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工业4.0样本调查:与发那科合作 打造自动化示范

2019-05-25 09:59栏目:评测
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  海立集团的自动化车间钣金车间成了机器人行业知名的自动化示范车间,这几年爆出了大名。主管此项业务的上海日立电器有限公司(下称上海日立)副总裁李海兵也成为各种自动化会议的座上宾。海立集团是上海日立电器的第一大股东。

  2014年11月20日,《东方早报上海经济评论》记者采访李海兵,并参观了钣金车间,在全自动化生产线上,没有一个工人,只见机械臂左右上下挥舞,一个个金属工件举重若轻,被迅捷准确地放在预设位置,在巨大的轰鸣声中,金属冲击感扑面而来。

  海立集团的车间已经实现了数字化管理,生产进度、机器状况都可以在控制室的一张屏幕上一目了然,即便是车间远在安徽也可以实现在线操控。机器人组成自动化生产线是个系统工程,耗时耗力,这个车间是海立一边生产一边整改,整整花了7年才做成,毕竟这是真正参与生产的工作线,如果停工就会让整个企业的生产瘫痪。但就这个似乎略显拖沓的工程,为海立积累了自动化工程的经验,已经具有自动化设计能力,为本土机器人制造企业提供了宝贵的市场份额,更为重要的是提供了必备数据积累。上海此类大型制造企业众多,若是再多几家参与自动化探索,上海的机器人产业面貌定可改观,若是让这些参与自动化探索的企业协同起来,又是何等面貌?

  示范工厂从何而来?

  上海经济评论:你们为什么要做这个示范工厂?

  李海兵:这个工厂我们准备做到无人化,接下去把数字化这块儿强化一下,真正做到工业4.0概念的工厂。这个工厂是当模型工厂在做。其他的工厂里也有机器人,只是在岗位上用,不像这里成生产线,成线还是蛮难的。我们从2007年开始做,到今年为止,刚把三条线全部做成自动化。之所以时间这么久,是因为这条线是正在生产的生产线,不能停下来,否则会影响整体生产。我们从简单的工序开始做,一段一段、一个一个工序地探索。因为我们的压缩机生产任务很重,要满负荷生产。所以只有每年暑假有一个月的时间做自动化改造。方案前面提前都做好,用这一个月来调试,所以用了7年才完成全过程的升级。

  上海经济评论:这道工序靠自动化生产能满足全厂的需要吗?

  李海兵:这个车间主要是做压缩机的外壳。全厂所有的压缩机外壳都在这里做。原来是一条线,靠员工动手做。我们这些加工设备都20年了,增加机器人以后,需要的工位更大,布局需要调整,这个平台是后面搭出来的。如果这里生产停顿了,我们整个生产就停下来了。不过机器人的质量还不错,由于机器人出故障让我们的生产停下来的情况很少。所出问题主要是有一些非机器人的配套设备不到位,影响了机器人运作,因为机器人是按照信号来工作的,只有调整好,才可以按照要求工作。

  上海经济评论:你们这个是一个示范厂,接下来会推广吗?

  李海兵:会,按工序一块一块地在所有区域推广,第一步是钣金,接下来就是加工,再接下去就是装配。

  机器人寿命一般是十年

  上海经济评论:在参观中有机器突然停车等待,是不是那个机器人有视觉传感器,能看到工况不好?

  李海兵:不是。每个工序都有自己规定的位置,位置上有光电感应设备,如果没有把产品放到位,偏离了设定区域,光电信号马上传送给机器人,就叫它停下来。如果没有把中间产品放到传感器上面,机器人就知道工件没到位,就要停车,这一套都是数字化控制的。

  上海经济评论:机器人是24小时连轴运转吗,它们的寿命是多长?

  李海兵:我们的员工是做两天早班,做两天夜班,休息两天,这样轮流做。在工作日要吃饭一次还有两次休息,休息都要15分钟。机器人不需要休息,可以24小时连续干,不需要照明、空调或电风扇。至于机器人的寿命,我们现在预测是十年,因为2007年开始用,到现在状况还好。用过十年后肯定还能用,一般的配套设备也就是按照十年的寿命来做的。我们每个月都要稍微检修一下,这是有规定和标准要求的,有的地方需要一个月保养一下,有的是三个月、六个月才需要保养。

  上海经济评论:上次在工业博览会看到机器人已经安装视觉传感器了,这里用的似乎没那么先进。

  李海兵:安装视觉传感器的机器人我们也有,这个车间里没有采用,投入产出划不来。我们整机要装箱时就要用有视觉传感的机器人,它要判断压缩机的形状、位置。

  上海经济评论:这里的机器人多少钱一台?

