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      1. 探訪100家制造業工廠的自動化之路〡誰能向死而生?
        欄目:行業新聞 發布時間:2019-11-06 作者: Sunglow 來源: 項城網

        探訪100家制造業工廠的自動化之路〡誰能向死而生?

               制造,即將原材料加工成半成品或產品的過程。 

        在制造過程中,工廠為降低單一產品的生產成本,大批量、多次的將原材料加工成半成品或產品,并銷售給下游企業或終端消費者。事實上,我們生活中的絕大多數物品,都是制造出來的。

         

         

        1920年 制鞋精加工車間(刷膠、貼底、釘跟) 

        地點:北安普敦 英格蘭

         

        1785年,James Watt發明了第一臺具有實用價值的蒸汽機,并成功用于紡織制造。工業革命由此正式拉開序幕——在隨后的50年里,人類生產紡織品的效率提高了50倍、煉鋼的速度提高了15倍。

        隨后的234年,現代制造從工業1.0的機械化、模塊化,成長到工業2.0自動化與電氣化。上世紀50年代出現的機械臂、電子以及網絡等將工業3.0信息化推廣至了全球,本世紀智能化、柔性生產引領著工業4.0向前進。

        與此同時,世界的制造的中心從英國發展至法國,再到德國、美國與日本,而今已迅速發展至中國。2018年,中國制造業產值26.5萬億元人民幣,已連續9年超過美國,位居世界第一,占據世界制造業產值的27.1%。

         

         

         全球制造業中心

         

        當今世界制造業格局已然形成,以美國、歐洲與東亞為代表的全球三大制造中心;中國已占得一席之地,地位不容小覷。

        但這不代表中國的工業發展水平已經達到了世界的領先水平。根據中國經濟信息社發布的《全球智能制造發展指數報告(2017)》,中國在全球智能制造發展指數中綜合排名第六位。其中美國、日本和德國位居第一梯隊,是智能制造發展的“引領型”國家;英國、韓國、中國、瑞士、瑞典、法國、芬蘭、加拿大和以色列位列第二梯隊,是智能制造發展的“先進型”國家。

         

         

        在這些“引領型”與“先進型”國家中,美、德、日、英、韓均有眾多具有代表性的的知名工業制造企業,如英特爾、通用電氣、大眾、博世、索尼、日立、三星等;北歐國家中的宜家、愛立信,ABB,諾基亞,樂高,SKF也頗有名氣。 

        根據另一份關于制造業未來發展的報告《2018 年“制造業的未來”準備狀況報告》,作者選取了59個評價指標來評估一個國家的制造業驅動因素和未來發展的可能性。

         

         

        制造業驅動因素

         

        “大而不強”是我們對中國制造業的總體認知:在科技含量、技術水平、產品質量、制度環境等方面,中國還有相當大的趕超空間。在這個過程中如何平衡經濟與社會、發展與環境,仍是不得不面對的難題。

        在中國,我們熟知上汽、北汽、吉利這樣的汽車制造企業,也了解中石化、中航、中國兵器這樣的重工業;同時美的、華為、小米也逐漸進入我們的視野。但這些企業只占到了中國工業企業近40萬戶中的鳳毛麟角,隱藏在中國廣袤土地中的中小企業們的真實發展及工廠的狀況又如何?

        小編三年來走訪的國內上百家制造業企業與工廠,從幾個人的小作坊到世界500強制造業企業的所見所聞,力求可以總結歸納中國制造業的共性問題,希望可以對制造業的朋友們提供一些建議。

        本文主要從以下幾個類別的制造業展開探討:

        1、汽車制造業:汽車主機廠、零配件一二三級供應商

        2、3C制造業:手機、白家電、配套零配件

        3、器材制造業:體育用品、金屬加工

        4、紡織業(服裝服飾)、制鞋、制包(箱)業

        5、通用與專用設備業:自動化設備廠

        6、以及其他典型制造行業等

         

         

         

        依據工業1.0-4.0的基本概念,自動化層面可分為:機械化、自動化、信息化、智能化/柔性化。本文中,我們主要從“工廠規模、自動化水平”兩個維度定位企業的狀態,試圖探索什么類型的工廠在哪個階段適合什么樣的自動化,并嘗試給出一些操作性強的解決方案。

         

         

        從工業1.0-工業4.0

         

               為保護受訪企業信息,在不影響探討分析的基礎上,我們選取了八個不同類別的工廠,綜合多個工廠的概況進行整合疊加,以求更客觀地展現工廠的通性(本文所涉及企業敘述均不特指某一企業)。

