日本汽車零部件制造技術發(fā)展

導讀：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)字化變革與組織進化的手段來協(xié)助客戶達成組織發(fā)展卓越、工程卓越、項目卓越和生產制造卓越，全面助力企業(yè)發(fā)展及個人成長。今天小編給大家分享一下從電裝的“領 先工廠”看日本汽車零部件制造技術發(fā)展，感興趣的學員快來看看吧。

“領 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概念。電裝公司是日本汽車產業(yè)最 大的系統(tǒng)零部件制造商，同時也是全球最 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立出來后，完全繼承了豐田汽車公司兩個優(yōu)秀的企業(yè)傳統(tǒng)，一個是眾人皆知的精益生產，另一個是汽車生產制造工藝及裝備的獨立自主研發(fā)與制造。

精益生產有廣泛的內容和深厚的理論，已經發(fā)展成為了一門科學。其核心特征與大規(guī)模定制一樣，都強調“多品種”、“小批量”、“低成本”。

與精益生產的區(qū)別在于，當前提出的大規(guī)模定制生產過程加入了現(xiàn)代化的信息技術。大規(guī)模定制要通過產品結構和制造流程的重構，運用現(xiàn)代化的信息技術、新材料技術、柔性制造技術等一系列高新技術，把產品生產全部或者部分轉化為批量生產，以大規(guī)模生產的成本和速度，為單個客戶或小批量多品種市場定制任意數(shù)量的產品。

從豐田汽車公司獨立出來的電裝公司“領 先工廠”正是基于產品批量減少而成本不變的思想提出的，融合了精益生產和大規(guī)模定制生產方式。其具體做法是先對生產流程和制造設備進行改造，將原有生產工藝上的裝備縮小并集中到最終的組裝車間安放，在改造的過程中實現(xiàn)設備自動化和生產流程標準化，同時在裝備與裝備之間、生產車間與生產車間實現(xiàn)信息互聯(lián)，最 后實現(xiàn)工廠與工廠信息互聯(lián)。電裝公司“領 先工廠”架構如圖1所示。

圖1 電裝公司“領 先工廠”架構

1/N倍變革

1.變革方式

為了實現(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個國家和地區(qū)擁有130個工廠，2500條生產線。但這130個工廠中即使生產同類產品的生產線生產的產品批量也是不一樣的。在新開發(fā)的市場，產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。

為了使小批量生產產品的單件成本保持不變，在日本本土工廠，電裝公司對生產設備進行縮小改造，在**最 低限度的加工能力基礎上，將生產單位縮減到原來的1/N，加工裝備縮小，占用面積減少，縮短加工時間，降低庫存數(shù)量。為了減少物流時間和成本，將在不同生產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，最終通過合并生產線，實現(xiàn)同步一體化生產。

圖2 日本電裝公司1/N倍變革方式

2.變革實例

電裝公司尾西工廠生產發(fā)動機系統(tǒng)零部件，包括可變氣門正時系統(tǒng)、控制閥、火花塞、傳感器外殼、A/B傳感器、噴油管及起動機等。在工廠里設有專門的部品工程部，負責生產技術開發(fā)、設備改造、新設備試驗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。職能部細分為領 先部，負責生產系統(tǒng)研究；生研部，負責加工技術開發(fā)；材技部，負責材料開發(fā)；測量部，負責測量技術開發(fā)；工機部，負責設備內制；試制部，負責設備的改造和試制。事業(yè)部有16個制造部。另外，工廠里還有工場推進部，負責建立生產線、通過實際生產提高生產線完成度，進行工藝標準化和示范推廣。

為了追求生產技術和設備的高效率、高品質，電裝公司1955年成立了工機（設備內制）部門，該部門與產品研發(fā)部門一起參與產品開發(fā)與設計?？梢哉f，在產品研發(fā)的最開始階段，設備制造部門就已經介入了，并根據(jù)產品的設計要求設計制造專用設備，降低生產成本，保持技術領 先優(yōu)勢。因為，電裝公司自己制造的專用設備是市場上買不到的，從制造上設置了技術壁壘，其他公司很難進行仿制。

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起，自己的設備制造部就伴隨著豐田汽車公司一起成長，到1941年，豐田汽車公司的設備制造部也獨立出來變?yōu)樨S田機工公司，后并入捷太格特公司。時至今日，捷太格特旗下的豐田機工是豐田汽車公司設備研發(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，1969年，電裝公司進行機器人內制化生產。在2015年上海工博會上，電裝（中國）投資有限公司參展，推出了10余款工業(yè)用機器人、多款控制器和控制軟件。

在尾西工廠，部品工程部有600多人，約占全廠總人數(shù)的9%。該部門技術人員從2001年起開始實施1/N變革，到2014年，已經完成并向全球展示了小型電動壓鑄機、分時鍛造機、小型高速插入成形機、小型低壓復動沖壓機等改造項目。圖3是小型電動壓鑄機的1/N改造項目。

圖3 小型電動壓鑄機改造項目

小型電動壓鑄機用于可變氣門正時零部件的制造，原來生產工藝采用8m高的熱熔爐和4m高的大型液壓壓鑄機，然后再通過大型熱處理設備進行熱處理。三類設備距離較遠，占地面積大，一個批量（20個零部件左右）完成全部工序要20h。改造后，三類設備高度全部降到2m以內，集中安放，實現(xiàn)了數(shù)控自動化生產，連續(xù)作業(yè)。與原來相比，全部設備占有的總面積只有原來的1/6。

