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北京賓士_3D列印夾具大幅提升效率

北京賓士極致改善:成本降低99% 效率提升6倍

北京賓士創新改善小組如何利用3D列印技術

背景

從世界上第一輛蒸汽機汽車誕生至今,德國賓士陪同汽車工業走過了200多年的歷史。汽車的生產製造環節仍然是非常精密,每一個配套零件的設計研發、生產,到最後的組裝,決定了一個汽車品牌的價值和車輛的品質。作為德國賓士最大的海外工廠,北京賓士透過創新改善工裝夾具,將智慧、客製製造技術引入到整車的生產環節當中,成為高品質汽車生產線上不可或缺的元素。

賓士海外最大工廠北京賓士年產40萬輛

北京賓士於2005年8月成立,是北京汽車股份有限公司與戴姆勒股份公司、戴姆勒大中華區投資有限公司共同投資,集研發、發動機與整車生產、銷售和售後服務為一體的中德合資企業,也是首個德國本土以外的梅賽德斯-賓士汽車發動機製造工廠,由最初的設計年產10萬台汽車增長到現在實際年產40萬輛,作為中國最先進的世界級製造企業,主要生產梅賽德斯-賓士C級、E級、GLK SUV和GLC SUV四大車系,正在引進GLA系列,以"拓展行駛空間,提高生活品質"為使命,北京賓士正在向中國用戶提供先進的與賓士全球標準一致的產品和服務。

作為世界級的汽車製造工廠,北京賓士為了縮短開發週期,提高生產線的裝配效率,每一條生產線上需要大量的工裝夾具來輔助裝配工人進行組裝,同時還需要各種檢測工具和異形卡尺來保證裝配的精度,而工裝夾具的優化和創新成為北京賓士生產製造流程中非常重要的一環,在智慧製造的規範和標準下,北京賓士將完成大量針對具體生產環節的創新改善工作,其中就包括對工裝夾具的優化和改善。

北京賓士面對的挑戰:加速研發、降低成本、提高效率

智慧工廠和智慧製造在北京賓士主要展現在資訊化和柔性化,面對資訊進行快速反應,去解決實際生產環節中遇到的問題,過去大量的工裝夾具需要機器加工和鑄造,前期需要找到外部供應商,然後進行方案討論、報價、比價等環節,最後進行採購,交付之後在生產線上進行試裝,然而大部分情況下需要進行多次修改,效率很低,大部分工裝夾具使用金屬材料,還需要金屬夾具表面覆蓋一層防劃保護層,從溝通到最終交付的週期非常長,會嚴重拖慢生產線的生產進度。

北京賓士目前現有的三大產品平台包括前驅車工廠、後驅車工廠和發動機工廠,如今正在建造電動車工廠,同時進行電動車的研發和前期試做,而製造標準化電池的工裝夾具是生產環節中非常重要的一環,按照2萬片的產量,正常人工需要3個月時間才能完成,而通過優化的工裝夾具在同樣的人力工作量下只需要2周的時間,如果透過外部供應商來設計夾具並進行電池加工,則需要50萬人民幣的成本支出,而最終在製造工程一部的全員改善部門的協同下,只需要4500元的費用支出,時間週期的縮短和製造成本的降低(成本降低99% 效率提升6倍)都由這個30人組成的創新團隊來進行推動和實施,雖然每個人在項目中發揮不同的職能,但都對北京賓士的創新優化負責。

導入3D列印輔助北京賓士的創新改善與優化

作為目前最先進的智慧製造龍頭企業,2016年,北京賓士為了改善生產線的裝配效率,對工裝夾具進行改造,推動在自動化和精密化的業務創新,北京賓士製造工程一部的全員改善創新部門成立,針對北京賓士所有生產線進行工裝夾具優化和創新改善,導入Stratays F370 3D印表機輔助設計驗證和工裝夾具的開發。

3D列印在工業生產環節中主要涉及三個環節,分別是產品研發階段的設計輔助、組裝生產階段的客製化工裝夾具開發、智慧製造的小批量和客製化生產

在北京賓士這個世界工廠內,由全員改善部門推動的工裝夾具優化和改善大大提高效率,如北京賓士全員改善部門工程師鄭松鶴介紹:“利用Stratasys F370 3D印表機進行夾具的設計驗證,在生產線上進行試裝運行,然後進行優化,最後交付供應商進行機加工生產,與之前的夾具開發流程相比,省去了前期溝通、驗證試裝環節,另外,ABS材料具有不錯的耐磨性,兼具結構驗證和實用性,和機器加工或鑄造金屬夾具相比,能夠很快進行試裝驗證,完全符合北京賓士的柔性化改善方向。”

Stratasys F123系列的產品支援水溶性支撐材料,列印的結構去除支撐更容易,能夠保證列印出模型的品質,除了材料特性和效率之外,良好的穩定性也是北京賓士在採購之初非常看重的一點,在實際使用過程中也驗證了F123的穩定性。

展望:3D列印技術將為北京賓士研發和裝配提升效率

Stratasys F370這台3D印表機在北京賓士製造工程一部目前只能服務幾條產品線,然而全員改善創新部門卻是面對整個北京賓士的所有生產線,除了用於工裝夾具的驗證開發之外,在北京賓士的總車間的各條生產線上,為了保證裝配品質,裝配零件的同時要進行測量和檢測,異性檢測工具和測量卡尺的需求非常多,需要大量的異性測量工具和質檢工具,關鍵環節的檢測精度要求在0.01毫米,未來也需要利用3D印表機進行設計輔助和開發。

據瞭解,在梅賽德斯-賓士德國總部,同樣採購了Stratasys F370進行設計輔助和研發相關工作,3D列印作為先進製造不可或缺的技術方案,北京賓士對於品質的認知看齊德國賓士,未來將會有越來越多的汽車結構利用3D列印技術輔助開發和小批量加工,加速電動汽車的開發和試製週期。

作為北京賓士的創新部門,全員改善部門希望有機會看到更加多樣化的技術和應用,據瞭解,北京賓士的設計研發部門和創新改善部門早已在探討和實證3D列印技術在汽車研發和生產應用的細化流程和具體實施方案,包括汽車零件的設計輔助、工裝夾具優化、異性卡尺設計研發等大量的開發工作,3D列印在汽車行業應用的深度和廣度將達到前所未有的程度。

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