        01 對自動化的態度:“先解決溫飽再考慮升級”

        工廠A:某汽車零配件廠

        規模:15-20人

        階段:工業 1.5

        烏黑深綠的沖壓機、散落一地的廢料尾料,碩大的工業落地扇。工人從機床旁的工作臺上拿起一塊鋁片,放入沖壓機之中進行加工。 

        接待我們的是的五十來歲的車間主任,以前是浙江鄉下的農民,后來跟隨同鄉人來到廠里工作。帶著我們在工廠快速轉了一圈后,車間主任慢悠悠地介紹,車間一共兩千多,分成五個部分,分別是沖壓、焊接打磨、噴涂、倉庫以及辦公室,表面處理是外發的。也可謂是麻雀雖小但五臟俱全了。 

        根據車間主任的描述,工廠現在主要零散地做一些特種車輛設備的改裝零配件,偶爾也定制一些特種油罐,進行焊接作業。前幾年單子多的時候有過40多人,定制過兩三臺自動焊接的設備(兩軸);但自從17年開始,我國開始注重“環?!弊h題,工廠將原本的噴涂以及表面處理都停了。加之這兩年市場不景氣,現在只有工廠只剩下15、6個人做一些零散的零配件加工。已經沒有一條像樣的產線,只剩下零散的機器在工廠中運行著。

         

         

         

        市場競爭壓力大,老板每天得忙著去談客戶。訂單的不確定性成為這類小企業最焦慮的問題。在探訪完多家同等規模的企業后,我們了解到,訂單穩定、可持續批量生產是他們認為進行自動化升級的前提。假如沒有現金流,直接進行升級改造,成本太高,風險太大,后果難以承擔。

        自動化改造的需求也比較實際:焊接工人最貴,8K一個月,這對技術要求高的用工成本就更高了。其次就是噴涂和打磨的工種。要改造,得首先從焊接、噴涂、打磨這幾個工藝開始。至于自動化改造的可行性時候以及何時會啟動升級,“再等等”是最直接的反應,畢竟溫飽都沒解決,談何升級呢? 

        工廠B:某高壓設備廠

        規模:150人

        階段:工業 1.2

        這家特高壓設備廠成立于80年代,是當地少有的老前輩。創始人是早年從體制內出來的老炮,從一個人白手起家到現在的兩個廠區、上百人規模。在特種設備行業摸爬滾打了20余年的他對制造業頗有見解,在當地也算是有名望的。公司在早期就獲得了政府資金平臺投資,發展的鼎盛時期有860多人的規模,近幾年競爭者逐漸增多,業務開始萎縮,現在只剩下1個廠區,減員到只剩下115人。 

        特高壓設備行業,是一個少批量多種類的傳統冶金行業,主要工藝包括原材料的鍛造、壓鑄、粗加工、精加工。工廠里僅有的幾臺機器全都需要人工操作。之后的工序如鉆孔、打磨,由于每批次產品的不同,也只能進行人工處理。工廠里堆滿了大大小小各式各樣的半成品與成品。

        他們也生產變壓器與特高壓檢測設備。大多數時候每件設備只生產1-10個,但是價格從十萬元到數百萬元不等。自動化設備只有1臺繞線機,周圍有3個工人進行絕緣紙的上料。據說,他們還去ABB參觀過,全自動化繞線的設備,需要花上300萬歐元。但終究是沒有采用的。

        對于工廠B是不愁訂單的,但自動化改造難度大。一來是工廠現在是一人多崗,有的人早上做一個組裝,下午又被安排做其他產品的組裝或生產工作;二來是現有產線并不飽和,現有的已成型的產線每周只有3天生產,且每天只有4個小時需要生產。而自動化改造的理想環境是多人一崗,集中大批量生產同一款產品。

        老板也對此深有體會:2017年,老板找了當地一家自動化供應商做自動化,使用了三臺本地產的大型工業機器人,結果節拍速度只能達到原本的70%,而且還需要每天固定兩個人在產線周圍處理定位不準、落料、卡料等問題。

         

        特高壓串補裝置

         

        02 精打細算的半自動化與智能工廠的距離

        工廠C:某3C設備廠 

        規模:270人

        階段:工業 2.6 

        2014年和2015年可謂是可穿戴設備最火的兩年。工廠C也是在那時建立的,不過這幾年隨著可穿戴設備需求的萎縮,工廠C已經開始代工生產耳機、充電器以及充電線等。老板是從臺資出來的臺灣人,有不少臺干在工廠里工作,對成本極為敏感,做事小心謹慎。但作為一家年輕的設備生產商,他們對自動化還是非常重視的。 

