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從FA到CA:日本工廠自動化制造的一線革命

伴隨著勞動人口減少、以及存量的年輕人越來越不愿意進入到辛苦的工廠,越來越多的制造業企業開始更加積極主動運用“自動化”技術來解決 “人手不足”問題。伴隨著機器人、LoT、AI技術的發展,自動化技術不斷發展迭代,這不但為工廠一線省去了大量的勞動力,節省了人力成本,提升了生產效率,還把人從重復繁累的單調工作中解放出來,讓其去做更具有附加值的事情。

圍繞自動化在工廠一線的運用,日本自上世紀80年代就開始起步。但由于早期自動化技術并不能按照人們的設想“靈活應對一線狀況”等原因,自動化的發展并不是直線向上。到了最近10幾年,伴隨著日本勞動人口大量減少,不少企業面臨嚴重的用工荒,熟練技術工人大量走上“中高年”,接棒的年輕勞動力不足,諸多日本的工廠一線在“危機”中開始了大量的自動化改造。日本全國也確立了在新的時代下進一步用高技術“再度武裝日本制造業”的方針。

作為日本的近鄰,中國制造業也面臨著同樣的難題。日本的自動化能夠給中國帶來什么啟示?中日兩國能否在包含自動化在內的“智能制造”上開展更多合作?這些課題值得展望。以下,我們從三個日本工廠自動化改造實例說開去。

鬼;⒌“鞋生產革命”

坐在沙丘上眺望日本海,手捧一顆當地水果名產的“21世紀梨”。這里是日本名偵探柯南的故鄉——鳥取縣。

1918年,在鳥取縣氣高郡明治村,出生于農業和小買賣家庭的鬼塚喜八郎誕生于此。他就是日本知名運動品牌亞瑟士(英文品牌名:ASICS)之父,中國人也十分喜愛的運動鞋“鬼塚虎”運動鞋(英文名:Onitsuka Tiger)就是這個品牌的得意之作。

鬼塚喜八郎先后曾在舊日本軍里擔任低職,后又轉戰經營啤酒的地方企業工作。1945年日本戰敗后,鬼塚喜八郎辭職思考人生下一步方向,這時來自兵庫縣教育委員會的保健體育課長堀公平對他說:“希望你能生產青少年運動用的耐穿的好鞋。”1949年3月,鬼塚喜八郎取得了兵庫縣中小學校學生用鞋與警察用鞋的供應資格,在兵庫縣設立了“鬼塚株式會社”,這就是亞瑟士的前身。

亞瑟士搭上了戰后日本經濟起飛的快車,發展順風順水,出生于鳥取縣的鬼塚喜八郎也沒有忘記家鄉。1969年, 鬼塚喜八郎在鳥取縣境港市設立了百分百持股的“山陰亞瑟士工業”工廠。50年過去,這里已經成為亞瑟士運動鞋尚留在日本的唯一生產工廠,也是生產“鬼;⑦\動鞋”及其它運動及步行鞋的主力工廠。

不過,伴隨著工廠老化,生產環境面臨著越來越多的新問題。尤其是作為傳統產業的生產性企業,鳥取工廠需要大量的一線工人,但時下,熟練工種越來越“高齡化”,而年輕人卻“后繼乏力”,生產一線面臨困難。

其實,鳥取縣本來就是日本人口最少的縣。根據鳥取縣于2019年11月發布的政府公報,鳥取縣人口共有55.6萬人,而 1990年全縣人口為61.6萬人,19年間下降了6萬人。

其中,15歲-64歲的“生產性人口”即勞動人口從1990年占全縣的64.5%(39.7萬人),下降到2019年的55.4%(30.6萬人)。64歲以上的老年人口從1990年的16.2%(9.98萬人),上升到了2019年的32%,有17.6萬人。0-14歲的青少年人口從1990年的占比19.2%(11.8萬人),下降到如今占比12.6%,只有6.96萬人?梢,鳥取縣面臨著嚴重的“高齡少子化”社會問題,而這其實也是日本全國的縮影。

人口減少導致的用工不足是一方面,另一方面,消費者對鞋類的消費呈現出多樣化的趨勢已經持續多年。而從企業經營角度,如何面對消費者的多樣化需求靈活生產,同時也能控制和減輕庫存,這就要求企業必須走上“多樣化少量生產之路”。