分時鍛造機用于制造火花塞、傳感器外殼，改造后設備所占面積是原來的1/6，設備費用減少2/3，生產線縮短一半。小型高速插入成形機用于加工A/B傳感器、噴油管路等，采用立式側面射出技術，并實現(xiàn)電動化、自動化控制，生產線縮短為原來的1/3，庫存天數(shù)為原來的1/12，該項目獲得日本2008年精密工學會技術獎。小型低壓復動沖壓機加工起動機、ADS等產品，采用低壓成形技術，進行工程分割，生產線縮短為原來的1/3，設備費是原來的1/10，設備所占面積是原來的1/12，生產工期縮短為原來的1/5。

小型電動壓鑄機案例分析

該生產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的20臺4m高的大型液壓壓鑄機，壓鑄機通過模具壓鑄鋁液成型，然后取出壓鑄好的鋁制產品送到熱處理車間進行熱處理。

壓鑄機是該工序的關鍵設備，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，如圖4所示。

圖4 500t的液壓壓鑄機

經過分析，技術人員認為，造成鋁液灌入模具時產生壓力的原因主要來自3個方面：一是半固化的鋁液壓入模具本身就需要強大的壓力；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生了一部分氣壓。鑒于此，技術人員對設備進行了三方面革新：一是保持鋁液的溫度，減少固化，當然，從加熱爐到壓鑄機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；三是采用粉狀脫粒劑，減輕汽化程度。采用以上3項措施后，鋁液澆注模具里的壓力大幅減少，現(xiàn)在采用130t壓力的小型電動壓鑄機，即可實現(xiàn)生產，不僅實現(xiàn)了自動化控制，而且壓鑄機的高度也降低到了2m以內，如圖5所示。

圖5 130t小型電動壓鑄機

改變壓鑄機的同時，對熱熔爐進行小型化改造。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。現(xiàn)在經過精密計算，將每爐的加熱鋁液量減少到剛夠一臺小型壓鑄機加工所需鋁液量，鋁錠投入熱熔爐之前進行分割處理，裁成小的鋁塊放入熱熔爐，減少熔化時間。同時，壓鑄成形后的澆注口鋁件被分離后立刻投入到熱熔爐內，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)流的三臺加工裝備再加上輔助生產系統(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。整條生產流水線全自動化控制，產品的搬運都是通過電裝自己研發(fā)制造的機器人來完成。操作人員可通過自動化設備的數(shù)據(jù)平臺檢測產品生產情況。另外，經過模具管線歸納后半自動連接，采用推入頂出設計，操作過程增加力量輔助裝置（如搖臂）等技術創(chuàng)新，壓鑄機的換模時間由10min減少到30s，由力量較小的女員工即可完成模具更換動作。

電裝公司小型電動壓鑄機項目從2001年開始設立，2004年開始改造。從項目規(guī)劃開始歷時7年，于2008年完成。2010年，該項目獲得了日本2010年度經濟產業(yè)大臣省獎。2012年，該生產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，該項目成為電裝推廣示范項目，開始向全球展示。

日本汽車零部件制造技術發(fā)展及啟示

1.制造技術發(fā)展方向

就電裝公司的制造技術變革來說，為適應特定市場的小規(guī)模產品需求，開發(fā)了小批量產品生產制造工藝技術，實現(xiàn)了低成本、定制化生產。小批量整體制造工藝的開發(fā)和建立以及標準化不僅對精益生產的內容做了進一步的豐富，而且也用事實證明，用傳統(tǒng)的制造工藝和裝備也可以實現(xiàn)大規(guī)模定制化生產。

在工藝執(zhí)行層面，項目改造思路是把不同方向的各個小動作合成一個連續(xù)的動作，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。在項目實際改造過程中，日本電裝公司把制造裝備進行了小型化改造，改造中裝備實現(xiàn)電動化、自動化控制。在制造裝備實現(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，占地面積小，無需庫存。生產過程通過機器人自動卸載和安裝，幾乎實現(xiàn)了無人操作。

電裝公司下一步的目標是實現(xiàn)設備間的互動互聯(lián)。根據(jù)規(guī)劃，目前工廠里的單一生產線設備之間的信息傳輸技術正在投入建設。未來，很多生產線信息組合在一起就構成了數(shù)字化工廠。從工廠整體管理效益化的角度看，電裝公司認為需要運用信息傳輸、信息管理方面的技術，將來自全球范圍內的生產第 一線的智慧進行整合，通過信息共享和應用，使技術革新的速度和制造品質快速提升。

2.啟示

“領 先工廠”雖然是日本電裝公司推出的規(guī)劃，但其是一個縮影，反映出日本汽車零部件公司正以積極的態(tài)度應對世界制造業(yè)變革，腳踏實地，未雨綢繆，早早制訂計劃，并正在按部就班的實施。

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具特色的，或者說日本汽車制造公司是獨具特色的，就是汽車產品創(chuàng)新與其制造工藝技術創(chuàng)新并行發(fā)展，在汽車及零部件制造公司內部完成，使兩部分緊密結合在一起。

形成完整成熟的制造技術及工藝路線后，日本電裝公司委托日本東洋機械金屬株式會社完成了金屬加工裝備的設計與制造，形成“產品－工藝－裝備”良性循環(huán)，知識產權掌握在自己手中。面對德國工業(yè)4.0和美國工業(yè)互聯(lián)網，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)網系統(tǒng)建設，但速度并不快；另一方面，其實也是更主要的，是專注生產制造工藝、裝備的研究和革新，追求每天進步一點點，堅持不懈，不斷積累，積少成多，積沙成塔。

圖8 “領 先工廠”核心要素