“非标自动化”是对应所谓“标准自动化”的概念而出现的。在工程界,为了应对大批量定型产品的生产,设计了生产流水线,辅以标准化的工装夹具和刀具,并制订了严格的生产工艺SOP(标准作业指导书)、BOM表(零部件和物料清单)和品质管控模式SIP(产品检验标准作业指导书),对产品线的全制程进行有效管理。
也就是采用了“标准自动化”的生产模式。
二、如何制作非标自动化设备?
1、标准作业指导书(简称SOP)-- 采用图文并茂的纸档(或电子档)的形式,对制造、装配中所有的具体动作、使用的工具、刀具和工装夹具、需要加工、装配的原材料和零部件(含标准件)、以及每一个工序的具体要求,和先后加工顺序做出明确无误的规定。
2、产品标准检验作业指导书(简称SIP)-- 采用图文并茂的纸档(或电子档)的形式,对制造、装配工序中所需要的原辅材料、所有的半成品、以及终端产成品,对照技术要求(即尺寸公差、表面粗糙度、形位公差、材质和外观)定时或按一定的频次,使用规定的检测仪器、检具和检测方法,进行工序和工艺检查。
3、零部件和物料清单(简称BOM表)-- 将项目或生产、装配过程中。
所有需要用到的零部件、原辅材料、标准件以及所需的工具、刀具和工装夹具,采用规范的表格形式,按照‘分门别类’的方式,将原辅材料、零部件、工具、刀具以及标准件的名称、型号规格、数量、零部件序号、图号和技术要求,以及供应商名称等信息。
4、生产流水线(简称产品线)-- 是指将原辅材料通过加工、装配的工艺和工序,经过必需的N道工序后,最终可以连续、稳定地生产出所需要产品的一种模式。
一般是用输送传送带将原辅材料和半成品,连续不断地送到各个加工工位,直至送到最后一道工序,完成整个加工或装配的工作。
三、“非标自动化”设计工作要达到的主要目的是什么?
1、一般是采用自动化部品如:电动滑台、气缸、各种电机(如:步进电机或伺服电机)等驱动单元,和感知元器件(如各种用途的传感器),以及电动转台、皮带输送机、搬运机械手等输送物料的机械装置。
2、通过提升机械动作运动和运动节拍的精准度,取代原生产工艺,提升品质;
3、主要是通过减少工序上的人工,降低劳动强度,降低生产成本。
四、“非标自动化”设计工作的主要工作是什么?
1、收集信息:
详细了解原有工序、生产工艺或生产设备的所有具体细节,和现有产能、人工数量、现有多少工序、工序品质(或产品品质)、原辅材料等情况。
最好能到生产线上去向主管工程师和操作员工进行多层面的询问、勘察和了解,并了解工作场地中的环境要求,以及是否有什么特殊的要求;
产业界公认的数据是:自动化升级项目的投入产出比一般在1:4~1:6。但笔者在不同性质的企业,目睹有些自动化项目在投入使用后,易出现与生产工艺匹配欠妥故产品质量不稳定;先天故障偏多故效率低下、或维护费用高昂等诸多问题。
自动化项目的主要管理流程
不同的自动化项目、不同的企业,尽管很难完全相同,但自动化项目的主要流程一般会包括:项目提出与评估、预算与招投标、供方选择与合同签订、设计与制造、安装与调试、试产与验收、使用与维护、后期管理(例如技改、封存、报废),等。
自动化项目的实施责任方
对于自动化项目数量不多的企业,从各部门抽调人员组成一个临时项目组,是可行的。
项目提出与评估
因为自动化项目需要耗费精力、资金等,尤其是大中型的项目,耗费动辄数十万元甚至更多,故宜考虑其目的为何:效率提升(包括省人、省力等);质量工艺更稳定;单位原料消耗量减少;能耗降低;安全系数增加;排污减少;节省空间等。当然,一个自动化项目可包含不止一个目的,例如自动立体仓系统既可提高物流效率。
实际上,对于企业人员来说,厘清自动化项目之目的并不难。但随之而来的一个问题却需要给予足够的留意:在人员精力、资金有限时,往往无法将整个产品价值流全盘进行自动化升级。
建议参考高德拉特的“TOC原则”(瓶颈管理,Theory of Constraints),在整个产品价值流的瓶颈环节,优先实施自动化升级项目。依据TOC原则,只有当在瓶颈环节提升了多少效率时,则整个价值流的效率才会提高多少。换言之,在非瓶颈环节所进行的自动化项目,虽不至于完全没有意义,但却错失了“利用最少的资源,取得最大化收益”杠杆作用。
接着需要对自动化升级项目进行进一步评估,包括:投入产出比、与现有设备的衔接性、产品工艺匹配度、可操作性、性能可靠性、维修维护便捷性、备件供应、使用寿命、法规符合性(例如排污指标、安全性)、能耗指标、售后服务等。
在评估投入产出比时,宜采用“LCC(全寿命周期成本,Life Cycle Cost)”方法,以免忽略该项目在使用、维护维修、能源消耗、报废等环节的费用投入。
供方选择与合同签订
自动化项目可内部自主完成、或选择供方来完成。选择供方时,应从供方的质量、价格、交付期、同类项目经验、售后服务、市场口碑等方面来进行综合考虑。
对于投资额度较大的自动化项目,有必要去实地考察供方已在市场上完成的同类项目,并全面观察其在运行过程中的各类指标状况。