2016年2月9日,亞瑟士對鳥取工廠進行了改造,整個改造持續了一年多,至2017年5月7日完成。改建后的鳥取工廠總占地面積達到了17312平方米,建筑面積達到了10095平方米。新工廠將原先分散的四個生產區域,集中到了一個新建的2層樓生產車間。此外,還將原先混雜在生產車間的研發部分搬進改造后的原有辦公廠房,將亞瑟士神戶總部的研發人員搬來與之合并。

其中,作為應對鳥取縣“人口少子化”以及“提升生產效率”的一環,2019年6月起,鳥取工廠正式導入了由亞瑟士運動工學研究所設計,由日本知名電機企業安川電機提供的“產業化機器人”的自動生產系統。

這個產業化機器人,乍一看就像一個變形金剛,靈活的手臂關節設計,是安川電機的得意之處。

這個機器人主要將鞋子的鞋幫與鞋底的黏合工序,包括黏合面的加工,粘合劑的涂抹等實現了自動化。

鳥取工廠負責人介紹,原先這道工序多需要人工來完成,實現自動化后,工人減少了一半。同時,一個工人的產出也比之前提升了40%,生產效率也比之前提升了2倍,生產速度也比之前提升了1.5倍。原來“淘汰下”的工人被安排去學習管理智能化系統,去做更具“附加值”價值的工作。

日本經濟產業省在每年發布的《制造基盤白書》(《制造業基盤白皮書》)將亞瑟士作為“模范案例”指出,現在日本制造面臨兩大“新狀況”。生產上,日本國內企業用工面臨“人力人才不足”難題,亞洲各生產大國的生產成本也持續激增,是繼續外遷還是回流,擺在企業面前。消費上,亞洲消費者出現了更青睞于購買“日本本地制造”,并且更具多樣化需求的消費趨勢。面對這種狀況,在日本國內進行多樣化少量的商品生產成為一個選擇項。而自動化無疑是生產企業因應日本國內目前局勢的必由之路,至于“解放出來的勞動力”完全可以經過官民一體的再培訓,去做更具附加值的事情,比如完成對智能機器的操作與現場改進。

卡西歐:用自動化生產出“絕對精度”

與鳥取縣一起面向日本海,坐落于更高維度的山形縣,是日本國內著名的“水果王國”,也因境內有100多個溫泉,被全世界溫泉愛好者熱贊為“溫泉之鄉”。在山形縣東根市,品牌誕生于1946年的卡西歐手表尚留在日本唯一的生產據點就坐落于此。這座建于1979年10月,擁有620多名從業員的山形工廠,自2018年8月起,開始了迎接智能化時代的“自動化組裝之路”。不僅如此,這里還集合了卡西歐最先進設備及工藝于一體。山形工廠董事土田啟一說:“要在這座工廠追求手表界的絕對精度。”

在過去30多年里,和多數日本制造業企業一樣,卡西歐將生產據點多數遷移到了人工成本更為便宜的亞洲。目前,卡西歐在中國的中山,韶關,東莞有三處工廠,在泰國有一處。海外生產據點占到了卡西歐生產總量的85%,日本國內僅留下山形這一處工廠。

如今,伴隨著日本國內工廠自動化的推進,卡西歐也將山形工廠進行了“升級重裝”。投資額達到了20億日元,占地面積為4000平方米,投入的重心多數落在了設備的更新及自動化改造上。

最先開始改造的是【A159WA】手表生產線。這款手表于1989年開始生產,至今已有30年,以其大眾化的價格加上穩定的質量表現,成為了長期暢銷手表。

為了因應海外持續的需求以及節省人工成本,卡西歐自己研發了自動化的組裝系統,實現了從手表內各組建模塊,到手表全身約13道工序的全自動化組裝,工廠員工人數也下降至原來的五分之一。生產效率也提高了3倍。綜合生產成本也下降到了二分之一以下,和海外工廠成本持平。未來,卡西歐計劃將亞洲的生產能力部分回遷至山形。

然而,作為董事的土田啟一,并沒有將自動化的目標僅局限于此。他將山形工廠定位為山形海內外工廠中的“母工廠”,要實現的是用最先進的設備,制造出絕對精度的高附加值手表的目標。

