Современные методы построения крупносерийного производства в автомобильной промышленности

Аналитический обзор. 2006г.

24 января 2011

Аналитический обзор. 2006г.

 

Введение 

Повышение конкуренции в автомобильной промышленности приводит российские  автомобильные предприятия к необходимости построения гибкого крупносерийного  производства таким образом, чтобы иметь возможность быстро менять производимую модель и рентабельно выпускать новую модель малой серией. 

Западные автомобилестроители, уже многие годы работающие в изменяющейся  конкурентной среде, при заказе технологического оборудования уделяют большое внимание системам управления станками и автоматическими линиями. В соответствии с их требованиями фирмой SIEMENS разработана концепция, которая стала стандартом defacto для построения гибкого крупносерийного производства. 

Цель данного документа – проинформировать, кто и как применяет концепцию  SIEMENS для крупносерийного производства, дать описание её возможностей, решаемых задач и экономического эффекта, а также предложить этапы внедрения на предприятии.

 

Терминология 

POWERTRAIN – общепринятое в мире название производств двигателей, коробок скоростей и компонентов ходовой части автомобиля. 

TRANSLINE – концепция SIEMENS для систем управления гибким крупносерийным производством. 

ОТУ – общие технические условия предприятия

 

Организация российского POWERTRAIN-производства

В российском автомобилестроении в основном используется три варианта  производственных систем: 

1. Автоматические линии – в крупносерийном производстве

2. Технологические цепочки из отдельных специализированных станков

3. Отдельные станки с ЧПУ с ручной загрузкой детали – для производства малых серий

 

Организация западного POWERTRAIN-производства

Для западных автомобилестроителей характерен более широкий спектр производственных систем (в зависимости от их гибкости и серийности): 

1. Стандартные обрабатывающие центры

2. Высокоскоростные обрабатывающие центры

3. Гибкие производственные модули

4. Гибкие высокоскоростные производственные модули

5. Гибкие высокоскоростные производственные системы

6. Гибкие высокоскоростные автоматические линии

7. Автоматические линии

 

 

Таблица фирмы EX-CELL-O:

 

Пример 1:

Специалисты АВТОВАЗа во время посещения выставки EMO (Ганновер, 2001г.) обратились к фирме Alfing с запросом на автоматическую линию на серию 200 000, аналогичную закупленной когда-то, на что был получен ответ, что такие задачи решаются на комплексах из станков с ЧПУ.

 

Пример 2:

На фирме Daimler Chrysler с 1998 года на обработке блоков цилиндров работают 6 станков с линейными двигателями. За 3 смены станки производят 340 четырёхклапанных головок блоков цилиндра. Они заменили 11 обычных станков при цене на 20% выше.

 

Аспекты POWERTRAIN-производств 

Рассмотрим важные аспекты современных POWERTRAIN-производств на примере нового завода двигателей концерна Volkswagen, построенного в 2000 году в Польше:

 

Специализация на ключевых деталях

На предприятии имеется механообработка 6-7 основных деталей, сборочные линии и испытательные стенды. Остальные узлы и детали доставляются по кооперации.

 

Немногочисленный и квалифицированный персонал

Заводе выпускает 500 000 двигателей в год. Завод в будние дни работает в 3 смены, а в субботу и воскресенье – в 1. На нём работает 850 человек со средней зарплатой 400-500 долларов США. Для примера: в России на аналогичных производствах, которые выпускают в 2 раза меньше двигателей, работает 8 500 человек со средней заработной платой 150 долларов США. 

Сервисным обслуживанием станков и линий занимается специализированная фирма. 

Большое внимание на заводе уделяется профессиональному обучению сотрудников, контролю качества и процедурам ТРМ (Total Productive Maintenance) – предупредительного технического обслуживания (в России– планово-предупредительный ремонт).

 

Высокая степень автоматизации

Для линий по механообработке характерно широкое применение станков с ЧПУ, встроенных средств активного контроля и высокая степень автоматизации. Так, например, в линию по обработке распредвала включены станки Mauser, Niles, Junker, Superfina и портальные манипуляторы. Линию обслуживают 16 человек.

 

Идеология TRANSLINE для всех систем управления

На заводе находится около 200 систем управления фирмы SIEMENS. Все станки связаны в информационную сеть и контролируются системой планирования производства.

 

Короткие сроки проектирования и строительства

Разработка проекта длилась около 1 года, строительство – около 2 лет при инвестициях 240 млн. EURO.

 

Работы, связанные с

• проектированием и унификацией систем управления станками и автоматическими линиями

• взаимодействием со станкостроителями сервисным обслуживанием,

• комплектацией запчастями,

• обучением персонала, 

были выполнены фирмой SIEMENS на базе концепции TRANSLINE 2000.

