كارخانه های خودروسازی آینده؛ ربات‌ جدید یا فرآیند تولید جدید؟

ربات‌های جدید یا فرآیندهای تولید جدید ؟

وقتی مردم به كارخانه‌های خودرو‌سازی آینده فكر می كنند، اولین چیزی كه به ذهنشان می رسد سطح بالای اتوماسیون صنعتی و تولید تمام خودکار و به اصطلاح كارخانه چراغ خاموش می باشد، ایده‌ كارخانه چراغ خاموش یا تولید در تاریكی اولین بار در سال 1982 میلادی توسط راگر اسمیت مدیر عامل جنرال موتورز مطرح شده است. كارخانه چراغ خاموش در واقع كارخانه‌ ای می باشد، كه تمامی عملیات تولید توسط ربات‌ ها و ماشین‌ ها به صورت كاملاً خودکار انجام می گیرد و به علت عدم نیاز آنها به نور در این واحدهای صنعتی سامانه روشنایی در حین تولید خاموش می باشد.

راگر اسمیت مدیر عامل اسبق جنرال موتور

در این شكی نیست كه صنعت خودرو در جهت كاهش قیمت تمام شده محصولاتش همچنان باید انرژی و تلاشش را معطوف به ارتقای مداوم سطح اتوماسیون و بهره‌گیری از فناوری‌های روز نماید، اما با نگاهی واقع‌ بینانه در می یابیم كه گام مؤثر در بهره‌ وری این حوزه تنها از طریق ارتقاء سطح اتوماسیون امكان‌ پذیر نخواهد بود، چراكه عمده حوزه‌هایی كه مستعد خودکار و رباتیك شدن بوده‌اند، تا به امروز اتوماسیونی شده‌اند (نمودار 1) و پیش‌بینی می شود زمانی كه ایده‌ كارخانه‌ های آینده و انقلاب صنعتی نسل چهارم در صنعت خودروسازی پیاده‌ سازی گردد، به لحاظ اتوماسیون صنعتی تفاوت شاخصی ایجاد نگردد و عمده تفاوت‌ های عینی ناشی از نوآوری در فرآیند‌های طراحی و ساخت و تغییرات ساختاری در تكنیک های تولید خودرو ‌باشد.

 میزان اتوماسیون در فرآیند‌های ساخت خودرو

برای روشن شدن مطلب بحث تغییر فرآیند تولید را در بخش‌ های خاص و كلیدی تولید خودرو شامل سالن‌های رنگ و مونتاژ ادامه می دهیم و در پایان راه كارهای اتوماسیون صنعتی، جهت بهبود عملكرد نیروی انسانی را مورد بررسی قرار می دهیم.

سالن‌ های رنگ در كارخانه‌ های خودرو سازی آینده

در بخش سالن‌های رنگ خودرو، امروزه بیشتر خودروسازهای مطرح و بزرگ دنیا بیش از 90% تولید خود را به صورت خودکار انجام می دهند و همین امر در كنار طولانی و پیچیدگی فرآیند سبب شده كه رنگ خودرو جزو پرهزینه‌ترین فرآیند‌‌های تولید خودرو ‌باشد، و در عین حال بخش زیاد از سطح كارخانه را نیز به خود اختصاص داده است.
در سالن رنگ برای رسیدن به كیفیت مطلوب رنگ خودرو چندین عملیات نسبتاً پیچیده و طولانی شامل شستشو و زنگ‌ زدایی، پیش‌ رنگ، سیلر كاری، آستر، رنگ پایه و پوشش نهایی بر روی خودرو اعمال می گردد كه این فرآیندها طی سال ها به مرور خودکار شده به صورتی كه در حال حاضر تقریباً تمامی فرآیند توسط ربات‌ها و ماشین‌ ها انجام می گیرند.
اما در كنار تلاش زیادی كه برای اتوماسیون شدن این فرآیند انجام شده، واقعیت قابل تأمل این است كه كل فرآیند نقاشی خودرو در سی سال گذشته تغییر چندانی نداشته است. برای مثال در سایت BMW واقع در اسپارتنبورگ كارولینا جنوبی كه یكی از به‌روزترین و مجهزترین سالن‌ های رنگ‌ آمیزی خودرو را دارا می باشد، عملیات رنگ‌آمیزی یك بدنه خودرو با بیش از 100 ربات به همراه جابجایی لجستیكی حدود 6.5 كیلومتری در حین فرآیند، 12 ساعت به طول می انجامد.

