走进特斯拉上海工厂:45秒生产一辆车的秘密

业界动态1年前 (2023)发布 管理员
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走进特斯拉上海工厂:45秒生产一辆车的秘密

离临港海岸线不远的地方,盘踞着一片机器森林,这是特斯拉上海超级工厂。

工厂面积不算大,从西门进来,沿着几个重要车间绕一圈,乘坐时速20公里的大巴,15分钟左右便能绕完。官方数据是,这座工厂大约86万平方米,相当于120个标准足球场——在国内很多新建的汽车工厂中,这个面积只能说中规中矩。

仅从第一印象上看,你很难想象,这是一座年产能力可达75万辆的超级工厂。过去一年,这里生产了71万多辆汽车,在特斯拉2022年全球近137万辆的产量中占比过半。这些车辆发往全国各地,也会出口到欧洲、北美等海外市场。

一些数据对比发现,这座工厂的单位面积产量,是很多传统车厂的3-5倍。即便是和特斯拉自身的其他工厂相比,它也展现出了惊人的效率:美国德州的奥斯汀工厂、墨西哥的蒙特利工厂,面积分别是上海工厂的12倍、20倍,但它们当下的产能规划在同一量级。

这座相对不那么大的工厂,“五脏俱全”,包含了冲焊涂装四大车间,以及电池、电机等核心零部件的组装车间,甚至还有一座独立于生产体系之外的中国创新研发中心。

而厂区及车间里的工人、产线、机械臂,以及廊桥、吊具、AGV等物流运输系统,共同支撑了这座工厂的运转。

这里的生产效率已经接近极致水平,在空间上如此,在时间上亦是如此。据介绍,目前二期总装车间一星期的产能已经达到1.3万台,换算下来,平均45秒就可以下线一台车。目前汽车行业60、70秒下线一台车已属较高的效率,最快也只能到50几秒。

特斯拉的掌舵人马斯克非常重视工厂,他曾不止一次地表示,在特斯拉,生产汽车的工厂本身也是一款产品,他还盛赞过福特的T型产线,称“最难的不是设计出 Model T,而是发现福特流水线那样的造车方式并建造胭脂河工厂。”

汽车产业每几十年一次革命,从100年前福特做流水线,把汽车的成本降低到普通人能买得起的水平,再到丰田做精益化生产、大众做平台化开发,特斯拉正在尝试的高度集成,也正成为汽车制造工业史上的重要一笔。

这座上海超级工厂,是特斯拉第一座从零开始自定义的汽车工厂,也承载了特斯拉踩坑之后凝结而成的制造理念。

近期,36氪PowerOn参观了这座工厂,近距离地感受了特斯拉厂房排布、动线设计的思路,也深入了二期总装车间,见证了特斯拉不到45秒就能下线一台新车的过程。

#向空间要产能

86万平方米的厂区面积,算不上太大,但紧锣密鼓地布置了十余个车间,除了传统的冲压、焊装、涂装、总装外,特斯拉还在这里塞下了电池、电机车间,以及一座中国研发中心。

其中焊装、涂装、总装等车间均分为一期二期,在工厂的东西两侧各自占有一片区域,分别生产Model 3和Model Y车型。冲压车间只有一个,因为Model Y的后车身采用了一体化压铸,冲压件的数量减少,一座车间就能满足需求,而与此同时,二期厂区内,也专门设立了一座压铸车间,专门生产上述一体化压铸的后车身。

走进特斯拉上海工厂:45秒生产一辆车的秘密特斯拉上海超级工厂车间排布(36氪PowerOn基于高德地图及采访绘制)

车间数量和种类都相当密集,造就了一个高度集约的电动车工厂。

集约到什么程度?如果要量化,可以参考的一个指标是土地效率。特斯拉上海超级工厂大约为1290亩,按照75万辆的动态产能看,相当于亩产580辆车,而国内的汽车工厂,亩产多在100-200辆左右。

这一方面源于对空间的极致利用,另一方面则是生产效率的极致提升。

首先可以从它的设计布局中窥见一丝端倪。

特斯拉超级工厂的一个特色是:车间功能齐全。36氪PowerOn此前参观的很多工厂,办公室和食堂都是厂区内的独栋建筑,但在特斯拉超级工厂,办公室在总装车间的二楼,而食堂则分散在各个车间的二层或是附近。这既更好地利用了空间,也能提升问题响应、日常通行的效率。

