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发布时间:2024-01-09 16:16:10 阅读: 来源:金属罐厂家

从FA到CA:日本工厂自动化制造的一线革命

伴随着劳动人口减少、以及存量的年轻人越来越不愿意进入到辛苦的工厂,越来越多的制造业企业开始更加积极主动运用 自动化 技术来解决 人手不足 问题。伴随着机器人、LoT、AI技术的发展,自动化技术不断发展迭代,这不但为工厂一线省去了大量的劳动力,节省了人力成本,提升了生产效率,还把人锰铁从重复繁累的单调工作中解放出来,让其去做更具有附加值的事情。

围绕自动化在工厂一线的运用,日本自上世纪80年代就开始起步。但由于早期自动化技术并不能按照人们的设想 灵活应对一线状况 等原因,自动化的发展并不是直线向上。到了最近10几年,伴随着日本劳动人口大量减少,不少企业面临严重的用工荒,熟练技术工人大量走上 中高年 ,接棒的年轻劳动力不足,诸多日本的工厂一线在 危机 中开始了大量的自动化改造。日本全国也确立了在新的时代下进一步用高技术 再度武装日本制造业 的方针。

作为日本的近邻,中国制造业也面临着同样的难题。日本的自动化能够给中国带来什么启示?中日两国能否在包含自动化在内的 智能制造 上开展更多合作?这些课题值得展望。以下,我们从三个日本工厂自动化改造实例说开去。

鬼冢虎的 鞋生产革命

坐在沙丘上眺望日本海,手捧一颗当地水果名产的 21世纪梨 。这里是日本名侦探柯南的故乡 鸟取县。

1918年,在鸟取县气高郡明治村,出生于农业和小买卖家庭的鬼塚喜八郎诞生于此。他就是日本知名运动品牌亚瑟士(英文品牌名:ASICS)之父,中国人也十分喜爱的运动鞋 鬼塚虎 运动鞋(英文名:Onitsuka Tiger)就是这个品牌的得意之作。

鬼塚喜八郎先后曾在旧日本军里担任低职,后又转战经营啤酒的地方企业工作。1945年日本战败后,鬼塚喜八郎辞职思考人生下一步方向,这时来自兵库县教育委员会的保健体育课长堀公平对他说: 希望你能生产青少年运动用的耐穿的好鞋。 1949年3月,鬼塚喜八郎取得了兵库县中小学校学生用鞋与警察用鞋的供应资格,在兵库县设立了 鬼塚株式会社 ,这就是亚瑟士的前身。

亚瑟士搭上了战后日本经济起飞的快车,发展顺风顺水,出生于鸟取县的鬼塚喜八郎也没有忘记家乡。1969年, 鬼塚喜八郎在鸟取县境港市设立了百分百源于1系列的政府项目持股的 山阴亚瑟士工业 工厂。50年过去,这里已经成为亚瑟士运动鞋尚留在日本的唯一生产工厂,也是生产 鬼冢虎运动鞋 及其它运动及步行鞋的主力工厂。

不过,伴随着工厂老化,生产环境面临着越来越多的新问题。尤其是作为传统产业的生产性企业,鸟取工厂需要大量的一线工人,但时下,熟练工种越来越 高龄化 ,而年轻人却 后继乏力 ,生产一线面临困难。

其实,鸟取县本来就是日本人口最少的县。根据鸟取县于2019年11月发布的政府公报,鸟取县人口共有55.6万人,而 1990年全县人口为61.6万人,19年间下降了6万人。

其中,15岁-64岁的 生产性人口 即劳动人口从1990年占全县的64.5%(39.7万人),下降到2019年的55.4%(30.6万人)。64岁以上的老年人口从1990年的16.2%(9.98万人),上升到了2019年的32%,有17.6万人。岁的青少年人口从1990年的占比19.2%(11.8万人),下降到如今占比12.6%,只有6.96万人。可见,鸟取县面临着严重的 高龄少子化 社会问题,而这其实也是日本全国的缩影。

人口减少导致的用工不足是一方面,另一方面,消费者对鞋类的消费呈现出多样化的趋势已经持续多年。而从企业经营角度,如何面对消费者的多样化需求灵活生产,同时也能控制和减轻库存,这就要求企业必须走上 多样化少量生产之路 。

