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北京奔馳創新改善小組如何利用3D打印技術

從世界上第一輛蒸汽機汽車誕生至今,德國奔馳陪同汽車工業走過了200多年的歷史。汽車的生產制造環節仍然是重中之重,每一個配套零件的設計研發、生產,到最后的組裝,決定了一個汽車品牌的價值和車輛的品質。作為德國奔馳最大的海外工廠,北京奔馳通過創新改善工裝夾具,將智能、按需制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。

奔馳海外最大工廠—北京奔馳年產40萬輛

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北京奔馳于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、銷售和售后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-奔馳汽車發動機制造工廠,由最初的設計年產10萬臺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制造企業,主要生產梅賽德斯-奔馳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,北京奔馳正在向中國用戶提供先進的與奔馳全球標準一致的產品和服務。

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作為世界級的汽車制造工廠,北京奔馳為了縮短開發周期,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奔馳生產制造流程中非常重要的一環,在智能制造的規范和標準下,北京奔馳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。

北京奔馳面對的挑戰:加速研發、降低成本、提高效率

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智能工廠和智能制造在北京奔馳主要體現在信息化和柔性化,面對信息進行快速反應,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加工和鑄造,前期需要找到外部供應商,然后進行方案討論、報價、比價等環節,最后進行采購,交付之后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周期非常長,會嚴重拖慢生產線的生產進度。

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北京奔馳目前現有的三大產品平臺包括前驅車工廠、后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,而制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,如果通過外部供應商來設計夾具并進行電池加工,則需要50萬人民幣的成本支出,而最終在制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,時間周期的縮短和制造成本的降低(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,但都對北京奔馳的創新優化負責。

引入3D打印輔助北京奔馳的創新改善與優化

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作為目前最先進的智能制造排頭企業,2016年,北京奔馳為了改善生產線的裝配效率,對工裝夾具進行改造,推動在自動化和精益化方向上進行業務創新,北京奔馳制造工程一部的全員改善創新部門成立,面向北京奔馳所有生產線進行工裝夾具優化和創新改善,引入Stratays F370 3D打印機輔助設計驗證和工裝夾具的開發。

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3D打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、組裝生產階段的個性化工裝夾具開發、為實現智能制造的小批量和定制化生產。

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在北京奔馳這個世界工廠內,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,如北京奔馳全員改善部門工程師鄭松鶴介紹:“利用Stratasys F370 3D打印機進行夾具的設計驗證,在生產線上進行試裝運行,然后進行優化,最后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,完全符合北京奔馳的柔性化改善方向。”

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Stratasys F123系列的產品支持水溶性支撐材料,打印的結構去除支撐更容易,能夠保證打印出模型的品質,除了材料特性和效率之外,良好的穩定性也是北京奔馳在采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打印技術將為北京奔馳研發和裝配提速提效

Stratasys F370這臺3D打印機在北京奔馳制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奔馳的所有生產線,除了用于工裝夾具的驗證開發之外,在北京奔馳的總裝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打印機進行設計輔助和開發。

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據了解,在梅賽德斯-奔馳德國總部,同樣采購了Stratasys F370進行設計輔助和研發相關工作,3D打印作為現進制造不可或缺的技術方案,北京奔馳對于品質的認知看齊德國奔馳,未來將會有越來越多的汽車結構利用3D打印技術輔助開發和小批量加工,加速電動汽車的開發和試制周期。

作為北京奔馳的創新部門,全員改善部門希望有機會看到更加多樣化的技術和應用,據了解,北京奔馳的設計研發部門和創新改善部門早已在探討和論證3D打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打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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