  李海兵:进口裸机大概要40万元,国产的大概是20万元。

  上海经济评论:国产的好用吗?

  李海兵:国产机器人也就是这两年开始兴起,前几年基本没有国产机器人。我们2013年用了一台广州数控的机器人。今年我们准备采购上海一家企业的18台机器人,安徽生产的也准备采购3台,这些都还在采购中。从性能来看,不管是精度和速度国产和进口都是有差别的。进口机器人的搬运速度快,而且定位较准。国产机器人的速度慢,定位也不是很好。这里的定位是指重复定位,每一次把东西抓过来都要定在这个位置上。我们现在也是在观察权衡,对定位要求不是很高的,生产节拍慢一点也能满足的,就先用国产机器人。我们尝试国产机器人替代进口机器人,现在有个项目的生产线已经用国产机器人替代进口机器人了,替代下来看看情况怎么样。

  我们原来已经用进口机器人让整条线能运作起来,如果用国产机器人替代以后,生产线运转不畅,那肯定就是机器人的问题。

  与发那科合作机器人

  上海经济评论:有没有算过总账,把效率、成本、耽误的工时都算起来,国产机器人还划算吗,虽然刚买的时候便宜?

  李海兵:现在不知道这个总的计算,还在尝试,到底国产机器人的故障率怎么样、使用寿命是多少,这些我们都在探索,这也是一个使用风险。因为国产机器人刚刚起步,进口机器人已经有五六十年的历史,使用寿命都经过考验了。不过我们使用机器人很长时间,有一些经验,遇到问题我们有解决方案,实在不行有能力把它们换下来。24小时连续运转,对机器人的效率、性能、寿命都有比较好的验证。上次一家做机器人减速器的国内生产商,到我们公司来看机器人的运转情况。他们觉得我们的机器人速度非常快,基本到了他们所能达到的极限。因为速度快,对减速器的精度要求就更高,减速器要瞬间启动,瞬间加速,瞬间要刹车,很短的时间里完成这样一连串的动作,而且要精准地放到规定的位置上,这个要求比较高,一般十秒内要完成一个动作。一般汽车机器人的生产节拍比较慢,基本上是两分钟完成一个动作。他们在探讨,他们的减速器是不是能够承受我们这样的使用频率。

  上海经济评论:你们和机器人生产商也有合作吗?

  李海兵:我们和发那科有合作,在刚做机器人生产线的时候,发那科和我们联合成立一个团队,一个项目一个项目做。随着对机器人的理解,我们的自动化方案的设计能力也逐渐具备。2007年开始,设备部门成立专门做机器人的小组,到2009年成立了现代指导中心。主要做压缩机生产用的一些专用设备、工厂的机器人自动化。去年这个部门改叫FI事业部,就变成工厂自动化的一个部门。为工厂自动化服务,也做新的设备,就等同于是我们的服务商。工厂提出一些自动化的要求,简单的工作工厂自己做,复杂的让FI工厂事业部来做,这样就可以协作起来,能加快我们的自动化速度。

  上海经济评论:这条生产线的设计、安装你们现在自己就可以搞定了吧?

  李海兵:对。自己搞,除了布局方案要靠自动化部门。每年我们都要做自动化规划,十一五、十二五都做过了,十三五我们现在已经在做了,大计划之外,还有每年的详细计划,详细的计划就是我们要做多少个项目。比如说我们现在策划2015年要做多少项目,我们每月要开会,碰头,研究项目的进展。如果生产任务能完成,就抽空把自动设备做上去,就是见缝插针的方式在做。

  上海经济评论:随着你们经验的积累,以后会向外部提供自动化的设计、安装这种服务吗?

  李海兵:现在FI事业部就具备这个功能,可以对外接活。他们也跟外面合作过,不过现在我们自己的活都来不及做。我们把这块业务单独作为事业部,也就是这样考虑,今后这个事业部也可以独立出来,现在FI事业部已经自负盈亏。

  上海经济评论:你们跟一些机器人生产商的合作仅仅是在你们这边安装的,还是他们的生产设计你们也有介入?