        工廠有4條產線,專用設備排料機、螺絲機、點膠機、標簽機一應俱全,自動化方面有將近30臺的2軸直線電機以及各類定位設備進行卡位、導向等,但還沒有使用scara或工業機器人。

        簡單的看板系統標志著每個工人的生產數量、成品率以及節拍時間,平均1條產線上有10-15個年紀不大的小妹在進行裝配和打包。 

        在接觸中,我們了解到他們對自動化的認同感極強,“遲早是要做的!只是時間問題吧”是老板對于進一步自動化改造的態度,“這實際上是一個必定會發生的趨勢”。他對于信息化的理解并不多,但是對自動化是極其樂觀的。

         

         

        工廠D:某體育用品廠(內資)

        規模:550人

        規模:工業 2.3 

        隨著近年來國家大力倡導健康生活快樂體育,學校、小區、公園的健身鍛煉器材逐漸增多。位于福建的工廠D是知名的體育器材提供商,生產產品有搖擺機、背部按摩器、健身車等。

        工藝上,從來料折彎、雕刻、預處理到沖壓、焊接,以及最后的噴涂是都自己做的。去年開始工廠使用了OTC的3臺焊接機器人,生產效率大大提升。老板算了一筆賬:之前一個焊接工人7000元,包吃包住和可能的培訓費用,平均每年10-12萬元?,F如今一臺焊接機器人8-10個月即可以回本。但在信息化方面,工廠只是剛開通了ERP,并沒有嘗試其他的信息化系統。

        實際上我們也對該工廠實際狀況做過評估,認為焊接工序是最容易做的。機器人在其他工序上,效率還是比人工弱;即使比人工強,涉及到投資回報的問題還是有待考量。

        如果再改造,則只能對極個別工序進行再提升;如果整體提升,則需要對工廠的整體自動化進行評估。不僅需從來料、下料、排料進行整體規范化管理,還得從人機料法環每個環節進行評估,得打造一個智能工廠。但工廠一般可以接受的pay-back投資回報的舒適區間為5~10個月,超過一年則會猶豫再三。只有對于中大型企業,2年投資回報期的項目才比較容易推進。 

        盡管當地政府對示范車間持有鼓勵政策,最低投資超過一千萬元的示范車間有相應補助。但對于一家年營業3至4億的工廠來說,初期投入大于其實際利潤,而相應的補助需要歷經復雜的申報、評審程序以及漫長的時間等待,不少企業也只能望而卻步了。

         

         

        圖片來源:澳洲財經見聞

         

        03 柔性生產

        工廠E:某汽車零配件廠

        規模:1300人

        階段:工業 3.2

        E工廠在當地頗具名望。作為擁有三家分工廠的當地零配件標桿企業,主要生產涵蓋發動機配件如增壓器、各類連桿,轉向與傳動配件如拉桿、助力泵等;產品以細節制勝,強調品質。公司成立至今不到十年,但已成功在前兩年掛牌新三板。

        工廠有5個車間,我們參觀的是其中一個掛牌的示范車間。工人們需穿戴防靜電帽、套防靜電服、著防靜電鋼頭鞋,過風淋室。所有員工行為規范嚴格按照規章制度執行,操作盡然有序。

        以產品為驅動力的工廠E,每項產品生產操作以機器人優先——SCARA貼膜覆膜、六軸機械臂彎管機上下料、機械臂去毛刺,還有各類國內外定制的自動化設備進行著半成品處理、檢測、測試、打包、組裝。

        與此同時,工廠也十分重視信息上傳、數據融合。幾乎現場所有的自動化設備、智能傳感器如二維碼RFI或手持終端都有著相應的信息采集,通過可視化平臺進行數據化監控與分析,ERP、MES、CRM系統一應俱全。

        廠主深諳生產工藝及細節,對節拍時間、加工精度,競爭工廠的設備,客戶最終的成品要求都了如指掌,如數家珍。加之其信息化的管理,我們和對方的溝通極為順暢。

         

         

        工廠現在的主要訴求集中在如何進行柔性生產。以往工廠是一條產線只對應一款產品,但事實上工廠每天都會根據訂單的變化,對產線進行0-2次的產線換型生產。因此,現階段的產線設計不僅需滿足2-3款產品的測試、檢測與組裝,還需滿足對安全機械臂、抓取系統的相關需求。所以,產線的自動化改造要求既要“兼容”現在的產線需求,同時也要不影響產線的生產。