 

TRANSLINE как ОТУ предприятия (проекта) 

Автомобильные предприятия поручают фирме SIEMENS разработку концепции систем управления для конкретного завода. Эта концепция оформляется в виде документа «Руководство по проектированию», который является стандартом для создания: 

• Автоматических линий

• Гибких автоматических линий

• Сборочных линий

• Агрегатных станков

• Станков, оснащенных ЧПУ

• Станков, оснащенных контроллерами

• Манипуляторов

 

Стандарт распространяется не только на станки или гибкие линии, управляемые с помощью ЧПУ, но и на любые агрегатные, специальные станки и жёсткие цикловые автоматические линии, управляемые контроллерами.

 

Документ передаётся станкостроителям, поставляющим оборудование для данного автомобильного предприятия.

 

Экономический эффект: Снижение затрат при подготовке производства 

• Создание группы специалистов, участвующих в заказе оборудования, компетентных в области современных систем управления

• Использование ОТУ для упрощения процедуры заказа оборудования

• Сокращение времени согласования технических характеристик

• Сокращение сроков проектирования

• Сокращение сроков пусконаладки

• Передача части работ при заказе нового оборудования, связанных с системой управления, подрядчику – фирме SIEMENS

 

TRANSLINE как унификация промышленной электроники 

Для всех видов технологического оборудования составляются типовые конфигурации из унифицированных компонентов промышленной электроники: 

• Систем ЧПУ

• Приводов

• Контроллеров

• Систем визуализации

• Датчиков

• Кодоносителей

• Низковольтной аппаратуры

• Промышленных информационных сетей

 

Станкостроителям предписываются правила создания программных продуктов для управления электроавтоматикой, визуализации технологических процессов,  архивирования управляющих программ.

 

Экономический эффект: Сокращение расходов на эксплуатацию оборудования 

• Сокращение типов систем управления на предприятии приведёт к уменьшению количества специалистов по различным системам управления

• Сокращение расходов на сервисное обслуживание за счёт унифицированных систем диагностики  программного обеспечения станков и автоматических линий

• Сокращение расходов на обучение оперативного и сервисного персонала

• Снижение затрат на запасные части для станков, автоматических линий

 

TRANSLINE как готовая АСУТП 

Согласно стандарту, в состав систем управления всех видов технологического оборудования (жёсткие линии, гибкие линии, станки с ЧПУ, агрегатные станки) входит стандартная панель оператора, содержащая современный компьютер. 

На этом компьютере устанавливается программное обеспечение, которое было  разработано по требованиям автомобилестроителей и решает не только задачи управления станком или линией, но и широкий круг технологических и организационных задач:

 

1. В режиме «подготовка»

• Выбор типа обрабатываемой детали с заданием автоматической смены типа детали (до 32 типов)

• Условия включения линии

• Модель рабочего времени на неделю

• Вид цикла

• Обеспечение ручного режима

 

2. В режиме «обработка»

• Графическое представление линии и информации о состоянии отдельных узлов и станций

• Отображение данных о степени износа режущего инструмента

• Данные о размерах детали

• Чертёж детали и техпроцесс

• Счётчик деталей

 

3. В режиме «диагностика»

• Диагностические сообщения о состоянии всех узлов линии

 

4. В режиме «техническое обслуживание»

• Напоминание о необходимости проведения технического обслуживания

 

5. Постоянный расчёт коэффициента общей эффективности

оборудования с возможностью получения информации за период до трёх недель.

 

Экономический эффект:

1. Возможность передачи на уровень руководства предприятия объективной информации о работе и эффективности технологического оборудования.

2. Решения на нижнем уровне в системе управления каждой единицы оборудования задач организации производства, технологии, АСУТП.

 

TRANSLINE как предпосылка для гибкого модульного наращивания мощностей 

Согласно стандарту TRANSLINE, на каждый отдельный узел автоматической линии может быть установлена своя система управления, которая связана с центральным  компьютером линии производственной информационной сетью. Это обеспечивает:

 

Возможность комбинировать между собой оборудование различных станкостроителей.

Пример: на заводе двигателей Volkswagen в Польше в линию по обработке распредвала включены станки Mauser, Niles, Junker, Superfina и портальные манипуляторы.

 

Возможность быстрой переналадки на другой тип детали.

Пример: опираясь на стандарт фирмы SIEMENS (TRANSLINE), фирма Kross Hüller производит гибкие автоматические линии (включают от 4 до 12 модулей, каждый около 1,5 млн. долларов США) для производства двигателей, которые могут быть легко переналажены на новый тип деталей. При этом, если ранее могло быть использовано только до 50% старых узлов, то теперь – до 80%. На переналадку с одного типа двигателя на другой теперь уходит 2-3 дня против 21

дня ранее. Полная перестройка линии занимает 2 недели вместо 2 месяцев. Площадь модуля уменьшилась с 10м2 до 7м2. При этом для управления используется стандарт фирмы SIEMENS – TRANSLINE.

