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走进日本,探寻日本制造企业专注与精进的奥秘

2020/6/16    来源:e-works    作者:刘晨煜      
关键字:日本  华中科技大学  社会实践考察  
2020年1月18号,为期10天的华中科技大学机械科学与工程学院日本考察之旅圆满结束。细细回想这10天的经历和收获的知识,不论是从日本的风土人情还是众多工厂的运营情况,着实有说不完的感想。

    2020年1月18号,为期10天的华中科技大学机械科学与工程学院日本考察之旅圆满结束。

    细细回想这10天的经历和收获的知识,不论是从日本的风土人情还是众多工厂的运营情况,着实有说不完的感想。旅程的终点并不只是安全顺利的返回,而是在于经历后有所收获并将其好好的记录下来,只有一份包含心得体会的报告才能为这旅程打上一个圆满的句号。

考察出发前合影

图1 考察出发前合影

企业篇

    一、松下电子回收厂

    日本作为一个自然资源相对匮乏,原材料需要大量进口的国家,却能在战后经济复苏飞快,成为世界公认的发达国家,究竟是如何做到的。松下电子回收厂首先给出了答案。日本产业总是因市场而生,由于旧家电处理困难,需求和遗弃量大,但其资源质量高,日本政府因此出台了家电回收法,即主要包括消费者需支付第一次搬运回销售商的费用A,销售商有着回收搬运的义务,以及回收处理厂最终的物品。相对应的,为了使该法获得更好的成效,回收费用A的降低以及提高回收利用率便成了该企业需要解决的问题。

    在接下来的参观当中,我们发现工厂整体的回收流水线是由机器为主,工作人员为辅的形式,拆卸工作主要由人力完成,而一些可能会产生水银等有害气体的家电会在单独的隔间进行。通过介绍我们得知其实工厂近年来也一直在引入更多的机器人来替代人工,逐步提升工厂自动化的程度。流水线突出一个高效,分工明确,洗衣机空调冰箱每日都计划达到1000+的工作量,实际完成的台数和剩余台数都显示在液晶屏上,用以时刻提醒工人们的进度。

    松下回收工厂的分类技术是其一大特色和优势,通过振动分离、电磁分离、质量导致的惯性不同分离、浮沉分离,以及红外反射光分离等方式,可以将不同的材料高效准确的进行分类处理。这给了正在做智能分类垃圾桶的我很大的启发。我们的机创项目由于着眼于家用垃圾桶,所以采用最直接的检测方式,通过垃圾材料的介电常数不通过,使用电容开关配合激光测距来分辨垃圾种类。但这会有许多局限性,例如垃圾投放的姿态和位置会一定程度影响程序的判断,但通过多种检测方式,就可大大提高精度。材料的自动分类仍是目前科研界的一大话题,还需我们更多的探索以便社会更好的发展。

    松下家电回收厂不为盈利而回收,是真正为环保节能节约做贡献,何以见得?其在流水线上使用的盐水不会直接倒掉,而是想办法将其回收,且回收利用率高达98%。而消费者回收一台家电的金额也尽可能压低,一再达到国家最低标准,最低国家就不允许了(日本政府要求企业必须盈利)。在松下工厂,我们看到了将国民利益摆在企业获利前面的优秀企业品质。

    二、京瓷总部

    这是一个低调却实力技术底蕴雄厚的公司,它很好的诠释了什么是强者为弱者服务。据介绍,京瓷许多陶瓷的制造商份额占全世界的50%以上,更有几种陶瓷的生产处于垄断地位。而在半导体零部件和电子元件如此广泛应用的今天,倘若京瓷拒绝对外供货,那将意味着我们的许多科研项目将直接刹车停止,难以进行。

    在做机器人的时间中,我从未仔细想过最开始落到我手中的板子和芯片是怎么来的。而身处京瓷,才发现这简直是硬件天堂。该公司真正告诉我们如何将陶瓷这种材料发挥到极致,运用到摄像头、显示屏、电池、太阳能发电、医疗器械等多种领域。

    而后我们前去了解了稻盛和夫这个哲学家、企业家,才终于明白为何京瓷是个如此默默奉献的公司。正如稻盛和夫所言的“敬天爱人”,他深知企业家必须放弃一己之私,使工作者的物质和精神两方面得到满足才能使企业长久,因此他严以律己,宽以待人,其发展企业的出发点不仅仅是为了国民,更为全人类的进步。对于他,“伟大”二字形容与他并不为过。