2016年2月9日,亚瑟士对鸟取工厂进行了改造,整个改造持续了一年多,至2017年5月7日完成。改建后的鸟取工厂总占地面积达到了17312平方米,建筑面积达到了10095平方米。新工厂将原先分散的四个生产区域,集中到了一个新建的2层楼生产车间。此外,还将原先混杂在生产车间的研发部分搬进改造后的原有办公厂房,将亚瑟士神户总部的研发人员搬来与之合并。

其中,作为应对鸟取县 人口少子化 以及 提升生产效率 的一环,2019年6月起,鸟取工厂正式导入了由亚瑟士运动工学研究所设计,由日本知名电机企业安川电机提供的 产业化机器人 的自动生产系统。

这个产业化机器人,乍一看就像一个变形金刚,灵活的手臂关节设计,是安川电机的得意之处。

这个机器人主要将鞋子的鞋帮与鞋底的黏合工序,包括黏合面的加工,粘合剂的涂抹等实现了自动化。

鸟取工厂负责人介绍,原先这道工序多需要人工来完成,实现自动化后,工人减少了一半。同时,一个工人的产出也比之前提升了40%,生产效率也比之前提升了2倍,生产速度也比之前提升了1.5倍。原来 淘汰下 的工人被安排去学习电镀电源管理智能化系统,去做更具 附加值 价值的工作。

日本经济产业省在每年发布的《制造基盘白书》(《制造业基盘白皮书》)将亚瑟士作为 模范案例 指出,现在日本制造面临两大 新状况 。生产上,日本国内企业用工面临 人力人才不足 难题,亚洲各生产大国的生产成本也持续激增,是继续外迁还是回流,摆在企业面前。消费上,亚洲消费者出现了更青睐于购买 日本本地制造 ,并且更具多样化需求的消费趋势。面对这种状况,在日本国内进行多样化少量的商品生产成为一个选择项。而自动化无疑是生产企业因应日本国内目前局势的必由之路,至于 解放出来的劳动力 完全可以经过官民一体的再培训,去做更具附加值的事情,比如完成对智能机器的操作与现场改进。

卡西欧:用自动化生产出 绝对精度

与鸟取县一起面向日本海,坐落于更高维度的山形县,是日本国内著名的 水果王国 ,也因境内有100多个温泉,被全世界温泉爱好者热赞为 温泉之乡 。在山形县东根市,品牌诞生于1946年的卡西欧手表尚留在日本唯一的生产据点就坐落于此。这座建于1979年10月,拥有620多名从业员的山形工厂,自2018年8月起,开始了迎接智能化时代的 自动化组装之路 。不仅如此,这里还集合了卡西欧最先进设备及工艺于一体。山形工厂董事土田启一说: 要在这座工厂追求手表界的绝对精度。

在过去30多年里,和多数日本制造业企业一样,卡西欧将生产据点多数迁移到了人工成本更为便宜的亚洲。目前,卡西欧在中国的中山,韶关,东莞有三处工厂,在泰国有一处。海外生产据点占到了卡西欧生产总量的85%,日本国内仅留下山形这一处工厂。

如今,伴随着日本国内工厂自动化的推进,卡西欧也将山形工厂进行了 升级重装 。投资额达到了20亿日元,占地面积为4000平方米,投入的重心多数落在了设备的更新及自动化改造上。

最先开始改造的是【A159WA】手表生产线。这款手表于1989年开始生产,至今已有30年,以其大众化的价格加上稳定的质量表现,成为了长期畅销手表。

为了因应海外持续的需求以及节省人工成本,卡西欧自己研发了自动化的组装系统,实现了从手表内各组建模块,到手表全身约13道工序的全自动化组装,工厂员工人数也下降至原来的五分之一。生产效率也提高了3倍。综合生产成本也下降到了二分之一以下,和海外工厂成本持平。未来,卡西欧计划将亚洲的生产能力部分回迁至山形。

然而,作为董事的土田启一,并没有将自动化的目标仅局限于此。他将山形工厂定位为山形海内外工厂中的 母工厂 ,要实现的是用最先进的设备,制造出绝对精度的高附加值手表的目标。

