2018/10/12

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新能源车型和传统燃油车型共线生产,全新BMW 5系插电式混合动力的柔性生产到底“柔”在哪里?

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汽车诞生百年,看似技术发展飞快,但终究是没有逃脱一个盒子装四个轮子的基本架构,反倒是汽车制造行业本身的工业发展变革迅猛。从几个月生产一辆,到现在日产量数百上千,一百年前的人们绝对想象不到未来汽车的生产效率能达到如此之高…

从零到整 再从整到零

汽车在诞生初期基于马车改良,后来慢慢形成箱型汽车,而生产技术一直是掌握在少数人的手中,生产的效率也是出奇的低下,这有点类似于我们现在的一些“高端品牌”的制作工坊(Noble、帕加尼、柯尼塞格等等),一年只能生产寥寥几台。

上世纪初的德国人、英国人、意大利人和法国人一直崇尚这种非常“匠人”的生产方式。而直接导致生产力低下的原因其实就是没有优化流程,所谓“人多手杂”,一群人完成一整辆车倒不如每个人负责一个部分来完成整体更有效率,更具有实践精神和实用主义的美国人率先发明了改变汽车历史的生产方式——流水线。

美国人亨利·福特与他的生意伙伴在1908年设计生产的一款汽车在美国大受欢迎,而为了满足大规模的订单量,他们设计出了这么一个难以置信的生产方式。这个工厂只生产一款车,每个工人只负责一小部分的装配。这样是为了将一个复杂的汽车机构拆解,让每个工人的工作变得程序化、简单化。不过就像卓别林的电影《摩登时代》里面那个不停地拧螺丝的小工人那样,这样简单的重复劳动的确是缺少人文关怀,但不得不说这种生产模式极大的提高了生产效率。

不仅是汽车的生产,就连著名的麦当劳也是如此。麦当劳兄弟最初的快餐店汉堡颇受欢迎,但麦当劳也同样面临“产能”跟不上、需求急需解决生产效率的问题。当他们参观完汽车流水线工厂后灵光乍现,找了一片空地画出了一整个厨房的分区,让秘书、会计、司机等人充当“流水线”的工人,不断地模拟现实中的视频制作流程,调整厨房的结构和食材的制作顺序,就这样形成了现在麦当劳极度高效的食品制作流程,正是因为他们借鉴了这种流水线的工作模式才造就了现在的麦当劳帝国。

麦当劳厨房生产线图

变 革

现如今汽车的发展因为能源问题已经到了一个急需转型的节点,新能源车的生产成为了各个企业的首要难题。因为生产线的投入成本非常巨大,如果完全抛弃现有生产线而重新建厂那将产生巨大的不必要浪费,所以实现多产品的共线(或混线)生产显然是当前最优解决方案。但由于新能源车的底盘与燃油汽车相差巨大,想要共享同一条生产线是非常困难的,所以“柔性生产”的概念应运而生。

什么是柔性生产?

同一条生产线生产不同型号产品,例如华晨宝马在沈阳的新大东工厂,这条生产线可实现新能源车型与传统燃油车的并线生产。目前大东工厂生产5系长轴距版、5系插电式混合动力版、新X3以及未来计划投产的iX3。具体如何实现柔性化生产,其实只需要在将冲压车间、车身车间以及总装车间的设备稍作改造就能将新能源传的生产融入到现有的生产线流程之中。

柔在哪里?

冲压车间

冲压车间是整车生产线的第一个环节,华晨宝马大东工厂的冲压车间也是柔性生产的一个重要组成部分。因为合身结构的不同,全新BMW 5系插电式混合动力和未来投产的iX3的车身冲压也必然与燃油版有所不同,为了实现可以随时变换的柔性生产,冲压生产线的机器人在接到下一部车的订单之后会自动识别车型号,在四分钟之内完成模具以及铝材的更换,用最快的速度完成冲压生产。

冲压模具

华晨宝马在冲压线上使用了一套被称为“数字双胞胎”的生产系统,这套系统通过计算机3D模拟技术建立数字模型。铝材的冲压比钢复杂3倍以上,但是通过数字模型精准计算出铝板冲压回弹度等参数后,成型精度达到0.02毫米。

更换冲压模具

冲压车间

车身车间

因为宝马的混动车型在后车身的位置装有高压电池,所以要实现柔性生产就必须对现有生产线作出调整,来适应不同车型的混线生产。生产线上的产品不断变换,所以机器人就需要不断调整设备以适应不同车型。车身车间里的机器设备调试采用虚拟调试,这样可以让机器人在调换车身部件生产时效率更高,减少生产线因调试发生的停工时间,从而进一步提升生产效率。

总装车间

油箱安装:混合动力车型在后备箱内有一个小油箱,这个程序是在总装车间内完成,同样也只需要进行小的调整就能实现混线生产。

高压电池合装:总装车间增加了一个高压电池合装工位,工人将装有高压电池的推车推到指定位置,机器升起自动对电池和车身进行合装。在这个过程依然是在原有的流水线之上,没有单独工位。

