خانه / اتوماسیون صنعتی / رباتیک / کارخانه های خودرو سازی آینده

کارخانه های خودرو سازی آینده

کارخانه های خودرو سازی آینده

ربات‌های جدید یا فرآیندهای تولید جدید ؟

وقتی مردم به کارخانه‌های خودرو‌سازی آینده فکر می‌کنند، اولین چیزی که به ذهنشان می‌رسد سطح بالای اتوماسیون صنعتی و تولید تمام خودکار و به اصطلاح کارخانه ی چراغ خاموش می باشد، ایده‌ ی کارخانه ی چراغ خاموش یا تولید در تاریکی اولین بار در سال ۱۹۸۲ میلادی توسط راگر اسمیت مدیر عامل جنرال موتورز مطرح شده است. کارخانه ی چراغ خاموش در واقع کارخانه‌ ای می باشد، که تمامی عملیات تولید توسط ربات‌ ها و ماشین‌ ها به صورت کاملاً خودکار انجام می گیرد و به علت عدم نیاز آنها به نور در این واحد های صنعتی سامانه روشنایی در حین تولید خاموش می باشد.

راگر اسمیت , جنرال موتور

راگر اسمیت مدیر عامل اسبق جنرال موتور

در این شکی نیست که صنعت خودرو در جهت کاهش قیمت تمام شده ی محصولاتش همچنان باید انرژی و تلاشش را معطوف به ارتقای مداوم سطح اتوماسیون و بهره‌گیری از فناوری‌های روز نماید، اما با نگاهی واقع‌ بینانه در می یابیم که گام مؤثر در بهره‌ وری این حوزه تنها از طریق ارتقاء سطح اتوماسیون امکان‌ پذیر نخواهد بود، چراکه عمده حوزه‌هایی که مستعد خودکار و رباتیک شدن بوده‌اند، تا به امروز اتوماسیونی شده‌اند (نمودار ۱) و پیش‌بینی می شود زمانی که ایده‌ی کارخانه‌ های آینده و انقلاب صنعتی نسل چهارم در صنعت خودروسازی پیاده‌ سازی گردد، به لحاظ اتوماسیون صنعتی تفاوت شاخصی ایجاد نگردد و عمده تفاوت‌ های عینی ناشی از نوآوری در فرآیند‌های طراحی و ساخت و تغییرات ساختاری در تکنیک های تولید خودرو ‌باشد.

 میزان اتوماسیون در فرآیند‌های ساخت خودرو

برای روشن شدن مطلب بحث تغیر فرآیند تولید را در بخش‌های خاص و کلیدی تولید خودرو شامل سالن‌های رنگ و مونتاژ ادامه می دهیم و در پایان راه کارهای اتوماسیون صنعتی، جهت بهبود عملکرد نیروی انسانی را مورد بررسی قرار می دهیم.

سالن‌ های رنگ در کارخانه‌ های خودرو سازی آینده

در بخش سالن‌های رنگ خودرو، امروزه بیشتر خودروسازهای مطرح و بزرگ دنیا بیش از ۹۰% تولید خود را به صورت خودکار انجام می‌دهند و همین امر در کنار طولانی و پیچیدگی فرآیند سبب شده که رنگ خودرو جزو پرهزینه‌ترین فرآیند‌‌های تولید خودرو ‌باشد، و در عین حال بخش زیادی از سطح کارخانه را نیز به خود اختصاص داده است.

در سالن رنگ برای رسیدن به کیفیت مطلوب رنگ خودرو چندین عملیات نسبتاً پیچیده و طولانی شامل شستشو و زنگ‌ زدایی، پیش‌ رنگ، سیلر کاری، آستر، رنگ پایه و پوشش نهایی بر روی خودرو اعمال می گردد که این فرآیندها طی سال ها به مرور خودکار شده به صورتی که در حال حاضر تقریباً تمامی فرآیند توسط ربات‌ها و ماشین‌ ها انجام می گیرند.

اما در کنار تلاش زیادی که برای اتوماسیون شدن این فرآیند انجام شده، واقعیت قابل تأمل این است که کل فرآیند نقاشی خودرو در سی سال گذشته تغییر چندانی نداشته است. برای مثال در سایت BMW واقع در اسپارتنبورگ کارولینا جنوبی که یکی از به‌روزترین و مجهزترین سالن‌ های رنگ‌ آمیزی خودرو را دارا می باشد، عملیات رنگ‌آمیزی یک بدنه ی خودرو با بیش از ۱۰۰ ربات به همراه جابجایی لجستیکی حدود ۶.۵ کیلومتری در حین فرآیند، ۱۲ساعت به طول می انجامد.

