裝配自動(dòng)化面臨的挑戰(zhàn)

在如今這個(gè)全球分布式生產(chǎn)的復(fù)雜商業(yè)環(huán)境中,企業(yè)正面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn),迫使企業(yè)必須更快地做出調(diào)整。大的挑戰(zhàn)包括用人成本上升、產(chǎn)品種類增多、產(chǎn)品生命周期縮短、客戶需求波動(dòng)加劇、質(zhì)量要求提高以及人口結(jié)構(gòu)變化。傳統(tǒng)的裝配概念和組織方法（如工作時(shí)間模式，加班，工廠停工）已經(jīng)在沖突區(qū)域的部分達(dá)到了極限。每個(gè)生產(chǎn)單元降本的目的在于通過(guò)更高程度的自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的利用率。

然而,自動(dòng)化程度的高低取決于變體多樣性的高低。新產(chǎn)品變體的投產(chǎn)和裝配系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)變化與傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線概念相關(guān)聯(lián),并表現(xiàn)出很高的適應(yīng)性。“

此外,由于市場(chǎng)不確定性的增加,所需的高產(chǎn)能利用率就不能再得到保障。這種目標(biāo)沖突會(huì)因?yàn)殡S時(shí)間變化的因素而加劇。中國(guó)的例子正說(shuō)明了這一挑戰(zhàn),由于勞動(dòng)力成本的急劇上升,人工裝配系統(tǒng)在那里變得越來(lái)越不經(jīng)濟(jì),而完全自動(dòng)化的成本仍然太高,并且在生產(chǎn)的產(chǎn)品變體數(shù)量方面沒(méi)有柔性。戰(zhàn)勝這種挑戰(zhàn)對(duì)投資項(xiàng)目的決策者來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

可擴(kuò)展裝配自動(dòng)化的原則

可擴(kuò)展自動(dòng)化概念的核心是自動(dòng)化程度的柔性化。對(duì)于裝配系統(tǒng)的各個(gè)工位，可以在完全手動(dòng)和(完全)自動(dòng)化之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

因此，此概念被歸類為混合裝配系統(tǒng)。相比于具有長(zhǎng)調(diào)整間隔的自動(dòng)化程度,可擴(kuò)展自動(dòng)化的特點(diǎn)在于在裝配系統(tǒng)中能快速短周期且細(xì)微地進(jìn)行調(diào)整。

其目的是在任何時(shí)間、盡可能實(shí)時(shí)且經(jīng)濟(jì)地調(diào)整裝配系統(tǒng)的工作點(diǎn),從而對(duì)外部影響做出響應(yīng)。由此可以顯著降低經(jīng)常出現(xiàn)的優(yōu)自動(dòng)化程度與實(shí)際自動(dòng)化程度之間的巨大偏差。

調(diào)整的細(xì)微程度則可通過(guò)工位上人和機(jī)器之間逐步劃分工作內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，裝配工位可以通過(guò)輕型機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化擴(kuò)展，并且任務(wù)處理可以從人傳遞到機(jī)器人。具有確定接口的裝配系統(tǒng)的一致模塊化是可擴(kuò)展自動(dòng)化原則的前提。

除了工位以外,連接元件（例如傳輸設(shè)施和載體)的模塊化設(shè)計(jì)可使工位之間的物料流容易適應(yīng)自動(dòng)化程度。這意味著系統(tǒng)可以根據(jù)需要進(jìn)行自動(dòng)化擴(kuò)展，并且各子系統(tǒng)（例如加工、處理和物料供應(yīng)）可以彼此獨(dú)立設(shè)計(jì)。

例如,在訂單負(fù)荷較低時(shí)，輕型機(jī)器人可以將零件送至下一個(gè)工位,而當(dāng)訂單負(fù)荷增加時(shí),可再購(gòu)買(mǎi)第二個(gè)機(jī)器人用于該工藝步驟。提升單位時(shí)間的產(chǎn)出并不是可擴(kuò)展自動(dòng)化的主要目標(biāo)。個(gè)別裝配工位選擇性提升自動(dòng)化程度僅僅縮短了這些工位的加工時(shí)間,而生產(chǎn)線周期并不受影響。

