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丰田:用人力驱动自动化

来源:荣格 发布时间:2017-10-23 368
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正当自动化工业不断加大机器人在制造业中的使用比重时,丰田(TOYOTA)却反其道而行突出强调人工技艺的重要性。在其全球的生产车间中,诸多的基础创新无不体现了人工的核心作用。而对于未来的自动化趋势,丰田始终秉持着精益制造的理念。

丰田的TNGA 架构

丰田的TNGA 架构

一般来说,在自动化车间里,油箱的安装是一项重复性高又相对复杂的工作。这是因为油箱很重,通常需要用起重机先将其吊起并抵在车身框架上,同时工人需要从底盘下面将安全束带绑好。其中,螺钉拧紧是一件费力又耗时的工作,需要工人举高胳膊并停留很长的时间。为了消除这一装配流程中的缺陷,丰田的工人们设计出了一款精巧的多臂机械装置——只需一个步骤就可以将油箱举起并定位在其卡座中,使其下沿与车身框架相接,这样就可以将油箱永久固定于底盘上了。同时,这一安装流程是快速、无缝、符合人体力学并且安全的。

省去了拧紧螺钉的环节,理所应当减少装配线上的工人数量。然而事实并非如此,装配线上的员工人数还是和以前一样。这是为何?尽管引入自动化之后,大大减少了人力劳动,但依旧需要依靠工人们细致的触觉和敏锐的视觉反复检查油箱本体和联接处的瑕疵,以及关键油路的泄露点和薄弱处,丰田认为这至关重要。

丰田位于美国的乔治敦车间,在过去一年总共生产了超过50万辆的汽车,人工无疑对这一出色的业绩单起到了关键作用。这也恰恰印证了丰田制造哲学的独具创新性,并且该前沿思想是和过去的生产理念相互呼应的。但是,就在丰田提出他们引以为傲的全新版本的生产管理系统——丰田新全球架构TNGA(Toyota New Global Architecture)的同时,他们也不得不面对现代汽车工业极致追求自动化的大趋势,显然这与丰田的制造理念完全相悖。
据丰田汽车制造部部长Wil James介绍:“丰田工厂现在的自动化程度并不比15年前高。在过去的10年中,机器人的工作比重在丰田全球装配线上不到8%的份额。尽管机器对于重复性的工作是非常有效的,但是他们无法做到工作效率和质量的自我提升。这一点只有人工才可以实现。”他还解释道,丰田做过人工装配和机器装配整车的对比试验,结果显示:随着装配过程的不断重复,最终人工装配获得了胜利。

对于机器人的迷思

从自动化的大趋势看来,丰田的制造理念似乎并不合常理,但丰田有着自己的坚持。我们都知道,随着《改变世界的机器》一书的出版,第一次揭开了日本制造工业的神秘面纱,也让丰田引以为傲的制造系统引起了轰动,使得精益生产、持续改进、安灯系统、七种浪费、产品流等术语大行其道。随之而来,越来越多的制造商开始效仿丰田的生产策略。

但是几十年过去了,书中描述的生产线系统完全过时了吗?从根本上说,丰田的生产原则就是强调人的不可取代性,人的眼睛、耳朵、双手在装配生产线上发现问题,用创新思维解决问题,为改进产品和流程贡献新的方法。

而现在的工业领域,制造技术的高低不再是用人的技艺程度来判断,而是借助机器人的灵敏程度来判断。例如,埃隆 ● 马斯克为特斯拉Model 3工厂提出的生产理念是,工厂中所有的人工部分都将被去除,最终连照明也不需要了。目前,部分汽车企业如起亚等,都声称自动化帮助他们把生产效率提高了将近200%。事实也的确如此,部分工厂一条生产线上的机器人数量超过1,000台,而工人数量却往往少于1,000人。

尽管机器对于重复性的工作是非常有效的,但是却无法做到工作 效率和质量的自我提升。

尽管机器对于重复性的工作是非常有效的,但是却无法做到工作效率和质量的自我提升。

事实上,当今工业领域对于自动化近乎疯狂的追求也不无道理。大多数的媒体对未来的工业都有着相似的描述——工厂完全将由机器人所占据,并且它们以人类无法企及的效率完成最复杂精细的工作。当然,这对于那些想通过削减劳动力成本来实现增长计划的制造商应该有警示作用,因为通常这种情况下劳动成本将占到产品价值的25%。一些乐观的分析指出,机器人的大量涌入将赋予人类前所未有的自由时间,每个人都可以利用这个时间来完成自己的奇思妙想,每个人都可以成为自由工匠和创业者。而另外一些理性的预测则指出,缺少了工作带来的满足感和稳定的收入,人类将陷入焦虑。不管是哪种观点,都预示着一场革命风暴将疾速袭来,该如何选择确实需要谨慎对待。

