造車(chē)的四大工藝與汽車(chē)工業(yè)機(jī)器人
對(duì)汽車(chē)工業(yè)來(lái)說(shuō)，可以分為歐美和日本兩大流派，日系是垂直供應(yīng)鏈，以豐田最為典型。豐田旗下的電裝、愛(ài)信、愛(ài)知制鋼、豐田紡織、豐田合成、JTEKT都是全球前30大汽車(chē)零部件企業(yè)，如果不計(jì)輪胎業(yè)務(wù)（個(gè)人認(rèn)為，輪胎屬化工范疇，不能算汽車(chē)行業(yè)），電裝與愛(ài)信分別在全球汽車(chē)零部件企業(yè)中排名第二和第四。不僅是上游零部件，像原材料，如鋼鐵，豐田所屬的三井財(cái)閥不僅擁有大量鐵礦石礦山和強(qiáng)大的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸團(tuán)隊(duì)，還擁有全球第一大汽車(chē)鋼板供應(yīng)商新日鐵住金，這家企業(yè)的中國(guó)市場(chǎng)占有率超過(guò)60%。垂直供應(yīng)鏈保證了產(chǎn)品品質(zhì)和利潤(rùn)率。歐美則是平行供應(yīng)鏈，除發(fā)動(dòng)機(jī)外幾乎所有關(guān)鍵原材料和零部件都外購(gòu)。而發(fā)動(dòng)機(jī)的原材料和零部件自然也是外購(gòu)，而日系可以做到在一個(gè)集團(tuán)內(nèi)部完成。
汽油機(jī)的門(mén)檻實(shí)際上是不高的，擁有自主發(fā)動(dòng)機(jī)更容易降低整車(chē)成本和控制性能，因此中國(guó)目前大多數(shù)車(chē)廠都自主生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且進(jìn)一步延伸，開(kāi)始自主生產(chǎn)變速箱。進(jìn)入新能源車(chē)時(shí)代，由于電機(jī)是高度成熟的工業(yè)產(chǎn)品，門(mén)檻很低，加上新能源車(chē)不需要變速箱，這就讓新能源造車(chē)門(mén)檻大幅度降低，所有的關(guān)鍵零部件都可以委托外部開(kāi)發(fā)并采購(gòu)。
對(duì)于整車(chē)廠來(lái)說(shuō)，只有四大工藝是其核心內(nèi)容，這就是沖壓、焊接、噴涂和總裝。由于沖壓工藝簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，一條沖壓線可以多種車(chē)型，目前沖壓領(lǐng)域也出現(xiàn)了獨(dú)立廠家，為多個(gè)廠家提供沖壓件。不過(guò)焊接、噴涂和總裝生產(chǎn)線定制化程度極高，一條線基本上只能對(duì)應(yīng)一種車(chē)型，不大可能出現(xiàn)獨(dú)立廠家。
汽車(chē)領(lǐng)域有個(gè)專(zhuān)門(mén)的術(shù)語(yǔ)叫JPH，可以稱(chēng)之為每小時(shí)產(chǎn)量。汽車(chē)行業(yè)大量使用工業(yè)機(jī)器人，這樣做的好處是高品質(zhì)與高效率，缺點(diǎn)是缺乏靈活性。簡(jiǎn)單地說(shuō)，使用工業(yè)機(jī)器人越多，效率與品質(zhì)就越高，以國(guó)內(nèi)德系合資廠而言，JPH大約為48，也就是75秒生產(chǎn)一輛車(chē)；日系廠可以做到60，也就是1分鐘1輛車(chē)；韓系可以做到65，不到1分鐘生產(chǎn)一輛車(chē)；自主車(chē)廠比較差的是30，也就是2分鐘1輛車(chē)。通常1年工作日是250天，每天工作8小時(shí)，JPH30的話，年產(chǎn)能就是6萬(wàn)輛。