汽车制造商不断引进可穿戴设备,以此缓解压力和紧张,装配产工人看上去像是机械人。AMS报道Audi和BMW最新改革成果

Chairless Chair, Audi

随着汽车制造业内使用的机器人更向人类靠近,而且能够智能协作,人类操作员变得越来越像机器了。可穿戴技术,比如“医疗”手套或扫描手套,还有上下身外骨骼装置,让生产线上的工人们开始拥有机械人的外形了。当然,这不是为了美观,而是为了人体工学;缓解压力和紧张,以及疲劳(这些会导致出现更多错误),从而改善生产效率和质量。

今年3月,BMW宣布,工作环境实现“持久现代化”,“进一步减少不符合人体工学的紧张任务,让工人们有机会将他们的认知能力发挥最佳效果” 。公司称,这个过程需要用到轻型机器人、智能设备和外骨骼装置,创建“更加精益,更加适宜的”生产系统。

Upper-body exoskeleton, BMW

BMW's upper-body exoskeleton is 'passive'

该制造商已经在装配车间使用外骨骼装置,2017年上身装置会从24个增加到64个。这是为了适应南卡Spartanburg工厂的高需求,工厂原有24套装置正在使用中,据BMW生产部外骨骼装置专家Christian Dahmen称,公司拥有很长 “制造创新价值” 的历史了。他说,“2016年,我们在Spartanburg实施外骨骼装置试点项目,想要用到系列生产中。在Spartanburg持续积极的尝试之后,下一步就是要在德国汽车厂全面铺开。”

他说,上身装置像一个T恤,有各种标准尺寸,而且可以根据特殊要求进行改制。BMW与大型制造商和小规模新公司合作,开发了外骨骼装置。Dahmen说,重量、穿着舒适度,穿脱耗时,以及操作优点,都是他们要考虑的重要因素。他说,“材料一定不能对人造成擦伤,压力点或出汗过多,也不能太沉。”

这也是BMW采用‘被动’上身装置的原因,因为这个装置支撑手臂的操作,更多是依赖机械弹簧,而不是伺服电动机。Dahmen说,“这会减轻重量,使外骨骼装置穿着更加舒适,时间也可以很长。”人员对这个装置的接受程度对设备的有效部署非常关键,因此从概念设计阶段到试点项目的实施,BMW非常细心地咨询工人。据Dahmen称,公司目前正在开发其他外骨骼装置应用。


“工人们越来越像工作场所设计师了” – Christian Dunckern, BMW


BMW还在德国工厂使用下身装置。装置结构包括附着在躯干或腿部上的可移动夹板,夹板可以夹在不同的部位上,从长时间的站位转变为坐位,帮助工人们完成座舱预装配等工作,工作中不怎么需要走步。但是在3月份消息公布时,该制造商并没有明确要增加外骨骼装置的数量(目前正在使用的11个下身装置)。Dahmen解释说,“有了辅助系统,我们总在关注优点:外骨骼装置能帮助员工以更高的人体工学体位完成特殊的工作任务吗?员工们证实,高架任务方面的紧张度减少特别明显。”

Chairless Chair, Audi The Chairless Chair is hydraulically adjustable

椅子并不是椅子BMW旗下高端品牌的竞争对手,Audi公司将其下身外骨骼装置称作“Chairless Chair(隐形椅)”。该产品食欲瑞士新建公司Noonee合作开发的,是将碳纤维增强塑料(CFRP)结构绑在后腿、膝盖后部和脚踝后部。波状外形的CFRP框架绑在膝盖后面,就能更具身体尺寸和喜欢的坐姿调节水压,而两个皮外套表面装置可以支撑臀部,就像一个座椅一样。尽管座椅重量只有2.4公斤,但是可以将全部身体重量转移到地面上。因为这个框架是可以动的,工人可以选择坐或站着来完成他们的工作。

去年底,Audi公司对该设备完成了为期8个星期的测试,在德国Ingolstadt工厂完成了40多个测试科目。Audi公司工业工程方法开发部长Mathias Keil说,“试点项目的目标就是看看,员工是否能够长期接受Chairless Chair,感受到无形椅在减少工作压力方面的积极影响。”他说,项目将来的改进重点就是“穿着舒适度,降低重量,优化弹性坐垫”,这些都已经由后援制造商实行了。

在匈牙利Győr的Audi发动机厂正在实行深度试点项目,对座椅的需求与汽车生产还有不同。同时,该制造商与德国图宾根大学合作,检测设备的职业保健优点,并验证人体工学。Keil说,“之后就要在大众集团计划推广无形椅,作为人体工学改进。我们会通过试点项目提供专业支持。”无形椅会在2017年,首次应用在Ingolstadt和Neckarsulm工厂的系列生产操作中。