在山形工廠里,卡西歐上線了一條名為Premium Production Line(簡稱PPL)的生產線,全部靠傳感器及機器人來支撐,另外輔之于能熟練操作機器的20名高級技工。與市場上別的一部分手表企業零部件,多通過找外包公司生產來實現采購不同,山形工廠出產的手表,從精確到微米的齒輪生產,到驅動表針轉動的驅動器生產,到高精度的組裝,全部由自身企業完成,而且就在這條PPL的生產線上完成,以求達到所謂的“絕對精度”。在這條生產線上,卡西歐要完成的是耐沖擊型手表G-shock和Oceanus等高價位手表的生產。

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土田啟一稱,PPL并沒有實現完全的無人化,而是人與技術的協調。他認為,所謂的自動化生產,將人完全排除是對技術的誤解,應該實現的是人與技術的協調和分工。即將人從重復性的工作中解放出來,去做更具高附加值的事情,發揮自己的聰明才智,不斷按照人類自己的需求去升級機器,這才是自動化的方向。

此外,關于卡西歐的海外工廠,土田啟一計劃以山形工廠為母工廠,通過搜集海內外全部工廠一線的生產信息,來改善母公司的工程及設備,從而提升設備及工程更新的效率,讓日本的母工廠成為卡西歐生產體制內的“最強者”。

行走在歐姆龍工廠的搬運車

京都作為日本的古都,世界知名。其實,京都也是日本先進制造業的中心,許多日本知名科技制造業企業都以京都為據點,比如中國人所熟悉的由稻盛和夫創辦的京瓷,以及游戲玩家熱愛的任天堂。而生產中國人也常常使用的電子血壓計的歐姆龍,也是一家以京都作為總部的世界知名的自動化控制及電子設備制造廠商。

歐姆龍位于京都府綾部市的事務所(生產中心)是其在日本國內9個地方事務所之一。1986年建成,占地面積165000平方米,建筑面積32000平方米。這家工廠生產各種光電傳感器,醫學檢查裝置等,產品的型號,價格,產量等各不相同,共有18000多個品種,年產量達3400萬個,是典型的“多品種少量化”生產工廠。

早在1986年起,綾部工廠就開始嘗試自動化,但當時的自動化技術很難彈性面對變化,由于技術局限,在使用上很僵硬,如遇到修改,整個自動化設備的調整就是一個大工程。不過,現在這里已經發生了巨大變化。

在綾部工廠的生產車間里,每位前來參觀工廠的人,都能看到在整個車間里“自由行走”的搬運車,它實際上是一個搭載了AI技術的移動機器人。它的主要任務,就是將每條生產線生產的傳感器等完成品,放入籃子里,然后自己思考行車路徑,如中途遇到“擋路”的障礙,能自主躲避,直至將貨物運送至車間出口。

在自動搬運數字機器人出現之前,歐姆龍綾部工廠里也有上一代的搬運機器人,只是它必須通過由電磁導航等提前規定的路線來行進,也就是無法對復雜場景作出靈活變更。而在更早期,工廠初代的搬運機器人需要鋪設軌道,一旦軌道上有障礙物,便“行進卡殼”,不能動彈。但現在的“自動搬運數字機器人”則智能多了,它運用激光技術,自己規劃最合適的路線,自己思考,實現了I-think,自己選擇前進路線,直至達到終點。

在過去幾年中,歐姆龍一直在使用自動化機械與人工智能來改造制造工廠方面投入力量,致力于自動工廠的研究與探索。對此,歐姆龍打出了“i-Automation”的概念。這個概念又具體是由“integrated”,“intelligent”,“interactive”三個方面組成的。

所謂的“integrated”是通過操作超高速,超高精度的機械來提升生產效能。“intelligent”是通過最大活用數據,即信息化,數據化來提升生產效能。“interactive”就是實現人與機械的協調,共同來靈活面對復雜狀況,實現協同效應。上述的自動搬運數字機器人就是屬于integrated的一部分。

歐姆龍的創業者立石一真說:“機器能做的事情交給機器,人應該去享受更具創造性的活動。”在這個觀念主導下,在擁有300位技術者的綾部工廠里,只有6位員工會一種特殊的焊接法,不過歐姆龍仍然開發出了相應的機器人來取代這僅有6個工人會的焊接法。

