由于当前经济的不稳定性与不确定性,机床企业正面临着巨大的转型压力,需要从低成本竞争转向差异化竞争,逐步从机床制造商向工业服务商转型,迫切需要推进智能化产品来拉动企业转型。工业4.0将彻底改变产品制造的方式,颠覆我们对制造业的传统认知,当下发展自动线虽然是工业3.0的过渡性产物,而面向智能制造工业4.0是一项长期的系统过程,虽然不能一蹴而就,但其是机床企业服务客户、参与市场竞争、持续经营,实现高质量发展的新质生产力。
一、自动线发展趋势
1.制造业开启智能化转型在工业4.0、互联网、云计算等时代热潮下,数字技术渗透到制造业的各个环节,国家和地方政府大力支持智能制造、两化融合项目,越来越多的大中型企业开启智能化建设的征程;同时随着人口老龄化、劳动力成本攀升、招工难以及缺乏专业技师的巨大压力,及客户个性化需求日益增长等多方因素,迫使制造型企业转型升级,推进智能化建设。十年来建成近2000家引领行业发展的数字化车间和智能工厂,智能化成为制造业发展的必由之路。
2.自动化成为机床发展新趋势随着时代的进步,制造业已经进入微利时代;追求效率与效益是制造型企业永恒的主题,越来越多的企业把技改的重点放在自动化和智能化上,自动化生产线已是无人化工厂、智慧制造技术没有完全成熟之前用户技术改造投资升级的必选。客户需求端的升级带动机床行业加速转型,单工序加工的单体机床需求逐步减少,多工序的柔性制造需求逐步增加;定制化、差异化,高效复合、自动化成为机床行业发展的新趋势。
3.行业企业大力发展自动线智能制造已成为全球机床制造企业的共识,新工业时代,自动线能满足客户快速换产、零件批量大、加工节拍短、节省人力成本、提高生产效率、提升产品质量等要求,成为越来越多工厂的理想选择;
国际机床Mazak、DMG MORI、Okuma、EMAG、Chiron等企业已普遍推出自动线产品,展现工业4.0时代智能化生产的数字化之路;国内企业也开启了探索,海天精工、海德曼、大连、宝鸡等均推出了不同类别柔性制造单元、自动生产线,带动产品档次与应用水平提升,详见《自动线是发展中高档数控机床的最佳路径》。
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二、自动线的基本情况目前自动线产品主要有单机自动线及多机自动线,有配置桁架机械手(二轴/三轴)、机器人(六轴/七轴)、多托盘柔性线(单机/成线)等产品。自动线服务于轴承、汽车、石油、军工、船舶等各个行业的零部件加工。虽然各个自动线产品各有差异,但总的可以分为四大部分。
--主机设备部分,为单机(专用机床)/多机数控机床主机、功能部件及其操作系统;
--自动化单元部分,主要包括上下料机器人/手、桁架、物流仓储、在线检测及其配套工装等;
--配套设备部分,包括刀具、附具、卡具、液压站、冷却单元、排屑站等;
--电气系统部分,主要是电气系统、数据采集、实时监控等,实现整线设备互联互通、智能制造。
三、发展自动线的压力
1.资金占用大自动线系列产品研发、制造、验收周期长,投入大回款慢,客户付清全款条件也比较苛刻,资金占用大。以目前机床行业普遍采用的361付款方式为例,用户预付30%货款后,企业预投资金组织生产,至发货才能再收到60%的货款,至终验收(或质保期满)才能收清货款,而自动线产品从签订合同到发货一般周期是3-6个月,而终验收到质保期满需要1年以上的时间。
2.技术复杂集成度高自动线产品一客户一工艺要求、一机一样,机床技术门槛高;不仅研发制造主机不易,主机制造型机床企业还需要拥有整合上下游资源,为客户提供交钥匙工程的全套解决方法能力;自动线产品的功能部件、工装卡具、系统等依靠外协,自动化单元、配套设备与电气系统等依赖外协。以加工曲轴为例,企业需要拥有主轴颈、连杆颈、端面从毛坯粗加工、精加工、孔系加工到去重平衡的全序高效制造能力及全套解决方案。