پاشش رباتیک در سالن رنگ خودرو

همان طور كه می بینید این فرآیند نسبتاً زمان‌ بر پرهزینه است و فضای زیادی را نیز اشغال می كند و قطعاً برای اینكه در خودرو‌سازی های آینده به كارایی بیشتر و هزینه تولید كمتر دست پیدا كنیم نیازمند توسعه فرآیند‌های جدید در حوزه رنگ خودرو می باشیم، شاید ایده‌ ای مثل بهره‌گیری از یك رویکرد تجربی مانند استفاده از یک پوشش واحد بر روی بدنه خودرو و سپس پخت آن در کوره که در حال حاضر در آزمایشگاه های تحقیقاتی خودرو در حال آزمایش می‌باشد. یا بهره‌گیری از فناوری چاپ سه بعدی برای چاپ بدنه كامل خودرو در رنگ مطابق با سفارش مشتری، كه در صورت محقق شدن الزامات و بسترهای بهره‌گیری از چاپ سه ‌بعدی عملاً خطوط رنگ و بدنه خودرو كاملاً حذف شده و تحولی بزرگ در صنعت خودرو به وقوع خواهد پیوست.
در نهایت هر راهكاری كه در كارخانه‌های آینده جایگزین فرآیند‌های پرهزینه‌ فعلی رنگ خودرو شود به طور قطع بسیار بیشتر از اضافه کردن چند ربات یا تغییر ربات‌ها با نمونه‌های آینده آن خواهد بود و در حقیقت اصلاح جدی در هزینه تمام شده خودرو در این بخش مستلزم بهره‌گیری از فناوری‌های موجود و یا آتی در راستای تغییر رویه‌های رنگ‌آمیزی خواهد بود.

سالن‌ های مونتاژ در كارخانه‌های خودروسازی آینده
یكی دیگر از بخش‌ های تولید خودرو بخش مونتاژ خودرو می باشد كه همان طور كه در نمودار 1 مشخص شده كمترین تعداد ربات‌ها و حداقل سهم اتوماسیون صنعتی را به خود اختصاص داده است و به همین جهت به لحاظ توزیع منابع انسانی در سطح تولید دو سوم کارگران خودروسازی در این بخش مشغول به فعالیت هستند. تا به حال تلاش های زیادی برای ارتقا اتوماسیون و ماشینی شدن در این بخش انجام شده و سلول های رباتیكی مانند چسب‌زنی و نصب شیشه‌ها و سقف پاناروما، نصب باتری، لاستیك‌ها، داشبورد، نوار لاستیكی دور درب‌ها و… از نمونه‌های آن می باشد كه تنها قادر به انجام بخش‌هایی از مونتاژ خودرو می باشند، اما همچنان خودکار شدن کامل خط مونتاژ چیزی مانند سالن‌های پرس بدنه و یا رنگ از دشوارترین و پرچالش‌ترین اهداف اتوماسیونی در یك كارخانه خودروسازی می باشد.
اصلی ترین دلیل این موضوع بر می گردد به توسعه سفارشی‌ سازی و افزایش شمار و پیچیدگی محصول، به نحوی كه اكثر خودروسازهای دنیا برنامه تولید چندین مدل ماشین را به صورت همزمان در دستور كار خود دارند و این تولید همزمان معمولاً به شكلی می باشد كه ترکیب و ترتیب این خودرو‌ها در خط همیشه یكسان و برنامه پذیر نبوده و بسته به تقاضای بازار تغییر می‌کند، با این توضیحات حتی در صورت ممكن شدن برنامه‌ریزی مجدد ربات‌ها و ماشین‌ها برای هماهنگی با برنامه روزانه تولید، به علت هزینه بالا و زمان‌بر بودنش عملاً منطقی نمی باشد و به همین روی كارگران انسانی با انعطاف پذیری غیر قابل رقابتشان همچنان در صدر ارجحیت كارفرما قرار دارند.

