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1、自動化設(shè)計怎樣滿足精益模式要求?
Q1:工序是否有必要導(dǎo)入自動化?
我們可以把自動化設(shè)備導(dǎo)入分為兩種情況:
一是現(xiàn)有設(shè)備能力不能滿足需求;
二是在人工操作的工站導(dǎo)入自動化設(shè)備;
當現(xiàn)有設(shè)備能力不能滿足需求時,首先要考慮能否通過設(shè)備改
對于全自動化設(shè)備,可考慮消除設(shè)備循環(huán)時間中的浪費,如減少設(shè)備傳送部件的距離和時間。
當工序的原有操作是人工操作時,同樣也需要考慮是否可以通過一些改善方***來提升人工操作的效率和質(zhì)量,以節(jié)省人力和成本。一般在以下情況下考慮導(dǎo)入自動化***替人工操作:
1.作業(yè)環(huán)境差,如噴涂和焊接作業(yè)等;
2.人工操作使產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定或達不到客戶要求;
3.產(chǎn)品較大或較重,人工操作困難。
對于僅僅以節(jié)省人力為目的的自動化,個人建議需審慎評估。
Q2:工序是否適合導(dǎo)入自動化?
筆者曾支持過的自動化部門,由于高層管理者在這個部門成立時定位的目標就是節(jié)省人力,因此部門負責(zé)人在選擇導(dǎo)入自動化的工序時,首先考慮的就是那些人力比較集中的工序,如組裝,檢驗等。個人認為這是個很大的誤區(qū),因為這些工序恰恰是導(dǎo)入自動化難度最大的工序。在評估工序自動化的技術(shù)可行性時,至少需要考慮以下因素:
1. 部件的穩(wěn)定性:如果上游提供的部件差異較大,人工操作時由于操作者具有主觀能動性,不僅可以判定部件的品質(zhì)是否可以合格,還可以根據(jù)部件的差異靈活的調(diào)整自己的操作方***。但設(shè)備不具備人的靈活性,如果部件不穩(wěn)定,設(shè)備加工出來的產(chǎn)品品質(zhì)可能還不如人工,也可能會造成設(shè)備的頻繁停機。
2. 部件的可定位性
3. 操作的復(fù)雜度:操作的復(fù)雜度越高,實現(xiàn)自動化的技術(shù)可行性越低。即使是工業(yè)機器人,復(fù)雜的組裝作業(yè)也難以實現(xiàn)。
4. 部件的包裝方式:如果想實現(xiàn)自動上料,需要更改原有的包裝方式以能讓上料機械裝置可以抓取到部件,由于變更包裝方式所帶來的成本增加需計算到自動化成本中。
5. 部件的可分離性:如果想實現(xiàn)人工上料,需要評估部件的可分離性。尤其是對于一些小的零部件,比如螺絲等。
產(chǎn)品設(shè)計中有DFM/DFA(Design for Manufacture/Assembly)的理念,意思是指在產(chǎn)品設(shè)計階段考慮加工和組裝的效率和成本,比如盡量減少鎖絲的數(shù)量和種類,盡量使用標準件等。如果想實現(xiàn)自動加工和組裝,我們也可以從產(chǎn)品設(shè)計端來考慮如何滿足自動化加工或組裝的需求,但需要評估變更設(shè)計所帶來的成本變化(如在原來不能定位的部件上增加定位柱,縮小部件的公差范圍等)。
在自動化導(dǎo)入的經(jīng)濟可行性評估中,不能只計算設(shè)備的***購成本。
Q3:導(dǎo)入哪個等級的自動化?
