汽车行业提高自动化水平，采用先进技术

汽车行业正在增加更复杂的机器人，寻求 3D 打印并整合其他先进技术。

美国汽车工业已经自动化了几十年。汽车和卡车的生产与与人类员工隔离的大型笨重机器人有关。在这些被围起来的区域内，进行焊接等任务。

不过，该行业正在自动化方面取得进展。汽车制造商和供应商正在转向使用协作机器人，即协作机器人。此类设备通常更小、更灵巧，并且可以与人类操作员一起安全部署。

更重要的是，该行业还希望扩大 3D 打印机的使用范围。福特汽车公司和宝马公司等汽车制造商正在直接与添加剂制造商就该技术的部署进行合作。公司也在利用虚拟现实和增强现实来解决制造问题。而且，与许多其他制造商一样，汽车行业希望从工业 4.0 中获得最大收益，在该工业 4.0 中，“互联”机器相互通信并与人类操作员通信。

“新的自动化与 1980 年代的自动化有很多不同，”位于密歇根州安娜堡的汽​​车研究中心 (CAR) 的工业、劳工和经济副总裁 Kristin Dziczek 说。

“如今，自动化不仅复制了人类的体力劳动，而且还将其连接到工厂内外的其他网络和物理系统，”Dziczek 说。 “这意味着制造商正在从自动化中获得更多数据，并对整个制造系统进行更多控制——而不仅仅是对单个自动化站的控制。”

汽车自动化趋势的一个标志是福特位于密歇根州雷德福市底特律郊区的新先进制造中心。在内部，研究了 3D 打印机和协作机器人在工厂车间的使用方式。该中心的虚拟和增强现实设施是福特全球工厂处理诸如如何在工厂车间安置生产设备等问题的一种方式。

福特于 2017 年成立了一个先进的制造组织，将来自该汽车制造商制造业务的员工聚集在一起。该集团去年在一家工业公司搬到底特律地区的另一个地点后确定了它的地点。

“福特汽车公司与自动化有着非常成熟的关系，”福特全球先进制造组织的首席工程师迈克米库拉说。他说，该公司希望加速其制造技术。

以下是汽车行业自动化和新技术发展的一些方式。

3D 打印助力

3D 打印或增材制造涉及从数字设计中逐层打印零件。该技术正在转向打印更大的零件，并使用各种金属进行更多的打印。多年来，航空航天一直在投资增材制造，因为 3D 打印能够实现新设计，并有望更有效地利用钛等金属。

但是，汽车行业的产量更大。到目前为止，汽车制造商和供应商对 3D 打印的采用一直落后于航空航天领域的同行。

“目前 3D 打印的应用仅限于工具、模具、模具、夹具、固定装置和一些小批量零件，”CAR 的 Dziczek 说。 “在大规模生产的汽车和零部件中更广泛地采用 3D 打印的真正障碍是当前基于冲压、成型和机加工的零件成型工艺的周期时间、成本和沉没成本。 3D 打印必须变得更快，成本必须大幅下降，我们才能在汽车行业看到广泛、大批量的应用。”

尽管如此，增材制造在汽车行业的发展仍在进行中。

福特的 Mikula 说：“3D 打印技术本身的进步创造了一系列历史上不可用的解决方案。”这些改进包括“我们可以打印的速度以及我们可以打印的材料。从“可能的艺术”的角度来看，碳纤维增强聚合物 (CFRP)、先进塑料和金属的引入极大地改变了潜在应用。

“当你将它与”增加的计算能力相结合，他继续说，“你让软件帮助你设计零件。它不需要相同水平的工程工作和交付时间，即可为您提供满足您所有要求的主要解决方案。因此，无论是在我们可以打印什么以及打印它们的速度方面……它都使 3D 打印成为一项非常有趣的技术。当然，我们的目标是从为我们的制造流程提供工具和装配辅助设备的角度来利用它，这些辅助设备需要更强大，并有可能克服与 3D 打印相关的一些技术挑战。”

此前，福特曾与 Stratasys Ltd. 合作开发原型 3D 打印机以生产大型零件。这家总部位于密歇根州迪尔伯恩的汽车制造商还与宝马一起投资了位于马萨诸塞州伯灵顿的增材制造公司 Desktop Metal。福特的首席技术官 Ken Washington 是 Desktop Metal 的董事会成员。

Desktop Metal 的首席技术官兼联合创始人 Jonah Myerberg 表示，福特和宝马“知道这即将到来”。 “他们很着急。从整车上看到它还有几年的时间。”

Myerberg 表示，3D 打印可能会扩展到模具和夹具之外，但存在很多不确定性。

“你不能只看车辆的一个区域，”他说。 “你必须查看整辆车。我们试图做的是让他们看到我们认为的 3D 打印的主要好处。” Desktop Metal 高管表示，汽车制造商可能会将这项技术推向其顶级供应商。

“幕后发生了很多这些工程师不会谈论的事情，”迈尔伯格说。 “我们对客户将如何使用这些打印机只有一小部分了解。”

9 月，惠普公司推出了一种名为 HP Metal Jet 的新 3D 打印技术，旨在用于钢件的大规模生产。据惠普称，大众汽车公司打算在 2020 年代使用 HP Metal Jet 技术生产电动汽车。与传统的内燃机相比，电动汽车的运动部件更少。因此，电动汽车可能是扩大汽车行业增材制造的机会。

协作机器人

机器人是汽车行业工厂车间自动化最早的例子之一。

密歇根州罗切斯特山的 FANUC America Corp. 汽车和零部件市场总经理 Lou Finazzo 表示，机器人采用的早期阶段包括从事危险的重复性工作。许多机器人用于焊接汽车和卡车车身。