現任歐姆龍社長兼CEO山田義仁繼承了立石一真的說法。他認為,發展自動化并不意味著要排除人,而是應該實現人與機器的協調。機器人只能做程序化的東西,要做分析用人工智能就可以,但要實現生產線的革新則是人的使命。

與卡西歐把山形工廠設為“母工廠”,來帶動亞洲各地工廠智能化生產不同,在世界各地擁有工廠的日本知名的醫療設備生產商歐姆龍,則不設立“母工廠”,而是希望通過在全世界構筑“共享最佳實踐經驗的全球網絡機制”,來帶動各地工廠共同成長。

在即將到來的2020年,歐姆龍提出了5個自動化目標。一是通過智能化推進,來構筑人與機器協同勞作的生產線。二是實現通用機器人與機械的混合簡易自動化。三是官能(人的五官)檢查的自動化。四是搬運與流程作業的自動化。五是通過生產線即設備的可視化來實現機械的提前保養的自動化。

山田義仁說,如今已經是“就算工廠沒有熟練工也必須要生產出高品質產品的時代了”。電子類的生產企業向來對技術革新充滿“貪欲”。在熟練技術者越來越不足的當下,要明確一點的是制造業企業,如果想要前進,不被時代淘汰,智能化,自動化的方向是必須的,否則不進則退。

日本:從FA到CA的探索

上述三家傳統制造業企業面對的在人工方面的困境,以及在自動化上的探索,只是日本全國的縮影。用包含自動化、AI、LoT、大數據等新技術在內的智能制造,已經成為日本官民一體共識。

據日本經濟產業省于2019年發布的《制造業現狀與政策課題-Conected Industries的深化》顯示,回答“勞動力募集暫不嚴重”的企業從2016年的19.2%下降到2017年的5.8%,而回答“勞動力確保是企業問題”的企業從2016年的80.8%,上升到2017年的94.1%,回答“招工難對企業已經產生了重大影響”的從2016年的22.8%上升至32.1%。作為因應之策,接近一半的日本企業已經開始實施各種自動化、智能化的生產手段,包括使用機器人、上線自動生產線,或者活用AI、數據等現代化手段。

在經產省發布的上述文件中指出,日本已經從30年前的初級自動化、向高級自動化,以及以LoT、 人工智能、大數據、云計算等為特征的“自律化”(智能化)轉變。日本的制造業將從以往的FA,即Factory Automation 向更為廣闊和萬事互聯的Connected Industries轉變,即通過連接各種各樣的行業、企業人、數據、機械,來創造出新的附加值和產品、服務,從而提升生產效率,解決高齡化、人手不足、環境能源制約等社會課題。

為了這個目標,日本制定了 5個重點的發展方面。

1:自動駕駛。目前這個市場預計將有870億美元的市場規摸。

2:制造企業自動化、智能化。預計產業互聯網市場未來20年內將為世界GDP貢獻10兆-15兆美元。

3:生物醫藥。2030年世界生物醫藥產業預計將達到1.6兆美元,世界機能性醫藥素材市場將達到50兆日元。

4:機械設備、基礎設施的安全保障。目前對于基礎設施老化、以及與之對應的市場需求將近有200兆日元。當中傳感器、無人機等產業發展備受期待。

5:智慧生活產業。隨通過智慧生產等方式,來創造出勞動人手,并通過勞動方式變革來解放女性、高齡者等,讓其能夠回歸勞動力市場。

當然日本的方案雖好,還需要執行。日本有識之士就指出,相比較于中國等鄰國在新技術、AI等方面的開放態度,日本社會還有許多有形和無形的墻壁,阻礙著新技術的應用,比如法律與民意。

比如對于AI技術來說,日本社會普羅大眾中有一種潛意識認為,AI發展會奪去人類工作,人臉識別會侵犯人的隱私,社會會變成監視社會,這導致日本在AI技術的產業化應用方面,不如美國和中國積極。