按照自動化程度的高低,可以把自動化分為以下五個等級:
Level 1自動化不是指全人工操作,而是指在上料完成后的設(shè)備加工/操作循環(huán)時間內(nèi),作業(yè)員仍需要作**操作,如翻轉(zhuǎn)工件或功能轉(zhuǎn)換等操作 ;按照豐田生產(chǎn)方式的理念,要盡量將人力從設(shè)備上釋放出來,讓操作者能一人操作多臺設(shè)備,而不是把操作者作為設(shè)備的附屬。如果導(dǎo)入Level 1的自動化,一臺設(shè)備仍至少需要一名操作者來,無***實現(xiàn)一人多機。
Level 2的自動化也被稱為“one-touch 自動化”,是指當作業(yè)員完成設(shè)備上料和設(shè)備啟動后,不需要在設(shè)備操作循環(huán)時間內(nèi)看管設(shè)備,這就在很大程度上解放了操作者,減少了等待浪費。
在豐田生產(chǎn)方式中,Level 3的自動化也稱為“著著化”,是指設(shè)備加工完畢后,可自動將工件彈出,只需將下一個工件放入即可。因工件的自動彈出不需要精確定位,因此Level 3的自動化一般成本較低??梢岳迷O(shè)備最后一個循環(huán)動作的動力來彈出工件。因為會產(chǎn)生噪音并且成本較高,不建議使用壓縮空氣吹出工件。當取放工件需要雙手操作時,操作人員需要先將加工好的工件取下,然后再將新的工件放上,產(chǎn)生了等待浪費,這種情況下有必要導(dǎo)入Level 3的自動化。
從Level 3到Level 4或Level 5的自動化,技術(shù)難度和成本顯著地增加。上料對于人工操作來說很容易,但實現(xiàn)自動上料,不僅需要專用的自動化技術(shù),而且對來料的包裝方式及放置方式也有要求。同樣在不同設(shè)備或工序間傳遞工件,需要使用機械臂或者傳送線,雖然看起來很有吸引力,但這會降低流程的可靠性和應(yīng)對需求變化的柔性。
一般來講,Level 3的自動化是最佳選擇,與Level 1和Level2相比可以達成自動化帶來的好處,與Level 4 和Level 5相比,在成本,***購周期,維修保養(yǎng)的難易度,可靠性和柔性方面更具優(yōu)勢。在某些情況下,如果想導(dǎo)入Level 4和Level 5的自動化,需要審慎的評估其投入與收益,以及技術(shù)的可靠性等。
Q
4:自動化設(shè)計如何才能滿足精益模式的要求?
傳統(tǒng)的自動化設(shè)計時一般考慮的因素是:功能要求,良率或精度要求,可靠性要求,速度要求以及易于維護性,安全性等。目前的生產(chǎn)環(huán)境是多品種,小批量,精益生產(chǎn)就是產(chǎn)生在這種環(huán)境下的生產(chǎn)模式,除上述傳統(tǒng)因素外,自動化的設(shè)計還應(yīng)考慮以下精益理念的要求:
小型化:大不是美,小而簡單才重要。
1. 使用單任務(wù)的小設(shè)備,而不是使用多任務(wù)的大設(shè)備;設(shè)備越復(fù)雜,成本越高,可靠性越差,而且應(yīng)對需求變化的柔性也較低;
2. 不盲目追求高速設(shè)備,設(shè)備的效率應(yīng)以滿足需求為原則,并盡量與流程中其他工序的產(chǎn)能相匹配,盲目的追求高速設(shè)備,或者造成過量生產(chǎn),或者會讓設(shè)備以低利用率運行。此外,對于應(yīng)對未來需求的增加,產(chǎn)能提升不能一蹴而就,應(yīng)以適當?shù)脑隽縼碓黾?,大型高速設(shè)備會讓產(chǎn)能的增量過大;
3. 盡量避免批量加工的設(shè)備,批量加工設(shè)備雖然在效率上具有一定的優(yōu)勢,但會阻礙流動,與創(chuàng)建連續(xù)流原則相悖,會造成過高WIP,使生產(chǎn)周期過長。
流動化:設(shè)備易于移動?,F(xiàn)在市場環(huán)境中,唯一不變的就是變化。產(chǎn)品的變化和以減少浪費為目的的流程改進都會驅(qū)動我們調(diào)整生產(chǎn)的布局,因此精益模式下的設(shè)備布置有三不原則:不落地生根,不寄人籬下,不離群索居?!奥涞厣笔侵冈O(shè)備被固定,移動成本很高。
設(shè)備要像“快餐車”一樣,具有機動性,管線要盡量使用長短易變動的軟性管路?!凹娜嘶h下”是指與其他設(shè)備共享附屬設(shè)施,如吸塵系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng),這樣設(shè)備會像***一樣,必須依附在其他的設(shè)施下,才能運轉(zhuǎn)。
“離群索居”是指設(shè)備按照功能分割開,除非由于生產(chǎn)環(huán)境的特殊要求(如涂裝,電鍍設(shè)備),設(shè)備應(yīng)按照工藝流程布局,創(chuàng)建連續(xù)流。
柔性化:有彈性,改變附屬機構(gòu)即可作其他用途。現(xiàn)***工業(yè)產(chǎn)品生命周期短,技術(shù)更新速度快,如果設(shè)備專用化程度過高,可能會造成設(shè)備投資還未回收,就已經(jīng)不適用了。
因此柔性化是現(xiàn)在生產(chǎn)環(huán)境下自動化設(shè)備的一個重要考核指標。柔性化的自動化可通過泛用機的專用化(基本功能機械搭配專用生產(chǎn)某種產(chǎn)品所需的治具,模具,刀具)和模塊化設(shè)計(更換某一部分機構(gòu)件即可生產(chǎn)其他產(chǎn)品)來實現(xiàn)。
郭臺銘的機器人策略并非沒有***理,機器人的優(yōu)勢一方面由于具有較多的**度可以完成比一般設(shè)備復(fù)雜的操作,另一方面在于其高度的柔性,只要更換手爪模組并變更程序,機器人就可以用來做其他用途。
快速化:1.可快速啟動,啟動后不需要調(diào)試就可生產(chǎn);2.可快速更換模具,刀具。基于減少生產(chǎn)批量以減少庫存,豐田一直致力于追求快速切換,在自動化設(shè)備階段就考慮快速切換的要求,從技術(shù)復(fù)雜度與成本角度,比在設(shè)備使用后再進行快速切換的改進要低得多。
自働化(Jidoka):賦予設(shè)備人的智慧,在設(shè)備作業(yè)時將人力解放出來。使用傳感器以探測異常并發(fā)出異常信號,并在必要時自動停機。
自働化是豐田生產(chǎn)方式的兩大支柱之一,二戰(zhàn)后,日本從美國購買了大批自動化設(shè)備,盡管是自動化設(shè)備,但每臺設(shè)備前仍需配備一名操作者看管,在發(fā)生故障時關(guān)閉設(shè)備并找維修人員來修理。
在大野耐一看來,這是愚蠢的,于是他開始考慮如何做到不需要人監(jiān)護,他想到了豐田創(chuàng)始人豐田佐吉的發(fā)明,以前的織布機在織造過程中,如果一根經(jīng)線斷了,或者是緯線用完了,必須靠人巡回檢查發(fā)現(xiàn)停車處理,不然就會出現(xiàn)大量的不合格品。
能不能給設(shè)備賦予類似人的“智能”,給它裝上判斷設(shè)備運行狀態(tài)是否正常的裝置,使之在出現(xiàn)上述情況時自動停車,從而提高勞動效率又減少不合格品?1901年,豐田佐吉開始研制這種自動跳閘的織布機。
受這一啟發(fā),大野耐一將傳感器應(yīng)用到設(shè)備上,當設(shè)備發(fā)生故障時,設(shè)備可自動停機并發(fā)出信號,這就是豐田生產(chǎn)方式中自動化(Jidoka)的來源。
結(jié)語
自動化不應(yīng)該趕時髦,不應(yīng)盲目的追求高科技也不能圖便宜,需要具有長遠的眼光。自動化導(dǎo)入之前合理化與標準化先行;自動化評估與設(shè)計階段,IE/生產(chǎn)/維保部門與設(shè)計人員的良好溝通也很重要??傊詣踊啡沃?**遠。
現(xiàn)在整個自動化行業(yè)都是在往這個方向走。
從電氣方面講,伺服的選用,運動控制系統(tǒng)的算***,視覺的應(yīng)用,還有就是傳感器的精度要求。
機構(gòu)方面:主要就是高精度的模組,零件的加工 裝配,
但是要求精度越高成本就越高。
一是現(xiàn)有設(shè)備能力不能滿足需求;
二是在人工操作的工站導(dǎo)入自動化設(shè)備;
當現(xiàn)有設(shè)備能力不能滿足需求時,首先要考慮能否通過設(shè)備改
對于全自動化設(shè)備,可考慮消除設(shè)備循環(huán)時間中的浪費,如減少設(shè)備傳送部件的距離和時間。
當工序的原有操作是人工操作時,同樣也需要考慮是否可以通過一些改善方***來提升人工操作的效率和質(zhì)量,以節(jié)省人力和成本。一般在以下情況下考慮導(dǎo)入自動化***替人工操作:
1.作業(yè)環(huán)境差,如噴涂和焊接作業(yè)等;
2.人工操作使產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定或達不到客戶要求;
3.產(chǎn)品較大或較重,人工操作困難。
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