唐道述专家视角【161期】丰田4大案例,诠释新工厂规划与革新性技术的导入

发布日期:2018-01-12    作者:唐道述    点击:1次

工厂规划是一个复杂的系统工程,企业往往对其困难认知不足,据不完全统计90%以上的企业在新工厂建设时期,对工厂的整体布局、产线设计、物流配送和过程控制等因素考虑不完善、设计不合理,造成新工厂在投产后出现设备利用率低、产能和作业效率低下等情况。而这些设计内置的浪费在后续工厂运营中需要花费大量时间和人力进行改进和完善。

3P新工厂设计不单纯是布局设计,布局只是一种呈现方式,它背后包含大量的流动方案设计、工艺技术的设计、模夹具的设计、工位器具的设计、小型化设备的设计等等。唐道述管理咨询进行3P新工厂设计与建造已超过十年,积累了丰富的不同行业新工厂规划的宝贵经验。

本文以丰田建工厂为例,提醒大家,3P新工厂规划时一定别忘了革新性技术的导入使用。丰田内部不断的开创新性技术,并在全球各地新工厂设计时进行导入,做好事先设计,避免事后改善。下面我们看几个在新工厂导入的创新性工艺技术的例子。


电加热火印的单件生产

以前的火印技术使用气炉来加热钢板,每次处理5~20块钢板。加热炉长度为20m,加热时间长达4~6分钟。


丰田的电加热火印(Hot Stamp)技术利用可兼顾钢板成型性和高强度的火印方式,实现了逐个制造部件的“单件生产”。先对钢板加热,使其变软之后再进行冲压成型,然后利用与模具接触所产生的冷却效果并淬火,由此可制造出尺寸精度出色的轻量化部件。



这项技术的特点是利用钢板通入电流后产生的焦耳热,逐一为钢板加热。使加热变软的钢板成型后,在模具内冷却并进行淬火,以提高拉伸强度。这样可将加热时间缩短到了10~20秒(不到原来的1/20),从而实现了小型生产线。具体来说,用电加热器将拉伸强度为590MPa的钢板加热至约900℃,并进行冲压成型,然后在模具内冷却,使强度提高至1470MPa。设备长度为2m,只有原来的火印设备的1/10。该技术可使设备投资额减少30%。

(图:采用电加热火印技术对钢板加热)

小型涂装生产线

以前的涂装生产线使用的都是不能调整宽度的喷束图形,涂装较小的位置时,会导致很多涂料无法附着到工件上。


小型涂装生产线是使喷涂宽度(喷束图形)可变而实现的。正如区分使用粗笔和细笔来涂色的“线条画”一样,首先用较细的喷束图形细密地涂装边缘部分,然后以较粗的喷束图形高效涂覆中间部分。该技术可将涂装机器人的数量由原来的四台减少到两台。


为了使新涂装生产线更小,丰田还开发出了一种小型装置,使用旋流的离心力来回收未附着到工件上的涂料。这项技术使工序周期比原来缩短了20%,设备体积缩小了40%。设备投资额也减少了40%。该公司计划从2015年夏季开始在生产普锐斯的堤工厂使用新的涂装生产线。


仪表板蒙皮单件流生产

使仪表板实现单件生产的是SimpleSlim搪塑成型机。仪表板蒙皮采用粉末搪塑成型技术来制造。该技术是在加热后的模具中放入粉末状树脂,在热的作用下使薄薄的一层树脂凝固。这样冷却之后,就能获得蒙皮状成型品(仪表板蒙皮)。


以前的粉末搪塑成型机使用正面设有加热区、左边设有成型区、右边设有冷却区的大型设备,将很多仪表板蒙皮集中在一起进行一次生产。而新的粉末搪塑成型机在一个地方进行加热、成型和冷却,并对仪表板蒙皮逐一成型。


具体方法是,在对模具加热的同时,使其与原料罐一同旋转来成型。加热时使用红外线加热器,并在必要时只加热相关位置。这样可使成型温度比原来降低20℃。冷却采用进一步旋转模具并从后方喷水的方法,实现了均匀的高速冷却。


新的粉末搪塑成型机的安装面积为5m×9m,与原来的10m×12m相比缩小了62%。设备投资额减少了30%,仪表板蒙皮的成本降低了21%。


由于能够逐一更换模具,因此还能混流生产。先由机器人取出模具,然后由作业人员将成型好的仪表板蒙皮从模具中剥离出来。机器人则利用这一时间,将其他模具放入设备。这种包含装夹时间在内的周期时间为240秒。丰田2015年为高冈工厂导入这种新型成型机。


激光螺旋快速焊接法

目前,车身焊接的主流技术是点焊。方法是用电极夹着钢板,然后通入电流,利用此时产生的热量(电阻热)来熔化并接合钢板。这种工艺存在的课题是所需时间长,焊接速度为每个焊点2.0~2.5秒。


为了缩短车身焊接工序的CT周期时间,丰田开发的技术是“激光螺旋焊接”(LSW:LaserScrewWelding),焊接速度高达到每焊点0.3~1.0秒,比点焊快两倍以上,缩短了工序CT周期时间,提高了焊接质量。



(图:激光焊接技术“激光螺旋焊接”)


普通的激光焊接存在质量不稳定的问题,比如钢板的焊缝容易烧穿或者出现孔洞,但丰田克服了这一难题。当然作为众多的秘密制造技术的一项,丰田也没有公开技术的详情。


激光螺旋焊接是利用透镜聚光产生的热量来熔融并焊接钢板的方法。通过控制透镜,可使激光快速移动,从一个焊点到下一个焊点的移动速度很快,消除了中间无效,因此能够实现高速焊接。丰田为田原工厂、堤工厂、元町工厂、丰田九州工厂导入了该技术,并从雷克萨斯IS开始推广。


新的激光焊接机与点焊机一样,安装在工业用机器臂的顶端来使用。由于每台机器人的焊接打点数更多,因此需要的机器人数量更少。最终,成功利用激光螺旋焊接提高了焊接质量,缩短了焊接工序的周期,并减少了机器人的投资,缩小的占地面积,取得了多项改善收益。


改善到此并没有结束,由于工艺不同,焊接后收缩幅度不同等,焊接钢材和铝合金需要使用不同的焊接设备。丰田为了减少切换和减少投资,正在努力推进开发新的焊接技术,通过改进温度控制,抑制了铝合金断裂,让它不仅能用于钢材,还能用于铝合金。解决常规激光焊接之后,进行冷却凝固时,铝合金的收缩幅度大于钢材,造成铝合金断裂的难题。一旦这一技术得以实现,两种材料能够使用相同的焊接机,就能节省一条焊接生产线,使设备投资额降至1/2以下。并且由于能够高速焊接,还能构建前所未有的小型焊接生产线,缩小占地面积,使流动变得更加快速和流畅。


在丰田内部,不断的进行着创新性的生产制造技术的改善,来支持并持续提升自働化和准时化,并在新工厂建设时导入进去,获取突破性的改善。


但很多企业内部缺乏技术的积累,这时需要借鉴引入适合的、先进的、成熟的、满足精益原则的新技术。这一点非常重要,希望大家在新工厂规划时不要遗漏。

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