裝配自動化面臨的挑戰(zhàn)

在如今這個全球分布式生產(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。每個生產(chǎn)單元降本的目的在于通過更高程度的自動化來實(shí)現(xiàn)更高的利用率。

然而,自動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)沖突會因?yàn)殡S時間變化的因素而加劇。中國的例子正說明了這一挑戰(zhàn),由于勞動力成本的急劇上升,人工裝配系統(tǒng)在那里變得越來越不經(jīng)濟(jì),而完全自動化的成本仍然太高,并且在生產(chǎn)的產(chǎn)品變體數(shù)量方面沒有柔性。戰(zhàn)勝這種挑戰(zhàn)對投資項目的決策者來說是一項艱巨的任務(wù)。

可擴(kuò)展裝配自動化的原則

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

因此，此概念被歸類為混合裝配系統(tǒng)。相比于具有長調(diào)整間隔的自動化程度,可擴(kuò)展自動化的特點(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。

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

調(diào)整的細(xì)微程度則可通過工位上人和機(jī)器之間逐步劃分工作內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)。例如，裝配工位可以通過輕型機(jī)器人進(jìn)行自動化擴(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)計可使工位之間的物料流容易適應(yīng)自動化程度。這意味著系統(tǒng)可以根據(jù)需要進(jìn)行自動化擴(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。

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

只有通過長時間更換瓶頸工位,單位時間的產(chǎn)出才會增加。短時自動化擴(kuò)展的基本原理是工業(yè)4.0的組成部分。只有通過這些新可用的技術(shù)才能將自動化/半自動化、模塊化的系統(tǒng)通過標(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裝配工位。因此,工業(yè)4.0是可擴(kuò)展自動化的推動者。

可擴(kuò)展自動化的潛力

可調(diào)自動化概念允許變體柔性地、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行具有自動化程度差異的裝配系統(tǒng)。這是通過人與機(jī)器各自優(yōu)勢的優(yōu)組合以及擴(kuò)展邊界條件實(shí)現(xiàn)的。與生產(chǎn)線生命周期開始時的剛性全自動化相比,這種狀況可以在一段很長的時間內(nèi)將投資分散,從而降低了投資風(fēng)險和利息負(fù)擔(dān)。由此產(chǎn)生了一個可調(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)且變體柔性地來面向當(dāng)下市場需求進(jìn)行生產(chǎn)。具有不同時間范圍的可擴(kuò)展自動化的應(yīng)用典型示例如圖3-2-7所示,其根據(jù)時間范圍在不同程度上反應(yīng)了柔性和可變性兩個維度。所需的響應(yīng)時間越短,工業(yè)4.0技術(shù)集成的要求就越高。

1.長時轉(zhuǎn)變

基于手動配置，裝配工位的自動化程度在以后隨著區(qū)域因素的時間性發(fā)展逐步適應(yīng)勞動力成本,以保持其經(jīng)濟(jì)性。隨著勞動力成本的增加,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化。然而,在達(dá)到質(zhì)量瓶頸時,質(zhì)量關(guān)鍵且復(fù)雜的工作流程首先是自動化的。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)能過剩和高成本的錯誤投資。類似地,自動化/半自動化裝配系統(tǒng)的自動化程度可以在產(chǎn)品生命周期結(jié)束時降低,這避免了產(chǎn)能過剩。由于模塊化,通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整成本可在其他地方再次使用該自動化的工位。

2.中時轉(zhuǎn)變

如果使用多條平行裝配線,就可以通過分段的臨時自動化來消化峰值負(fù)載。前提條件是自動化對于平均的客戶周期來說是不必要的,因?yàn)樵诓捎昧俗詣踊笫Ｓ鄦T工的主要產(chǎn)能將保持閑置狀態(tài)。通過在線路段中臨時使用移動的、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)縮短周期時間。一旦峰值負(fù)載發(fā)生在另一條線上,機(jī)器人就會相應(yīng)地移動。因此,可以使用單個機(jī)器人來消化多個并行的裝配線上的峰值負(fù)載。

3.短時轉(zhuǎn)變

如果標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和外來產(chǎn)品的產(chǎn)品組合的完全自動化僅僅由于高變體多樣性而無利可圖,那么標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可以在夜班期間自動裝配,從而節(jié)省工資補(bǔ)貼。對于白班,可以轉(zhuǎn)換為手動配置,以便以合理的勞動力成本來裝配不能自動化操作的外來產(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，具有不同時間調(diào)整范圍的許多其他應(yīng)用也是可以考慮的。