  李海兵:他们的生产设计我们不介入。只是在我们的项目探讨有介入。比如某个工位,他们的技术人员过来,和我们一起探讨,机器人达到这些要求了,周边的辅助的专职再跟他们探讨。大家分工合作,我们做我们的强项,他们做他们的强项。加工设备,我们熟悉,他们不太熟悉,把接口都分清楚,滚道、夹具,还有一些定位装置,我们自己做的,到最后把两家做的拼起来,就完成了一个整合项目。这样成本、效率更佳。

  上海经济评论:听这个过程,生产线的自动化还是挺难的,难点在什么地方?

  李海兵:我们1993年引进的这些设备时,日本方面提供的是自动化设备,但我们当时劳动力成本比较低,在不影响加工精度的前提下,去掉一些自动化的设备,把设备成本、采购成本降下来。所以这些设备为我们现在的改造也留下了比较好的基础,因为原来就是为自动化准备的,如上下料的位置,我们改自动化就比较方便。只要把布局重新调整就可以。人做和机器做最大的区别,就是人操作的布局比较紧凑,机器做要空间开阔,现在的这条线比原来拉长了。因为机器要有一个回转的位置,人只要你站的位置就可以。我们的装配生产线上,很多都是手工作业,手工作业的自动化非常有挑战。

  要把设备和机器人结合在一起,要把原来员工的作业方式和机器人作业方式有机结合。这块工序的改动比较大,投资也很多。因为人工干活很简单,但机器你要告诉它,这东西怎么拿,怎么装,怎么定位,还有传感器,是一系列的联动,所以有些位置的改动要做很多相应的调整,这些改造的难度都比较高。而且机器人能够做到什么样的程度,能够完成哪些动作,这也没有可以借鉴的案例。好在现在有FI事业部,我们的设备可以再做一些改造,可以增加功能、工位。但我们还是比较多的使用机器人,机器人有个好处,它可以转岗,只要把手爪改换一下,就可以适应不同的岗位。这样我们就不怕投资浪费,可以大胆投资机器人,哪怕有变化,大不了可以转岗。

  机器人成本越来越低

  上海经济评论:是什么促使你们尝试机器人?

  李海兵:经济上来算,在上海用机器人越来越划算,2007年之所以要做机器人,也是我们感受到劳动力成本越来越高。我们是劳动合同制,用工分合同工和正式工,合同工比较年轻,流动性比较大。这一代人的思维不一样,如果干活比较苦,技术含量比较低,就不愿意干。而有些生产线恰好是比较苦也比较单调,如压缩机的捆包,每天要搬运3000多台。那么这样一来,促使我们向自动化探索。

  2005年,我们办了海立动力学院,和电视广播大学联合办学,让合同工可以读大专班、本科班。培训他们操作机器人,去解决设备的维修、机器人正常运转。我们的人工成本按地域有梯度递减,在南昌、绵阳、印度都有生产基地,如果上海的算1.0,其他地方的依次按0.6、0.45、0.35递减。在这个梯度变化中,我们的自动化也是有梯度变化。上海如果光靠金融业、物流业,没有像样的制造业,整个产业链条就是残缺的。但制造业一定要考虑附加值,现在美国、德国都很重视制造业。

  上海经济评论:使用机器人后的成本和人工成本相比较如何?

  李海兵:进口机器人要80万元左右,每年的折旧大概是8万元,机器人用10年完全折旧了,但机器还在。去年一个工人一年是7万元多一点,使用机器人后在一个岗位替掉了三个人,这样一来,他这个岗位上的收入就是21万元。一个项目的成本可以在三年多一点的时间里收回。所以越来越划算。如果用国产的话,那更便宜了,国产机器人价格只有进口的一半,现在只要1.5年或者1.6年就收回来了。而人工成本还要上涨,机器人的价格每年都在降。

  上海经济评论:在南昌,还有其他地方会用机器人吗?

  李海兵:在南昌用了少量的机器人。原来在南昌用进口机器人在成本上也是不合算,原来计划三到四年收回来,但成本上做不下来,现在用国产机器人,反而能赚了,在南昌用国产机器人三年左右就能收回成本,那边的人工成本也在不停地涨。

  上海经济评论:国产机器人能全面代替进口吗?

  李海兵:国产机器人还是慢一点,它的动作比较少,复杂动作如拎起来、转弯、塞进去,一连串的复杂动作,做得不太稳定。它可能只做一个维度或两个维度的动作,不能太复杂。所以国产机器人全面替代进口机器人还不可能。

  上海经济评论:难道国产的不是六轴的吗?