        我們的方案是提供了一套可更換末端執行器的機器人解決方案,即每天更換3種不同的夾具(包含氣動吸盤、電動電磁鐵以及電動夾爪),能夠有效幫助工廠在每天的實際運行中自主手工更換夾爪以適應產線的產品換型,同時避免了重新開發產線的巨額費用。

        工廠F:某自動化設備廠

        規模:150人

        階段:工業 3.5

         作為國際知名的數控工具磨床制造商,工廠F從一家十個人的小公司發展到分公司遍布美中澳的跨國企業。

         工廠以自主生產的高精度直線傳感器與控制技術為傲。機床的生產需要精密的加工工藝與數控技術,從直線傳感器的生產到零組件的制造都需要控制在微米以下。生產設備皆為日本或德國采購,每臺機床里還配備了1臺Fanuc LR 200ic機械臂進行機床上下料。

         工廠的整體規模不大,但信息化十足,從用料管理到PLM、MES、ERP等各類系統應有盡有。目前已達到無紙化作業。工廠主表示光企業服務這一部分,去年就花了150萬美金重金采購。其中測試平臺更是齊全;工廠專門購買了4、5種不同的競品從精度、速度、算法等多個層面深度進行測試與驗證對比。

          

        圖片來源:慧聰網-深圳市碩方精密機械有限公司(此圖與本文無關)

         

        04 投資創新 

        工廠G:某主板上市汽車零配件廠

        規模:780人

        階段:工業 4.0

         工廠G國內上市已多年,產品從剎車片做到汽車雷達,服務市場從國內走向海外,已逐漸發展為一家全球化的汽車零配件企業。投資創新是公司主要的競爭優勢。

         我們參觀的是其中一個主要設計生產汽車中控面板的分工廠。一個工作站平均有20-40㎡,配備1-4個工人;且每個U型工作站都區域分明,整潔清晰。

         在潔凈車間內,工人和機器人有序地協作生產??v觀工廠對機器人品牌的選擇,國產機器人居多,也有少部分的日系品牌。

         長達十年的自動化探索之旅,這家工廠還專門設立了自己的自動化應用部門進行改造升級。每個U型線工作站有著自己的生產管理信息系統,與主系統高度配合,精細萬分。從訂單預測、管理、生產,再到改造,一切都井然有序。

         工廠每年都會優化自動化改造的計劃與預案。2016年開始進行有計劃的自動化改造:一個車間從原來的350人減少到310人;2017年減少到280人;2018年年底已經達到了250人左右;今年的目標是230人。機器人的數量也從原本的數臺增加到現在的30多臺,自動化產線與設備也近50余套。

         

         

         

        工廠H:某世界500強汽車整車廠

        規模:200-300人

        階段:工業 4.0

         工廠H是世界著名的汽車主機廠的分工廠,自動化程度自不用贅述。早年我們參觀其裝配和焊接車間:

        1、沖壓、折彎、點焊,產線柔性生產,ABB、KUKA同臺競技 

        2、焊縫智能檢測、電子鍵測試,基恩士、康耐視各展風采

        3、自動換裝夾具與檢測傳感器,費斯托、雄克相得益彰

         汽車行業作為世界第一臺機器人誕生所應用的行業,無疑是具有較高的自動化水平。能夠與之媲美的大概只有日用品、醫藥以及部分食品類的全自動化生產線。

         偌大的工廠,只有寥寥數人拿著看板進行設備查驗。工廠負責人表示總公司的主要研究方向是自動駕駛和電動汽車。

         

         

         

        05 偉大的中國制造

         總體上國內大多數工業企業(80%以上)仍然停留在工業1.5—2.5的水平,即擁有機械化通用設備(沖壓機、注塑機、折彎機等),且一直都在嘗試進行自動化升級改造之中。

         

         

        ■ PEST分析

         經濟層面:我國制造業基礎薄弱,大多數企業屬于小規模企業(300人以下),訂單是小微企業關注的首要問題。飯都吃不飽,何談詩與遠方?而制造過程中的多品種、小批量等問題也在加深影響企業的自動化改造的難度。

         技術層面:金屬件打磨、柔性焊接、組裝這些老大難的制造業技術難題限制了自動化的可行性。2D視覺、3D無序抓取只存在于極個別頭部企業,無法批量、低成本、標準化地使用。

         同時,自動化改造需要配套的系統集成商提供相應的自動化服務。在大多數制造業集中的城市中,強而有力的系統集成商卻屈指可數;優秀的集成商往往只參與到大型企業的自動化改造之中。