只有通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間更換瓶頸工位,單位時(shí)間的產(chǎn)出才會(huì)增加。短時(shí)自動(dòng)化擴(kuò)展的基本原理是工業(yè)4.0的組成部分。只有通過(guò)這些新可用的技術(shù)才能將自動(dòng)化/半自動(dòng)化、模塊化的系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口輕松地集成在一起。由于剛性連接被分解，因此可以在其中添加或替換單個(gè)裝配工位。因此,工業(yè)4.0是可擴(kuò)展自動(dòng)化的推動(dòng)者。

可擴(kuò)展自動(dòng)化的潛力

可調(diào)自動(dòng)化概念允許變體柔性地、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行具有自動(dòng)化程度差異的裝配系統(tǒng)。這是通過(guò)人與機(jī)器各自優(yōu)勢(shì)的優(yōu)組合以及擴(kuò)展邊界條件實(shí)現(xiàn)的。與生產(chǎn)線生命周期開(kāi)始時(shí)的剛性全自動(dòng)化相比,這種狀況可以在一段很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)將投資分散,從而降低了投資風(fēng)險(xiǎn)和利息負(fù)擔(dān)。由此產(chǎn)生了一個(gè)可調(diào)整的操作點(diǎn),允許在通道內(nèi)以成本低廉、高質(zhì)量、符合人因工程學(xué)且變體柔性地來(lái)面向當(dāng)下市場(chǎng)需求進(jìn)行生產(chǎn)。具有不同時(shí)間范圍的可擴(kuò)展自動(dòng)化的應(yīng)用典型示例如圖3-2-7所示,其根據(jù)時(shí)間范圍在不同程度上反應(yīng)了柔性和可變性兩個(gè)維度。所需的響應(yīng)時(shí)間越短,工業(yè)4.0技術(shù)集成的要求就越高。

1.長(zhǎng)時(shí)轉(zhuǎn)變

基于手動(dòng)配置，裝配工位的自動(dòng)化程度在以后隨著區(qū)域因素的時(shí)間性發(fā)展逐步適應(yīng)勞動(dòng)力成本,以保持其經(jīng)濟(jì)性。隨著勞動(dòng)力成本的增加,首先基于更小的變體多樣性,進(jìn)行工藝步驟的選擇性自動(dòng)化。然而,在達(dá)到質(zhì)量瓶頸時(shí),質(zhì)量關(guān)鍵且復(fù)雜的工作流程首先是自動(dòng)化的。因此,裝配系統(tǒng)總是以成本優(yōu)的配置運(yùn)行,并且可以避免產(chǎn)能過(guò)剩和高成本的錯(cuò)誤投資。類似地,自動(dòng)化/半自動(dòng)化裝配系統(tǒng)的自動(dòng)化程度可以在產(chǎn)品生命周期結(jié)束時(shí)降低,這避免了產(chǎn)能過(guò)剩。由于模塊化,通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整成本可在其他地方再次使用該自動(dòng)化的工位。

2.中時(shí)轉(zhuǎn)變

如果使用多條平行裝配線,就可以通過(guò)分段的臨時(shí)自動(dòng)化來(lái)消化峰值負(fù)載。前提條件是自動(dòng)化對(duì)于平均的客戶周期來(lái)說(shuō)是不必要的,因?yàn)樵诓捎昧俗詣?dòng)化之后剩余員工的主要產(chǎn)能將保持閑置狀態(tài)。通過(guò)在線路段中臨時(shí)使用移動(dòng)的、可自由編程的通用機(jī)器人,被釋放的產(chǎn)能可以在短期內(nèi)縮短周期時(shí)間。一旦峰值負(fù)載發(fā)生在另一條線上,機(jī)器人就會(huì)相應(yīng)地移動(dòng)。因此,可以使用單個(gè)機(jī)器人來(lái)消化多個(gè)并行的裝配線上的峰值負(fù)載。

3.短時(shí)轉(zhuǎn)變

如果標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和外來(lái)產(chǎn)品的產(chǎn)品組合的完全自動(dòng)化僅僅由于高變體多樣性而無(wú)利可圖,那么標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可以在夜班期間自動(dòng)裝配,從而節(jié)省工資補(bǔ)貼。對(duì)于白班,可以轉(zhuǎn)換為手動(dòng)配置,以便以合理的勞動(dòng)力成本來(lái)裝配不能自動(dòng)化操作的外來(lái)產(chǎn)品,并避免在具有相應(yīng)空間的并行裝配線上進(jìn)行額外投資。另外，具有不同時(shí)間調(diào)整范圍的許多其他應(yīng)用也是可以考慮的。