“人类对汽车行业在车身方面真正可以发展的东西有限制，”他说。对于人类操作员来说，操纵“那些巨大的焊枪”并盲目地穿过车辆并应用许多“你不知道它们是好还是坏的焊点”是一项挑战。

“一旦机器人技术起飞，他们可以设计一些不同的车辆，[with]更复杂的装配，”他继续说。 “此外，拥有更好的质量控制回路，这使他们能够实际减少焊接和结构部件的数量，使车辆组装发展到今天的水平。那是最初的阶段。”

Finazzo 表示，如今机器人和自动化正在补贴劳动力，制造商和供应商面临劳动力短缺的问题。

“所以现在你可以带一个人，那个人可以负责四、五个协作[机器人]，你实际上提高了他们的效率……当我们与传统汽车制造商交谈时，所需的灵活性比过去要多得多过去，”他说。

协作机器人正在汽车行业受到关注。 “推动汽车行业对协作机器人产生兴趣的两个关键因素是速度和成本，”伊利诺伊州霍夫曼庄园欧姆龙自动化美洲公司机器人和运动控制营销经理 Darrell Paul 说。 “协作机器人可以更快地实施并进入现有的制造环境。这些机器人还能够与现有的制造单元和操作员一起工作，从而无需额外的结构或基础设施成本。”

该公司在今年拉斯维加斯的 CES 上推出了新的 TM 系列协作机器人。据欧姆龙称，该机器人具有视觉系统，可实现快速启动和转换。欧姆龙还声称该机器人的软件使其能够接受不同任务的训练。

在福特的先进制造中心，有发那科、ABB、优傲和库卡机器人制造的机器人。

福特的米库拉说：“在我们的工厂中完成的许多工作并不需要工业机器人具有工业机器人基本上可以解决的范围和有效载荷水平。” “协作机器人的制造足迹很小，它们可以安全地融入我们的技术人员和我们的设施中，而无需构建重要的保护基础设施”。

“使用协作机器人，您可以获得更简单的解决方案； [你可以]将工作交给机器人，以便机器人可以安全地执行工作并以可靠的方式完成工作，”Mikula 继续说道。

“我们的制造设施改造起来非常昂贵，”他说。 “我们车辆中的内容继续增加。随着时间的推移，组装发动机、变速器、电池组和车辆的[所需]工作量不断增加。因此，我们可以在哪里容纳这些额外的内容并引入自动化来做到这一点……以确保我们以可承受的价格为消费者提供最优质的产品，这就是协作机器人真正适合的地方。”

从机器人厂商的角度来看，执行压力很大。

“对于汽车而言，上市速度非常重要，”Finazzo 说。 “十年前，[它] 在 18 个月内推出一辆新卡车会取得巨大成功。现在，他们会说，‘哇，我们需要在 12 个月内完成。’所以，上市速度很重要。”

汽车厂商调整

一些汽车供应商已经适应了协作机器人使用的增加和更快的步伐。

Inficon 总部位于瑞士 Bad Ragaz，生产用于汽车系统的汽车检测设备。该公司已经看到其设备部署了更小的协作机器人。 Inficon 设备用于检测水分或气体的泄漏。借助协作机器人，Inficon 有更多机会将其设备连接到机器人上。 Infincon 产品现在用于检测电动汽车系统中的水分。

Inficon 北美汽车销售经理 Thomas Parker 说：“这是我们已经努力了五到七年的事情。”

协作机器人使部署 Inficon 设备变得更加容易。 “我们正在对客户进行大量教育，了解协作机器人的可能性，六轴机器人的可能性。我的团队接受了很多教育。”

Hydromat Inc. 是一家机床制造商，其客户包括汽车客户，该公司已根据行业趋势进行了调整。

这家总部位于密苏里州马里兰高地的公司营销总监 Kevin Shults 说，借助 Hydromat，“自动化变得更加互动”。 “对于工人来说，系统在操作员和他们运行的机床之间变得更加互动。在机器上编程更为普遍。”

舒尔茨说，汽车行业的变化意味着“更频繁的变化”。 “转换必须更快。”

Shults 补充说：“自动化对于为我们的汽车客户提供多部件系列至关重要，从而为他们带来多样性和产品利润。”

工人调整

随着汽车行业变得越来越复杂，正在努力提高工人的技能。

随着汽车行业就业变得更加复杂，阿拉巴马州的劳动力培训计划 AIDT 正试图加强其工人培训工作。工厂的员工来到位于阿拉巴马州坦纳市亨茨维尔附近的 AIDT 工厂参加培训课程。

阿拉巴马州拥有数家汽车装配厂。该州还有航空航天工厂。因此，阿拉巴马州正在努力改进其制造培训。 1 月，阿拉巴马州的一个代表团访问了明日轻量化创新 (LIFT) 的底特律总部，该总部
美国制造研究所汇集了公司和学者，以改进制造业的轻量化技术。

“阿拉巴马州 [is] 在制造业方面不断发展，”AIDT 助理总监 Kristi Bain 说。

“我们必须在先进的制造业环境中工作，”该机构劳动力发展委员会的阿拉巴马州商务部副部长 Ed Castle 说。 “对我们来说，这是一个简单的方程式。需求是什么，你如何定义这种需求？”

福特的 Mikula 表示，这些趋势反映了汽车制造比以往更具吸引力。

“这是一个非常令人兴奋的地方，”他说。 “这是一个非常有趣的地方。”