精益自動(dòng)化-智能制造的基石

伴隨社會(huì)的不斷進(jìn)步，市場需求不斷轉(zhuǎn)型，從原先具有大眾性、單一性的市場轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣氖袌?。且近年來勞?dòng)供給逐年下降，勞動(dòng)成本不斷上揚(yáng)。這樣的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致企業(yè)的市場競爭越來越激烈，企業(yè)的利潤空間越來越小。

因此，眾多制造型企業(yè)選擇以自動(dòng)化生產(chǎn)代替人工生產(chǎn)的方法來提高產(chǎn)品品質(zhì)以及生產(chǎn)效率，使自家的產(chǎn)品物美價(jià)廉，能在市場競爭中占據(jù)一席之地。然而現(xiàn)今眾多企業(yè)在采用自動(dòng)化生產(chǎn)方式的過程中存在著諸多困擾，如何判斷設(shè)備功能的合理性，如何規(guī)劃設(shè)備布局方案，如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線平衡，如何提高設(shè)備的利用率，都已成為企業(yè)亟待解決的重要問題。

▲圖1 自動(dòng)化流水線

一、精益生產(chǎn)與精益自動(dòng)化

① 精益生產(chǎn)與自動(dòng)化

豐田式生產(chǎn)方式被稱之為TPS，1985年麻省理工學(xué)院為TPS冠上了名號(hào)Lean Production，即“精益生產(chǎn)”。精益生產(chǎn)有兩大支柱，一個(gè)是準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)（JIT），另一個(gè)就是自動(dòng)化。精益生產(chǎn)的構(gòu)成見圖1。

▲圖2 精益生產(chǎn)的構(gòu)成

自動(dòng)化生產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)化，作業(yè)省人化。在自動(dòng)化生產(chǎn)中以生產(chǎn)100%的合格品為大前提，在生產(chǎn)過程中設(shè)備能夠自動(dòng)檢測出設(shè)備異常和產(chǎn)品質(zhì)量異常等，并能夠自動(dòng)停止，堅(jiān)決不把不良品流向下到工序。且又因設(shè)備能夠自動(dòng)停止，這樣就不需要專人時(shí)刻注意設(shè)備運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)省人化。

② 精益自動(dòng)化

精益自動(dòng)化生產(chǎn)是在精益生產(chǎn)的理念上衍生而來，是將JIT，IE，5S，等思想與改善手法融入到自動(dòng)化生產(chǎn)中，配合生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。通過程序分析，作業(yè)分析，動(dòng)作分析等IE手法，減少浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率。再結(jié)合快速換模，信息目視化，6σ等技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)柔性生產(chǎn)。從自動(dòng)化層面來優(yōu)化連續(xù)流，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的全面精益自動(dòng)化，再輔以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)工廠便能邁入智能制造的行列。

二、精益自動(dòng)化與智能制造

① 精益自動(dòng)化的導(dǎo)入

在確保生產(chǎn)安全的前提下，自動(dòng)化導(dǎo)入共分為4大模塊，23個(gè)子項(xiàng)。4大模塊分別為工具自動(dòng)化，工序自動(dòng)化，產(chǎn)線自動(dòng)化，工廠自動(dòng)化。

工具自動(dòng)化

工具自動(dòng)化主要以減輕作業(yè)人員勞動(dòng)負(fù)擔(dān)為主，在作業(yè)時(shí)使用一些簡單的輔助工具完成生產(chǎn)作業(yè)，是由“人的工作”向“工具的工作”進(jìn)行轉(zhuǎn)變。主要子項(xiàng)如下：

1.工具道具化：通用工具加工為專用化工具，以方便使用。

2.加工自動(dòng)化：手工作業(yè)工具動(dòng)置為電動(dòng)、氣動(dòng)等小設(shè)備作業(yè)。

3.位置固定化：固定道具、小設(shè)備的使用位置。

4.自動(dòng)輸送：道具、小設(shè)備的工作和人的工作分開。

5.原位置復(fù)位：作業(yè)完成后道具及小設(shè)備可恢復(fù)原位置。

工序自動(dòng)化

工序自動(dòng)化主要是以人機(jī)分離作業(yè)為主，作業(yè)員只需做裝夾，拿取工件即可，為實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)，少人化創(chuàng)造條件，是由“人的工作”向“機(jī)器的工作”進(jìn)行轉(zhuǎn)變。且因機(jī)器出錯(cuò)率比人員手工作業(yè)小，產(chǎn)品質(zhì)量得以大幅度提升，主要子項(xiàng)如下，工序自動(dòng)化級(jí)別見圖2：

1.自動(dòng)夾具：工件的位置通過夾緊裝置固定。

2.自動(dòng)加工：工件的加工通過電動(dòng)、油壓、氣壓等自動(dòng)方式進(jìn)行。

3.自動(dòng)傳送：工件配件的傳遞通過電動(dòng)、油壓、氣壓等自動(dòng)方式進(jìn)行。

4.自動(dòng)停止：機(jī)器加工部位在工件加工完成后自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)。

