자동차

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배경

1908년 Henry Ford는 Model T 자동차의 생산을 시작했습니다. 1903년에 처음 제조된 원래의 Model A 디자인을 기반으로 Model T는 개발하는 데 5년이 걸렸습니다. 그것의 창조는 오늘날 우리가 대량 생산 조립 라인으로 알고 있는 것을 시작했습니다. 이 혁신적인 아이디어는 단순히 교체 가능한 구성 부품을 조립한다는 개념을 기반으로 했습니다. 이 시간 이전에 코치와 버기는 특정 유닛을 거의 복제하지 않는 전문 장인에 의해 소수의 손으로 제작되었습니다. Ford의 혁신적인 설계는 필요한 부품의 수와 항상 조립 작업의 대부분을 차지하는 숙련된 기술자의 수를 줄여 Ford가 경쟁 제품에 비해 엄청난 이점을 제공했습니다.

모델 A를 사용한 자동차 조립에 대한 Ford의 첫 번째 벤처는 전체 차량이 조립된 조립 스탠드를 설치하는 것이었습니다. 일반적으로 자동차의 전체 섹션을 한 곳에 조립하는 단일 조립자가 있었습니다. 이 사람은 고정된 집회소에서 같은 활동을 계속 반복했습니다. 효율성을 높이기 위해 Ford는 필요에 따라 각 워크 스테이션에 부품을 납품했습니다. 이러한 방식으로 각 조립 기술자는 조립 작업을 완료하는 데 약 8.5시간이 걸렸습니다. Model T가 개발될 즈음에 Ford는 각각 특정 기능을 수행하는 조립자가 스탠드에서 스탠드로 이동하는 다중 조립 스탠드를 사용하기로 결정했습니다. 이 프로세스는 각 작업자가 특정 작업에 완전히 익숙해지도록 하여 각 설치자의 조립 시간을 8.5시간에서 불과 2.5분으로 단축했습니다.

Ford는 빠른 작업자가 느린 작업자를 따라잡으면서 스탠드에서 스탠드로 걸어가는 것이 시간을 낭비하고 생산 과정에서 혼란을 야기한다는 것을 곧 인식했습니다. 1913년 디트로이트에서 그는 고정 조립업체를 지나 차량을 이동시키는 컨베이어인 최초의 이동 조립 라인을 도입하여 이 문제를 해결했습니다. 작업자가 스테이션 사이를 이동할 필요가 없도록 함으로써 Ford는 각 작업자의 조립 작업을 2.5분에서 2분 미만으로 단축했습니다. 움직이는 조립 컨베이어는 이제 고정된 작업자의 속도를 조절할 수 있습니다. 첫 번째 컨베이어 라인은 차량의 바퀴가 부착된 금속 스트립으로 구성되었습니다. 금속 스트립은 공장의 길이를 굴린 벨트에 부착된 다음 바닥 아래에서 시작 영역으로 돌아갔습니다. 자동차를 조립하는 데 필요한 인력의 감소는 전 세계 자동차 조립 업체의 관심을 끌었습니다. Ford의 대량 생산은 거의 50년 동안 자동차 산업을 주도했으며 결국 거의 모든 다른 산업 제조업체에 채택되었습니다. 기술 발전으로 인해 현대의 ​​자동차 조립 작업이 많이 개선되었지만 고정 작업자가 작업장을 통과할 때 차량에 부품을 설치하는 기본 개념은 수년 동안 크게 바뀌지 않았습니다.

원자재

자동차의 대부분은 순수 강철이지만 석유 기반 제품(플라스틱 및 비닐)이 자동차 부품에서 차지하는 비중이 점점 커지고 있습니다. 석유에서 추출한 경량 소재는 일부 모델을 최대 30%까지 경량화하는 데 도움이 되었습니다. 화석 연료의 가격이 계속 상승함에 따라 더 가볍고 연비가 좋은 차량에 대한 선호가 더욱 두드러질 것입니다.