这个工位上的电脑会显示订单,如果下一台是混合动力车型,屏幕就会有绿色标识,提示工人准备合装。这个工位的工作是由专门的混动车型装配团队来完成的。

电池模块

为了同时满足标准化生产和灵活性两大要求,实现柔性生产,在对车身结构不做太大改变的前提下,宝马构建了模块化的电池系统。华晨宝马在铁西工厂厂区内打造了一个动力电池中心,以本土化研发为主导力量,致力于打造符合宝马品牌要求的、更具本土优势的高压动力电池,这也是宝马集团全球第三家以及德国之外第一家完整的动力电池中心。

此外,华晨宝马还通过以下方式实现柔性生产:

1、生产基地规划布局:通过在同一个区域建立整车工厂、发动机工厂、研发中心和动力电池中心,以及日益本地化的供应链,让沈阳生产基地更加灵活,也能够更好的适应中国快速变化的市场需求。

 

2、适应柔性生产的智能物流管理系统:为了更好地适应订单的定制化以及差异化的整车交付日期需求,满足在实际生产中柔性并线生产方式。

 

3、培训和认证:员工经过培训和认证,都可以在新能源和传统燃油两种车型上进行操作,从而增加了灵活生产的能力。同时还与宝马全球其他的工厂密切合作,实现生产技术和专业知识的共享。

柔性生产的挑战

生产线的管理

华晨宝马是“工业4.0”的在中国的先行先者,他们通过数字化以及智能化的理念来实现大数据生产,大数据已经应用于产品生产的整个过程之中。通过数码识别系统,车上的每个零部件以及每台机器的每次作业都可被追踪和分析。基于这种“物联网”架构,生产效率得到提高,而先进的设备并辅以自动进行的大数据监测和分析,让生产线的管理更为高效,也让“零缺陷”生产更接近现实。

工艺质量的保证

冲压车间每一冲压部件都要进行测量与记录用于日常分析,通过制作车身金属片部件的大数据连接与分析,让铝制部件质量得到了有效管控;车身车间通过激光扫描仪(每秒对210,000个点进行扫描),对车身零件表面的尺寸进行扫描检测,得到点云数据建立3D数模进行对比,这样可以得出车身尺寸状态;涂装车间通过在线过程控制系统,凭借大数据系统的积累和自我学习,实时监控并提前预警潜在故障并加以防范措施;总装车间通过高效的维修数据信息管理,协助工人主动调整工作维修以确保精密质量。

全新BMW 5系插电式混合动力

BMW第三代混动系统

上文我们也提到了,全新BMW 5系插电式混合动力车型的车身结构与燃油版有所区别,在后轴的靠前位置装有一块电池模组。但也为了尽量不影响车身原本结构,这块电池被设计成分体结构,中间的凹槽依然可以穿传动装置。这套电池组的能量密度达到了111瓦时/公斤,比上一代提高了70%,而117公斤的重量则下降了45%。

搭配高功率电机,这套动力电池包瞬间可以输出93千瓦。电池的会有额外15%的电量,用来保护电池活性,避免完整的充放电循环给电池带来的损耗。不过电池本身的循环寿命也非常长,经过测试约五千次的完整充放电之后,这块电池还能拥有80%左右的剩余电池容量。电池包的安全测试也非常严苛,出厂前它将经过挤压、震动、内部加压、喷水、火烧、腐蚀以及浸泡等检验(抽检),其中浸泡已经是达到国际通用级别的的IP67标准。

动力配置

全新BMW 5系插电式混合动力采用2.0升双涡管涡轮增压发动机加一台电动机,纯电模式下续航里程为61公里,综合续航里程为650公里,综合油耗可低至1.9升/100公里。系统最大输出功率为185千瓦,最大扭矩420牛·米,0-100公里加速6.9秒。

eDrive&自适应驾驶系统

全新BMW 5系插电式混合动力车型搭载的是BMW最新的第三代eDrive技术,通过变速箱档杆左侧的eDRIVE按钮,驾驶者可以切换混合驱动系统的运行模式。在AUTO eDRIVE模式下系统会自动调整动力的驱动方式:低速状态下优先纯电驱动,急加速或者告诉巡航时发动机就会介入,电动机与发动机共同驱动;

切换至MAX eDRIVE模式以后车辆就仅凭电动机驱动,最高车速为140公里/小时;BATTERY CONTROL模式下,驾驶员可在30%-100%之间设定电量的目标值,车辆可保持或者提升电池的电量水平(动能回收)。

全新BMW 5系插电式混合动力搭载了具有自适应模式的驾驶体验控制系统,其中包括SPORT, COMFORT 和ECO PRO,ADAPTIVE状态下这三种驾驶模式自动切换。

总结: 

目前来看华晨宝马的新大东工厂是目前宝马在全世界范围内现代化、数字化和智能化程度最高的工厂之一,是工业4.0概念实践的典范。柔性的生产方式也赋予了华晨宝马新大东工厂极强的灵活性,全新BMW 5系插电式混合动力车型的顺利生产也给BMW未来更多新能源产品做好了榜样,起到了积极的示范性作用。从产品的一致性和和高品质方面考量,柔性生产是提高差异化产品生产效率的最佳方案,也是未来汽车产品生产的必然趋势。

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