    再论其阿米巴经营模式,为什么众多企业效仿,成功者甚少。我认为是稻盛和夫的哲学价值观在之间起了很大的作用,其与佛学相似的哲学观让他有了很好的挑人看人的能力,他的企业经营能力并不是基于技术层面上,而更多的是从思想上起步,即一个人只有从根本上有着这样的经营能力,才能被其选中作为管理者,从而组建起思想上较为统一的阿米巴模式。

稻盛和夫

图2 稻盛和夫

    三、丰田产业技术纪念馆及工厂

    丰田早期是做纺织的,但从其纺织技术和自动化程度来看,也无处不体现出日本科技与精致设计的结合。纺织所使用的棉花可塑性强,一根棉线断掉以后直接手动对上继续转动就能使其又接连在一起,而且经过机器缠绕,棉线的韧性会变强许多,且剪断后其纤维方向非常整齐。

    丰田在一开始便有了成为一家大企业的野心,在当时缺乏铁的日本,喜一郎明白汽车制造最为重要的是材料,且汽车不同部位所需铁的性质也不同,因此他毅然选择在自己的公司生产用于汽车制造的铁材。

    引擎是一辆汽车的心脏。丰田最开始参考了雪佛兰轿车的引擎,在铸造形状复杂的气缸体和薄的金属上,他们着眼于福特汽车所使用的油砂芯。最终丰田的完成品超过了雪佛兰的65马力A型引擎。

    试制车的车身是用手工制作的,采用了流线型设计。日本擅于学习,参考了当时被评价为最先进的美国公司的迪索托气流设计。

参观丰田产业技术纪念馆

参观丰田产业技术纪念馆

图3 参观丰田产业技术纪念馆

    日本政府颁布的《汽车制造事业法》同样推动了汽车业的发展,丰田公司为了被选定为政府制定公司,短时间实现了月产两千台的规模,并开始制造卡车。

    丰田生产汽车流水线主要包括:冲压(包括冲孔、弯曲),焊接(点焊、辅助点焊),涂装(电泳涂装、低涂、中涂),装配,检测(漏水、刹车等)。

    一辆汽车约焊接4000处,以300kg的压力和1万安培的电流进行点焊。冲压和焊接基本全自动化,工人只需要负责眼观手触,对完整的部件(车门、车顶、引擎盖)进行检查即可。焊接完成后,先由工人将车门等临时装配上去,此时称为“白车身”,迎接涂装工序,涂装分为三层进行,完毕后还需吹尘净化,去除水分和油脂。进入到装配工序,先将车门等拆卸下来,由机器协助搬运安装内部的座椅、空调等车内设施。车门等重新安装后就进入检测工序。

    如今丰田公司的汽车制造已经非常成熟,但它仍在不断创新,从喜一郎对蓄电池的研发,到“对客户需求的多样化和高度化做出应对的汽车制造”。我们需要学习的其实不仅是技术,更要学习其对自家企业产品细致入微认真的态度。

    四、朝日啤酒工厂

    在去名古屋朝日啤酒厂之前,我并不知道原来酿造啤酒可以达到如此工业产品化的程度。从原材料到最后的包装货品,都是极为讲究且基本完成了全自动化流水线生产。

    酿酒中使用的大麦、玉米等都需要在严格控制的温度下发酵,发酵到一定程度后会通过机器对酵母数量以及其他微生物成分进行检查。同时还会利用过滤管、半透膜对酒进行一定程度的过滤。而酿造好的啤酒会由多名持有专业证件的品酒师进行品尝,一人5杯,可见其对啤酒质量的严格程度。

朝日啤酒立体化的生产线

图4 朝日啤酒立体化的生产线

    封装包装的流水线最多同时存在5个工人,因此其罐封、瓶封、桶封基本由机器完成。空罐的运输是以气压为动力,罐装机的工作效率达到每分钟1500罐,然后再通过封盖机,在瓶口接合处弯曲按压使其封合,而后成批包装运输至各地。

    五、三菱电机制作所

    三菱是我未来所憧憬的企业公司——产品以机械为本,通过高度的机电一体化技术,为满足市场需求而作出努力。生产链与工程链相互影响,三菱公司与时俱进,也相当关注市场需求以及其他竞争企业。

