王 亮
(季華科技有限公司,廣東 佛山 528000)
線束因?qū)⑷舾蓪Ь€包扎成束而得其名。汽車線束在汽車電氣系統(tǒng)中扮演能量輸送(動力線)和信號傳遞(信號線)的作用,是整車的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。隨著IT 技術(shù)的發(fā)展,汽車上傳感器數(shù)量和電氣化功能不斷增加,線束的需求量也越多。而且車型越高端,電氣功能越復雜,線束的需求也越大。據(jù)《線束中國》發(fā)布的2018 年中國汽車線束行業(yè)研究報告,2018 年中國汽車線束的市場規(guī)模達到819 億人民幣。汽車線束按其功能和位置可分為發(fā)動機線束、儀表板線束、地板線束、機艙線束、車門線束、后背門線束等,總導線長度可達到1500m~2000m[1]。在傳統(tǒng)汽車電子領(lǐng)域,單車線束平均總值約為2000 元/套,高端車型則價格更高。
線束生產(chǎn)工藝包括前段導線加工和后段預裝總裝兩部分。前段導線加工包括送線、裁線、剝皮、壓端子、套號碼管、穿防水栓等工藝,后段工藝包括穿護套、導線插植、電測試、纏膠帶等工藝。目前市面上前段導線加工已有相對比較成熟的單機設(shè)備,如剝皮機、端子機等,但這些設(shè)備相互間沒有互聯(lián)互通,屬于孤島式生產(chǎn)。由于線束所涉及的導線、端子、連接器的種類非常多、形狀各異、工序復雜且由于導線較軟而難以定位等問題,機器人和智能化設(shè)備難以導入產(chǎn)線,導致后段的預裝總裝工藝基本是全部靠人工來解決。因此,線束加工企業(yè)是典型的勞動密集型企業(yè)。據(jù)統(tǒng)計,汽車線束企業(yè)的直接成本構(gòu)成中,勞動力成本約占15%~20%。但是,隨著勞動力成本的不斷增加,線束加工企業(yè)必將由勞動密集型朝著技術(shù)密集型的方向發(fā)展。當前,對于如何實現(xiàn)汽車線束的全流程、全自動的集成制造,有部分高校和企業(yè)正在進行相關(guān)的研究,如上海應(yīng)用技術(shù)大學做了全自動線束裁剪插植設(shè)備的研究并開發(fā)了實驗樣機[2],華南理工大學也做了線束裝配自動化方面的研究[3],上述研究距離工業(yè)界的普遍使用還有較大差距。昆山滬光聯(lián)合瑞士Komax 設(shè)備供應(yīng)商進行定制化開發(fā),將開線、剝頭、穿防水栓、壓接、插位共計5 個工序集成,使生產(chǎn)效率提升了40%,但這個方案并未形成流水線生產(chǎn)。本文即是對自動化流水線的市場需求和開發(fā)目標進行分析。
線束自動化流水生產(chǎn)線應(yīng)實現(xiàn)開線、壓接、預裝、總裝、電測過程的自動化生產(chǎn)。由于線束加工后段的包扎、搭焊等工藝行業(yè)普遍認識當前難以全自動生產(chǎn),因此這里所述的自動化流水生產(chǎn)線實際仍為半自動生產(chǎn)線,主要解決開線、壓接、預裝、插植、電測等環(huán)節(jié)的自動化流水線生產(chǎn)。集成產(chǎn)品開發(fā)(Integrated product development,簡稱IPD)是一套先進且卓有成效的產(chǎn)品開發(fā)模式、理念和方法,以市場需求為導向、以投資成功為目的是其核心思想之一。本文即試圖參照集成產(chǎn)品開發(fā)理念,基于當前行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,以市場需求為導向、以投資成功為目的對線束自動化流水生產(chǎn)線的開發(fā)目標進行分析。為了分析方便,本文預設(shè)自動化流水線的總體目標為設(shè)計年產(chǎn)能10 萬件。
汽車線束分為主線束和小線束兩種。主線束過于復雜,實現(xiàn)自動化流水線生產(chǎn)其成本過高,因此主要考慮小線束的自動化流水線生產(chǎn)。如下表1 所示,表中回報率是指剔除了產(chǎn)線成本后的利潤率,根據(jù)昆山滬光2019 年度的毛利率和凈利率兩者取中間值。假設(shè)整個自動化產(chǎn)線的產(chǎn)能利用率可達到75%,線束產(chǎn)品單價300 元,則自動化產(chǎn)線的年產(chǎn)值可達到2250 萬元,年回報達到256 萬元。當前企業(yè)比較能接受的投資回收期為3 年~6 年,考慮保持相應(yīng)的競爭優(yōu)勢,這里設(shè)定投資回收期為4 年,由此可計算出自動化流水線的成本應(yīng)不超過1024 萬。改進的方向可朝著提高產(chǎn)能利用率和生產(chǎn)更高單價產(chǎn)品的方向考慮。
