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電動車的心律調節器

電動行車在汽車產業中算是新興業務領域,於是各家無不致力於在此開闢新途徑。自動化專家 SAR 也因此為電子組件專門開發了一條完整的生產線,其中整合了 11 架 KUKA 機器人,以便能夠全自動化地生產電動車的核心組件。


自動車控制元件的自動化生產

這個電子組件堪稱是每一輛電動車的心臟。這個比鞋盒稍大、重量約 12 公斤,外觀不起眼的裝置,卻是車輛中負責將電池的直流電轉換成交流電的中央控制元件。只有透過這個裝置,引擎才能利用零排放的能源工作,並將其轉化為驅動力。即使現今電動車蓬勃發展,但是對於汽車產業而言,在車型生產和開發的經驗方面,電動車尚為相對新穎的技術。

因此,合適的電動車智慧生產概念,以及如何將其整合至生產過程中,都是熱門議題。供應商在此便扮演了非常重要的角色。因為在這種情況下,供應商不僅一如以往繼續提供預組裝和精確的單一零件,而且也積極參與開發過程,就像來自德國巴伐利亞 Dingolfing 的 SAR 公司。這家公司致力於為汽車產業及其合作夥伴開發和製作例如加工解決方案等等。
精密組裝:一架 KR CYBERTECH 將內部電子零件裝入電動車控制單元的外殼中。

在 KUKA 機器人的協助下打造車輛的心臟

例如受到一家一級(Tier 1)供應商的委託,打造了一條電動車電子組件的生產線;而這也好比一場心臟手術,絕非易事。「我們的目標在於將機器人作為工具,尋找傳統方法無法實現的智慧化解決方案」,SAR 公司的銷售總監 Georg Dullinger 如此解釋。在這種情況下,這代表了必須建立起一套自動化生產過程,而且不僅僅只是組裝電動車的零組件,而且還要能夠標記單一零件、執行螺栓連接和黏合作業,以及測試和檢驗中間步驟和最終成品——也就是必須控制和監測所有流程步驟
即將完成:在自動完成蓋板組裝之後,電動車的控制單元便完成了。

自動化:最大靈活度為基本先決條件

 Dullinger 解釋道:「一整排的機器人單元是不夠的。這個過程沒有藍圖,也沒有所謂的最佳實踐。」相反地,SAR 為所有單一自動化步驟研發出了合適的解決方案,以及與整體概念的智慧連結——而且是早在製造商的車型進入量產之前。「我們所面對的挑戰是要提供高靈活度:在整個開發階段期間,最終車型總是不斷地受到修改。只有車輛的安裝尺寸是確定的。而內部則是大量採用模組化結構。」
位於 Dingolfing 的 SAR 廠房中,採用不同機器人單元的自動化生產和組裝系統正在進行試運轉。
在生產線上,車輛組件也仍有變動,都必須快速做出應變。簡而言之:開發和生產過程都必須非常彈性靈活。這或許也是為什麼有時候一家汽車集團的技術總監會站在門前的原因,因為他想要瞭解自動化的程度。「對於我們這種規模的公司而言,這是很不尋常的」,SAR 的專案負責人 Franz Steinbauer 笑著說。
自動化組裝車輛:一架 KR QUANTEC 機器人正在檢測已安裝好的電動車控制單元的功能性和密封程度。

工業機器人確保精確組裝電動車

多年來開發工作的成果,不僅只受到領導階層的肯定:在目前的生產線配置中,一共採用了 28 架機器人,其中 11 架來自於 KUKA。他們負責所有自動化相關任務,也就是用螺絲栓緊或黏合 47 個單一汽車零件並進行檢查,最後再將控制單元與車輛組合——可說是最高技術水準的自動化。

借助 KUKA 機器人,我們可以做出各種程度的擴展,甚至延伸至整個生產過程。

SAR 銷售總監 Georg Dullinger
每個組裝步驟起初聽起來平淡無奇:工業機器人將各種電子零件裝到電動車控制單元的外殼裡。接著進行清潔並檢查、分類或是後續加工。以上就是基本概念。然而,這個核心元件對於電動車成品的生存,卻是至關重要——因此必須謹慎且精確地執行每一個組裝步驟

機器人技術:在無塵室環境條件下打造電動車

例如在製造過程中首先清潔黏合部位。這時候,一架 KUKA KR AGILUS  機器人會用一組等離子噴槍沿著黏合部位,以 30,000 度高溫的離子氣體清除灰塵顆粒和其他污染物,然後再塗上密封劑;一架 KR CYBERTECH 則負責將各種零件裝入外殼中。「即是只是極小的電流,也可能會摧毀敏感的零件,所以電磁相容性在這裡特別重要」,Franz Steinbauer 如此說明。
一架 KR AGILUS 使用等離子噴槍清除黏合部位的灰塵顆粒。
之後另一架機器人會用螺絲將組件鎖緊。「我們為 8 種不同的機型一共使用了 158 個螺絲」,專案負責人解釋,「系統每 4 秒鐘經由一條軟管送出一個螺絲。」這聽起來很平常的動作,實際上卻相當複雜:由於螺絲是以散裝方式交貨,而這種包裝方式自然會使各個金屬零件之間產生磨損,因此這裡採用一個分路器藉助壓縮空氣來分離螺絲和粉塵。因此,組裝工作等於是在無塵室環境條件下進行。
機器人自動化組裝:一架 KUKA 機器人在為外殼塗上密封劑。 
先組裝,再檢測:一架 KUKA KR QUANTEC 機器人正在檢測電動車控制單元。

水和電在生產過程中兩不相容——是嗎?

「我們為整個組裝過程中的每一個零組件製作所謂的『資料樹』。意思是,從最小的螺絲到電動車的外殼蓋,我們都能明確知道它們的來源以及加工方式。如此一來,如果之後電動車出現故障,就能夠找出可能的原因」,銷售總監 Georg Dullinger 解釋道。

在這期間,會不斷地對車輛進行密封性檢查和功能性測試,以確保高品質的加工處理。最後一個步驟尤其精彩:一架 KR CYBERTECH 機器人將已完成的電動車控制單元從輸送帶上取下,然後在其中注入水。「理論上來說,水、電和數據技術絕不應聚在同一處」,SAR 的專案負責人 Franz Steinbauer 說,「但是在這種情況下,我們在大約 100 秒以內,將所有東西放在一起。水在接下來的步驟中將發揮冷卻的作用。」

何種自動化程度最適合?

KUKA 機器人將控制單元放入高壓和低壓絕緣測試裝置中——畢竟交流電最後會在這裡流過電動車的「靜脈」。接下來便是為電動車安裝作業系統,也就是為之賦予生命。在合格通過所有測試並將水排空之後,控制單元便已準備好作為車輛的心律調節器了。
小巧,但強大!利用 KUKA 機器人製造電動車控制單元。
至目前為止,仍由員工將零件放到生產線上,並在最後取下完成的電動車控制單元。但從長遠觀點來看,這個過程步驟也能夠自動化完成。Georg Dullinger 說:「我們現在就可以利用自動導引運輸系統,將各種不同的電子零組件從所謂的『超市』中取出,然後運送到各工站。這種解決方案不僅可以靈活擴展,更可以依據個別需求進行調整。」

例如,可以建立不同階段的生產線,其中一部份甚至可以讓供應商使用。Dullinger 也表示:「借助 KUKA 機器人,我們可以做出各種程度的擴展,甚至延伸至整個生產過程。我們應打造什麼樣程度的自動化技術,完全取決於我們的客戶。」

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