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關於自動化發展層次之我見

瀏覽次數: 日期:2018年8月13日 15:03

提到自動化,首先要提“工業4.0”,“工業4.0”是“Industry4.0”的中文翻譯,本意是第4代工業或者第4次工業革命。人類曆史上的前三次工業革命分別是以蒸汽技術革命為代表的第一次工業革命,以電力技術革命為代表的第二次工業革命,以計算機技術革命為代表的第三次工業革命。第四次工業革命,是以3D打印、互聯網產業化、工業智能化、工業一體化為代表,以人工智能、清潔能源、無人控製技術、量子信息技術、虛擬現實以及生物技術為主的全新技術革命。德國政府提出“工業4.0”戰略,並在2011年4月的漢諾威工業博覽會上正式推出,其目的是為了提高德國工業的競爭力,在新一輪工業革命中占領先機。我國在2014年12月首次提出“中國製造2025”,2015年5月19日,國務院正式印發《中國製造2025》,其根本目標在於改變中國製造業“大而不強”的局麵,通過10年的努力,使中國邁入製造強國行列,為到2045年將中國建成具有全球引領和影響力的製造強國奠定堅實基礎。

概念弄清楚了,再來看看現實,AG亚游集团大多數製造企業仍然還處於非常低的製造水平,在發展自動化的過程中切勿盲目跟風,應該結合企業發展需要和自身能力,遵循手工作業→機械化→自動化→智能化的路線,逐步前進,實現自動化改造。接下來舉例說明。

手工作業階段

首先以傳統手工操作的非數控設備為基礎進行探討,這類設備離開人無法運行,更像工具,典型代表如鑽床(圖1)。

圖1 鑽床

機械化階段

過去在機加工行業內流傳一個說法,隻要一台鑽床和一台車床就可辦一個機加工廠。這可以說是最原始的機加工階段,現在幾乎沒有人再用這類設備作為主要工作設備了,這個階段升級主要目標應該是實現用設備替代人的主要工作,人工還需要負責輔助工作如上下料等。主要代表設備有加工中心,以鈑金行業為例,這類設備就是數控轉塔式衝床(圖2)。

圖2 數控轉塔式衝床

數控轉塔式衝床具有數控係統,能自動運行,能實現鈑金產品的衝孔、切邊,但是需要人工上下料。同時因為加工過程材料移動,產品在加工過程需要微連接與材料相連,從機床卸料後人工再剪斷微連接(圖3),得到產品,如果微連接大小恰當,可以通過抖動的方式讓產品和原材料分離。這種加工模式主要加工過程由機械完成,然而並不能解放人,隻是提高了加工效率並減少了人的勞動量和勞動強度。這個階段人員和設備的配合工作時間比例幾乎為100%,暫且稱其為機械化。

圖3 人工剪斷微連接

半自動化階段

第2階段的升級是給上述數控轉塔式衝床配置自動料架實現自動上下料,人隻負責給設備料架配置原料,並從設備上取下衝切加工好的半成品,然後再切掉微連接取下產品。這個階段人在設備工作期間可以短時間和設備分離,設備依靠程序自動上料加工並將半成品堆垛,最後再需要人工切斷微連接並整理半成品。這種工作模式,人工工作占設備工作的時間比例大約為60%,主要工作是負責上下料和整理半成品,是處於機械化和自動化之間的一種狀態。圖4所示為帶自動上下料功能的數控轉塔式衝床。

圖4 帶自動上下料功能的數控轉塔式衝床

第2.5階段的升級是在上述設備配置的基礎上再附加一套MJC(micro joint cut)即微連接剪切裝置,這個裝置自動剪切微連接,在剪切掉微連接後會將半成品堆垛到一個托盤上,等托盤裝滿了再將托盤從料架調出來,人工將托盤和半成品一起取走,送到下道工序。在整個工作過程中,人工隻負責了上料、取廢料、取半成品,人的工作時間占設備工作時間的比例最多可以縮短到20%,但是因為它隻生產了半成品,還不能把它歸為鈑金自動化,但是已經很接近自動化了。達到這個階段,可以實現1人管理多台設備,已經有了些許自動化的感覺。因安全要求,MJC用護網封閉,且與設備的自動上下料架結合,用圖片無法展示,故此略去。