在山形工厂里,卡西欧上线了一条名为Premium Production Line(简称PPL)的生产线,全部靠传感器及机器人来支撑,另外辅之于能熟练操作机器的20名高级技工。与市场上别的一部分手表企业零部件,多通过找外包公司生产来实现采购不同,山形工厂出产的手表,从精确到微米的齿轮生产,到驱动表针转动的驱动器生产,到高精度的组装,全部由自身企业完成,而且就在这条PPL的生产线上完成,以求达到所谓的 绝对精度 。在这条生产线上,卡西欧要完成的是耐冲击型手表G-shock和Oceanus等高价位手表的生产。

土田启一称,PPL并没有实现完全的无人化,而是人与技术的协调。他认为,所谓的自动化生产,将人完全排除是对技术的误解,应该实现的是人与技术的协调和分工。即将人从重复性的工作中解放出来,去做更具高附加值的事情,发挥自己的聪明才智,不断按照人类自己的需求去升级机器,这才是自动化的方向。

此外,关于卡西欧的海外工厂,土田启一计划以山形工厂为母工厂,通过搜集海内外全部工厂一线的生产信息,来改善母公司的工程及设备,从而提升设备及工程更新的效率,让日本的母工厂成为卡西欧生产体制内的 最强者 。

行走在欧姆龙工厂的搬运车

京都作为日本的古都,世界知名。其实,京都也是日本先进制造业的中心,许多日本知名科技制造业企业都以京都为据点,比如中国人所熟悉的由稻盛和夫创办的京瓷,以及游戏玩家热爱的任天堂。而生产中国人也常常使用的电子血压计的欧姆龙,也是一家以京都作为总部的世界知名的自动化控制及电子设备制造厂商。

欧姆龙位于京都府绫部市的事务所(生产中心)是其在日本国内9个地方事务所之一。1986年建成,占地面积165000平方米,建筑面积32000平方米。这家工厂生产各种光电传感器,医学检查装置等,产品的型号,价格,产量等各不相同,共有18000多个品种,年产量达3400万个,是典型的 多品种少量化 生产工厂。

早在1986年起,绫部工厂就开始尝试自动化,但当时的自动化技术很难弹性面对变化,由于技术局限,在使用上很僵硬,如遇到修改,整个自动化设备的调整就是一个大工程。不过,现在这里已经发生了巨大变化。

在绫部工厂的生产车间里,每位前来参观工厂的人,都能看到在整个车间里 自由行走 的搬运车,它实际上是一个搭载了AI技术的移动机器人。它的主要任务,就是将每条生产线生产的传感器等完成品,放入篮子里,然后自己思考行车路径,如中途遇到 挡路 的障碍,能自主躲避,直至将货物运送至车间出口。

在自动搬运数字机器人出现之前,欧姆防腐剂龙绫部工厂里也有上一代的搬运机器人,只是它必须通过由电磁导航等提前规定的路线来行进,也就是无法对复杂场景作出灵活变更。而在更早期,工厂初代的搬运机器人需要铺设轨道,一旦轨道上有障碍物,便 行进卡壳 ,不能动弹。但现在的 自动搬运数字机器人 则智能多了,它运用激光技术,自己规划最合适的路线,自己思考,实现了I-think,自己选择前进路线,直至达到终点。

在过去几年中,欧姆龙一直在使用自动化机械与人工智能来改造制造工厂方面投入力量,致力于自动工厂的研究与探索。对此,欧姆龙打出了 i-Automation 的概念。这个概念又具体是由 integrated , intelligent , interactive 三个方面组成的。

所谓的 integrated 是通过操作超高速,超高精度的机械来提升生产效能。 intelligent 是通过最大活用数据,即信息化,数据化来提升生产效能。 interactive 就是实现人与机械的协调,共同来灵活面对复杂状况,实现协同效应。上述的自动搬运数字机器人就是属于integrated的一部分。

欧姆龙的创业者立石一真说: 机器能做的事情交给机器,人应该去享受更具创造性的活动。 在这个观念主导下,在拥有300位技术者的绫部工厂里,只有6位员工会一种特殊的焊接法,不过欧姆龙仍然开发出了相应的机器人来取代这仅有6个工人会的焊接法。