5.自動(dòng)原位置復(fù)位：機(jī)器加工部位在停止加工后自動(dòng)返回原位置。

6.自動(dòng)彈出：工件加工完成后會(huì)自動(dòng)彈出。

7.自動(dòng)搬運(yùn)：工件被彈出后自動(dòng)搬運(yùn)到下一作業(yè)工位。

8.自動(dòng)測定：工件加工完成后全部自動(dòng)檢測。

9.自動(dòng)安裝：工件配件的安裝通過電動(dòng)、油壓、氣壓等自動(dòng)方式進(jìn)行。

10.自動(dòng)啟動(dòng)：工件裝夾完成后機(jī)器自動(dòng)啟動(dòng)工序內(nèi)加工程序。

▲圖3 工序自動(dòng)化級(jí)別

產(chǎn)線自動(dòng)化

綜合安全、工具自動(dòng)化、工序自動(dòng)化，以降低制造成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)，從生產(chǎn)上的“點(diǎn)，線”升至“面”的水準(zhǔn)。而升級(jí)至面首做的就是生產(chǎn)線的自動(dòng)化，主要子項(xiàng)如下，產(chǎn)線自動(dòng)化示范圖見圖3.

1.節(jié)拍時(shí)間：不論何種工件，皆在其必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)制造完成。

2.前后控制：前工序有工件，后工序無工件才設(shè)備才進(jìn)行運(yùn)作。

3.單件流：各工序內(nèi)只有一個(gè)工件在流動(dòng)。

4.先導(dǎo)系統(tǒng)：某些設(shè)備有安裝控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

5.U型生產(chǎn)線：設(shè)備布局依工序按U型排列。

▲圖4 產(chǎn)線自動(dòng)化示范圖

工廠自動(dòng)化

經(jīng)過“點(diǎn)”、“線”、“面”的整和生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了精益自動(dòng)化，接下來要實(shí)現(xiàn)的就是工廠的精益自動(dòng)化，主要子項(xiàng)如下：

1.交貨備齊：出貨有異狀探測系統(tǒng)。

2.目視管理：工廠生產(chǎn)狀態(tài)均可通過目視化了解。

3.大部屋化：結(jié)合相關(guān)部門快速解決問題。

② 精益自動(dòng)化設(shè)備開發(fā)

精益自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行開發(fā)時(shí)必須滿足如下6項(xiàng)基本原則。

1.設(shè)備機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，管線分配整齊且有彈性，接頭可隨插隨用，方便與上下工站的連結(jié)。

2.設(shè)備穩(wěn)定性強(qiáng)，加工工件質(zhì)量高，且穩(wěn)定，設(shè)備本身故障少。

3.設(shè)備利用率高，專機(jī)專用，空運(yùn)行時(shí)間短，動(dòng)作同步性高，且無多余附加功能，滿足既定產(chǎn)能需求，無過多產(chǎn)能浪費(fèi)。

4.設(shè)備操作、調(diào)試方便，放料與取料為同一位置，工作臺(tái)高度便于員工操作，使人的工作范圍最小化，且高度一致性強(qiáng)，前制程出后為后制程入口，窄縱深入便于連接，有專用維護(hù)調(diào)試“窗口”。

5.輸送帶為成長式，員工作業(yè)動(dòng)作與輸送同步，作業(yè)時(shí)間在輸送線節(jié)距與線速比范圍內(nèi)，線速可依產(chǎn)距設(shè)定，節(jié)距線兩側(cè)有“接棒區(qū)”，員工作業(yè)區(qū)內(nèi)有線體運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)、停止開關(guān)，且線體動(dòng)作變化時(shí)伴有聲音與視覺警報(bào)。

6.設(shè)備柔性化強(qiáng)，通用設(shè)備通過搭載專用零部件既能成為專用設(shè)備，專用設(shè)備通過更換不同零部件既能生產(chǎn)不同型號(hào)的產(chǎn)品，或可增加產(chǎn)能，設(shè)備通過部分零部件改造可變換其自身功能。

③ 精益自動(dòng)化與智能制造的對(duì)接

智能制造是借助新技術(shù)（大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等）在多個(gè)維度對(duì)企業(yè)及價(jià)值鏈的革命性整合、重塑與創(chuàng)新，使整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的參與者（研發(fā)、生產(chǎn)、供貨、銷售、使用）在一個(gè)靈活、自主、開放的合作體系中參與完成產(chǎn)品的開發(fā)到銷售乃至產(chǎn)品生命結(jié)束。制造型企業(yè)通過實(shí)施精益自動(dòng)化生產(chǎn)方式，加之工業(yè)3.0時(shí)代的MES、ERP、CRM、PLM等信息化技術(shù)，輔以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)，便能邁入智能制造的行列。

三、總結(jié)

隨著機(jī)械與信息技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)工程與精益生產(chǎn)知識(shí)的普及，智能制造的提出，精益自動(dòng)化生產(chǎn)方式開始逐步在制造業(yè)滲透，并對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造起到了明顯的推動(dòng)作用。

制造型企業(yè)正可借此“東風(fēng)”逐步導(dǎo)入精益自動(dòng)化生產(chǎn)方式，增強(qiáng)生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的市場，更可以此為階梯借助大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠的智能制造。使企業(yè)自身產(chǎn)品的知名度與企業(yè)形象得以提升，讓企業(yè)在時(shí)代的洪流中屹立不倒。