    理想的生产工程应是:全自动化,无人工成本,无过剩的状态。此外,还要考虑到由于设计周期过长导致的产品落后时代的问题。因此这需要一定的人工柔性设计。e-factory针对此提出由结果管理转变为流程管理。在e-factory综合解决方案的体制下,实时数据反馈,实现易于管理、利于拓展、合作便利的智能制造模式。

    e-factory的概念分为三个部分:IT系统层(上)、边缘计算层(中)、生产现场层(下)。其概念图类似与计算机网络设备的树状分布。我们本次参观的可编程控制器即属于下层,所生产的电路板经过贴装(回流焊接、贴片)、插件和组装,就可成为一个小pc机用以控制一个项目。其中每一步完成都会立即进行检查,次品消灭在本工序。贴装自动化程度达到96%,插件却因为小批量、多品种的特点,主要靠工人安装,自动化程度20%。MELSEC系列以其高可靠性和品种齐全的机型,为构建灵活的生产线做出贡献。

e-factory概念

图5 e-factory概念

    下层多个cpu之间的通信基于IQ Platform,在本地网下进行数据传输,而于中层的通信依赖于以太网或是cc-Link IE。中层主要负责的就是控制、收集下层数据并过滤出有用的实时数据反馈给上层IPC工业电脑。同时它还设有软件平台,并可以让其他不同的组织参与进来,实现商业合作。

    上层接受到中层的信息,以显示器展现出来,上层可对中层或下层发布指令,因此下层的运作是由中层的闭环下达与上层的直接下达共同控制。

    e-factory的方案解决模式实质上就是一台智能机器人的缩影,闭环控制的不仅保证机器精度,也是大方向上实时反馈市场客户信息与需求。它同样还存在一些需要解决的问题,我们的国有企业,应该向其学习,但我们还是那句老话,结合国情,取其精华,弃其糟粕。

    除了控制器产品,三菱还拥有优秀的驱动设备如数控装置、无感伺服电机、三相马达、变频器、AC伺服、离合器、永磁电机以及机电一体化的工业机器人和激光/放电加工机等等。

    六、Denso电装工厂

    如今的汽车不断向智能化发展,今天参观的电装Denso公司在智能化汽车制造中起到了中流砥柱的作用。

    降低油耗是传统燃油汽车面临的一大问题。Denso为解决该问题,从减少行驶油耗和有效利用燃油两个方面出发,一是研发发动机,提高半导体性能,二是通过减速再生系统、蓄冷系统、导航协调系统,提高动力效率。为达到安全、舒适、便利,结合环境保护,电装也从多方面发展技术。

    混合动力车动力分配装置包括了发动机和电机,电装自行设计的逆变器可将直流电转为交流电,可以有效的进行加速减速,大大提高了动力效率。燃烧汽油会产生粒子状物质和氮氧化物,温度高可减少粒子状物质,但会增加氮氧化物的产生,温度低则反之。电装共轨系统下的燃油喷嘴通过高频率的喷射,燃油粒子化,可同时降低两种有害物质的排放。同时,每次喷射即由五次组成,大大降低了噪音。

    汽车智能化是电装公司的一大发展方向。首先是其先进的毫米波雷达传感器,结合起激光和图像传感器,每0.1秒进行一次检测,可以提高行车安全。其次是先进的智能移动系统,涉及实现ADAS(高级驾驶支援系统)/AD(无人驾驶)所需的行驶环境识别、HMI、信息通信、车辆运动控制这四项技术领域,进行协调开发。

    日本许多企业产品的生产都是为市场需求即客户需求服务的,一辆令客户感到舒适的好车,车内配备的各种设施也是十分重要的。电装所生产的从传感器,半导体、ECU、平台等整合系统,到其动力传动技术、热能系统、电气化系统,同时向客户舒适和环保节能两方面发展。

    七、大福日新馆

    物流是当今国内发展相当迅速的行业,大福日新馆给我们展示了目前世界最为先进的物流企业的内部运作。大福日新馆展示的项目主要包括汽车自动装配线、单元拣选式自动仓库、箱盒式自动仓库系统,以智能化自动搬运管理分类拣选为主体特色,与海内外各种企业合作。