پاشش رباتک در سالن رنگ خودرو

همانطور که می بینید این فرآیند نسبتاً زمان‌ بر پرهزینه است و فضای زیادی را نیز اشغال می‌کند و قطعاً برای اینکه در خودرو‌سازی‌های آینده به کارایی بیشتر و هزینه ی تولید کمتری دست پیدا کنیم نیازمند توسعه ی فرآیند‌های جدید در حوزه ی رنگ خودرو می‌باشیم، شاید ایده‌ای مثل بهره‌گیری از یک رویکرد تجربی مانند استفاده از یک پوشش واحد بر روی بدنه ی خودرو و سپس پخت آن در کوره که در حال حاضر در آزمایشگاه های تحقیقاتی خودرو در حال آزمایش می‌باشد. یا بهره‌گیری از فناوری چاپ سه بعدی برای چاپ بدنه ی کامل خودرو در رنگ مطابق با سفارش مشتری، که در صورت محقق شدن الزامات و بسترهای بهره‌گیری از چاپ سه ‌بعدی عملاً خطوط رنگ و بدنه ی خودرو کاملا حذف شده و تحولی بزرگ در صنعت خودرو به وقوع خواهد پیوست.

در نهایت هر راهکاری که در کارخانه‌های آینده جایگزین فرآیند‌های پرهزینه‌ فعلی رنگ خودرو شود به طور قطع بسیار بیشتر از اضافه کردن چند ربات یا تغییر ربات‌ها با نمونه‌های آینده ی آن خواهد بود و در حقیقت اصلاح جدی در هزینه ی تمام شده ی خودرو در این بخش مستلزم بهره‌گیری از فناوری‌های موجود و یا آتی در راستای تغییر رویه‌های رنگ‌آمیزی خواهد بود.

سالن‌ های مونتاژ در کارخانه‌های خودروسازی آینده

یکی دیگر از بخش‌های تولید خودرو بخش مونتاژ خودرو می‌باشد که همانطور که در نمودار ۱ مشخص شده کمترین تعداد ربات‌ها و حداقل سهم اتوماسیون صنعتی را به خود اختصاص داده است و به همین جهت به لحاظ توزیع منابع انسانی در سطح تولید دو سوم کارگران خودروسازی در این بخش مشغول به فعالیت هستند. تا به حال تلاش های زیادی برای ارتقا اتوماسیون و ماشینی شدن در این بخش انجام شده و سلول های رباتیکی مانند چسب‌زنی و نصب شیشه‌ها و سقف پاناروما، نصب باتری، لاستیک‌ها، داشبورد، نوار لاستیکی دور درب‌ها و… از نمونه‌های آن می‌باشد که تنها قادر به انجام بخش‌هایی از مونتاژ خودرو می‌باشند، اما همچنان خودکار شدن کامل خط مونتاژ چیزی مانند سالن‌های پرس بدنه و یا رنگ از دشوارترین و پرچالش‌ترین اهداف اتوماسیونی در یک کارخانه ی خودروسازی می‌باشد.

اصلی‌ترین دلیل این موضوع بر می‌گردد به توسعه ی سفارشی‌سازی و افزایش شمار و پیچیدگی محصول، به نحوی که اکثر خودروسازهای دنیا برنامه ی تولید چندین مدل ماشین را به صورت همزمان در دستور کار خود دارند و این تولید همزمان معمولاً به شکلی می‌باشد که ترکیب و ترتیب این خودرو‌ها در خط همیشه یکسان و برنامه پذیر نبوده و بسته به تقاضای بازار تغییر می‌کند، با این توضیحات حتی در صورت ممکن شدن برنامه‌ریزی مجدد ربات‌ها و ماشین‌ها برای هماهنگی با برنامه ی روزانه تولید، به علت هزینه ی بالا و زمان‌بر بودنش عملاً منطقی نمی‌باشد و به همین روی کارگران انسانی با انعطاف پذیری غیر قابل رقابتشان همچنان در صدر ارجحیت کارفرما قرار دارند.

تنوع تولید خودرو در خطوط مونتاژ

تنوع تولید خودرو در خطوط مونتاژ

از دیگر دلایل کم اقبالی اتوماسیون در بخش مونتاژ مربوط به مجموعه وظایفی می‌باشد که انسان ها برای انجام آنها مناسب‌تر می‌باشند، مانند توانمندی آنها برای غلبه بر پیچیدگی‌های نصب و اتصال کانکتورهای مربوط به سیم کشی خودرو، در این قبیل کارهای مونتاژی عملاً ربات‌ها کاربری نداشته و با توجه به اینکه در بازار آینده ی وسایل نقلیه ی الکتریکی و هوشمند رونق بیشتری پیدا خواهند کرد، انتظار می‌رود به تبع آن سامانه های الکتریکی خودروهای آینده نسبت به ماشین های امروزی نیاز بیشتری به سامانه های انتقال داده ی سریع و بدون وقفه پیدا کنند و این به معنی افزایش تعداد سیم ها، وجود کانکتورهای بزرگ تر و متنوع‌تر و همچنین افزایش پیچیدگی‌های سیم‌بندی می‌‌باشد و درنتیجه وابستگی به کارگران انسانی در خطوط مونتاژ بیشتر شده و در نهایت منجر به بزرگ تر شدن شکاف اتوماسیون صنعتی در این بخش خواهد شد.

