Автомобильная промышленность совершенствует автоматизацию и внедряет передовые технологии

Автомобильная промышленность добавляет более сложных роботов, ориентируется на 3D-печать и интегрирует другие передовые технологии.

Автомобильная промышленность США была автоматизирована на протяжении десятилетий. Производство легковых и грузовых автомобилей связано с большими неповоротливыми роботами, отгороженными от людей-служащих. Внутри этих огороженных территорий выполняются такие задачи, как сварка.

Тем не менее, отрасль продвигается вперед в области автоматизации. Автопроизводители и поставщики переходят к использованию совместных роботов, известных как коботы. Такие устройства часто меньше по размеру, обладают большей маневренностью и могут безопасно использоваться вместе с людьми-операторами.

Более того, отрасль также хочет расширить использование 3D-принтеров. Автопроизводители, такие как Ford Motor Co. и BMW AG, работают напрямую с производителями присадок над внедрением технологии. Компании также используют виртуальную и дополненную реальность для решения производственных задач. И, как и многие другие производители, автомобильная промышленность хочет получить максимальную отдачу от Индустрии 4.0, где «подключенные» машины общаются друг с другом и с людьми-операторами.

«Существует множество отличий новой автоматизации от того, как она выглядела в 1980-х годах», — сказала Кристин Дзичек, вице-президент по промышленности, труду и экономике Центра автомобильных исследований (CAR) в Анн-Арборе, штат Мичиган.

«В наши дни автоматизация не только воспроизводит физические усилия человека, но и связывает его с другими кибер- и физическими системами как внутри, так и за пределами завода», — сказал Дзичек. «Это означает, что производители получают больше данных от автоматизации и больше контроля над всей производственной системой, а не только над отдельными автоматизированными станциями».

Одним из символов тенденций автомобильной автоматизации является новый передовой производственный центр Ford в пригороде Детройта Редфорд, штат Мичиган. Внутри 3D-принтеры и коботы изучаются для того, чтобы найти способы их использования в заводских цехах. Средства виртуальной и дополненной реальности в центре позволяют заводам Ford по всему миру решать такие вопросы, как размещение производственного оборудования в цехах.

В 2017 году Ford сформировал передовую производственную организацию, объединив сотрудников со всех производственных участков автопроизводителя. Группа определила свое местоположение в прошлом году после того, как промышленная компания переехала в другое место в районе Детройта.

«У Ford Motor Co. очень зрелые отношения с автоматизацией, — сказал Майк Микула, главный инженер глобальной передовой производственной организации Ford. По его словам, компания хотела ускорить свои производственные технологии.

Ниже приведены некоторые пути развития автоматизации и новых технологий в автомобильной промышленности.

3D-печать набирает обороты

3D-печать, или аддитивное производство, включает в себя печать детали послойно из цифрового дизайна. Технология смещается в сторону печати более крупных деталей и увеличения количества печати различными типами металлов. Aerospace уже много лет инвестирует в аддитивные технологии, потому что 3D-печать позволяет создавать новые конструкции и обещает более эффективное использование таких металлов, как титан.

Однако автомобильная промышленность имеет большие объемы производства. До сих пор использование 3D-печати автопроизводителями и поставщиками отставало от их коллег из аэрокосмической отрасли.

«Текущие приложения 3D-печати ограничены инструментами, штампами, пресс-формами, приспособлениями, приспособлениями и некоторыми деталями небольшого объема», — сказал Дзичек из CAR. «Настоящими препятствиями на пути более широкого внедрения 3D-печати в массовое производство автомобилей и деталей являются время цикла, стоимость и необратимые затраты текущих процессов формирования деталей на основе штамповки, литья и механической обработки. 3D-печать должна стать быстрее, а затраты должны значительно снизиться, прежде чем мы увидим широкомасштабное массовое применение в автомобильной промышленности».

Тем не менее, развитие аддитивного производства в автомобильной промышленности продолжается.

«Достижения в технологии 3D-печати сами по себе создают ряд решений, которые исторически были недоступны», — сказал Микула из Ford. Улучшения включают «скорость, с которой мы можем печатать, и материалы, с помощью которых мы можем печатать. Появление полимеров, армированных углеродным волокном (CFRP), передовых пластиков и, конечно же, металлов резко изменило потенциальные области применения с точки зрения «искусства возможного».