现任欧姆龙社长兼CEO山田义仁继承了立石一真的说法。他认为,发展自动化并不意味着要排除人,而是应该实现人与机器的协调。机器人只能做程序化的东西,要做分析用人工智能就可以,但要实现生产线的革新则是人的使命。

与卡西欧把山形工厂设为 母工厂 ,来带动亚洲各地工厂智能化生产不同,在世界各地拥有工厂的日本知名的医疗设备生产商欧姆龙,则不设立 母工厂 ,而是希望通过在全世界构筑 共享最佳实践经验的全球络机制 ,来带动各地工厂共同成长。

在即将到来的2020年,欧姆龙提出了5个自动化目标。一是通过智能化推进,来构筑人与机器协同劳作的生产线。二是实现通用机器人与机械的混合简易自动化。三是官能(人的五官)检查的自动化。四是搬运与流程作业的自动化。五是通过生产线即设备的可视化来实现机械的提前保养的自动化。

山田义仁说,如今已经是 就算工厂没有熟练工也必须要生产出高品质产品的时代了 。电子类的生产企业向来对技术革新充满 贪欲 。在熟练技术者越来越不足的当下,要明确一点的是制造业企业,如果想要前进,不被时代淘汰,智能化,自动化的方向是必须的,否则不进则退。

日本:从FA到CA的探索

上述三家传统制造业企业面对的在人工方面的困境,以及在自动化上的探索,只是日本全国的缩影。用包含自动化、AI、LoT、大数据等新技术在内的智能制造,已经成为日本官民一体共识。

据日本经济产业省于2019年发布的《制造业现状与政策课题-Conected Industries的深化》显示,回答 劳动力募集暂不严重 的企业从2016年的19.2%下降到2017年的5.8%,而回答 劳动力确保是企业问题 的企业从2016年的80.8%,上升到2017年的94.1%,回答 招工难对企业已经产生了重大影响 的从2016年的22.8%上升至32.1%。作为因应之策,接近一半的日本企业已经开始实施各种自动化、智能化的生产手段,包括使用机可折叠式智能概念图器人、上线自动生产线,或者活用AI、数据等现代化手段。

在经产省发布的上述文件中指出,日本已经从30年前的初级自动化、向高级自动化,以及以LoT、 人工智能、大数据、云计算等为特征的 自律化 (智能化)转变。日本的制造业将从以往的FA,即Factory Automation 向更为广阔和万事互联的Connected Industries转变,即通过连接各种各样的行业、企业人、数据、机械,来创造出新的附加值和产品、加快工业节水减污改造服务,从而提升生产效率,解决高龄化、人手不足、环境能源制约等社会课题。

为了这个目标,日本制定了 5个重点的发展方面。

1:自动驾驶。目前这个市场预计将有870亿美元的市场规摸。

2:制造企业自动化、智能化。预计产业互联市场未来20年内将为世界GDP贡献10兆-15兆美元。

3:生物医药。2030年世界生物医药产业预计将达到1.6兆美元,世界机能性医药素材市场将达到50兆日元。

4:机械设备、基础设施的安全保障。目前对于基础设施老化、以及与之对应的市场需求将近有200兆日元。当中传感器、无人机等产业发展备受期待。

5:智慧生活产业。随通过智慧生产等方式,来创造出劳动人手,并通过劳动方式变革来解放女性、高龄者等,让其能够回归劳动力市场。

当然日本的方案虽好,还需要执行。日本有识之士就指出,相比较于中国等邻国在新技术、AI等方面的开放态度,日本社会还有许多有形和无形的墙壁,阻碍着新技术的应用,比如法律与民意。

比如对于AI技术来说,日本社会普罗大众中有一种潜意识认为,AI发展会夺去人类工作,人脸识别会侵犯人的隐私,社会会变成监视社会,这导致日本在AI技术的产业化应用方面,不如美国和中国积极。