第2.5階段雖然人的參與量隻有20%,但是畢竟設備生產出來的產品僅僅是半成品,一般還需要後續折彎工作(圖5)。

圖5 折彎工作

自動化階段

因此就有了第3階段升級,一種從原板開始在一條線上完成衝剪折三個工序的柔性生產線。這種生產線隻需要人工上下料,在最前端的料架上放置好原料板材,通過程序控製,原料被設備取料裝置從料架取下來送入衝剪工序,衝剪完成的產品如不需要折彎可以分流,從生產線上卸下來去其他工序加工,需要折彎的產品繼續在生產線上流動,通過翻轉裝置翻轉後,達到折彎時正麵朝外的效果。產品到達折彎中心後自動定位,一次定位多邊折彎,保證折彎尺寸準確。折彎完成的產品從卸料口流出,被工作人員取出後,即得到鈑金加工的成品。這種加工過程人工不需要參與,除了上原料和取出產品外都是設備自動完成的,加工過程人員零參與,可以說初步實現了鈑金加工意義上的自動化,全過程人員參與率低於10%。典型代表如圖6所示的薩瓦尼尼柔性生產線。

圖6 薩瓦尼尼柔性生產線

智能化階段

第3階段雖然已經是基本實現自動化,但是上料過程還是人工負責,而且向設備料架上料和設備加工時取料用的是同一套抓取裝置,向料架上料需要在工作上料間隙進行,如果整條線的節拍小於30秒,將無法實現在加工同時再向料架上料,也就是說必須停機上料,造成一定程度的效率損失。用多列大型立體料庫取代料架是非常好的解決方案。多列大型立體料庫本身就是一套係統,具有獨立的上下料工位,與第3階段所述的柔性生產線料架嵌套,實現大型立體料庫向生產線料架送料,同時生產線從料架上取料加工。而且可以在生產線的操作終端直接操作大型立體料庫給料架供應原料。大型立體料庫的材料裝入工作由獨立的專職工作人員完成。到這種程度,設備操作員的主要工作就是開啟設備。人工參與生產過程的時間占比低於5%,可以說基本上實現了鈑金加工的自動化,也就是第4階段了。

從另一角度來說,用機器人替代人也是最簡單實現自動化的途徑,機器人本身是非常成熟的產品,穩定性非常好。建議剛剛開始考慮用機器人替代人工的企業一定要注意一點,機器人係統集成拚的是工裝,不是機器人本身。工裝的設計合理性和穩定性對自動化效率的影響非常大,根據筆者近幾年使用機器人焊接的經驗看,工裝故障率占機器人焊接線故障率的98%,機器人本體和傳送係統幾乎從來不發生故障。圖7所示為機器人焊接線。

圖7 機器人焊接生產線

在推進自動化過程中一定要根據自身特點決定選用哪種階段的自動化程度的設備性價比最高,切不可盲目追求概念,同時要把眼光看遠一點,選擇的設備要有一定的先進性,基本要考慮3年內不會被淘汰。

結束語

現階段AG亚游集团要清楚的認識到,自動化的主要任務還是替代簡單重複性的人工勞動。筆者曾經參觀過某國產品牌的機器人,廠商給大家介紹了一種功能,就是用手機通過雲平台可以隨時查看機器人的各軸扭力參數,通過後期軟件開發,可以實現遠程機器人動作模擬,以監控機器人工作狀態。這個想法很超前,作為機器人廠商應該有這種前瞻性,為將來第4次工業革命做準備。但是作為用戶要切實了解自己的需求,並選擇適合自己的產品,依筆者的經驗看,在人工成本占總成本的比例還沒有高到一定程度的前提下,短期內很難實現大規模的網絡化智能設備聯網工作。

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