«Когда вы сочетаете это с увеличенной вычислительной мощностью, — продолжил он, — вы позволяете программному обеспечению помочь вам в разработке детали. Это не требует такого же уровня инженерных усилий и времени, чтобы предоставить вам принципиальное решение, отвечающее всем вашим требованиям. Таким образом, как с точки зрения того, что мы можем напечатать, так и с какой скоростью мы можем это сделать… это делает 3D-печать очень интригующей технологией. Конечно, наша цель здесь состоит в том, чтобы использовать его с точки зрения обеспечения наших производственных процессов инструментами и средствами сборки, которые необходимы им, чтобы быть более надежными, а также потенциально преодолевать некоторые технологические проблемы, связанные с 3D-печатью».

Ранее Ford сотрудничал со Stratasys Ltd. в разработке прототипов 3D-принтеров для производства крупных деталей. Автопроизводитель, базирующийся в Дирборне, штат Мичиган, также является инвестором, наряду с BMW, в Desktop Metal, компании по производству аддитивных материалов, базирующейся в Берлингтоне, штат Массачусетс. Кен Вашингтон, главный технический директор Ford, входит в совет директоров Desktop Metal<. /Р>

Ford и BMW «знают, что это грядет», — сказал Джона Майерберг, главный технический директор и соучредитель Desktop Metal. «Они торопятся. Пройдет еще несколько лет, прежде чем его можно будет увидеть в автомобиле».

Майерберг сказал, что 3D-печать, скорее всего, выйдет за рамки форм и приспособлений, но здесь много неопределенности.

«Вы не можете просто смотреть на одну часть автомобиля», — сказал он. «Вы должны осмотреть весь автомобиль. Мы пытаемся открыть им глаза на то, что мы считаем ключевыми преимуществами 3D-печати». Руководитель Desktop Metal заявил, что автопроизводители могут предложить эту технологию своим поставщикам высшего уровня.

«За кулисами происходит многое, о чем эти инженеры не будут говорить», — сказал Майерберг. «У нас есть лишь небольшое представление о том, как наши клиенты будут использовать эти принтеры».

В сентябре HP Inc. представила новую технологию 3D-печати под названием HP Metal Jet, предназначенную для массового производства стальных деталей. По данным HP, Volkswagen AG намерен использовать технологию HP Metal Jet для производства электромобилей в 2020-х годах. Электромобили имеют меньше движущихся частей, чем обычные двигатели внутреннего сгорания. В результате электромобили могут стать возможностью для расширения аддитивного производства в автомобильной промышленности.

Совместные роботы

Роботы были одним из первых примеров автоматизации на заводах автомобильной промышленности.

«Ранние этапы внедрения роботов заключались в выполнении опасных, повторяющихся работ, — говорит Лу Финаццо, генеральный менеджер FANUC America Corp. по рынкам автомобилей и компонентов, Рочестер-Хиллз, штат Мичиган. — Многие роботы использовались для сварки кузовов автомобилей и грузовиков».

«Люди были ограничителями в том, что автомобильная промышленность могла действительно развить в отношении кузова», — сказал он. Людям-операторам было сложно манипулировать «этими гигантскими, большими сварочными пистолетами», тянуться вслепую через автомобиль и наносить многочисленные точки сварки, «о которых вы не знали, хорошие они или плохие.

«Как только роботизированные технологии стали популярными, они смогли конструировать автомобили немного по-другому, [с] более сложной сборкой», — продолжил он. «Кроме того, наличие лучшего цикла контроля качества, что позволило им фактически сократить количество сварки и конструкционных компонентов, привело к тому, что сборка автомобилей эволюционировала до того уровня, на котором мы находимся сегодня. Это были начальные этапы».

По словам Финаццо, сегодня роботы и автоматизация субсидируют рабочую силу, а производителям и поставщикам не хватает рабочей силы.

«Итак, теперь вы можете взять человека, и этот человек может нести ответственность за четыре, пять совместных [роботов], и вы фактически повысили их эффективность… Когда мы говорим с традиционными производителями автомобилей, требуется гораздо больше гибкости, чем раньше. в прошлом», — сказал он.

Коллаборативные роботы замечаются в автомобильной промышленности. «Двумя ключевыми факторами, определяющими интерес автомобильной промышленности к коллаборативным роботам, являются скорость и стоимость», — сказал Даррелл Пол, менеджер по маркетингу робототехники и управления движением в Omron Automation Americas, Hoffman Estates, Иллинойс. «Коллаборативные роботы могут быть внедрены быстрее и в существующие производственные среды. Эти роботы также могут работать с существующими производственными ячейками и операторами, что устраняет необходимость в дополнительных затратах на структуру или инфраструктуру».

Компания представила своего нового кобота серии TM на выставке CES в Лас-Вегасе в этом году. По словам Omron, робот с системой технического зрения позволяет быстро запускать и перенастраивать. Omron также утверждает, что программное обеспечение робота позволяет обучать его выполнению различных задач.