生產(chǎn)線的最好保養(yǎng)方式是：一直保持適度運(yùn)轉(zhuǎn)。如果長(zhǎng)時(shí)間停滯的話，突然投入生產(chǎn)，可以會(huì)發(fā)生各種種樣的故障，如部件老化失效、潤(rùn)滑油泄露、工位調(diào)適不當(dāng)、工人操作失誤等帶來(lái)的一系列問(wèn)題。所以，一般整車(chē)廠即使淡季也要造車(chē)，即使明知道庫(kù)存滿(mǎn)手也不得不繼續(xù)造車(chē)。
我們以觀致汽車(chē)為例，下表為觀致汽車(chē)1-6月產(chǎn)量，觀致汽車(chē)的生產(chǎn)線為36JPH，也就是說(shuō)單班制的話，每天生產(chǎn)288臺(tái)。
很明顯，進(jìn)入2017年后，觀致的偶數(shù)月產(chǎn)量極低，奇數(shù)月為正常生產(chǎn)，偶數(shù)月為保養(yǎng)式運(yùn)轉(zhuǎn)。直到今年6月，連這種基本的運(yùn)轉(zhuǎn)也無(wú)力承擔(dān)了，干脆停產(chǎn)。3-6月，觀致只生產(chǎn)了2709輛，也就是說(shuō)開(kāi)工不到10天。可是工人4個(gè)月的工資，還有五險(xiǎn)一金，少一毛錢(qián)也不行；還有生產(chǎn)線可沒(méi)停，生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)成本可是不低的。觀致的虧損也就不奇怪了。
所以汽車(chē)行業(yè)，如果你要使用機(jī)器人的話，最低的門(mén)檻也是大約年產(chǎn)能5-6萬(wàn)輛。
第一個(gè)是沖壓車(chē)間，沖壓是所有工序的第一步。先是把鋼板在切割機(jī)上切割出合適的大小，這個(gè)時(shí)候一般只進(jìn)行沖孔、切邊之類(lèi)的動(dòng)作，然后進(jìn)入真正的沖壓成形工序。每一個(gè)工件都有一個(gè)模具，只要把各種各樣的模具裝到?jīng)_壓機(jī)床上就可以沖出各種各樣的工件，模具的作用是非常大的，模具的質(zhì)量直接決定著工件的質(zhì)量。沖壓工序可分為四個(gè)基本工序。
沖裁：使板料實(shí)現(xiàn)分離的沖壓工序（包括沖孔、落料、修邊、剖切等）。
彎曲：將板料沿彎曲線成一定的角度和形狀的沖壓工序。
拉深：將平面板料變成各種開(kāi)口空心零件，或把空心件的形狀、尺寸作進(jìn)一步改變的沖壓工序。
局部成形：用各種不同性質(zhì)的局部變形來(lái)改變毛坯或沖壓成形工序（包括翻邊、脹形、校平和整形工序等）。
包括車(chē)門(mén)、頂蓋、側(cè)翼板、立柱、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等等，車(chē)身70%以上的零部件由沖壓設(shè)備沖壓而成。沖壓機(jī)的壓力使鋼板發(fā)生拉伸或硬壓，為鋼板開(kāi)孔，并切掉無(wú)用的部分。作為汽車(chē)四大工藝之首，沖壓線又被稱(chēng)為印鈔線，屬汽車(chē)制造裝備的關(guān)鍵設(shè)備。對(duì)于占汽車(chē)車(chē)身10%的超大型沖壓件，一般采用總噸位6000t以上的沖壓線；25%左右的大中型沖壓件，采用4000t左右沖壓線；25%左右的中型沖壓件，采用2500t左右沖壓線；其余40%左右中小件，基本采用1000t以下生產(chǎn)線。通常采用6序或5序沖壓機(jī)設(shè)置，即一臺(tái)大噸位沖壓機(jī)之后交由4到5臺(tái)小沖壓機(jī)。