  李海兵:现在机器人基本都是六轴的。像四轴机器人等简单点的机器人,国内制造商不大愿意做,附加值不高,虽然马达少了两个,但四轴的价格和六轴的差不多。按常理应该便宜很多,但他们有意识地将价位这样设定,不太愿意让你去买四轴。后来生产商反馈给我们信息是,他们做了四轴再做六轴,要多出一个生产体系,增加了他们的管理难度。而四轴机器人比较适用于码垛之类的承重较重的岗位。

  上海经济评论:所有的岗位都用六轴不存在浪费吗?

  李海兵:是有浪费,所以现在我们也在和他们探讨,能不能做一点四轴,但是四轴的应用范围毕竟还不会很多。六轴机器人的长处就是什么岗位都能用,四轴只用在比较窄的范围里。对我们来说也有点局限。

  上海经济评论:海立有多少个机器人,主要是哪些岗位?

  李海兵:我们有150多台机器人,岗位现在比较多,主要在钣金生产线、加工生产和电机生产线上。

  上海经济评论:似乎这些岗位的技术含量比较低,动作比较重复,比较简单?

  李海兵:这是一部分。还有一部分是高温的,高分贝噪音,还有油漆,有化学气味的,像这些岗位,就是先把这些岗位做到先进,因为简单的东西做完了,再做复杂的,有一个梯度。

  上海在国产机器人生产上大有作为

  上海经济评论:上海的机器人制造水平怎么样?

  李海兵:上海新时达还可以。此前对他们不太了解,后来在网上搜才知道这家企业。到他们那里去看,就合作了,因为机器人生产线还有二次开发的问题,不是把机器人买来就完事了,还是要设计整个生产线。后面还有维修,如果制造商在上海就很方便。我觉得上海在国产机器人方面应该会有很大的发展。如果日本的机器人在上海做,也是可以降低成本的,但他们没有在上海生产。前两年日本机器人销量也比较好,有点供不应求,价格贵。但去年开始,竞争激烈,进口机器人的量也下来了。

  上海经济评论:国产机器人的品类充足吗?

  李海兵:品种相对来说国产的比较单一,进口的产品线比较广。我感觉重量轻一点的好像国内做得较少。现在国内比较多一点的就是20公斤、40公斤这个级别。像这一类好像当时做得比较多一点。

  从自动化到信息化的融合

  上海经济评论:在工博会上看到现在人机互动的趋势越来越强,譬如人拍一下机器人,机器人就做出反应的技术很难吗?

  李海兵:这是很难的,因为这要有很好的传感技术。你现在看到我们的所有机器人都要围在框里的,不在框里,它乱舞起来,碰到人是受不了的。如果要完成那种互动动作,肯定要研究得很透,安全问题不可儿戏。万一人拍机器人,但它没有停下来是要出人命的。普通人看起来是很简单,甚至我们这里工作的机器人也像是蛮简单,实际是非常有难度的。要让机器很流畅地做很复杂的动作,还要有质量保证,要组成体系的生产线还是有一定的门槛。

  上海经济评论:工博会上ABB展示了一个简易版的工业4.0,从生产到检测一条线都能完成,你们有这个计划吗?

  李海兵:这是他们推崇的发展方向,今后的工厂基本上都是这样,从原材料送进来,把所有的条形码都打上去,是什么机种,做什么产品,什么时候做,哪台机器做,这些都要标记好,随着产品一段一段做过去,生产多少,生产之后产品质量也汇报出来。这些信息都要传输到一个终端电脑里。在生产过程中,什么时候要切换机种。都是自动化控制生产流程。生产的数据要随时传出来,如果一台设备坏了,马上消息发给维修人员,他可以同步反应,赶到现场去修理。还有中控台,在这个中控台的屏幕上,能看到所有的操作。

  上海经济评论:要做到这个程度要多久?

  李海兵:在我们这里,大概两三年以后可以做到。很多东西我们已经具备了,对我们来说不是太难的问题。

  上海经济评论:这是微观上的工业4.0,德国人所说的似乎是更大的概念,要把很多企业组织起来,把产业链上所有企业都囊括在内,才能做到产品信息的相互通报,然后做协调,这要调动很多力量,难度更大。