디자인

자동차의 신모델을 도입하는 데는 일반적으로 도입부터 조립까지 3~5년이 걸립니다. 새로운 모델에 대한 아이디어는 충족되지 않은 대중의 요구와 선호도에 대응하기 위해 개발됩니다. 대중이 5년 후에 무엇을 운전하고 싶어할지 예측하는 것은 쉬운 일이 아니지만 자동차 회사는 대중의 취향에 맞는 자동차를 성공적으로 설계했습니다. 컴퓨터 지원 설계 장비의 도움으로 설계자는 제안된 차량의 외관을 시각화하는 데 도움이 되는 기본 개념 도면을 개발합니다. 이 시뮬레이션을 기반으로 대중이 수용할 가능성이 높은 스타일 전문가가 연구할 수 있는 점토 모델을 구성합니다. 공기 역학 엔지니어는 또한 모델을 검토하고 공기 흐름 매개변수를 연구하고 충돌 테스트에 대한 타당성 연구를 수행합니다. 모든 모델이 검토되고 승인된 후에야 도구 설계자가 새 모델의 구성 요소 부품을 제조할 도구 구축을 시작할 수 있습니다.

제조
프로세스

구성 요소

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1 자동차 조립 공장은 자동차 제조 공정의 마지막 단계일 뿐입니다. 일반적으로 회사 소유의 부품 공급업체를 포함하여 4,000개 이상의 외부 공급업체에서 공급하는 부품을 모아 조립하기 때문입니다. 트럭이나 철도로. 섀시에 사용될 부품은 한 지역으로 배송되는 반면, 바디를 구성할 부품은 다른 지역에서 하역됩니다.

섀시

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2 일반적인 자동차나 트럭은 처음부터 끝까지(그리고 완전히) 제작됩니다. 프레임은 바디가 놓이고 모든 후속 어셈블리 구성 요소가 따라오는 베이스를 형성합니다. 프레임은 조립 라인에 배치되고 라인 아래로 이동할 때 이동을 방지하기 위해 컨베이어에 고정됩니다. 여기에서 자동차 프레임은 완전한 프론트 및 리어 서스펜션, 가스 탱크, 리어 액슬 및 드라이브 샤프트, 기어 박스, 스티어링 박스 구성 요소, 휠 드럼 및 제동 시스템이 순차적으로 설치된 구성 요소 조립 영역으로 이동합니다.

Ford Motor Company 공장에서 작업자들이 Model Ts에 엔진을 설치하고 있습니다. 사진은 1917년경입니다.

수십 년 동안 전형적인 미국 산업 제품인 자동차는 미국에서 탄생한 것이 아닙니다. 1860년에 벨기에의 정비사인 Etienne Lenoir는 고정 동력원으로 유용한 것으로 판명된 내연 기관을 도입했습니다. 1878년 독일 제조업체인 Nicholas Otto는 4행정 "폭발" 엔진을 개발했습니다. 1885년까지 그의 엔지니어 중 한 명인 Gottlieb Daimler는 개조된 Otto 내연 기관으로 구동되는 4대의 실험용 차량 중 첫 번째 차량을 만들고 있었습니다. 또한 1885년에는 또 다른 독일 제조업체인 칼 벤츠(Carl Benz)가 삼륜 자동차를 출시했습니다. 1887년 벤츠는 대중에게 판매되는 최초의 자동차가 되었습니다. 1895년까지 자동차 기술은 Emile Lavassor가 이끄는 프랑스인이 지배했습니다. Lavassor는 차의 기본 기계적 배열을 개발하여 엔진을 섀시 전면에 배치하고 크랭크축이 차축에 수직이 되도록 배치했습니다.

1896년 Duryea Motor Wagon은 미국 최초의 양산 자동차가 되었습니다. 같은 해에 Henry Ford는 첫 번째 실험 차량인 Quadricycle을 시연했습니다. 1908년 포드 자동차 회사가 모델 T를 도입했을 때 미국에는 수십 개의 자동차 제조업체가 있었습니다. Model T는 빠르게 다른 자동차를 측정하는 기준이 되었습니다. 10년 후, 도로에 있는 모든 자동차의 절반은 Model T였습니다. 그것은 단순한 4기통 20마력 엔진과 2개의 전진 기어와 1개의 후진 기어를 제공하는 유성 변속기를 가지고 있었습니다. 그것은 튼튼하고, 그 날의 울퉁불퉁한 도로를 통과할 수 있는 높은 도로 간극을 갖고 있었고, 작동 및 유지 관리가 쉬웠습니다.

