精益自動化-智能制造的基石
伴隨社會的不斷進步，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?。且近年來勞動供給逐年下降，勞動成本不斷上揚。這樣的轉(zhuǎn)變導致企業(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)在采用自動化生產(chǎn)方式的過程中存在著諸多困擾，如何判斷設備功能的合理性，如何規(guī)劃設備布局方案，如何實現(xiàn)生產(chǎn)線平衡，如何提高設備的利用率，都已成為企業(yè)亟待解決的重要問題。
▲圖1 自動化流水線
一、精益生產(chǎn)與精益自動化
① 精益生產(chǎn)與自動化
豐田式生產(chǎn)方式被稱之為TPS，1985年麻省理工學院為TPS冠上了名號Lean Production，即“精益生產(chǎn)”。精益生產(chǎn)有兩大支柱，一個是準時化生產(chǎn)（JIT），另一個就是自動化。精益生產(chǎn)的構(gòu)成見圖1。
▲圖2 精益生產(chǎn)的構(gòu)成
自動化生產(chǎn)可以實現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)化，作業(yè)省人化。在自動化生產(chǎn)中以生產(chǎn)100%的合格品為大前提，在生產(chǎn)過程中設備能夠自動檢測出設備異常和產(chǎn)品質(zhì)量異常等，并能夠自動停止，堅決不把不良品流向下到工序。且又因設備能夠自動停止，這樣就不需要專人時刻注意設備運行，從而實現(xiàn)作業(yè)省人化。
② 精益自動化
精益自動化生產(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化生產(chǎn)中，配合生產(chǎn)節(jié)拍進行生產(chǎn)作業(yè)。通過程序分析，作業(yè)分析，動作分析等IE手法，減少浪費，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，適應柔性生產(chǎn)。從自動化層面來優(yōu)化連續(xù)流，實現(xiàn)生產(chǎn)的全面精益自動化，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、精益自動化與智能制造
① 精益自動化的導入
在確保生產(chǎn)安全的前提下，自動化導入共分為4大模塊，23個子項。4大模塊分別為工具自動化，工序自動化，產(chǎn)線自動化，工廠自動化。
工具自動化
工具自動化主要以減輕作業(yè)人員勞動負擔為主，在作業(yè)時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”進行轉(zhuǎn)變。主要子項如下：
1.工具道具化：通用工具加工為專用化工具，以方便使用。
2.加工自動化：手工作業(yè)工具動置為電動、氣動等小設備作業(yè)。
3.位置固定化：固定道具、小設備的使用位置。
4.自動輸送：道具、小設備的工作和人的工作分開。
5.原位置復位：作業(yè)完成后道具及小設備可恢復原位置。
工序自動化
工序自動化主要是以人機分離作業(yè)為主，作業(yè)員只需做裝夾，拿取工件即可，為實現(xiàn)一人多機，少人化創(chuàng)造條件，是由“人的工作”向“機器的工作”進行轉(zhuǎn)變。且因機器出錯率比人員手工作業(yè)小，產(chǎn)品質(zhì)量得以大幅度提升，主要子項如下，工序自動化級別見圖2：
1.自動夾具：工件的位置通過夾緊裝置固定。
2.自動加工：工件的加工通過電動、油壓、氣壓等自動方式進行。
3.自動傳送：工件配件的傳遞通過電動、油壓、氣壓等自動方式進行。
4.自動停止：機器加工部位在工件加工完成后自動停止運動。
5.自動原位置復位：機器加工部位在停止加工后自動返回原位置。
6.自動彈出：工件加工完成后會自動彈出。
7.自動搬運：工件被彈出后自動搬運到下一作業(yè)工位。
8.自動測定：工件加工完成后全部自動檢測。
9.自動安裝：工件配件的安裝通過電動、油壓、氣壓等自動方式進行。
10.自動啟動：工件裝夾完成后機器自動啟動工序內(nèi)加工程序。
▲圖3 工序自動化級別
產(chǎn)線自動化
綜合安全、工具自動化、工序自動化，以降低制造成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量為目標，從生產(chǎn)上的“點，線”升至“面”的水準。而升級至面首做的就是生產(chǎn)線的自動化，主要子項如下，產(chǎn)線自動化示范圖見圖3.
1.節(jié)拍時間：不論何種工件，皆在其必須在規(guī)定時間內(nèi)制造完成。
2.前后控制：前工序有工件，后工序無工件才設備才進行運作。
3.單件流：各工序內(nèi)只有一個工件在流動。
4.先導系統(tǒng)：某些設備有安裝控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
5.U型生產(chǎn)線：設備布局依工序按U型排列。
▲圖4 產(chǎn)線自動化示范圖
工廠自動化
經(jīng)過“點”、“線”、“面”的整和生產(chǎn)線實現(xiàn)了精益自動化，接下來要實現(xiàn)的就是工廠的精益自動化，主要子項如下：
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 精益自動化設備開發(fā)
精益自動化設備進行開發(fā)時必須滿足如下6項基本原則。
1.設備機動性強，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.設備穩(wěn)定性強，加工工件質(zhì)量高，且穩(wěn)定，設備本身故障少。
3.設備利用率高，專機專用，空運行時間短，動作同步性高，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。
4.設備操作、調(diào)試方便，放料與取料為同一位置，工作臺高度便于員工操作，使人的工作范圍最小化，且高度一致性強，前制程出后為后制程入口，窄縱深入便于連接，有專用維護調(diào)試“窗口”。
5.輸送帶為成長式，員工作業(yè)動作與輸送同步，作業(yè)時間在輸送線節(jié)距與線速比范圍內(nèi)，線速可依產(chǎn)距設定，節(jié)距線兩側(cè)有“接棒區(qū)”，員工作業(yè)區(qū)內(nèi)有線體運轉(zhuǎn)啟動、停止開關(guān)，且線體動作變化時伴有聲音與視覺警報。
6.設備柔性化強，通用設備通過搭載專用零部件既能成為專用設備，專用設備通過更換不同零部件既能生產(chǎn)不同型號的產(chǎn)品，或可增加產(chǎn)能，設備通過部分零部件改造可變換其自身功能。
③ 精益自動化與智能制造的對接
智能制造是借助新技術(shù)（大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等）在多個維度對企業(yè)及價值鏈的革命性整合、重塑與創(chuàng)新，使整個產(chǎn)業(yè)鏈的參與者（研發(fā)、生產(chǎn)、供貨、銷售、使用）在一個靈活、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)通過實施精益自動化生產(chǎn)方式，加之工業(yè)3.0時代的MES、ERP、CRM、PLM等信息化技術(shù)，輔以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新技術(shù)，便能邁入智能制造的行列。
三、總結(jié)
隨著機械與信息技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)工程與精益生產(chǎn)知識的普及，智能制造的提出，精益自動化生產(chǎn)方式開始逐步在制造業(yè)滲透，并對產(chǎn)品的生產(chǎn)制造起到了明顯的推動作用。
制造型企業(yè)正可借此“東風”逐步導入精益自動化生產(chǎn)方式，增強生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，以應對復雜多變的市場，更可以此為階梯借助大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新技術(shù)實現(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)在時代的洪流中屹立不倒。