此外,Audi还计划开发类似的上身装置。Keil说,这可能需要“积极的”外骨骼装置。目前,弗劳恩霍夫研究所(Fraunhofer Institute)正在研究可行性。该研究所创造了“Stuttgart Exo-Jackets”夹克。这些设备的人体工学潜力正在一些样品工作场所的实验环境里进行测验。

着手减少工作压力还有一个即将在大众集团全面铺开的Audi计划就是“医疗”手套,2015年晚些时候在Ingolstadt, Neckarsulm, Győr,以及比利时Brussels等地的1,000名装配工人上进行测验。这个手套是与矫形技术公司Spörer合作开发的。Keil称, 该工艺中最主要的就是“保证舒适度,以及使用中的灵活性”。他说,试点项目中工人们的反馈显示,“他们非常关心手套的填料和穿戴舒适度。”

最后一种产品是Teflon制造的,用以提高持久性,其特点是“抗冲击”。这是一种弹性固定扣件,围在腰上,提供稳定性与吸力泡沫,降低手掌和掌侧52%的压力。因为Audi车门装配工人在每一次工作时要完成300个压条,缓解工作压力显得特别重要。该设备现在正在4个试点工厂使用,用于装饰条的安装、后挡板封条和修剪工作。

实现虚拟装配

2015年,Ford公司宣布,自2003年以来,成功减少50,000工作场所的损伤70%,比率惊人。这要感谢人体工学研究,工作站的重新设计,“数据为动力的工艺改进”和使用升降辅助等设备。AMS曾经报道,这种改变能够降低过度拉伸运动、手动清除局限性,以及高难度安装过程中存在的90%人体工学问题。取得这些成绩,是因为在虚拟模仿制造压力和疲劳详细图像中,提高生产线工人的舒适度,从而将生产战略从反应型转化为前瞻型。

Virtual assembly, Audi Audi uses virtual technology to improve real-life assembly

与此相仿,在2015年晚些时候,Audi公司宣布正在岑石手势控制虚拟装配,以提高实际操作。在虚拟环境中(CAVE),利用墙面和地面上的投影仪和放映面来展示组件的3D影响,通过蓝牙臂环感触,并通过移动来进行控制。臂环向计算机传送移动数据,通过天棚上红外摄像机来跟踪使用者的位置。Audi现在要向虚拟环境里引进实物,比如螺刀和3D打印零部件。

Audi公司数字验证工程师Michael Günter说,“通过在虚拟环境中使用具有正确重量与尺寸的真是零部件,我们就能获得实际维度,有助于我们决定是否有必要改变人体工学。在(产品开发)初期就能使用这个技术,因为我们并不依靠已经完成制造的整车,因此可以更快地做出改动,提高成本效率。这会直接影响装配车间人体工学同事们的工作。”他说,这些初期测试已经产生“令人欣慰的结果”,而且Audi公司计划从2017年底开始使用该技术。

而BMW已经在工作手套的后面安上二维码扫描仪,替代装配技工、组件生产(包括电动车组件)和物流过程中的手持扫描仪。据BMW Munich装配车间生产专家Alexander Schmidt称,这不仅能消除“很多笨重的工作步骤”,而且还能使公认的手处于更加自然地姿势,手背朝说上。Schmidt说,“工人们不需要翻手就能扫描;他只需要用另一只手拿起零部件,举到扫描仪上方,或者容器上的二维码处于纵向位置,如同手套上的扫描仪。”工人用拇指按住食指上的按钮,扫描就可以开始了。

Medical gloves, Audi Audi has introduced 'medical' gloves to reduce hand strain

这个设备是与制造商们合作开发的,直到手套和扫描仪符合BMW的关键要求,Schmidt称包括“穿戴舒适”,以及“快速而简便的操作”等要求。手套首先在公司德国工厂上使用,目前为止大约有400个工作站都配备了带有扫描仪的手套。但Schmidt说,在全球铺开的工作“还没有完成”。

随着BMW推动“持久的现代化”的人体工学设备、智能设备和机器人,但是公司非常谨慎,一直将人的因素方在工厂工作的首位。3月份,BMW Group负责生产系统、规划、工具制造和设备工程的部长Christian Dunckern在演讲时称,“那些每天都在积极塑造我们生产系统的工人们”,是最有资格判定技术附加值的人们,判定技术是否“拓展了他们的创造力,提高了效率”。因此,他们尽管看上去像机械人,但是仍然具有人类的力量:“工人们比以往任何时候都更像工作场所的设计师,为不断复杂的汽车生产提供解决问题的答案。”

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