表1 投資回報分析
因此,得出開發(fā)目標一:產(chǎn)線成本應(yīng)控制在1024 萬以內(nèi)。
競爭力分析是指對線束自動化生產(chǎn)和手工生產(chǎn)兩種方式進行對比,從機器換人的角度來評估自動化產(chǎn)線要具備相對優(yōu)勢所應(yīng)達的條件。通過分析,2.1 節(jié)所述的年產(chǎn)值2250 萬元,如果采用當前的手工單機孤島式生產(chǎn)的方式,其投入設(shè)備成本約為597 萬元。
表2 手工生產(chǎn)所需投入設(shè)備估算
由此可知自動化流水線相對于手工生產(chǎn)模式,其投資增量為427 萬(1024 萬-597 萬)。當前社會用工綜合人力成本約為7.2 萬元/年(6000 元/月,包含五險一金、相關(guān)福利等)。當前企業(yè)對于機器換人項目比較能接受的投資回收期為2年,因此,自動化流水線需減少人工30 人/年(427/7.2/2≈30)。
上文已分析,勞動力成本占線束生產(chǎn)成本的15%~20%,取中間值17.5%進行估算可知,為實現(xiàn)2250 萬元的年產(chǎn)值,手工生產(chǎn)方式所需工人數(shù)量為55 人/年,如表3 所示。由此可計算,自動化流水線所需工人數(shù)量應(yīng)控制在12.5 人/班以內(nèi)(考慮每天兩班工作制,(55-30)/2=12.5)。
表3 手工生產(chǎn)所需人工估算
因此,得出開發(fā)目標二:產(chǎn)線工人數(shù)量應(yīng)控制在12.5 人/班以內(nèi)。
如2.1 節(jié)所述,為了提高年回報率,可朝著提高產(chǎn)能利用率和生產(chǎn)更高單價產(chǎn)品的方向考慮。誠然,這兩者均需要產(chǎn)線能兼容生產(chǎn)多款線束。不同線束之間的主要差別是導線、端子、連接器、防水栓等物料的型號和數(shù)量不同,上述物料的型號可以在生產(chǎn)切換時進行調(diào)整,而產(chǎn)線同時兼容上述物料的規(guī)格數(shù)量則決定了產(chǎn)線的制造能力。在設(shè)計時具體應(yīng)兼容多少種規(guī)格不能盲目設(shè)定,應(yīng)該以市場需求為導向來分析,這里可以通過分析整車所有小線束所包含的導線、端子、連接器、防水栓、盲堵種類來確定。如下表4 所示為某款車型各類小線束所包含的物料。所需導線、端子、連接器、防水栓、盲堵種類最大數(shù)量分別為36、14、10、2、3。雖然不同車型其小線束所包含的物料種類有差異,但整體差別大多。
表4 某車型各線束物料種類
因此,得出開發(fā)目標三:產(chǎn)線最大應(yīng)能同時兼容36 種導線、14 種端子、10 種連接器、2 種防水栓。
產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍與產(chǎn)能直接相關(guān),根據(jù)10 萬件的設(shè)計產(chǎn)能可以計算出節(jié)拍。
因此,得出開發(fā)目標四:產(chǎn)線的節(jié)拍應(yīng)控制在172.8 秒以內(nèi)。進一步可以對插植工序的節(jié)拍及工位數(shù)量進行分析,如某車型PACK 低壓線束有120 根導線,則每根導線的插植時間應(yīng)控制在172.8/120=1.44 秒以內(nèi),否則應(yīng)增加插植工位數(shù)量來延長插植節(jié)拍。
本文首先介紹了汽車線束及線束生產(chǎn)的行業(yè)現(xiàn)狀,然后提出了一種以市場需求為導向、以投資成功為目的分析汽車線束自動化流水線的開發(fā)目標的方法,并分析確定了汽車線束自動化流水線開發(fā)時應(yīng)考慮的五個目標,即產(chǎn)能目標、成本目標、用工數(shù)量目標、物料兼容目標、產(chǎn)線節(jié)拍目標,給企業(yè)研發(fā)團隊進行產(chǎn)線設(shè)計開發(fā)時提供目標指引。按此目標設(shè)計則可保證產(chǎn)品在市場上的成功。當然,從手工方式向智能制造的升級,還可帶來企業(yè)品牌知名度和認可度的提升,進而提高企業(yè)的訂單獲取能力,這也是自動化流水線所帶來的無形價值。