تنوع تولید خودرو در خطوط مونتاژ

از دیگر دلایل كم اقبالی اتوماسیون در بخش مونتاژ مربوط به مجموعه وظایفی می‌باشد كه انسان ها برای انجام آنها مناسب‌تر می‌باشند، مانند توانمندی آنها برای غلبه بر پیچیدگی‌های نصب و اتصال كانكتورهای مربوط به سیم كشی خودرو، در این قبیل كارهای مونتاژی عملاً ربات‌ها كاربری نداشته و با توجه به اینكه در بازار آینده وسایل نقلیه الکتریکی و هوشمند رونق بیشتری پیدا خواهند كرد، انتظار می‌رود به تبع آن سامانه های الکتریکی خودروهای آینده نسبت به ماشین های امروزی نیاز بیشتری به سامانه های انتقال داده سریع و بدون وقفه پیدا كنند و این به معنی افزایش تعداد سیم ها، وجود كانكتورهای بزرگ تر و متنوع‌تر و همچنین افزایش پیچیدگی‌های سیم‌بندی می‌‌باشد و در نتیجه وابستگی به كارگران انسانی در خطوط مونتاژ بیشتر شده و در نهایت منجر به بزرگ تر شدن شكاف اتوماسیون صنعتی در این بخش خواهد شد.
برای اینکه این عملیات به صورت خودکار مقدور گردد دقیقاً مانند آنچه در خطوط رنگ خودرو بحث كردیم، ناگزیر به تغییر فرآیندهای موجود و ایجاد فرآیند جدید تولید داریم، برای مثال در جهت رفع چالش‌ های سیم‌ كشی خودرو، استفاده از ایده‌ای نظیر بكارگیری فناوری بی‌‌ سیم و سامانه‌های الکتریکی که از طریق ماژول‌ های الکترونیکی کار می کنند و یا از طریق فناوری ابر داده با پردازشگر مركزی و یكدیگر ارتباط برقرار می كنند، می تواند مورد توجه باشد.
در مورد خودروهای الكتریكی نیز به همین منوال نیاز به تغییر فرآیند تولید وجود دارد، در حال حاضر بخش نصب باتری و موتور الكتریكی قابل انجام با ربات می باشد ولی بسیاری از بخش‌ ها همچنان به صورت دستی انجام می گیرد.

نصب رباتیک باتری ماشین الكتریكی با استفاده از ربات

راهكارهای اتوماسیونی برای كارخانه‌ های خودروسازی آینده
یكی از اقتصاددانان بزرگ دنیا جمله‌ای دارد كه بسیار منطبق با موضوع صنعت نسل چهار و همچنین موضوع بحث ماست. اورن هری معتقد است «لامپ الكتریكی از توسعه پیوسته شمع به وجود نیامده است».

لامپ الكتریكی از توسعه پیوسته شمع به وجود نیامده است

این جمله قابل تأمل حاكی از این نكته می‌باشد كه دستیابی به بهینه‌ترین‌ها و ایده‌ال‌ترین‌ها همواره با توسعه و تحول یک سامانه موجود میسر نمی‌ شود و گاهی توسعه در مسیری جدید یا به عبارت دیگر فرآیند‌های جدید محقق می‌گردد. در بكارگیری اتوماسیون در دهه‌ اخیر با تغییر نگاه به نحوه بهره‌‌گیری از ربات‌ها و اتوماسیون تغییرات بزرگی به وقوع پیوسته است كه این تغییر نگاه از همكاری و كمک ربات و اتوماسیون به انسان به جای جایگزینی با آنها صحبت می‌كند، در ادامه به دو نمونه از آنها اشاره می شود كه انتظار می‌رود نقش پررنگی در كارخانه‌های خودروسازی آینده ایفا كنند.
ربات‌ های همكار
ربات‌های جدید همکار یا «کوبات‌ها» به عنوان یک تحول اتوماسیونی به طور حتم جزئی اصلی در كارخانه‌ های آینده به ویژه خودروسازی خواهند بود، آنها به جای اینكه تهدیدی برای كارگران خط مونتاژ قلمداد شوند در واقع توانمندی های ذاتی آنها را بهبود می‌ بخشند.
این ربات‌ها در اندازه‌های 60 تا 130 سانتی متر در انجام كارهایی که برای انسان خطرناک و یا تکراری هستند و یا كارهایی كه در مكان های تنگ و دارای دسترسی سخت، مانند کار در زیر خودرو انجام می گیرد و یا وظایفی كه ربات ها برای انجام آنها چابک تر بوده و با دقت‌ بیشتری عمل می كنند بسیار مناسب می باشند و تفاوت عمده كوبات‌ ها با دیگر ربات‌ های صنعتی در این است كه كوبات‌ ها قادرند به طور ایمن دوشا دوش اپراتورها كار كنند، به عنوان مثال، رنو کوبوت ها را در چند کارخانه برای بستن پیچ و مهره‌ ها به اندازه گشتاور مشخص به كار برده و به این ترتیب مجموعه وظایفی که می تواند برای انسانها سخت و تكراری باشد را با كیفیت یكسان و كارایی بیشتری انجام می دهد.

 ربات همكار KUKA با نام LBR iiwa

بهره‌گیری از این دستیاران كوچك برای شرکت‌ها جذاب است، مخصوصاً كه كوبات‌ها با هزینه‌ای کمتر از 50000 دلار با توجه به طیف گسترده كاربرد آن‌ها نسبتاً ارزان تلقی می شوند.
از بارزترین مزیت‌های آنها می‌توان به قابلیت برنامه‌پذیری مجدد آنها اشاره نمود، این عملیات به قدری ساده طراحی شده كه کارگران خط مونتاژ اغلب می‌توانند خودشان ربات‌ های همكارشان را دوباره برنامه‌ریزی مجدد كنند و این به آنها اجازه می‌دهد تا بدون توقف تولید سریعاً دوباره کار خود را از سر بگیرند. این قابلیت ربات‌های همكار كمك می‌كند تا چالش تنوع تولید انواع مختلف محصول تا حد زیادی بهبود پیدا كند.
از دیگر نقاط قوت كوبات‌ها این است كه بر خلاف بسیاری از سلول‌های رباتیک متداول که باید محصور باشند و با استفاده از علائم و تجهیزات ایمنی کارکنان را از ناحیه كاری آنها دور نگه داشت، كوبات‌ها به عنوان یك همكار بی‌ خطر و ایمن، کارهای خود را بدون اینکه به انسان آسیب برسانند انجام می‌دهند، زیرا این ربات‌ها طوری برنامه‌ریزی شده‌اند كه با دقت بسیار بالایی حضور یک جسم در مسیر حركتی خود را تشخیص داده و به سرعت متوقف گردند.

 ربات همكار از نوع universal ایمن برای اپراتور بدون نیاز به فنس

اسكلت‌ های پوشیدنی

مثال دیگری از اتوماسیون که توانایی‌ های بومی انسان را تقویت می‌کند، اسكلت‌ های پوشیدنی هستند، کارکنان خودروسازی می‌توانند این ربات پوشیدنی را بکار گیرند تا آنها را به اندازه کافی حتی برای بلند كردن تایر کامیون‌ های سنگین قوی كنند و یا با کاهش استرس در بدن آن‌ها در انجام کارهای مونتاژ تکراری به لحاظ آرگونومیكی كمترین آسیب به بدن آنها وارد شود. این اتوماسیون پوشیدنی به ویژه برای ارتقاء سطح بهره‌گیری از نیروی انسانی حائز اهمیت می باشد، زیرا میانگین سن کارگران تولیدی در بسیاری از اقتصادهای صنعتی مانند ایالات متحده، اروپای غربی و ژاپن بالاتر از 40 سال می‌باشد و به این طریق محدودیت‌های ناشی از توانمندی‌های فیزیكی آن‌ها مرتفع می گردد.

 استفاده از اسكلت پوششی از نوع esko در خط مونتاژ

نتیجه‌ گیری
رؤیای راجر اسمیت از یک کارخانه چراغ خاموش تا به حال تنها در كارخانه تولید ربات Fanuc در ژاپن محقق شده است. این واحد تولیدی از سال 2001 تاكنون قادر است تولید 50 دستگاه ربات در روز را به وسیله تولید رباتیك و بدون استفاده از سامانه روشنایی و تجهیزات گرمایشی و سرمایشی و حتی بدون عملیات سوپروایزری برای بازه‌های یك ماهه تولید كند.

Fanuc ربات‌ ساز ژاپنی به عنوان یكی از بزرگترین برندهای ربات صنعتی

با این حال درحالی که ربات‌ها و اتوماسیون بخشی عمده‌ای از گرداننده‌های صنعت خودرو می باشند، به نظر می رسد چراغ‌ ها همچنان روشن و رؤیای پیاده سازی كارخانه چراغ خاموش در صنعت خودرو دور از ذهن باقی بماند. اما با این وجود در جهانی كه انقلاب صنعتی نسل چهارم تمامی ساختارها را دگرگون كرده و هر لحظه، دستخوش تغییرات و نوآوری‌ های چشم‌گیری می‌باشد، به لطف اختراعات و اكتشافات هر روزه تحولات زیادی در کارخانه‌های خودروسازی آینده شاهد خواهیم بود.

مراجع

• https://hbr.org/2018/05/tomorrows-factories-will-need-better-processes-not-just-better-robots
• tomorrow’s factories will need better processes, not just better robot/ ron harbour and jim schmidt/ risk journal | rethinking tactics
• https://en.wikipedia.org/wiki/Oren_Harari
• https://en.wikipedia.org/wiki/Lights_out_(manufacturing)