  李海兵:可能在德国他们是这样做的,他们可能是形成了一个组织,我觉得可能是由政府来组织。也有点类似协会,或者像中国的经信委这种产业主导部门来牵头,把这些大公司召集过来,解决互相之间的衔接,让他们统一信息、信号,让大家无缝对接起来。现在中国的企业没有办法实现对接的,因为工业系统不统一。把别人的信号转换成自己可以接受的信号,才可以直接传输了。传过来的信息能够传输到我的平台上指挥控制生产。但是做转换比较麻烦,不同企业用不同的控制器,就像手机充电的插头一样,要有统一的制式,不同处就是手机充电器是物理的,控制器是用工业语言。不同的信号信息,要通过转换器转换成我的设备能够读懂的信息。工业4.0最终到底是什么样子?现在好像没有说得很清楚,各家都在做,所以我们没有提工业4.0,我觉得还是从自动化到信息化,把两化融合做好,融合的最高境界就是4.0。

  上海经济评论:这么说最好就是各家生产东西都用同样的信号,机器人都能读懂,不用再转换。

  李海兵:德国是实现了这种通用的工业语言,把各家传输出来的信号进行统一,再进一步简化,让整个系统越来越简单,这些信号怎么写?怎么使用更方便,他们可能不断在统一。因为他们有强的控制器企业,做协同是有条件的,德国有比较好的基础,中国目前没有办法做这个事,我们有美国、德国、日本的控制系统,要做统一太难了。

  上海经济评论:这么说来中国的确比较难做,中国没有这种企业。

  李海兵:对,中国没有自己核心的东西,所以我觉得不太可能像德国这样去做。我们这些企业还是用日本的系统多一点,所以采购系统时尽量考虑自己已有的配置,就是通过这种方式来解决。如果在日本设备和德国设备之间考虑,德国设备如果价格便宜,性能又好,那买一两台也是可以,但大多数还是要考虑日本的系统,因为我们和日立原来是合资企业,所以我们的控制系统是日本的比较多。

  上海经济评论:德国、日本做工业4.0还是比较轻松,上海有没有希望?

  李海兵:德日之外,美国也很厉害,上海是有一定基础的,相对精密、高端的制造应该放在上海,中国有这么大的一个消费市场,没人能够承担起中国要消耗的这些产品,所以中国要承担起制造的重任。此外我认为印度也有可能,因为印度的人口比较多,他们的生活水平提高以后,对消费需求非常大,也是要有很大制造业来支持。

  印度有实力,但基础薄弱

  上海经济评论:你们在印度设厂,对印度制造的感观如何?

  李海兵:我们的空调压缩机出口印度已经有一百万台,供给印度制造市场,我们考虑印度的天气比较热,随着他们生活水平的提高,空调肯定是需要的。后来去他们那里办厂,印度市场还是需要培育。印度工业还比较落后,刚开始工人干活比较慢,因为生活节奏就比较慢,不像中国这么急。他们不急,事情慢慢做;第二他们比较淡定,可以说安于命运的安排,不像中国人会想着要怎么出人头地。他们的工人就安于做工人,心里很平静,没有太多的奢望,比较好管理,他不会有很多想法。所以稳定性好。

  他们做事比较规范,印度的法治体系比较早也比较健全,法制意识比较强。但是我们的效率很高,所以要想办法提高他们的效率,就给他们做培训,在印度招工以后,让他们来中国,在上海的工厂实习了大概十个多月,在这过程中,他们知道了中国人是怎么干活的,他们唯一的感受就是这里的人干活怎么这么快,他们从来没有感受过这种速度。回到印度以后,他们就是像我们的种子一样,在新招的工人做示范,告诉新人,在中国工厂里中国人就是这么做的。后来第二批加工和电机生产企业过去后,又招了40多个人过来实习,这批人成熟后回去又帮我们提升了效率。

  比较突出的感受就是他们的劳动力很充裕的,招工容易,劳动力成本也相对较低。他们也很愿意到我们的工厂来。因为我们的管理、待遇各方面都是比较好的,相较于当地的收入水平,我们的企业有优势。

  上海经济评论:那印度的潜力还是很大的,那么对中国的制造业将来会形成压力吗?

  李海兵:对,印度人有实力的,他们有一些发展较快的产业如汽车业,但他们的基础还是比较落后的。在我们这个行业,有20年的差距。他们的产业工人水平要提高,他们以前制造行业还是比较少,大多数都只是在日本的汽车工厂工作。

  上海经济评论:既然机器人能干很多活,在机械制造方面,选择专业时学什么比较有前途?

  李海兵:我们自己也比较注重这块,对员工的培养主要是机电一体化,这块是今后的一个发展方向,还有电机人才也是需要的,像伺服马达的设计制造等。我们所有的控制都要有电机,机器人所有运作基本上都靠电机。所以我觉得电机技术很有前途。