺连接在一起的,虽然也采用了胶粘剂和密封胶来防止腐蚀的发生,但是这种方式总很难避免空心的形成,从而导致生锈。新的工艺彻底杜绝了这种现象的发生。还有一个创新工艺是远程焊接,可以形成较长的连续焊接接头,而且精度更高,整个流程比点焊更快,这也是宝马集团第一次采用这样的技术。

  该工厂在车门组装方面还采用了一个新的工艺,通过新的夹具夹持系统,不同的车门现在可以在同一个生产单元采用相同的机器人进行生产,车门多样性可达5个。采用相同的硬件来生产多个不同的产品是相当复杂的,但是效率非常高。此外,该生产单元还采用了一个全新的线性模具更换系统,可以更快地更换模具,这也帮助提升了生产效率。

  可持续性

  宝马集团目前正在开展730个项目,用于降低宝马在英国所有制造设施所产生的碳排放和废弃物排放。其中,279个项目是在牛津和斯温顿工厂进行的。

  在节能减排方面,有一项技术值得一提的是全新的电泳涂装设施。电泳涂装是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法。它是车身面板的第一道保护漆,采用该工艺也是为了确保车身每一处都可以涂覆到油漆。之前采用的是三步电泳方式,现在采用的是十二步电泳,可以更准确地保证车身每个区域的厚度都精确无误地达到要求。有些区域相对来说可能更容易被腐蚀,新的系统可以针对每个Mini不同的车身形状进行区别对待。主要的目标是针对每个车身涂覆合适厚度的油漆,从而达到节省材料和能源,同时确保出色的防腐蚀保护的目的。

  牛津工厂的新车身车间对整个工厂的环境提升起到了非常大的作用。新厂房在隔热方面下了很大的功夫,降低了空调的使用成本,而车间的机器人也有了节能休眠模式。屋顶安装的大型风扇可以控制室内空气的循环和室外空气的进入,从而降低加热和冷却的量。车身车间还采用了废水收集系统,用于卫生间冲洗之用,而且所有3,869盏点灯都是经程序独立控制的。

  涂装车间由于对空气流通实现了更加精确的控制,从而降低了天然气和电能的使用,在这两个方面分别减少了730吨和1,130吨二氧化碳的排放。此外,涂装车间将还采用了湿度控制技术,可以更加精确地控制车间内的湿度湿度对涂装质量来说至关重要,这项技术可以帮助每年减少420吨的二氧化碳排放。整个2013年,牛津和斯温顿工厂所有175项节能措施总共节省了47.8兆瓦的能源,相当于2,390户英国普通家庭一年的能源消耗量。

  此外,44辆自动运输小车采用电容进行驱动,使用寿命是传统电池的三倍,而且能源效率更高。

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