 

Возможность комбинировать уже установленное и новое оборудование при постепенном наращивании мощностей.

Пример: в случае заказа оборудования на серию 20 000-30 000 с перспективой расширения до 200 000 может быть заказан транспорт и все необходимые коммуникации для серии 200 000 и установлено необходимое количество обрабатывающих центров и агрегатных станков с возможностью дальнейшей установки дополнительных центров и агрегатных станков.

 

Экономический эффект:

1. Увеличение гибкости производства.

2. Сохранение инвестиций при переходе к производству новых двигателей, деталей, т.п.

 

TRANSLINE как встроенный контроль качества

Стандарт TRANSLINE предписывает станкостроителям применение имеющихся в системах управления SIEMENS технологических функций, включая такие, как:

 

Управление инструментом. Обеспечивает контроль износа инструмента и своевременную замену. 

Измерительные циклы (например, с помощью датчиков типа Renishaw). За счёт как встроенных, так и внешних приборов контроль отклонения детали и автоматическое внесение коррекции в технологическую программу. Процедура контроля качества после каждой операции. 

Адаптивное управление станком. Позволяет контролировать нагрузку на шпиндели и изменять режимы резания, что в свою очередь позволяет учитывать разброс в  характеристиках заготовок и инструмента. 

Встроенный журнал технического обслуживания оборудования.

Принудительно заставляет оператора производить необходимое техническое обслуживание по графику, запрограммированному станкостроителем.

 

Экономический эффект:

Повышение качества изготавливаемой продукции за счёт встроенного

контроля технологических процессов.

 

TRANSLINE и встроенные функции безопасности 

В стандарт TRANSLINE входит также применение программной функции встроенной безопасности (Safety Integrated), которая становится особенно актуальной при повышении скоростей движения рабочих органов станков и автоматических линий, в том числе при использовании линейных двигателей.

 

Экономический эффект:

1. Повышение безопасности персонала

2. Сокращение потерь от поломок узлов станков и автоматических линий, режущего инструмента и заготовок

Пример: на станке фирмы Weisser, который уже закуплен ЗМЗ, стоит система управления фирмы SIEMENS с линейным двигателем и используется функция встроенной безопасности.

 

Какие автомобилестроители применяют TRANSLINE? 

Типичными примерами POWERTRAIN-производств с использованием концепции TRANSLINE являются: 

Daimler-Benz Bad Cannstatt - Завод двигателей - T, S, E, P, M

Audi Ingolstadt - Завод двигателей - T, S, E, P, M

Daimler-Benz Kassel - Завод по производству автомобильных осей    - T, E

Daimler-Benz Untertürkheim - Завод двигателей - T, S, E, P, M

General Motors Straßburg - Завод редукторов - FT

Daimler-Benz Untertürkheim - Завод двигателей - T, S, E, P, M

Getrag Bari - Завод редукторов - T, S, E, P, M

Renault Cleon (Франция) - Производство головок цилиндров - FT, S, E, P

General Motors Delphi Shanghai (Китай) - Производство приборных отсеков - S, E, M

Volkswagen Kassel - Завод редукторов - E,P

Volkswagen Salzgitter - Завод по производству шатунов - T, S,

Volv o Skov de (Швеция) - Комплектующие для двигателей - T

Daewoo Индия/Румыния - Комплектующие для двигателей - S

Ford Португалия - Производство частей компрессоров - T, E

Audi Gy ör (Венгрия) - Производств о комплектующих для двигателей - T, S, E, P, M

Daimler-Benz Untertürkheim - Завод редукторов - T, S, E, P, M

Fiat Бразилия - Завод двигателей - T, S, E, P, M

Daimler-Benz Untertürkheim - Завод по производству автомобильных осей - T, S, E, P, M

Volkswagen Salzgitter - Завод двигателей - TDI T, S, E, P, M

 

Сокращения:

T = Автоматические линии,

FT = Гибкие автоматич. линии,

S = Агрег. Станки

E = Отдельные станки,

P = Портальные манипуляторы,

M = Сборочные линии

 

Но наиболее чётко тенденции современной организации POWERTRAIN- производств можно проследить на заводах, которые построены автомобильными концернами в  Восточной Европе:

 

Польша

Volkswagen (Polkovice, завод двигателей TDI) - 200 станков

Fiat - General Motors - 300 станков

(Bialsko Biala, завод дизельных двигателей (двигатели 1200см3, 2400 шт. в день))

 

Венгрия

Audi (Gyor, завод двигателей) - 150 станков

Opel (завод коробок скоростей) - 200 станков

 

Чехия

Skoda (Mlada Boleslav, заводы двигателей и коробок скоростей) 300 станков

Bosch (р-н Brno, автокомпоненты, стартеры, ...) - 200 станков

 

Какие станкостроители применяют TRANSLINE? 