В передовом производственном центре Ford представлены роботы производства FANUC, ABB, Universal Robots и KUKA Robotics.

«Большая часть работы, выполняемой на наших заводах, не требует промышленного робота с таким уровнем досягаемости и грузоподъемностью, с которыми в основном справляются промышленные роботы», — сказал Микула из Ford. «Коллаборативные роботы занимают мало места на производстве, и их можно безопасно использовать среди наших технических специалистов и на наших объектах без необходимости создавать значительную инфраструктуру» защиты.

«С коллаборативным роботом у вас может быть гораздо более простое решение; [вы можете] передать работу роботу, чтобы робот мог безопасно выполнять работу и выполнять ее надежным образом», — продолжил Микула.

«Модернизация наших производственных мощностей очень дорогая», — сказал он. «Содержание в наших автомобилях продолжает увеличиваться. Усилия [необходимые] для сборки двигателей, трансмиссий, аккумуляторных батарей и транспортных средств со временем продолжают увеличиваться. Поэтому там, где мы можем разместить этот дополнительный контент и внедрить автоматизацию для этого… чтобы гарантировать, что мы поставляем нашим потребителям продукт самого высокого качества по доступной цене, именно здесь коллаборативные роботы действительно вписываются в уравнение».

С точки зрения поставщиков роботов, производительность очень высока.

«В автомобилестроении очень важна скорость выхода на рынок, — сказал Финаццо. «Десять лет назад запуск нового грузовика за 18 месяцев был бы огромным успехом. Теперь они такие:"Вау, нам нужно сделать это за 12 месяцев". Так что скорость выхода на рынок имеет большое значение".

Автомобильные поставщики корректируют

Некоторые поставщики автомобилей приспособились к более широкому использованию коботов и более быстрому темпу.

Inficon, базирующаяся в Бад-Рагаце, Швейцария, производит автомобильные инспекционные устройства для автомобильных систем. Компания видела, как ее оборудование развернуто с меньшими коллаборативными роботами. Устройства Inficon используются для обнаружения утечек влаги или газов. Благодаря коллаборативным роботам Inficon имеет больше возможностей для подключения своих устройств к роботам. Продукты Infincon теперь используются для обнаружения влаги в системах электромобилей.

"Мы работали над этим пять-семь лет, – сказал Томас Паркер, менеджер по продажам автомобилей Inficon в Северной Америке.

Коллаборативные роботы упрощают развертывание устройств Inficon. «Мы много обучаем клиентов тому, что возможно с коллаборативным роботом, что возможно с шестиосевым роботом. Моя команда многому учит меня».

Компания Hydromat Inc., производитель станков, среди клиентов которой есть автомобилисты, приспособилась к отраслевым тенденциям.

С Hydromat «автоматизация стала более интерактивной», — сказал Кевин Шульц, директор по маркетингу компании из Мэриленд-Хайтс, штат Миссури. «Для рабочих системы стали более интерактивными между операторами и станками, которыми они управляют. Программирование на машине более распространено».

Изменения в автомобильной промышленности означают «более частую смену», сказал Шульц. «Перемены должны быть быстрее».

Шульц добавил:«Автоматизация необходима для того, чтобы предлагать нашим клиентам, производящим автомобили, многокомпонентные семейства, которые обеспечивают им разнообразие и прибыль от продукции».

Рабочие настройки

В настоящее время предпринимаются усилия по повышению квалификации рабочих по мере того, как автомобильная промышленность становится все более сложной.

AIDT, программа обучения рабочей силы в Алабаме, пытается активизировать свои усилия по обучению рабочих, поскольку занятость в автомобильной промышленности становится все более сложной. Сотрудники фабрик приезжают на предприятия AIDT в Таннере, штат Алабама, недалеко от Хантсвилла, для обучения.

Алабама является домом для нескольких заводов по сборке автомобилей. В штате также есть аэрокосмические заводы. В результате Алабама пытается улучшить свое производственное обучение. В январе делегация из Алабамы посетила штаб-квартиру организации Lightweight Innovations For Tomorrow (LIFT) в Детройте,
института Manufacturing USA, который объединяет компании и ученых для улучшения технологии облегчения веса для производства.

«Алабама развивается в сфере производства, — говорит Кристи Бейн, помощник директора AIDT.

«Мы должны работать в передовом производственном сценарии», — сказал Эд Кастл, заместитель министра торговли штата Алабама в комиссии по развитию рабочей силы этого агентства. «Для нас это простое уравнение. В чем потребность и как вы определяете эту потребность?»

Микула из Ford сказал, что эти тенденции отражают то, что производство автомобилей стало более привлекательным, чем когда-то.

«Это действительно захватывающее место, — сказал он. «Это действительно веселое место».