与过去的联结

为了持续保障较高的利润收入,丰田避免了仅通过降低成本来寻求增长的商业模式,而是聚焦于汽车性能的提高和价格优势的保持。与一般企业主要通过降低劳动成本来降低生产成本不同,TNGA策略倡导的是通过提高材料利用率,不断改进汽车结构,使得零部件更轻更紧凑,用以达到性能要求的重量比更高,燃油效率更高;更好更经济地利用全球共享的发动机和汽车模型(这一举措使100多个不同的产品平台缩减到少于10个);重新强调了已经被人遗忘的精益生产的概念,其中包含了诸如使生产线在切换产品时效率不减的工艺流程。在TNGA的组织框架中,机器人不是策略的核心部分,仅仅充当了执行者和仆人的角色,用来帮助装配工人更好地完成他们的工作,激发工人的创造力,丰田认为这将促进成本收益最大化的实现。

丰田全球制造部总监Mitsuru Kawai表示,要把精益生产的精神融入到TNGA中,把工人的技艺重新推向前台。对此,Mitsuru Kawai讲述了为实现这一目标所运用的制造哲学:“人类应该手工生产产品,并且尽量简化制作流程。然后当流程被简化到极致时,机器就可以接手了。简单来说,我们应该选用的是一种方便快捷且容易操作的设备,而不是盲目追求所谓的多功能机器人。”

一系列的基础创新

TNGA的理念已在丰田全球大多数的生产基地开始实施。为此,丰田向乔治敦工厂(这是丰田最大规模的工厂,每年有5.5万台凯美瑞、阿瓦隆、雷克萨斯产自这里)注入了13亿美元的资金,在向全球工厂推行新的生产管理系统之前,这里曾是TNGA的试点基地。这一举措,也让Mitsuru Kawai的制造哲学理念体现得淋漓尽致。例如,用于充当发动机物流线的大型高架传送带被穿行于工厂各处的移动平台所取代,这些平台是由安装在地板上的电子传感器引导的。这种新型运输系统实现了一系列的制造目标。通过去除复杂的传送带网络,丰田大大缩减了工厂规模,基本上一层的规模相当于原来的三层。这样一来,一些在工厂网络管理上占据很高成本的项目,包括建造、设备、制冷、制热、维护的成本都显著降低了。另外,移动平台上加载的物料是由计算机控制的,这就保证了每一个发动机对应客户的每一个订单。这也意味着,理论上丰田可以做到在生产小轿车的每个工时中穿插生产出三台SUV。即生产的汽车类型完全由市场订单决定。这样弹性化的制造模式,才应该是自动化工业界的主流。

同样重要的是,去除了传送带,没有了皮带轮和管路,装配线工作区变得更加整洁了。这样,装配工人就可以把他们有限的时间花在其他事情上,如完成瑕疵检查工作,这只需要不到一分钟的时间。

在乔治敦工厂还有另一个与TNGA理念完美吻合的基础发明——raku椅。这个辅助滑动装置可以在轨道上沿车身滑进滑出,也可以在车身内部前后滑动,这就使得装配工人可以通畅的接近任何安装区域,不用再弯着身体挤进狭小的区域,比如仪表盘区域等。据发明该装置的员工介绍,灵感来源于渔船上的移动旋转椅。除了符合人体工程学的优点外,raku椅还节约了生产时间,这也是丰田制造管理系统不懈追求的目标。在生产线每一个环节节约的时间都可以积少成多,最终影响到生产力效益。“在我们看来,55秒就是一个工作单位,”丰田肯塔基制造部主管James说道,“我们不断激励员工去削减生产时间,哪怕是一秒钟也不放过。当在整个工厂削减的时间达到55秒时,我们就减少了一个生产环节,接着我们就可以把原来负责完成这个工作的工人调去做其它工作,然后他们又可以在新的工作中重新开始创新活动。而只有人类才可以将此发挥到极致。”

依照TNGA的理念,人类的创新是自动化发展的唯一途径,乔治敦工厂的员工特训也融入了这一理念。在特训环节最后,员工需要完成一种机械装置的设计(这也是精益管理的一项训练内容),要求他们以戈德堡装置(Rube Goldberg,化简为繁的设计)为启示,设计出依靠自身动力运作,用以改善工作区环境的小装置。其中的一个小组改进了流动式货架,这种货架无处不在,用以放置每个装配环节所需要的零部件。现在的情况是,一旦货架空了,工人就要手动把空货架推到一边,再把装满零件的新货架推过来。在改进后的车间,依靠弹簧、绳索、配重的组合,这样的流程只需一个按钮就能完成。当该装置得到进一步改进后,丰田计划以此为蓝本设计出具有同样功能的机器人来接手。

机器人威胁是幻想吗?

作为最具创造力的制造企业之一,丰田从不随波逐流,对自动化采取了消极态度自然也是非常值得关注的。不仅如此,丰田的发展方向选择也引发了一个更值得深思的问题:机器人到底是消除了工作还是创造了工作?正当丰田另辟蹊径走上了不同的道路时,多数制造商却都积极投身于自动化的洪流中,在很大范围内他们想通过使用机器人取代而不是减少人工劳动。但是,不管丰田期待的是哪一种未来,它们都将为其铺平道路,使其变为现实。


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