又比如法律,日本对于新事物新技术的运用,总是先要问问法律上允许与否,而这很容易出现 总结过去的法律 与 新事物 之间会出现矛盾。以拼车为例,以前在中国其实也是违法行为,出租车司机也举行了罢工,但全社会认识到了这是世界的潮流,所以对出租车司机的抱怨采取了暂时搁置的态度。结果,拼车现在在中国已经变成声级计了合法行为。相反日本就受制于被各种利益左右的法律法规无法对新事物松绑,导致日本的拼车乃至共享汽车等,已经落后于世界潮流。

东京大学专门研究中国经济的伊藤亚圣教授认为,中国是社会实践型社会,全社会认识到了创新技术如果只停留在实验室,就什么也改变不了,必须要拿到实践中去完善,对新技术的导入非常的果敢。相反,日本面临法律上、社会观念上的许多 墙壁 ,导致新技术的运用遇到不少困难。对此,日本一定要改变。

日本的期待:与中国积极合作

2018年10月28日,知名火锅连锁企业海底捞的第一家 智能餐厅 在北京开业。食客只需要在平板终端完成点餐后,海底捞的智能机器人就能根据点单信息,读取盘子上的IC标签(每个盘子下方都有RFID芯片),然后用机械手将菜品摆放在托盘中,送到食客桌前,整个过程只需要3分钟。

这套系统被称为 自动配菜机器人 ,使用的是来自日本松下的机器人以及图像识别技术。通过自动配菜,能够杜绝人工的失误,也更加干净卫生。而在这背后,松下还为海底捞设计了包含 智能大脑 、 智能定制 、 智能出菜 、 智能体验 等集四部分于一体的智能系统。

海底捞创始人张勇说: 餐饮界效率不高,已经深刻感受到了用技术来改革的必要性。在我看来,餐饮业除了接客服务环节外,都是制造业,都还有已经自动化、智能化的空间。

而在这家智能餐厅开业之前的当年3月和5月,海底捞和松下的合资公司Ying Hai Holding Pte和北京瀛海智能自动化科技有限公司,已经先后在新加坡和北京注册成立,它们将为海底捞智慧餐厅提供了技术支撑。

海底捞与松下的联手,一下子将 自动化、智能化 的概念,以更具可视化、易理解性的方式,在大众舆论场再一次做了理解上的推进。同时也给中日两国企业在自动化、智能化技术上的合作形成了又一次的良性刺激。

事实上,中日两国,一个作为世界上最大的机器人消费市场,一个作为世界上保有机器人、以及机器人的生产强国,在自动化、智能化等技术与商业合作上有着广泛且深入的空间。

据国际机器人联盟(IFR)数据显示,早在2013年中国就已经成为世界上最大的机器人市场。2017年,中国国内产业用机器人销售量突破12万台,相当于世界销量的三分之一。而正在运转中的产业机器人,中国更是占了大部分。联盟预计2020年,中国运转的机器人估计将达到95万台,将超过欧盟的61万台。与此同时,日本是世界上机器人制造及保有最发达的国家,众多知名企业在世界产业链上排名头部。

在海底捞与松下合作之前,其实还有一份中日在更重要的智能制造领域全方面合作,那就是自动驾驶领域。在2018年5月,中日两国在政府层面第一次在自动驾驶合作方面达成了共识。同年10月12日,两国政府签署了共同制定自动驾驶技术国际标准的备忘录。这是一份高规格的合作备忘录。自动驾驶技术,被日本放在 工业自动化 战略中的重要一环,而年新车销售量占全世界30%份额的中国市场,又被以 汽车产业 为重要生命线的日本视为性命攸关的地方。与此同时,中国的自动驾驶在美国接连端出 不友好 政策的当下,日本成为了另一个重要的技术来源地。

日本官民一体对中日在智能制造上的合作是积极的,这来源于日本国内市场对与中国在技术合作上的积极认识。相比较于美国对中国《中国制造2025》的警惕,日本国内目前多数观点认为,《中国制造2025》对日本的技术企业而言,是一个重大的市场契机。

时下,中日关系呈现改善势头。2020年,中日两国的合作有望通过首脑互访,更上一个台阶。有理由相信中日两国将在高技术的交流中实现更多的共赢。

(文章作者:杨晶 日本研究专家 公众号:北京不冷东京热,转发请联络其:)

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