详解工业机器人领域的集大成者:汽车制造

国际金属加工网 2019年04月03日

工业机器人领域ABB、KUKAFANUC、YASKAWA这四家的市场占有率合计超过75%,汽车领域的工业机器人,除了传统意义上的这四位外,还有意大利菲亚特克莱斯勒旗下的COMAU(柯马)、日本的NACHI、川崎重工、韩国的现代重工值得一提。先列举一些机器人企业和他们的部分客户。

对汽车工业来说,可以分为欧美和日本两大流派,日系是垂直供应链,以丰田最为典型。丰田旗下的电装、爱信、爱知制钢、丰田纺织、丰田合成、JTEKT都是全球前30大汽车零部件企业,如果不计轮胎业务,电装与爱信分别在全球汽车零部件企业中排名第二和第四。垂直供应链保证了产品品质和利润率。

欧美则是平行供应链,除发动机外几乎所有关键原材料和零部件都外购。而发动机的原材料和零部件自然也是外购,而日系可以做到在一个集团内部完成。

对于整车厂来说,只有四大工艺是其核心内容,这就是冲压、焊接、喷涂和总装。由于冲压工艺简单,标准化程度高,一条冲压线可以多种车型,目前冲压领域也出现了独立厂家,为多个厂家提供冲压件。不过焊接、喷涂和总装生产线定制化程度极高,一条线基本上只能对应一种车型,不大可能出现独立厂家。

冲压

第一个是冲压车间,冲压是所有工序的第一步。先是把钢板在切割机上切割出合适的大小,这个时候一般只进行冲孔、切边之类的动作,然后进入真正的冲压成形工序。每一个工件都有一个模具,只要把各种各样的模具装到冲压机床上就可以冲出各种各样的工件,模具的作用是非常大的,模具的质量直接决定着工件的质量。冲压工序可分为冲裁、弯曲、拉深、局部成形四个基本工序。

作为汽车四大工艺之首,冲压线又被称为“印钞线”,属汽车制造装备的关键设备。对于占汽车车身10%的超大型冲压件,一般采用总吨位6000t以上的冲压线;25%左右的大中型冲压件,采用4000t左右冲压线;25%左右的中型冲压件,采用2500t左右冲压线;其余40%左右中小件,基本采用1000t以下生产线。通常采用6序或5序冲压机设置,即一台大吨位冲压机之后交由4到5台小冲压机。

在冲压之前,需要对钢板进行清洗、开卷、还原和粗剪。即便是粗剪的精度也有0.1毫米,与一根头发丝直径相当。这就需要SMT清洗机、开卷机和一套进料与传输系统。横杆双臂传输线是目前主流,通常要用到2台六轴机器人和5台七轴机器人。为了保证车间的高整洁度,大厂家会采用无尘室。

汽车工业用百万级无尘室就足够了,制药厂通常是十万级无尘室,而半导体最高可达千级。无尘室会增加不少基建成本和运营成本。一条年产量6万辆汽车的冲压生产线投资大约2-2.5亿人民币。

焊接

第二个车间是焊接车间,冲压好的车身板件局部加热或同时加热、加压而接合在一起形成车身总成。在汽车车身制造中应用最广的是点焊,焊接的好坏直接影响了车身的强度。汽车车身是由薄板构成的结构件,冲压成形后的板料通过装配和焊接形成车身壳体(白车身),所以装焊是车身成形的关键。装焊工艺是车身制造工艺的主要部分。

汽车车身壳体是一个复杂的结构件,它是由百余种、甚至数百种(例如轿车)薄板冲压件经焊接、铆接、机械联结及粘接等方法联结而成的。由于车身冲压件的材料大都是具有良好焊接性能的低碳钢,所以焊接是现代车身制造中应用最广泛的联结方式。

焊接工艺的最后还包括机器人涂胶,一般采用涂胶系统,利用摄像头去监控涂胶位置和宽度,保证涂胶质量。通过在板件之间涂覆密封胶和结构胶能够增强整车的密封性能和结构强度。还有激光检测,采用激光在车身上打出光点,利用摄像头去检测光点的位置,检测出车身相应位置的尺寸是否符合要求。

焊接是机器人使用最多的车间,对国内厂家来说,年产能20万辆的焊接车间,早期通常使用60-80台机器人,如奇瑞A3生产线62台机器人,江淮乘用车79台机器人。2014年后则大幅度提升,如江铃小蓝二期基地为60台(年产能10万辆),吉利宝鸡基地采用128台焊接机器人,广汽菲克广州则高达440台,长城徐水二期基地也是大约300台。

国外比例更高,特斯拉Model3的年产能大约25万辆,使用大约420个焊接机器人。长安福特杭州厂产能为25万辆,使用503个日本川崎重工的机器人。宝马铁西工厂,年产能30万辆,使用685个工业机器人,一汽大众佛山厂年产能36万辆,使用842个焊接机器人,效率高达72JPH。广汽菲克的自动化率最高,达98%。

喷涂

喷涂系统同样多采用机器人系统,目前全球提供全套系统的主要有德国DURR、瑞士ABB、日本发那科、法国SAMES和日本川崎。机器人喷涂系统主要包括机器人手臂、移动滑轨、高速静电旋杯、集中供调漆及其它辅助控制系统。所能触及(喷涂)的有效尺寸或覆盖范围受机器人各关节自由度及臂长等参数的限制而有所差异,完整的机器人喷涂系统一般由系统集成商对各功能模块进行组合而成。

日本发那科由于大部分零组件在国内生产,性价比极高,在喷涂机器人领域市场占有率第一。一般喷涂工艺需要使用40-60台机器人,喷涂机器人的价格远比焊接机器人要高,通常是焊接机器人的2-3倍,每个大约50万人民币。长安CS75的喷涂线就使用日本发那科的44台机器人。

总装

总装工艺所用昂贵设备不多,几乎可以不用机器人,主要设备有地面输送机、悬挂输送机、板式输送机、装调工具、检测设备、AGV车,年产能6万辆的设备投资大约0.5亿人民币。总装工艺设备投入不多,关键是总装车间占地面积比较大。年产能20万辆的总装车间占地面积大约8-9万平方米,是所有车间里占地面积最大的,效率越低的总装车间,占地面积越大。


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雷尼绍

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