以一汽大眾成都廠為例，共有5條沖壓線，其中德國(guó)米勒萬(wàn)家頓4條，分別為310/320/340/350，其中：310/320/350線同是8100噸大線，均為6序，頭臺(tái)壓機(jī)公稱(chēng)壓力2100噸，后續(xù)五臺(tái)壓機(jī)公稱(chēng)壓力1200噸；340線為5200噸小線，共有5序，頭臺(tái)壓機(jī)公稱(chēng)壓力2000噸，后續(xù)四臺(tái)壓機(jī)公稱(chēng)壓力800噸。330線是濟(jì)二制造的國(guó)產(chǎn)全自動(dòng)化壓機(jī)生產(chǎn)線，機(jī)器人維修，于2012年8月通過(guò)96%功能驗(yàn)證，2013年7月通過(guò)終驗(yàn)收。共有5序，頭臺(tái)壓機(jī)公稱(chēng)壓力2100噸，后續(xù)4臺(tái)壓機(jī)公稱(chēng)壓力1200噸。最大整線生產(chǎn)節(jié)拍可達(dá)15次/分鐘，全自動(dòng)換模時(shí)間僅為6分鐘。國(guó)內(nèi)除日系和德系廠家，基本都選擇濟(jì)南第二機(jī)床廠的沖壓機(jī)，濟(jì)南第二機(jī)床廠的沖壓機(jī)絲毫不次于德國(guó)的米勒萬(wàn)家頓，高端產(chǎn)品上，價(jià)格甚至略高于德國(guó)廠家，在北美福特車(chē)廠一樣是采用濟(jì)南第二機(jī)床廠的沖壓機(jī)。美系國(guó)內(nèi)廠家?guī)缀跞慷际菨?jì)南第二機(jī)床廠的沖壓機(jī)。日系則多用小松和富士。
在沖壓之前，需要對(duì)鋼板進(jìn)行清洗、開(kāi)卷、還原和粗剪。即便是粗剪的精度也有0.1毫米，與一根頭發(fā)絲直徑相當(dāng)。這就需要SMT清洗機(jī)、開(kāi)卷機(jī)和一套進(jìn)料與傳輸系統(tǒng)。橫桿雙臂傳輸線是目前主流，通常要用到2臺(tái)六軸機(jī)器人和5臺(tái)七軸機(jī)器人。為了保證車(chē)間的高整潔度，大廠家會(huì)采用無(wú)塵室。汽車(chē)工業(yè)用百萬(wàn)級(jí)無(wú)塵室就足夠了，制藥廠通常是十萬(wàn)級(jí)無(wú)塵室，而半導(dǎo)體最高可達(dá)千級(jí)。無(wú)塵室會(huì)增加不少基建成本和運(yùn)營(yíng)成本。一條年產(chǎn)量6萬(wàn)輛汽車(chē)的沖壓生產(chǎn)線投資大約2-2.5億人民幣。
第二個(gè)車(chē)間是焊接車(chē)間，沖壓好的車(chē)身板件局部加熱或同時(shí)加熱、加壓而接合在一起形成車(chē)身總成。在汽車(chē)車(chē)身制造中應(yīng)用最廣的是點(diǎn)焊，焊接的好壞直接影響了車(chē)身的強(qiáng)度。汽車(chē)車(chē)身是由薄板構(gòu)成的結(jié)構(gòu)件，沖壓成形后的板料通過(guò)裝配和焊接形成車(chē)身殼體（白車(chē)身），所以裝焊是車(chē)身成形的關(guān)鍵。裝焊工藝是車(chē)身制造工藝的主要部分。汽車(chē)車(chē)身殼體是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，它是由百余種、甚至數(shù)百種（例如轎車(chē)）薄板沖壓件經(jīng)焊接、鉚接、機(jī)械聯(lián)結(jié)及粘接等方法聯(lián)結(jié)而成的。由于車(chē)身沖壓件的材料大都是具有良好焊接性能的低碳鋼，所以焊接是現(xiàn)代車(chē)身制造中應(yīng)用最廣泛的聯(lián)結(jié)方式。