其次就是特斯拉最独特的、也是广为流传的Warehouse On Wheel(轮子上的仓库)物流系统,流动的集装箱仓库直接省却了几乎所有的仓储面积。

特斯拉没有在车间或厂区内建设仓库,卡车运送载满物料的集装箱到车间,直接将集装箱卸在车间外部“凿”出的“码头”(dock)上,接着再去运送其他物料。

但用流动仓库代替固定仓库,对物流管理的要求也同步提升。据介绍,厂区内每天都有2000多辆物流车穿梭往来,而特斯拉也在通过一套非常精细的电子管理系统,来进行车辆路线的规划。

在厂区内的物流运输中,可以看到很多交通指挥的工具,比如每个路口会有交通信号灯,与公路上的信号灯类似,在一些重要的路口还会设立一位安全疏导员,保证往来的车辆和行人安全。

2000多辆车来回运行,也让厂区内的交通非常繁忙。这里限速每小时20公里,在高峰时段——比如晚间换班的时候——还会“堵车”。

而这一套系统也需要庞大的人员支持。特斯拉方面介绍,现在整个超级工厂大约有员工2.5万人,其中物流相关人员就有小几千人。
这种集约当然不局限于厂区间,车间内部的布置同样紧凑。特斯拉的车间被设计成了极其狭长的长方形,内部空间可以用“逼仄”来形容。

在二期总装车间里,为了提高效能,特斯拉将两条邻近工序的产线上下排布。之前的车厂,为了节约空间,一般会设立L型或S型的产线,这种集约是平面化的,但特斯拉将其立体化了,“向空间要产能”。

车间里的机械、硬件排布也十分密集,一般一个工位3、4个机械臂,彼此施展还有余地,但特斯拉车间内,一个工位有5、6个机械臂甚至更多,作业起来令人眼花缭乱。

这种“局促感”也在很大程度上与那套流动的仓库物流系统相关。

为了更高效地接收物料,车间外的“码头”一字排开,每次运送过来的物料就能直接运到相应的工段。

“内部物流距离接近于0。”现场人员表示。

#不放过细小流程的优化

在汽车的冲焊涂装四大工艺中,总装是最为复杂的一环。

它集成了所有汽车的零部件,化整为零地造出一辆新车,而汽车所涉及的零部件之多、工艺之复杂,会让这个环节充满不确定性。早期特斯拉刚量产Model 3时曾遭遇“产能地狱”,很重要一个原因就是很多环节上使用自动化机器人不力。

但现在的特斯拉已经走过了那段混沌时期。在Model Y的总装车间,能看到遍布工人、机械臂、AGV以及EMS吊具的车间,嘈杂繁忙,但有条不紊:工人们在工位上装件、检验,AGV输送着零部件在厂内过道穿梭,吊具则运送着一个个大件进行最后的组合。

汽车组装类似于造房子,完成喷漆的白车身相当于建好了毛坯房,而总装车间的作业就类似于对毛坯房进行精装修。这仍是汽车工业熟稔的流水线制造,将汽车的车身和底盘两类大件各自装好,再进行最后的组装。

白车身从涂装车间喷完漆,进入总装车间,先要将门板拆掉,在门线上安装玻璃,车身去往内饰线上去装线束、座椅;底盘则要安装电池、电机以及前桥、后桥,最后两者在终装线上整合,安上门板。

这套流程似乎没有太多特殊之处。但Model Y的下线速度的确惊人,业内较高的水平是平均60秒下线一辆车,而特斯拉可以做到45秒。这是怎么达成的?

总装环节繁多,要提升下线速度,主要是两个方向,一是减少流程,二是优化各个流程的时间。

有很多方式可以优化时间,例如大规模地采用机械臂,提升作业效率,再例如,提升物流的便捷性——可以缩短物流动线的长度,内饰线上下布局,距离便比传统的水平流水线更短;也可以提升运输工具的速度,比如承载着白车身运输的吊具,据说在用最快的节拍运行。