برای اینکه این عملیات به صورت خودکار مقدور گردد دقیقاً مانند آنچه در خطوط رنگ خودرو بحث کردیم، ناگزیر به تغییر فرآیندهای موجود و ایجاد فرآیند جدید تولید داریم، برای مثال در جهت رفع چالش‌ های سیم‌ کشی خودرو، استفاده از ایده‌ای نظیر بکارگیری فناوری بی‌‌ سیم و سامانه‌های الکتریکی که از طریق ماژول‌ های الکترونیکی کار می کنند و یا از طریق فناوری ابر داده با پردازشگر مرکزی و یکدیگر ارتباط برقرار می کنند، می تواند مورد توجه باشد.

در مورد خودروهای الکتریکی نیز به همین منوال نیاز به تغییر فرآیند تولید وجود دارد، در حال حاضر بخش نصب باتری و موتور الکتریکی قابل انجام با ربات می باشد ولی بسیاری از بخش‌ ها همچنان به صورت دستی انجام می گیرد.

نصب رباتیک باتری ماشین الکتریکی با استفاده از ربات

نصب رباتیک باتری ماشین الکتریکی با استفاده از ربات

راهکارهای اتوماسیونی برای کارخانه‌ های خودروسازی آینده

یکی از اقتصاددانان بزرگ دنیا جمله‌ای دارد که بسیار منطبق با موضوع صنعت نسل چهار و همچنین موضوع بحث ماست. اورن هری معتقد است «لامپ الکتریکی از توسعه ی پیوسته شمع به وجود نیامده است».

لامپ الکتریکی از توسعه ی پیوسته شمع به وجود نیامده است

لامپ الکتریکی از توسعه ی پیوسته شمع به وجود نیامده است

این جمله ی قابل تأمل حاکی از این نکته می‌باشد که دستیابی به بهینه‌ترین‌ها و ایده‌ال‌ترین‌ها همواره با توسعه و تحول یک سامانه موجود میسر نمی‌ شود و گاها توسعه در مسیری جدید یا به عبارت دیگر فرآیند‌های جدید محقق می‌گردد. در بکارگیری اتوماسیون در دهه‌ی اخیر با تغییر نگاه به نحوه ی بهره‌‌گیری از ربات‌ها و اتوماسیون تغییرات بزرگی به وقوع پیوسته است که این تغییر نگاه از همکاری و کمک ربات و اتوماسیون به انسان به جای جایگزینی با آنها صحبت می‌کند، در ادامه به دو نمونه از آنها اشاره می شود که انتظار می‌رود نقش پررنگی در کارخانه‌های خودروسازی آینده ایفا کنند.

ربات‌ های همکار

ربات‌های جدید همکار یا «کوبات‌ها » به عنوان یک تحول اتوماسیونی به طور حتم جزئی اصلی در کارخانه‌ های آینده به ویژه خودروسازی خواهند بود، آنها به جای اینکه تهدیدی برای کارگران خط مونتاژ قلمداد شوند در واقع توانمندی های ذاتی آنها را بهبود می‌ بخشند.

این ربات‌ها در اندازه‌های ۶۰ تا ۱۳۰ سانتی متر در انجام کارهایی که برای انسان خطرناک و یا تکراری هستند و یا کارهایی که در مکانهای تنگ و دارای دسترسی سخت، مانند کار در زیر خودرو انجام می گیرد و یا وظایفی که رباتها برای انجام آنها چابک تر بوده و با دقت‌ بیشتری عمل می کنند بسیار مناسب می باشند و تفاوت عمده کوبات‌ ها با دیگر ربات‌ های صنعتی در این است که کوبات‌ ها قادرند به طور ایمن دوشا دوش اپراتورها کار کنند، به عنوان مثال، رنو کوبوتها را در چند کارخانه برای بستن پیچ و مهره‌ ها به اندازه گشتاور مشخص به کار برده و به این ترتیب مجموعه وظایفی که می تواند برای انسانها سخت و تکراری باشد را با کیفیت یکسان و کارایی بیشتری انجام می دهد.