    大福的物料搬运技术经过几十年的经验积累,如今已非常成熟,拥有世界最快的自动仓库;在直角拐弯处通过履带升起进行转向;运输升降机有些采用尼龙材质的皮带运输,有着噪音低的优点;自动拣选仓库由拣选部分和存储部分组成,中间由一个直线电机控制的快速托盘连接两部分,拣选好的箱盒由其运送到对应的收货轨道。

箱盒式自动仓库系统

图6 箱盒式自动仓库系统

    与我们之间去的日本其他大型企业,他们的产品都涵盖许多领域。大福与各种企业合作,日新馆内还展示了许多先进技术与产品。其中包括自动洗车机、视觉辅助人工拣选系统(摄像头、重量差错,大大降低了分类错误的情况发生)、利于标记与清除的电子标签、更加安全的HID非接触供电、投放易碎品所使用的皮带阀门等等。

    其中我对振动抑制最为感兴趣。寻常的电机控制,不论是伺服电机、舵机,还是通过编码器用pid的算法跑位置环,都无法保证使电机准确无误、几乎无抖动的停在我们想要的位置。大福日新却给我们展示了其强大的振动抑制技术。通过参观后的询问得知,其振动抑制技术主要从材料和算法两方面入手:一是使用树脂材料,有一定的减震能力;二是通过一种感振的传感器,在算法上做闭环控制。因为其振动的本质是阻尼振动,我的猜测是以传感器传回的振动波形,预知并输出位相相反的阻尼振动波,从而有效达到减振的作用。但是以多少微秒为一周期,如何用算法预知波形,是否可以用pid协助计算等等这些问题都需要更多的调试。

生活篇

    除了走访多家企业,我们还走了许多神社、寺庙、商业区,感受地道的日本风土人情和大和民族的生活与思想。思维是人们做事的根本,尝试去了解其思维模式,也以便我们更好的看懂日本企业运营。

    日本企业做的产品往往在细节上非常优秀,这同样体现在他们的服务业中,从去日本的第一天,我就发现了酒店洗手间的镜子后面在正中间的一片区域是有加热的,这样可以保证在住客洗完热水澡后,镜子中间那一块不会因水蒸气液化产生一层水雾。

    从长远的历史上,日本作为一个岛国,其资源匮乏,且邻近国家都是大国,民族自然而然养成一种较强的危机意识,从这一角度上即可理解日本人民的敬业精神以及企业的环保意识。不如中国资源丰富,没有那么多的容错率,因此环保节能对他们来说一直是放在首要,老早就开始垃圾分类,细致专注的工作精神也是必不可少的。

    如今中国GDP已经超越日本多年,这让日本对曾经落后的中国有所改观,然而正如王志华老师所言,国内现在的制造技术比起日本确实相差甚远。国内许多企业在与外企合作学习技术时,更多的看中金钱利益,失去了外企信任,同样也失去了许多学习先进技术的机会。要想让我国技术得到快速发展,我们应规范化企业的国际合作,吸收外部技术,发展独有的技术,不能只学了一个外壳,却没弄明白其机理。要学习王老师所说的柔性生产,只有当外部技术被我们真正吸收,才能轻松的在其上进行拓展。

小结

    此次日本之旅不论是从企业知识的学习还是从民族风土文化上,我都收获了许多,当然还有结交了我们团中各种优秀的同学,其实已经大大超出自己心中的预期。非常感谢十天来同学们的陪伴与相互帮助,非常感谢何导的细致入微的照顾(和代购),非常感谢张老师挑起了我们团的技术担当,为我们讲解了许多专业知识以便更好地理解企业,非常感谢纯子姐一路以来不辞辛苦的讲解,让我们了解日本地道的文化。当然了,非常感谢戈经理的陪行和她身后的e-works公司和黄培博士,以及非常感谢机械学院给了我这次宝贵的机会,走进国外大企业的前沿,切身体会顶端的专业知识领域。

    这次与我们专业息息相关的企业考察认知实习,让我燃起了心中的奋斗之火,明白了我们现阶段学习的东西究竟是为了什么,明确了努力的方向。在国内经济与技术有一定偏差的今天,许多优秀的技术型企业其实已经蓄势待发,需要的是能够专注、踏实且有实力的新生力量。借王志华老师一言,“专注做技术,靠的不是想赚钱,靠的是热情”。

责任编辑:程玥
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