“设备的供应商都说没有见过这么快的节拍。”一位特斯拉总装车间的负责人表示。

在发展相当成熟的汽车工业,一些极其细微的流程仍能被优化。

比如传统主机厂在车辆进工位的时候,需要车间工人扫描装车单,传统的装车单会很大,类似于一张A4纸,可以放在前机盖上。但是在特斯拉的工厂,装车单只有一小块,而且员工不需要扫描,通过车机就可以推送到工位,这样员工在这个流程上的时间就被节约出来。

此外,在生产流程的管理上,特斯拉也能依靠一套工业互联网体系,在突发情况下不影响整体节拍。

总装车间内,每一个工位都安装了一块实时更新的屏幕,它能够反映扫描、拧紧等操作环节的完成情况,只有各个环节都显示绿色,才代表车辆具备下线条件,如果红灯亮了,某一环节出现问题,车辆会被停到工位末端,员工可以按下屏幕上的“呼叫班长”来处理,这样也不会影响其他车辆的下线节奏。

这与丰田汽车工厂的安灯系统类似,都是通过车位上的指示灯来体现工作流程。但不同的是,安灯系统需要员工主动亮起黄灯,而特斯拉则是通过一套数字神经网络来实现。

#工厂里的数字神经网络

汽车制造的商业效率已经被特斯拉演绎到极致,但质量要素同样不可或缺。

质量管理的重要课题之一是生产的一致性。特斯拉工厂的做法是,一些关键零部件通过机器扫描进行自动化测量,数据采集系统还能进行大数据分析,对尺寸偏差进行预测;一些制造工艺(比如压铸)的参数也会被计入系统,系统也能对参数的非正常波动进行报警。

特斯拉工厂为此构建了一套生产制造的控制系统FX(Factory Execution),FX系统可以接入所有车间的生产数据,包括零部件本身和工艺流程的数据,这些数据不仅可以实时反馈,还能进行长期留存以及后续追溯。

上文提到的,安装在总装车间每个工位上的、实时更新的屏幕,便是FX系统的一个执行末端。

在总装车间,一些极小的细微流程都可能被联网记录——比如拧紧零部件。这是一套人工操作的流程,但通过对拧紧工具的组网连接,所有紧固数据都可以实时联网并长期保存,方便分析工具和拧紧质量,以及后期的质量追溯。

据介绍,常规的紧固件工具价格千元左右,而特斯拉工厂的这套可联网工具需要2、3万元一把。

值得一提的是,车机系统甚至也能连接进入这一套生产管理和质量监控体系——每一辆车只要连上网,就能实时对车辆的状态进行自检(Self Test),这也是特斯拉生产品控的一个特色环节。

当然,生产过程中的质量控制只是品控的关键节点之一。

据特斯拉工厂现场人员介绍,整车下线前,特斯拉也会像其他汽车厂商一样,在四轮/灯光、侧滑ADAS标定、轮毂、底盘、淋雨等关键方面进行所有车辆的检测。特斯拉也设置了Audit评审流程,对一些抽检车辆,让内部员工模拟顾客,从专业角度对整车进行评估。

“制造是我们的长期优势。”马斯克曾在此前的财报会议上自豪表示,他更是多次直言不讳地提及,特斯拉上海超级工厂是所有工厂中“成本结构最低的”。

这座每天夜以继日24小时不间断运行的高效工厂,支撑了特斯拉产销的半壁江山,并以高效的布局、优化的流程,以及具备成本优势的土地、供应链、人力等资源,协助特斯拉攀登上毛利率超过30%的高峰。

这样的成本优势甚至还有进一步发挥的空间。近期有消息称,上海工厂生产的Model Y将在今年运往加拿大,这是上海工厂的车型首次出口到北美,也意味着特斯拉即将把效益最大的工厂与其最大的市场北美相连。

而有着年销2000万辆目标的特斯拉,也正在尝试将上海工厂的高效经验复制到其他工厂。现在原特斯拉大中华区总裁、全球副总裁朱晓彤升任全球汽车业务副总裁,统管全球的汽车生产及销售业务。

目前,特斯拉在全球范围内已建设了四座超级工厂,除了已经稳定产出的美国加州弗里蒙特工厂和中国上海工厂之外,美国德州奥斯汀工厂、德国柏林工厂都在进行艰难的产能爬升,而第五座超级工厂也即将不久后诞生在墨西哥蒙特利。

上海工厂高效运转的秘密,能否为到其他工厂所用,也决定着特斯拉的远大宏图能否实现。

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