又比如法律,日本對于新事物新技術的運用,總是先要問問法律上允許與否,而這很容易出現“總結過去的法律”與“新事物”之間會出現矛盾。以拼車為例,以前在中國其實也是違法行為,出租車司機也舉行了罷工,但全社會認識到了這是世界的潮流,所以對出租車司機的抱怨采取了暫時擱置的態度。結果,拼車現在在中國已經變成了合法行為。相反日本就受制于被各種利益左右的法律法規無法對新事物松綁,導致日本的拼車乃至共享汽車等,已經落后于世界潮流。

東京大學專門研究中國經濟的伊藤亞圣教授認為,中國是社會實踐型社會,全社會認識到了創新技術如果只停留在實驗室,就什么也改變不了,必須要拿到實踐中去完善,對新技術的導入非常的果敢。相反,日本面臨法律上、社會觀念上的許多“墻壁”,導致新技術的運用遇到不少困難。對此,日本一定要改變。

日本的期待:與中國積極合作

2018年10月28日,知名火鍋連鎖企業海底撈的第一家“智能餐廳”在北京開業。食客只需要在平板終端完成點餐后,海底撈的智能機器人就能根據點單信息,讀取盤子上的IC標簽(每個盤子下方都有RFID芯片),然后用機械手將菜品擺放在托盤中,送到食客桌前,整個過程只需要3分鐘。

這套系統被稱為“自動配菜機器人”,使用的是來自日本松下的機器人以及圖像識別技術。通過自動配菜,能夠杜絕人工的失誤,也更加干凈衛生。而在這背后,松下還為海底撈設計了包含“智能大腦”、“智能定制”、“智能出菜”、“智能體驗”等集四部分于一體的智能系統。

海底撈創始人張勇說:“餐飲界效率不高,已經深刻感受到了用技術來改革的必要性。在我看來,餐飲業除了接客服務環節外,都是制造業,都還有已經自動化、智能化的空間。”

而在這家智能餐廳開業之前的當年3月和5月,海底撈和松下的合資公司Ying Hai Holding Pte和北京瀛海智能自動化科技有限公司,已經先后在新加坡和北京注冊成立,它們將為海底撈智慧餐廳提供了技術支撐。

海底撈與松下的聯手,一下子將“自動化、智能化”的概念,以更具可視化、易理解性的方式,在大眾輿論場再一次做了理解上的推進。同時也給中日兩國企業在自動化、智能化技術上的合作形成了又一次的良性刺激。

事實上,中日兩國,一個作為世界上最大的機器人消費市場,一個作為世界上保有機器人、以及機器人的生產強國,在自動化、智能化等技術與商業合作上有著廣泛且深入的空間。

據國際機器人聯盟(IFR)數據顯示,早在2013年中國就已經成為世界上最大的機器人市場。2017年,中國國內產業用機器人銷售量突破12萬臺,相當于世界銷量的三分之一。而正在運轉中的產業機器人,中國更是占了大部分。聯盟預計2020年,中國運轉的機器人估計將達到95萬臺,將超過歐盟的61萬臺。與此同時,日本是世界上機器人制造及保有最發達的國家,眾多知名企業在世界產業鏈上排名頭部。

在海底撈與松下合作之前,其實還有一份中日在更重要的智能制造領域全方面合作,那就是自動駕駛領域。在2018年5月,中日兩國在政府層面第一次在自動駕駛合作方面達成了共識。同年10月12日,兩國政府簽署了共同制定自動駕駛技術國際標準的備忘錄。這是一份高規格的合作備忘錄。自動駕駛技術,被日本放在“工業自動化”戰略中的重要一環,而年新車銷售量占全世界30%份額的中國市場,又被以“汽車產業”為重要生命線的日本視為性命攸關的地方。與此同時,中國的自動駕駛在美國接連端出“不友好”政策的當下,日本成為了另一個重要的技術來源地。

日本官民一體對中日在智能制造上的合作是積極的,這來源于日本國內市場對與中國在技術合作上的積極認識。相比較于美國對中國《中國制造2025》的警惕,日本國內目前多數觀點認為,《中國制造2025》對日本的技術企業而言,是一個重大的市場契機。

時下,中日關系呈現改善勢頭。2020年,中日兩國的合作有望通過首腦互訪,更上一個臺階。有理由相信中日兩國將在高技術的交流中實現更多的共贏。

(文章作者:楊晶  日本研究專家  公眾號:北京不冷東京熱,轉發請聯絡其微信:13718175065)

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