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文章出處：http://www.shaotiangroup.com
作者：昂躍
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發(fā)表時間：2018-10-10
近年來，由于國內(nèi)人力成本與員工離職率逐漸增加，很多企業(yè)選擇導(dǎo)入自動化來代替人工操作。富士康總裁郭臺銘更是拋出豪言壯語：三年內(nèi)投資至少1000個億，引入至少100萬只機械手。我們暫且不去評論這個夢想是否能照進現(xiàn)實。筆者曾作為工業(yè)工程人員支援過自動化部門，親歷了一些自動化項目的成功與失敗，也在反思從IE或精益的角度來看，如何才能讓導(dǎo)入的自動化設(shè)備更有效？如何才能讓導(dǎo)入的自動化設(shè)備符合目前的生產(chǎn)環(huán)境？
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)備改造來滿足。
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法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)入自動化代替人工操作：
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)整自己的操作方法。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)備的采購成本。
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)員仍需要作輔助操作，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，無法實現(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的自動化是好的選擇，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，采購周期，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。
Q4：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)脑隽縼碓黾樱笮透咚僭O(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，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)備會像寄生蟲一樣，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?，F(xiàn)代工業(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道理，機器人的優(yōu)勢一方面由于具有較多的自由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?；跍p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。
下一篇：精益管理提升企業(yè)核心競爭力上一篇：
淺談精益管理原理架構(gòu)
近年來，由于國內(nèi)人力成本與員工離職率逐漸增加，很多企業(yè)選擇導(dǎo)入自動化來代替人工操作。富士康總裁郭臺銘更是拋出豪言壯語：三年內(nèi)投資至少1000個億，引入至少100萬只機械手。我們暫且不去評論這個夢想是否能照進現(xiàn)實。筆者曾作為工業(yè)工程人員支援過自動化部門，親歷了一些自動化項目的成功與失敗，也在反思從IE或精益的角度來看，如何才能讓導(dǎo)入的自動化設(shè)備更有效？如何才能讓導(dǎo)入的自動化設(shè)備符合目前的生產(chǎn)環(huán)境？
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)備改造來滿足。
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法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)入自動化代替人工操作：
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)整自己的操作方法。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)備的采購成本。
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)員仍需要作輔助操作，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，無法實現(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的自動化是好的選擇，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，采購周期，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。
Q4：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)脑隽縼碓黾樱笮透咚僭O(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，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)備會像寄生蟲一樣，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?，F(xiàn)代工業(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道理，機器人的優(yōu)勢一方面由于具有較多的自由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?；跍p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。
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