         社會層面:招工難的問題在千禧一代中尤為顯現。更多元化的職業選擇讓他們拒絕又臟又累可替代性高的工廠工作,餐廳服務員薪資早已與工廠薪資相當。

         根據2018年2月對美團3.8萬名騎手的調查,其中專職工作的美團騎手,64%的月收入在6000元以上,8%在8000元以上;而抖音快手等網紅主播薪資則更高?,F如今的年輕一代更加追求社交、自由和健康,嘈雜且煙塵彌漫的工廠當然越來越難以得到新一代的青睞。

         再加上人口老齡化現象加劇,現狀更不容樂觀。據數據顯示,勞動力供給從2013年的74%下降至了2018年的71.8%,預計到2023將會下降到70%以下。

         政策層面:自2015年國務院出臺《中國制造2025》以來,地方政府陸續出臺各種激勵,對于工業企業自動化改造的補助(10%-30%)、設備購買的補助(10% -50%)、貸款鼓勵政策(貼現)。但在拜訪工廠的過程中,多家工廠都表示政府的補助基本是事后補助,即需要以自動化改造的成果來考核。這種模式的補助對他們的激勵實在是收效甚微。

         短期占用巨大的現金流將直接影響從原材料采購到工資發放的每一個環節。所以政策的激勵與實際的執行仍舊是一個難題,對于自動化改造升級的激勵政策,希望不僅僅是錦上添花,更應該是雪中送炭。

         ■ 前有強敵,后有追兵

         值得注意的是,占用較大的現金流是工廠兩難選擇的重要因素,但長遠而看,自動化是對企業有益的,且是勢在必行的。

         中國的制造業前有強敵:以歐美為首的發達國家;后有追兵:越南、印度、孟加拉、印尼等。隨著越南、印度、印尼等國家基礎設施不斷完善,技術培訓不斷提高,低成本、勞動密集型的制造業已經逐漸從中國轉移至東南亞國家。勞動密集型產業外流的現象已無法逆轉,只有依靠自動化生產實現產業轉型升級才有可能填補勞動力外流造成的缺失。

         根據以下“改造示意圖”,可快速定位自己的自動化水平,并采取適當的方式進行評估。

          

         

        綜上,工廠的訂單與業務是自動化改造的前提,穩定的生產與現金流是自動化改造的底氣。自動化改造是一個不斷積累,不斷投入的過程。稍有不慎,辛苦掙來的錢則會打水漂。

         企業對于自動化改造,應該選擇最適合當前階段的,循序漸進一步一步規劃,避免拍腦袋做決策,但也無需止步觀望,畏手畏腳以至慢人一步。畢竟自動化改造勢不可擋。企業可結合自身情況,選擇對應的集成商/廠商進行科學評估,進而再決定何種自動化解決方案更適合此階段的發展。

         ■ 機器人接受程度增加,回收期減少

         從一個機器人制造商的角度來看,機器人的使用以及自動化改造方案是一種快速直接幫助工廠提升自動化程度的主要手段。2003年以來,我國工業機器人銷量增速始終快于全球,2016年國內市場實現機器人銷量8.7萬臺,同比增長26.9%,快于全球增速15.9%11個百分點,占全球銷量的30%。據IFR(國際機器人聯合會)估計,2017年實現銷量11.1萬臺,增速27.59%,增速連續三年擴大。

         同時,工業機器人的成本回收期也從2013年的2.85年下降到了0.8年。工廠可以更有信心地使用工業機器人以及相應的解決方案。

         

         

        機器人的使用數量的程度與自動化程度成正比

         

        由以上分析可知,不同的工廠自動化改造訴求根據階段有所不同。 

        目前機器人產品已經布局作業在韓國、日本、美國、德國、意大利、希臘等國家,且得到客戶們一致的積極反饋,我們相信“創新優質、高效穩定”勢必是工廠自動化升級改造考量的關鍵因素。

         06 致敬與發展

         制造業從始至終都是一個高投資,回報周期長的行業。從技術到供應商,從訂單到政策諸如此類的外界制約因素導致困難重重,但那些拼搏在中國制造第一線的老炮們仍然勇猛向前持續奮斗。在此我們也向每一位奮斗在中國制造第一線的工人、老板們致敬:是你們的默默努力支撐了起了祖國的強大!

         制造業除汽車主機廠外,一直以來都不是一個吸引年輕人的行業。相比于AI、互聯網,制造業面臨的問題是“物理”的,是“跨越時間”的。逐漸沉穩的中國制造業未來仍面臨著眾多的挑戰,他們需要更多的尊重與支持。擺在制造業全體成員面前的是中國制造的未來,但他們絕不是孤立無援地單打獨斗。

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