ربات همکار KUKA با نام LBR iiwa

 ربات همکار KUKA با نام LBR iiwa

بهره‌گیری از این دستیاران کوچک برای شرکت‌ها جذاب است، مخصوصا که کوبات‌ها با هزینه‌ای کمتر از ۵۰۰۰۰ دلار با توجه به طیف گسترده کاربرد آن‌ها نسبتا ارزان تلقی می شوند.
از بارزترین مزیت‌های آنها می‌توان به قابلیت برنامه‌پذیری مجدد آنها اشاره نمود، این عملیات به قدری ساده طراحی شده که کارگران خط مونتاژ اغلب می‌توانند خودشان ربات‌ های همکارشان را دوباره برنامه‌ریزی مجدد کنند و این به آنها اجازه می‌دهد تا بدون توقف تولید سریعاً دوباره کار خود را از سر بگیرند. این قابلیت ربات‌های همکار کمک می‌کند تا چالش تنوع تولید انواع مختلف محصول تا حد زیادی بهبود پیدا کند.

از دیگر نقاط قوت کوبات‌ها این است که بر خلاف بسیاری از سلول‌های رباتیک متداول که باید محصور باشند و با استفاده از علائم و تجهیزات ایمنی کارکنان را از ناحیه ی کاری آنها دور نگه داشت، کوبات‌ها به عنوان یک همکار بی‌ خطر و ایمن، کارهای خود را بدون اینکه به انسان آسیب برسانند انجام می‌دهند، زیرا این ربات‌ها طوری برنامه‌ریزی شده‌اند که با دقت بسیار بالایی حضور یک جسم در مسیر حرکتی خود را تشخیص داده و به سرعت متوقف گردند.

ربات همکار از نوع universal ایمن برای اپراتور بدون نیاز به فنس

 ربات همکار از نوع universal ایمن برای اپراتور بدون نیاز به فنس

اسکلت‌ های پوشیدنی

مثال دیگری از اتوماسیون که توانایی‌ های بومی انسان را تقویت می‌کند، اسکلت‌ های پوشیدنی هستند، کارکنان خودروسازی می‌توانند این ربات پوشیدنی را بکار گیرند تا آنها را به اندازه ی کافی حتی برای بلند کردن تایر کامیون‌ های سنگین قوی کنند و یا با کاهش استرس در بدن آن‌ها در انجام کارهای مونتاژ تکراری به لحاظ آرگونومیکی کمترین آسیب به بدن آنها وارد شود. این اتوماسیون پوشیدنی به ویژه برای ارتقاء سطح بهره‌گیری از نیروی انسانی حائز اهمیت می باشد، زیرا میانگین سن کارگران تولیدی در بسیاری از اقتصادهای صنعتی مانند ایالات متحده، اروپای غربی و ژاپن بالاتر از ۴۰ سال می‌باشد و به این طریق محدودیت‌های ناشی از توانمندی‌های فیزیکی آن‌ها مرتفع می گردد.

استفاده از اسکلت پوششی از نوع esko در خط مونتاژ Ford

 استفاده از اسکلت پوششی از نوع esko در خط مونتاژ

نتیجه‌ گیری

رؤیای راجر اسمیت از یک کارخانه ی چراغ خاموش تا به حال تنها در کارخانه ی تولید ربات Fanuc در ژاپن محقق شده است. این واحد تولیدی از سال ۲۰۰۱ تاکنون قادر است تولید ۵۰ دستگاه ربات در روز را به وسیله ی تولید رباتیک و بدون استفاده از سامانه ی روشنایی و تجهیزات گرمایشی و سرمایشی و حتی بدون عملیات سوپروایزری برای بازه‌های یک ماهه تولید کند.

Fanuc ربات‌ساز ژاپنی به عنوان یکی از بزرگترین برندهای ربات صنعتی

Fanuc ربات‌ ساز ژاپنی به عنوان یکی از بزرگترین برندهای ربات صنعتی

با اینحال درحالی که روبات‌ها و اتوماسیون بخشی عمده‌ای از گرداننده‌های صنعت خودرو می باشند، به نظر می رسد چراغ‌ ها همچنان روشن و رؤیای پیاده سازی کارخانه ی چراغ خاموش در صنعت خودرو دور از ذهن باقی بماند. اما با این وجود در جهانی که انقلاب صنعتی نسل چهارم تمامی ساختارها را دگرگون کرده و هر لحظه، دستخوش تغییرات و نوآوری‌های چشم‌گیری می‌باشد، به لطف اختراعات و اکتشافات هر روزه تحولات زیادی در کارخانه‌های خودروسازی آینده شاهد خواهیم بود.

امیر علمی، کارشناس رباتیک شرکت تام ایران خودرو
a.elmi@tam.co.ir

مراجع
• https://hbr.org/2018/05/tomorrows-factories-will-need-better-processes-not-just-better-robots
• tomorrow’s factories will need better processes, not just better robot/ ron harbour and jim schmidt/ risk journal | rethinking tactics
• https://en.wikipedia.org/wiki/Oren_Harari
• https://en.wikipedia.org/wiki/Lights_out_(manufacturing)

درباره مدیر سایت

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *