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三只手的新型压铸机器人 一场世界级的黄冈智造>
阅读 988 次  发布于:2016-5-12

范学鳌 2015年3月26日上午9时,黄冈经济开发区珠明山工业园内,高科铝业公司的6号压铸机器人已经连续工作了360个小时。每50秒,就有一只洗衣机转筒三角支架成品被生产出来。

    这是一个历史性的时刻。在这只三角支架里,蕴含着黄冈企业面临的艰辛与挑战;记录了黄冈工匠所付出的拼搏与抗争;更重要是,这只三脚架里,我们可以看到创新的力量和希望的未来。这让人激动。

    我离开记者岗位快10年,这篇文章本不该我写,但是在新闻记者队伍中,工科生是稀罕物件。我个人认为,没有工科的底子,很难准确通俗地将这件事情写清楚,说明白。而我确实有记录的冲动,不仅现实值得描摹,成就的值得宣扬,更重要的是,它可能激发某一颗年轻的心灵,产生对机器的兴趣,产生对工业的崇拜,从而立志成为一名能为他人改善生活的大匠。黄冈需要大匠!中国需要大匠!

    作为一名曾经的工科生和技术工人,我越俎代庖,将这一个历史时刻记录下来,为黄冈工业进步留下一个真实的底存。

    伤脑筋的三脚支架

    三脚支架,是洗衣机的核心部件。它带动和支撑滚筒高速或低速旋转,完成脱水和洗涤动作。它的要求不仅是轻巧、坚固和耐用,最重要的是,在高速旋转过程中,不能产生大的径向摆动。摆动一大,洗衣机会发生明显噪音。这个摆动值,是三脚支架的核心标准。目前,世界洗衣机品牌的前两名,海尔的要求是不大于0.8毫米,西门子的标准更严格,不大于0.6毫米,而一般产品标准在1.2-1.5毫米之间。

    生产一只三脚支架需要三道工序。第一道工序是压铸,液态铝倒入模具中,被压铸成带中孔的三脚架盘;第二道工序是冲压,将一枚钢质的轴压进中孔,与架盘紧密结合;第三道工序是钻孔,预留支架与滚筒的螺丝连接孔。

    传统的工艺是,工人持8千克的钢瓢,将2千克600摄氏度的液态铝倒入模具中。压铸机每50秒钟做一个往复动作,工人需要很熟练的技巧,才能契合机器的动作。操作台离熔铝炉不过一米的距离,温度很高。工人必须全神贯注的操作,一不小心就有可能被烫伤。如果注入的液态铝过量或不足,都有可能导致工件报废。压铸出来的铝架需要运输到冲压车间,用冲床将钢轴一枚一枚的压入中孔。

    采取这样的工艺,每天至少需要3名压铸工,一名冲压工,才能完成1600件的生产定额。这1600件中,成品率一般只有80%。20%的报废工件需要回炉熔炼,等待下一次压铸。

    这几乎已经是国内最好的成绩了。高科铝业一直是海尔的配套生产商。能够通过海尔苛刻的质量控制体系,还要接受海尔近乎残酷的成本控制,这样的生产商在国内也没有几家。即便是这样的水平,还是跟不上市场要求。2015年,高科公司利润水平大幅下降。

    能够高速稳定旋转的三脚支架是高科公司系列产品中科技含量最高的,也是主要的利润来源。支架生产线转的动,企业就能正常运转;支架项目有个闪失,企业就转不动了。

    企业面临生死抉择,这只三角支架让人伤脑筋。

    一场世界级的黄冈智造

    逼出来的创新

    2002年成立的高科铝业是国企破产改制后发展起来的民营企业。它的前身是黄冈铝业总厂的压铸车间。

    压铸车间民营化后,车间主任高中云牵头成立了黄冈高科铝业压铸有限公司。创业初期很艰难,先后给国内的一些汽车、摩托车、洗衣机做压铸件。由于产品质量过硬,高科成为海尔洗衣机的定点配套生产商,企业度过生存危机,进入稳定期。

    一次创新给高科带来了十年的黄金发展期。2004年,高科公司在铝合金材料研制上取得了突破。他们在熔铸过程中,加入适量的稀土材料,采用永磁体搅拌技术,极大提高了铝合金材料的强度。这项发明专利,让高科公司在市场竞争中有了极大的成本优势。同样的产品,高科用50%的材料就可以达到强度要求。凭借轻巧和坚固,高科公司在海尔公司取得了越来越大的合同份额,产品也从一个种类发展到三个种类,还获得了轴承底座、三角支架等利润率较高的产品订单。2005年到2014年,订单充足,效益良好,生产规模扩大,高科公司年产值从1000万元,增加到1亿元。

    可是,一项技术红利吃不了一辈子,因为市场的特点就是步步紧逼。

    几年来,高科公司遇到的最大困扰是招工难。不仅如此,工资增幅大,人力成本急剧上升。2010年至2015年,职工年人均工资翻了一番;而同期,海尔配件的订购单价累计下降25%-30%。一进一出,企业承受压力之大可想而知。

    这是零和的博弈,无法两全。工资低了,请不到人;高了,负担不起。于是,机器人替代成为必须的选择。

    高科公司开始寻找合适的机器人,然而寻觅的结果让他们大吃一惊。市面上居然没有,不仅中国没有,全世界都没有!

    这也好理解,世界前十大洗衣机品牌基本来自中国、德国、日本和意大利,而绝大多数压铸件又都在中国生产,采用的也是与高科公司一样的工艺流程。意大利卡迪公司倒是采用了机器人压铸,然而,他们的机器人只完成输送液态铝的动作。这款技术,只能替代一名工人操作。一只手的意大利机器人,不能完全满足高科公司的需要。技术引进这条路显然走不通。

    高科面临的情况,正是中国工业界的“新常态”。在过去的几十年里,中国的制造技术一直在追赶,通常的说法就是引进、消化和吸收。这条路走到今天,差不多到了尽头。因为,中国所采用的技术和工艺,很多是世界最先进的了。这里需要指出的是,工业生产采用的技术和工艺,并不单单考虑先进性,更多的考虑是生产成本。技术工艺必须服从于成本,合理的才是正确的。3d打印技术可以做出更完美的三角支架,但是海尔和西门子一定不会用,因为成本!

    没有现成的,怎么办?

    摆在高科面前的有两条路:一条是市场策略,调整方向,用现有技术,转产其它能挣钱的产品;另一条路是技术策略,自己创新,研发自动化装置。

    高科公司的决策者认为,第一条路是苟且偷生,因为技术不进步,企业迟早有一天要被淘汰;第二条路才是长久发展之路。

    黄冈工业史上必将记下这一笔: 2014年12月,黄冈高科铝业压铸有限公司自制机器人项目启动。

    机器人项目,总预算近300万元。对于高科公司来说,这是一笔巨大的开支。民营企业的技术升级尤为艰难,庞大费用中,除向上争取到的18万元节能项目补助外,其余全部靠民间融资,融资年利率在12%-15%之间。对于微利经营的黄冈高科来说,这是砸锅卖铁、破釜沉舟之举。

    这是被逼的。做,如果不成功,企业可能会死;如果不做,一定会死。

    一场世界级的黄冈智造

    三只手的机器人

    一台压铸机,是钢铁铸就的立方体,数十吨重。黄冈高科给压铸机装上三只手。一只手往压铸机里倾倒液态铝;一只手冲压钢轴;第三只手将完成的工件从模具中取出来。

    黄冈高科的机器人,长的并不像人,但是它的动作,却像一个武林高手,一招一式,有板有眼。其精确程度,令人叹为观止。

    第一招,仙人指路。它的手从熔炉中抄起一杯600多度的铝液,划了一条优美的曲线,刺向正在闭合的两扇模具。就在模具即将关门的那一霎那,机器人手腕一翻,将铝液一滴不剩的注入其中。

    第二招,白蛇吐芯。当模具展开时,液态铝已经被铸成有三支翼一个中孔的铝盘。钢质的中轴正好被传送过来,机器人敏捷地拿起钢轴,抬手送出。闪着寒光的钢轴被精确地插进中孔。俄而机器手迅速收回,毫不拖泥带水,正如高手面无表情的收回刺中对手的剑,淡定自然。

    第三招黑虎掏心。这个动作最是鬼斧神工。一只手凌空下探,突然变向,伸出一只鹰爪,将成型的三角支架从压铸机的腹腔里活生生地抠出来,然后迅速平移,带着战利品从高速运动的机器里全身而退,毫发无伤。

    机器人一整套动作玩下来,刚好50秒,心不慌,气不喘。表演结束,它不停顿,不致意,不飞吻也不谢幕,因为接下来,它还要无休无止,永无停歇地继续表演下去。

    因为涉及企业保密技术,我的文章中不能更多地详解技术参数和工艺细节。只能将其成果简要概括如下:

    成果一,黄冈高科将市场上销售的通用机器人,改造为与本厂压铸机相匹配的专用机器人;目前,在洗衣机压铸件领域,是全球最先进的机器人系统。

    成果二,重新设计机械部分,简化电脑控制系统,去掉不必要的功能,增加新的功能。高科公司在市场上购买一台类似机器人,加上安装改造费用,大约需50万元;高科公司自制一台专用机器人,能力更强,而费用不到10万元。

    成果三,拥有3只手的机器人,每一台可以完成过去4个人的工作,现在一个工人可同时管理3台机器人。过去需要专业技术工人操作,而现在,普通的操作工就能胜任岗位。人力资源的效率提高了12倍。

    成果四,重新设计电气控制系统,配置伺服电机,缩短压铸机的通电工作时间。单台压铸机的功率是22千瓦,每小时耗电22度,而现在只需12度,节能45%。

    成果五,机器人精确稳定的操作,使成品率从80%提高到95%以上;产品精度提升了一个档次,三角支架的径向摆动量控制在0.6毫米以内。

    成果六,研发过程中,收获了丰硕的科技成果。目前已经获得了7项技术专利,还有两项发明专利已经申报,正在审核。

    成果七,在黄冈本地,打造了一支能够自行设计、制造工业机器人的技术队伍,摸索出一套自动化装置的生产经验。这为中国制造2025战略在黄冈的实践,培养了一支极为宝贵的技术力量。

    ……

    这一年多时间里,高科公司进行了100多次试验,科研小组在经历了日日夜夜不眠不休的奋战之后,终于研发出三只手的机器人。

    机器人能带来什么?公司经过测算,给了一个让人吃惊的答案。如果全部压铸机都装上机器人,总产能较之前可以提高3-4倍,总成本可以下降25%以上,产品质量可以提升一个档次。单就技术能力而言,高科公司在全世界的同行中,已经取得了绝对领先的地位。

    现在,可以睡个好觉了。

    一场世界级的黄冈智造

    创新有瘾的高中

    黄冈高科铝业压铸公司董事长高中云,浠水人,中等身材,面容清矍。他今年已经60岁,但性格依然率真,脸上经常浮现出调皮的笑容。高兴起来,他拉着我做比试。比试规则,尽量张开手,比大拇指尖到中指尖的距离,看谁的长。

    他赢了!因为他有一双与身材不匹配的大手,手指欣长,有力且灵巧。我估量了一下,他手指叉开的距离接近22厘米。

    这是大匠之手!正是这双手,指挥并操作了这一场世界级的自动化技术创新,书写了黄冈制造业的光荣篇章。

    这不是他的第一次创新,他的职业经历就是在一次一次的技术创新中度过的。

    1972年,高中云没有读完高中,就作为知青下乡,在农村劳动3年。1975年进广济化工厂当上了一名工人,自此人生旅程中就不断闪烁着创新的火花。

    1978年,他研发出耐腐蚀泵的动力密封技术,填补国内空白;1982年,完成电机轴承改造技术;1984年,对深井泵进行改造,获得技术突破;1995年,他发明管材浮动拉伸工艺,又填补一项国内空白……拥有几十项技术革新和发明创造的他,名声大振。 39岁那年,他被破格评为高级技师。

    武侠小说中,经常有这样的画面。内力深厚、境界超凡的高手,随手拣个物什,就能打败持神兵利刃的对手,所谓“飞花摘叶皆可伤人”。高中云有这样的风范,他总能用相对落后的设备,凭借独创的工艺技术,制造出高质量的产品。

    某型号洗衣机轴承底座,一个工件,需要在不同的位置,车出2个口径不一的轴承位,圆孔同心度误差不超过0.03毫米。对于高精度的数控车床来说,这是个不算太难的任务。而普通车床自身精度不够,做这个活,理论上就不成立。无力购置高档数控车床,那就在工艺上做文章。高中云设计出一种奇形怪状的刀具。2个轴承位和9个工作面一次成型,同心度误差理论上为0。这项获得专利的技术,为高科公司拿下了大把的订单。

    机器人就是个劳动工具。高中云说,一个劳动者,不断改进工具是分内之事,且永远不能满足。搞创新,目的是解决问题,容易满足的人往往忽视问题的存在。找问题要会比较,和最强的比,和最新的比。解决问题要灵活,生搬硬套是没有出路的。

    创新能力源于不断的学习,高中云是个爱学习的人。他40岁以前,规定每天4小时的自学时间,雷打不动;40岁之后,他走上领导岗位,改为2小时。就在前几年,他还参加武大工商管理硕士学位班学习,是班上年龄最大的学员。工厂的事情千头万绪,但他从不缺课。

    从目前公开的资料来看,高中云领导研发的压铸机器人,在全世界洗衣机制造行业里,自动化程度更高,技术集成度更高,劳动效率最性价比更好。高中云认为,国外不是造不出来,而是他们的生产规模小,太先进的东西用不上。中国制造,提供了巨大的规模需求,先进的技术显得更有必要。这么好的机遇,中国企业还抓不住,就太可惜了。

    厂里的同事说高中云搞创新有瘾。瘾,字典里的解释是泛指特别浓厚的兴趣。

    是兴趣?是进取心?还是责任感?

    还有些感慨

    事先,做了一些功课,采访还是搞了两次。高中云的思维发散,跳跃性强,知识面又极广,跌跌撞撞,很难跟上他的节奏,其间几十年的时间跨度,不同学科的知识贯串,现实和想象的来回穿插,让人觉得漫无边际,很难抓住一条提纲挈领的叙事线索。

    不过,我还是觉得,把高中云和机器人放到黄冈工业发展这个宏大背景中去叙事,是个正确的选择。

    高中云是黄冈第一轮工业化时代的工人,40多年的工作经历正好反映了黄冈工业发展的历程。

    黄冈,湖北东部的地级市,以教育闻名。地方经济长期以农业为主,工业基础薄弱。发展工业,提升制造业能力和水平,一直是黄冈人的期盼。

    1970-1990,黄冈工业起步年代。规模小,起点低,技术落后,靠生产计划和市场保护,得到了一定的发展。发生在这段时间的工业创新,大多是局部的技术革新,没有形成企业的核心竞争力。辩证的看,市场保护也是市场限制,黄冈工业企业没有参与大规模市场竞争,也就没有了技术创新和提高生产率的动力。

    1990-2005,黄冈工业的灰色年代。技术创新能力弱,工业生产效率低的恶果全面呈现,。无论是体制内的国有企业、体制边缘的集体企业,还是体制外的民营企业,都无法面对开放市场带来的冲击,技术落后,生产萎缩,举步维艰。高级技师高中云有一段时间,不得不靠做防盗门窗来维持生计。技术人才外流,进一步迟滞了企业的创新步伐,这个阶段,中国制造与全球经济接轨,而黄冈错过了这轮大潮,工业水平与发达地区的差距明显拉大。幸运的是,企业体制改革后,一些过去技术基础较好的企业逐步焕发活力,为黄冈工业保留了发展的种子。

    2005至今,黄冈工业逐步恢复生机。一些技术力量足,创新能力强的企业,逐步在全球供应链中找到自己的位置,生产规模逐渐扩大,盈利能力稳步提高,更有一大批技术起点高的高新企业落户黄冈。它们共同构成了黄冈工业的中坚力量。

    回顾逝去不久的历史,不难寻出一条规律:工业的发展,靠资本,靠资源,但更重要的,是靠不断创新的生产技术,靠精益求精的工匠精神。工业发展的核心是人,而不是其他!失去资金,失去项目,失去市场,还可以争取,可以弥补,还可以夺回来,只要有人,有一支具有技术创新能力的工人队伍,一切都可以重来。二战后的日本和德国,不就是因为保留了这样的一支队伍,短短20年就重新崛起了吗?

    高中云和他的机器人告诉我们一个事实:有足够的理由对黄冈工业抱以热烈期望!我们眼下的不足,只是因为我们做的还不够!

    祝福黄冈工业!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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