윌리엄 S. 프레처

3 이 생산 단계의 오프라인 작업은 차량의 엔진과 변속기를 연결합니다. 작업자는 로봇 팔을 사용하여 프레임의 엔진 구획 내부에 이러한 무거운 구성 요소를 설치합니다. 엔진과 변속기를 장착한 후, 자동차 조립 라인에서 대부분의 작업은 이제 인간이 아닌 로봇이 수행합니다. 자동차 제조의 첫 번째 단계에서 로봇은 바닥 팬 조각을 함께 용접하고 작업자가 서스펜션과 같은 구성 요소를 섀시에 배치하는 것을 돕습니다. 작업자가 라디에이터를 부착하고 다른 작업자가 제자리에 볼트로 고정합니다. 이러한 무거운 구성 부품의 특성 때문에 관절 로봇은 모든 리프트 및 운반 작업을 수행하는 반면 공압 렌치를 사용하는 조립자는 구성 부품을 제자리에 고정합니다. 모든 조립 작업에 대한 신중한 인체 공학적 연구는 조립 작업자에게 가장 안전하고 효율적인 도구를 제공했습니다.

본체

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4 일반적으로 바닥 팬은 다수의 패널과 버팀대가 이후에 용접되거나 볼트로 고정되는 가장 큰 본체 구성요소입니다. 고정구를 고정하여 제자리에 고정된 조립 라인을 따라 이동하면서 차량의 셸이 만들어집니다. 먼저 왼쪽 및 오른쪽 쿼터 패널이 사전 준비된 선적 컨테이너에서 로봇으로 분리되어 플로어 팬에 배치되고 위치 고정 장치로 안정화되고 용접됩니다.

5 프론트 및 리어 도어 필러, 루프 및 차체 측면 패널은 동일한 방식으로 조립됩니다. 이 공정 섹션에서 조립된 자동차 쉘은 로봇 사용에 적합합니다. 관절 암은 다양한 구성 요소 버팀대와 패널을 플로어 팬에 쉽게 도입할 수 있고 시간 프레임과 일정 수준에서 많은 수의 용접 작업을 수행할 수 있기 때문입니다. 어떤 인간 노동자도 접근할 수 없는 정확성. 로봇은 200파운드(90.8킬로그램)의 지붕 패널을 골라서 적재하고 0.001인치 이내로 허용 오차 편차를 유지하면서 적절한 용접 위치에 정확하게 배치할 수 있습니다. 또한 로봇도 견딜 수 있습니다. 본체는 섀시와 별도의 조립 라인에 구축됩니다. 로봇은 다양한 패널에서 대부분의 용접을 다시 한 번 수행하지만 부품을 함께 볼트로 고정하려면 인간 작업자가 필요합니다. 용접 시에는 용접 작업을 수행하는 동안 부품을 지그에 단단히 고정합니다. 바디 쉘이 완성되면 페인팅 공정을 위해 오버헤드 컨베이어에 부착됩니다. 다단계 도장 공정에는 검사, 세척, 언더코팅(정전기 도포) 침지, 건조, 탑코트 스프레이 및 베이킹이 포함됩니다. 이 생산 단계에서 생성되는 연기, 용접 플래시 및 가스.

6 차체가 조립 라인의 격리된 용접 영역에서 이동함에 따라 완전히 조립된 도어, 데크 리드, 후드 패널, 펜더, 트렁크 리드 및 범퍼 보강재를 포함한 후속 차체 구성 요소가 설치됩니다. 로봇은 작업자가 이러한 구성 요소를 차체 쉘에 배치하는 데 도움이 되지만 작업자는 공압 보조 도구를 사용하여 대부분의 볼트 온 기능 부품에 적절한 맞춤을 제공합니다.

페인트

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7 바디는 도색 전에 엄격한 검사 과정을 거쳐야 합니다. 바디는 흰색 작업. 차량의 외피는 밝은 흰색 방을 통과하며 육안 검사관이 하이라이트 오일에 적신 천을 사용하여 완전히 닦아냅니다. 조명 아래에서 이 오일을 사용하면 검사자가 판금 본체 패널의 결함을 볼 수 있습니다. 찌그러짐, 찌그러짐 및 기타 결함은 숙련된 차체 수리공이 직접 라인에서 수리합니다. 쉘이 완전히 검사되고 수리된 후 조립 컨베이어는 세척 스테이션을 통해 쉘을 운반하여 모든 잔류 오일, 먼지 및 오염 물질을 담그고 세척합니다.

8 쉘이 청소 스테이션을 나갈 때 건조 부스를 통과한 다음 언더코트 딥(정전기로 충전된 언더코트 페인트 수조)을 통과합니다. ( E 코트라고 함) 바디 셸의 안쪽과 바깥쪽 구석구석을 프라이머로 덮어줍니다. 이 코트는 유색 페인트의 탑 코트가 부착되는 기질 표면의 역할을 합니다.