3.需全面了解客户工艺自动线产品复杂,全部是客户定制产品,没有用户的信赖是无法经营的,客户普遍对加工精度、产品一致性、节拍要求高,如摩擦焊电极柱加工节拍15s,乘用车活塞加工加工节拍60s;大部分用户要求Cp≥1.67、相当于不合格品率为6‰以下,这不仅考验了制造整体组织能力,更要有稳定的产品及配套的高效刀具附具系统为支撑,才能为客户提供全套解决方案。
4.职工素质要求极高研发、制造、销售自动线系列产品对职工从业素质要求极高,不仅要有深厚的技术工艺基础还要有创新与前瞻性。自动线产品的特点决定了所需中高级技术人员、高级技师需要长期培育与自修。自动线产品集成设计、安装、调试等需要好的机械、电气主管设计员,需要安装调试、服务、切削等高级技师。
四、发展自动线的优势自动线虽然存在投入大、回款慢、研发制造难度大等问题;但其市场相对竞争低、产品溢价率高、盈利能力强,有稳定的市场预期;拥有核心技术,是服务国家战略,发展中高档数控机床解决“卡脖子”问题的最佳路径,也是主机企业持续发展的“必修课”与源动力。
1.政策扶持智能制造党中央、国务院高度重视智能制造的发展,政府出台一系列政策文件支持企业智能化建设,如《十四五智能制造发展规划》、《智能制造试点示范项目推荐的通知》及各类指南等;其中《十四五智能制造发展规划》明确提出“两步走”,力争在2025年实现规模以上制造业企业大部分实现数字化网络化,重点行业骨干企业初步应用智能化;到2035年,规模以上制造业企业全面普及数字化网络化,重点行业骨干企业基本实现智能化。国家给予智能制造专项、试点示范项目资金支持,补贴为投资总额的10-25%,另外地方政府按同比例进行补贴。
2.以核心技术创造利润自动线追求“质量、效率、效益”的技术核心;通过“结硬寨、打呆仗”的方式,企业可逐个攻克技术卡点、特别是突破自动线的高效切削、电气控制、整线互联互通等智能制造的核心技术;同时面向自动线加工的零部件,开展刀具、卡具、系统等技术研究,可重点突破高速加工、切屑分离、提升表面质量、提升精度与一致性等工艺技术。通过为客户提供成套解决方案,可企业创造利润。
3.提升企业综合实力自动线产品客户工艺、交货期及服务要求高,通过倒逼机制,可以拉动企业产品及配套全产业链的响应速度与服务水平;通过持续改善产品稳定性、系统集成性、工艺可靠性,可提升企业配套产品,如数控车、立加、卧加等机床主机产品的质量与档次。
4.有利于培育专业人才研发制造、安装调试、销售服务自动线产品对职工从业素质要求极高,不仅要有深厚的技术工艺基础还要有创新与前瞻性,所需人员需要长期培育与实践。专机、自动线系列产品机械、电气主管设计员,安装调试技师,必须对机床性能、制造流程全盘了解,没有长期的实践功夫是根本不行的。通过自动线项目的拉动,可在尽可能短的时间里培养一批研发、制造、工艺、安装、调试、切削等各学科的一线产业工人队伍及领军人物。
5.提升企业制造能力工欲善其事、必先利其器,大力发展自动线需成立专业化车间、工段,需要技术、生产等部门统筹,重新规划企业产能,购置生产设备、检验检测仪器,配置人机料法环测等生产要素,有利于提升公司制造能力。如利用现有厂房进行自动线产品加工制造,可保持厂房结构不变,只对厂房内部,车间地平、墙面,公共设施风、水、电、气等进行改造,在不涉及基建及环评审批的情况下,可以大幅减少技改投资,实现快速出产。推进企业的自动线业务发展,涉及研发设计、生产制造、市场营销、售后服务、经营管控、人才培养等各个环节,是一项复杂的系统性工程,是企业构建新质生产力,面对当前的竞争和未来的发展进行资源重组、业务再造的过程。