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組織變革的管理咨詢公司，我們透過數(shù)字化變革與組織進(jìn)化的手段來協(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。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)員快來看看吧。

“領(lǐng) 先工廠”是日本電裝公司在前不久舉辦的2015年東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)過程加入了現(xiàn)代化的信息技術(shù)。大規(guī)模定制要通過產(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定制任意數(shù)量的產(chǎn)品。

從豐田汽車公司獨(dú)立出來的電裝公司“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，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。在新開發(fā)的市場，產(chǎn)品批量是日本本土工廠或是成熟市場工廠的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)部兩大部分。職能部細(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)開發(fā)；材技部，負(fù)責(zé)材料開發(fā)；測量部，負(fù)責(zé)測量技術(shù)開發(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，工廠里還有工場推進(jìn)部，負(fù)責(zé)建立生產(chǎn)線、通過實(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)品開發(fā)與設(shè)計(jì)?？梢哉f，在產(chǎn)品研發(fā)的最開始階段，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。因?yàn)?，電裝公司自己制造的專用設(shè)備是市場上買不到的，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，到1941年，豐田汽車公司的設(shè)備制造部也獨(dú)立出來變?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）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)。與原來相比，全部設(shè)備占有的總面積只有原來的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)線縮短為原來的1/3，庫存天數(shù)為原來的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)線縮短為原來的1/3，設(shè)備費(fèi)是原來的1/10，設(shè)備所占面積是原來的1/12，生產(chǎn)工期縮短為原來的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)，對熱熔爐進(jìn)行小型化改造。原來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)，以減少熱熔過程。改造后，熱熔爐由原來的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)都是通過電裝自己研發(fā)制造的機(jī)器人來完成。操作人員可通過自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)據(jù)平臺(tái)檢測產(chǎn)品生產(chǎn)情況。另外，經(jīng)過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年開始設(shè)立，2004年開始改造。從項(xiàng)目規(guī)劃開始?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）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)變革來說，為適應(yīng)特定市場的小規(guī)模產(chǎn)品需求，開發(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發(fā)和建立以及標(biāo)準(zhǔn)化不僅對精益生產(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，使物流路線縮短。在項(xiàng)目實(shí)際改造過程中，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，無需庫存。生產(chǎn)過程通過機(jī)器人自動(dòng)卸載和安裝，幾乎實(shí)現(xiàn)了無人操作。

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，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)，將來自全球范圍內(nèi)的生產(chǎn)第 一線的智慧進(jìn)行整合，通過信息共享和應(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。面對德國工業(yè)4.0和美國工業(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