9 E-coat bath 후 쉘은 최종 도장 작업을 진행하면서 부스에서 다시 건조됩니다. 오늘날 대부분의 자동차 조립 공장에서 차체는 적절한 시간 동안 적절한 영역에 정확한 양의 페인트를 도포하도록 프로그래밍된 로봇에 의해 스프레이 페인팅됩니다. 우리가 기대하는 미세한 "습식" 마감을 보장하기 위해 로봇 페인팅의 역학에 상당한 연구와 프로그래밍이 이루어졌습니다. 우리의 로봇 페인터는 브러시로 손으로 그린 ​​포드의 첫 번째 Model T 이후로 먼 길을 왔습니다.

10 쉘이 완전히 덮이면 1 V 컬러 페인트의 베이스 코트와 투명 탑 코트를 사용하여 컨베이어는 화씨 275도(섭씨 135도)를 초과하는 온도에서 페인트가 경화되는 베이킹 오븐을 통해 본체를 옮깁니다. 본체와 섀시 조립품은 생산 공정이 거의 끝날 무렵 결합됩니다. 로봇 팔이 차체를 섀시 프레임으로 들어 올리면 작업자가 두 개를 볼트로 결합합니다. 최종 구성 요소가 설치된 후 차량은 조립 라인에서 품질 검사 지점으로 이동됩니다. 쉘이 페인트 영역을 떠나면 내부 조립을 위한 준비가 된 것입니다.

내부 조립

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11 도색된 쉘은 작업자가 모든 계측 및 배선 시스템, 대시 패널, 실내 조명, 시트, 도어 및 트림 패널, 헤드라이너, 라디오, 스피커, 를 제외한 모든 유리를 조립하는 내부 조립 영역을 통과합니다. 자동차 앞유리, 스티어링 칼럼 및 휠, 바디 웨더스트립, 비닐 탑, 브레이크 및 가스 페달, 카페트, 전면 및 후면 범퍼 페시아.

12 다음으로, 흡입 컵이 장착된 로봇이 선적 컨테이너에서 앞유리를 제거하고 유리 주변에 우레탄 실러를 도포한 다음 차체 앞유리 프레임에 넣습니다. 로봇은 또한 조립 작업자의 간편함과 효율성을 위해 시트를 선택하고 패널을 다듬어 차량으로 운반합니다. 이 섹션을 통과한 후 쉘은 도어 패널, 유리 및 웨더스트리핑이 적절하게 맞는지 확인하기 위해 수질 테스트를 받습니다. 이제 섀시와 결합할 준비가 되었습니다.

메이트

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13 이 생산 단계에서 섀시 조립 컨베이어와 차체 쉘 컨베이어가 만납니다. 섀시가 차체 컨베이어를 통과하면 쉘이 컨베이어 고정 장치에서 로봇으로 들어 올려져 자동차 프레임에 놓입니다. 일부는 지면에서, 일부는 컨베이어 아래 작업장에 있는 조립 작업자가 차체를 프레임에 볼트로 고정합니다. 짝짓기가 끝나면 자동차는 최종 트림 구성 요소, 배터리, 타이어 를 받기 위해 라인을 따라 이동합니다. 부동액, 가솔린.

14 이제 차량을 시동할 수 있습니다. 여기에서 엔진을 점검하고, 조명과 경적을 점검하고, 타이어의 균형을 맞추고, 충전 시스템을 점검하는 라인 밖의 체크포인트로 이동합니다. 이 단계에서 발견된 결함은 일반적으로 라인 끝 근처에 있는 중앙 수리 구역으로 차량을 가져가야 합니다. 이 단계의 숙련된 트러블슈터 팀이 모든 문제를 분석하고 수리합니다. 차량이 최종 감사를 통과하면 가격 라벨이 부여되고 목적지까지 선적을 기다리는 대기 장소로 이동됩니다.

품질 관리

자동차에 들어가는 모든 부품은 다른 곳에서 생산된다. 즉, 자동차를 구성하는 수천 개의 부품이 사용되는 당일에 제조, 테스트, 포장 및 조립 공장으로 배송되어야 합니다. 이것은 적은 양의 계획을 필요로 하지 않습니다. 이를 달성하기 위해 대부분의 자동차 제조업체는 외부 부품 공급업체가 조립 공장에서 사용하는 것과 유사한 엄격한 테스트 및 검사 감사를 구성 부품에 적용하도록 요구합니다. 이러한 방식으로 조립 공장은 입고 도크에 도착하는 제품이 통계적 공정 관리(SPC) 임을 예상할 수 있습니다. 승인되고 결함이 없습니다.