Времена, когда каждый станкостроитель мог навязать заказчику свой вариант системы управления, прошли. Теперь все станкостроители, которые хотят получить заказ от автомобилестроителя, изготавливают станки согласно стандарту предприятия-заказчика. 

Однако, не только из-за требований заказчика, но и из-за упрощения и сокращения сроков разработки и пуско-наладки нового оборудования стандарт TRANSLINE фирмы SIEMENS применяют многие станкостроители: 

• ABB

• AEG-Elotherm

• Alfing Kessler Sondermaschinen

• Alfing Montagetechnik

• Maschinenfabrik Alfing

• Arthur Klink

• Becker

• Bürener Maschinenfabrik

• Beyss

• Bleichert

• Boehringer Werkzeugmaschinen

• Burkhardt + Weber

• Carl Schenk AG

• Comau

• Chiron

• Demag

• DGD (Deutsche Gardener-Denver)

• Dürr

• Elwema

• EMA Elektro-Maschinen

• EMAG

• Emco

• ETXE-TAR SA

• EX-CELL-O

• Felsomat

• Felss

• Friedrich Nagel

• Gehring

• Giddings & Lewis

• Grob-Werke

• Heid Magdeburg

• Heller

• Heyligenstaedt

• Hüller Hille

• Hommelwerke

• Honsberg Lamb

• Hyundai

• Johann A. Krause

• JW Fröhlich

• Erwin Kühnle

• Kadia-Maschinenbau

• Karstens Maschinenfabrik

• Keller Lufttechnik

• Koebo-Koehler + Bovenkamp

• Knöll

• Krause E. & Co.

• Krauss Maffei

• Lamb

• LSW

• Lucas Assembly&Test Systems

• MAE Goetzen

• Markert

• Mauser-Werke

• Nagel

• Pago

• Reinecker

• Renault Automation

• TBT - Tiefbohrtechnik

• Supfina Grieshaber

• Thielenhaus

• Voest-Alpine

• Wache

• Walter Zimmermann

 

Применим ли TRANSLINE в России?

 

Аргументы «против»:

  • В России не нужна автоматизация, имеется много дешёвой рабочей силы.
  • Необходимость квалифицированного персонала для работы и обслуживания сложной техники.
  • Актуальная стратегия – снижение издержек. Необходимы более дешёвые станки.
  • SIEMENS – дорогая фирма.
  • Станкостроители СНГ не предлагают таких решений.

 

Аргументы «за»:

  • Рабочая сила не так уж и дешева:
    • Россия: 8500 х 150$, в год 15 300 000$
    • Польша (VW): 850 х 500$, в год 5 100 000$
    • Разница в пользу VW - 10 млн. $ в год.
    • За 10 лет – это приблизительно половина стоимости завода VW.
  • Применение стандарта SIEMENS упрощает обучение операторов и специалистов по обслуживанию.
  • Необходимы более дешёвые детали. При расчёте инвестиционного проекта должны учитываться не только абсолютная стоимость оборудования и срок его окупаемости, но и стоимость производимой детали с учётом следующих факторов:
    • Стоимость станка
    • Время цикла
    • Расходы на режущий инструмент
    • Расходы на электроэнергию
    • Время загрузки станка
    • Время доступности станка
    • Общая эффективность использования (О.Е.Е.)
  • SIEMENS предлагает комплексную поставку компонентов, ПО, готовых и проверенных решений. Время и усилия на собственные изыскания в этой области обойдутся дороже. Многие советские ГПС не прижились по причине использования ненадёжной электроники и дилетантских программных решений.
  • Российские автомобилестроители, так же, как и западные, выступают в роли локомотивов машиностроения. Необходимо требовать.

 

Очевидно, что применимость TRANSLINE в России – вопрос скорее риторический, так же, как и необходимость рыночной экономики в России.

 

Заключение 

Сложность внедрения описанных решений фирмы SIEMENS в российском автомобилестроении – не только в отсутствии инвестиций, но и в разрозненности маркетинговых, экономических, технологических служб, служб по обслуживанию оборудования, каждая из которых преследует свои цели. 

Сложность внедрения данных решений в отечественном станкостроении  заключается в том, что мало кто из автомобилестроителей выступает с подобными требованиями при заказе технологического оборудования. 

Внедрение такого стандарта потребует определённых расходов, напряжения сил ключевых специалистов и изменения сложившихся процессов.

Однако,  это позволит увеличить эффективность использования оборудования, сократить издержки и, в итоге, сделать ещё один шаг к созданию современного конкурентоспособного производства.

Начать обсуждение


UP-PRO в сетях