자동차의 구성 부품이 자동차 공장에서 조립되기 시작하면 생산 관리 전문가는 차량 식별 번호(VIN), 를 통해 각 초기 자동차의 진행 상황을 추적할 수 있습니다. 생산 라인의 시작 부분에 지정됩니다. 많은 고급 조립 공장에서 소형 무선 주파수 응답기가 섀시와 바닥 팬에 부착됩니다. 이 전송 장치는 VIN 정보를 전달하고 조립 프로세스를 따라 진행 상황을 모니터링합니다. 차량이 어떤 작업을 거쳤는지, 어디로 가고 있는지, 다음 조립 스테이션에 언제 도착해야 하는지 알면 생산 관리 직원이 제조 순서를 전자적으로 제어할 수 있습니다. 조립 프로세스 전반에 걸쳐 품질 감사소는 차량의 다양한 기능 구성요소의 무결성에 관한 중요한 정보를 추적합니다.

이 아이디어는 수년에 걸친 품질 관리 이념의 변화에서 비롯됩니다. 이전에는 품질 관리를 차량이 제작된 후에야 결함을 발견하기 위한 최종 검사 프로세스로 여겨졌습니다. 대조적으로, 오늘날 품질은 조립 프로세스뿐만 아니라 차량 설계에 바로 내장된 프로세스로 간주됩니다. 이러한 방식으로 작업자가 결함을 발견하면 조립 작업자가 컨베이어를 멈출 수 있습니다. 그런 다음 수정을 하거나 전체 구성 요소 배치가 불량한지 여부를 확인하기 위해 소모품을 검사할 수 있습니다. 차량 리콜은 비용이 많이 들고 제조업체는 제품이 고객에게 배송되기 전에 제품의 무결성을 보장하기 위해 가능한 모든 조치를 취합니다. 차량이 조립된 후 조립 라인의 끝에서 검증 프로세스가 수행되어 조립 프로세스 전반에 걸쳐 다양한 검사 지점에서 품질 감사를 확인합니다. 이 최종 감사는 패널이 제대로 맞는지 테스트합니다. 역학; 삐걱 거리는 소리와 딸랑이; 작동하는 전기 부품; 엔진, 섀시 및 휠 얼라인먼트. 많은 조립 공장에서 차량은 주기적으로 감사 라인에서 당겨지고 전체 기능 테스트를 받습니다. 품질과 신뢰성이 조립된 제품에 내장되도록 오늘날 모든 노력을 기울이고 있습니다.

미래

전기 자동차의 개발은 전통적인 자동차 설계 및 건설보다 혁신적인 태양광 및 항공 공학, 고급 위성 및 레이더 기술에 더 많이 의존하게 될 것입니다. 전기 자동차에는 엔진, 배기 시스템, 변속기, 머플러, 라디에이터 또는 점화 플러그가 없습니다. 튠업이나 진정으로 혁신적인 가솔린이 필요하지 않습니다. 대신 최대 20,000회전/분까지 회전할 수 있는 브러시리스 디자인의 교류(AC) 전기 모터에서 전력이 공급됩니다. 이러한 모터에 전력을 공급하는 배터리는 100킬로와트 이상의 전력을 생성할 수 있는 고성능 셀에서 나옵니다. 그리고 과거와 현재의 납축전지와 달리 미래의 배터리는 환경적으로 안전하고 재활용이 가능합니다. 차량의 제동 시스템에 통합된 파워 인버터는 가속기에서 발을 떼면 직류 전기를 다시 배터리 팩 시스템으로 변환하여 미래의 자동차를 오랫동안 운전할 때에도 배터리 시스템의 발전기 역할을 합니다. .

자동차 사용의 증가와 도로 건설에 대한 저항 증가로 인해 우리의 고속도로 시스템은 정체되고 쓸모없게 되었습니다. 그러나 자동차가 혼잡한 곳을 탐색하고 스스로 운전할 수 있도록 하는 새로운 전자 자동차 기술이 곧 가능해 질 것입니다. 우리 자동차의 작동을 컴퓨터에 넘기는 것은 그들이 도로에서 혼잡에 대한 정보를 수집하고 지시받은 목적지까지 가장 빠른 경로를 찾아 제한된 고속도로 공간을 더 잘 활용한다는 것을 의미합니다. 전기차의 도래는 드문 상황과 능력의 융합으로 온다. 놀라운 기술 발전과 결합된 오염에 대한 내성의 증가는 우리를 21세기로 이끌 글로벌 운송 패러다임을 변화시킬 것입니다.