设计与制造
在设计的过程中,应要求供方设法超越“自动化”、追求“自働化(Jidoka)”。所谓“自働化”,即让设备或系统拥有人的智慧——当被加工的产品出现不良时,设备或系统能即时判断并自动停止。追求“自働化”可达到两个目的:一是不生产不良品(实现零缺陷);另可节省监控设备运行的看护人(实现省人化)。
鉴于(尤其是非标)自动化项目的可靠性较易出现偏差,继而在使用过程中故障停机较为频繁,所以在设计阶段,不宜任由供方只凭经验进行设计,而有必要要求供方实施FMEA(失效模式与后果分析)或类似方法,然后采取改进措施。必须依据合同或方案要求对设计结果进行逐一验证。
对于故障停机频次较高、损失较大、维修耗时较长的自动化设备部位,在设计阶段就宜考虑如何便于将来在投产后实施“模块化维修”模式,即利用功能正常的“模块”替换发生故障的“模块”,先让自动化设备尽快恢复生产,然后再离线维修发生故障的“模块”。
应参与供方对自动化项目所实施的设计与制造过程,以便令项目进度受控,且确保项目结果达到预期要求。可派出“跨部门专业小组”确认供方的设计与制造,例如:工艺质量人员确认对产品质量的影响;
使用与自主维护(由生产操作者执行)
在小批量、多品种的生产状况下,换产活动较为频繁于是生产时间浪费较多,建议实施“快速换产”方法。
备注:“快速换产”即通过优化换产流程而使换产时间压缩到十分钟之内。主要步骤有:区分内外部设置、将内部设置转为外部设置、压缩内部设置时间、压缩外部设置时间、新换产流程的标准化。
自动化项目的小停机普遍较为频繁,而导致小停机的主要原因,除了设备本身、原料质量等因素外,也与生产操作者的操作习惯、保养息息相关。因此,有必要详细规定并由操作者实施的自主维护,含岗位清扫、岗位点检、岗位品控、岗位维护四方面的内容及要求。
专业维护(由维修人员执行)
考虑到自动化设备的突发故障一般会造成较大损失(效率、能耗、安全隐患、质量等),故应摒弃“不坏不修,坏了才修”的事后维修模式,而应采用预防维修模式。在维护维修策略选择方面,建议考虑下述策略的组合:
一、对于分散型的单机自动化设备,若设备数量较多,则宜实施“轮保”模式,即采用时间滚动方式,轮流定期对一台或几台设备进行专业维护、检修;在完成所有单机设备的维护与检修后,然后开始一个新的循环;
二、对于由多台设备组成的联动自动化产线,因为其频繁的停机维修会导致效率损失加剧,故一般宜实施“同步维修”模式,即在维修某一故障时,同时把全线所有关键部位也予以检查、维护和维修;
三、无论是单机还是自动化产线,除了尽量实施前文提及的“模块化维修”模式之外,同时均应考虑实施 “视情维修”,即采用离线或在线的探测手段,随时掌握设备的状况,以便可及时采取预防性维修。
四、对于维修停机将导致较严重损失的自动化设备,例如某火电厂一个机组维修停机一天,就会导致约500万元的利润损失,则应考虑采用“快速抢修”(通过采用“ECRSI”等方法,以缩短维修周期)。
若企业自身的专业维修力量欠缺,则在初期设计阶段,宜配备远程维修的功能,以便自动化设备的生产厂家、或服务商可迅速开展故障诊断与维修。
走出自动化迷思
尽管我本人对自动化很有热情,也坚信自动化是未来的主流,但我们仍需走出自动化迷思。
比方说:在非瓶颈实施自动化,对企业整体收益的贡献并不大;因人们普遍对自动化设备非常信任,故而容易放松警惕,而自动化生产速度较快,于是一旦发生品质不良,就会导致短时间内产生大量不良品(所以要尽量做到“自働化”);若生产线不平衡,于是自动化设备越高效,则产生的过程库存就越多;
正因自动化项目的复杂性,故有必要结合自动化项目的特点,识别、训练、考核相关人员的技能,使之能胜任项目的要求。
也正因自动化项目的复杂性,故相关资料与信息,为了便于可及时查阅,宜采用“一机一袋”的方法(即某设备全寿命周期的所有资料,放在一个文件档案袋中)。
若想使自动化项目符合预期的质量、效率指标、投入产出比等指标,继而加强企业的竞争力,就需要走出有关自动化的种种迷思,加强覆盖自动化项目全过程的系统管理。
2、了解需求:
向客户方主管了解需要达到的主要目的和要求;
3、方案确认:
根据上述两个基本情况,结合可供选择的条件,提出初步可行性方案,供团队集体讨论后,交付给客户确认;(一般这会有几个来回后才能初步定下来)
4、主要部件选型:
在可行性方案经由客户确认后,开始进行自动化部品选型;(一般在做可行性方案时,也需要进行初步的选型动作)
5、参数验证:
根据客户对产能(一般是指整个循环过程所需的时间)的要求,进行全制程的工步设计。
6、常规设计:
在以上工作完成后,就可以进行装配总图草图的设计工作,进入常规的机械设计工作流程了。同时,由电气工程师和程序编制人员,依据整体实施方案和工步流程图,进行电气原理图和程序控制软件的设计、编制工作;
7、审核与客户确认:
完成机械设计、外采自动化元器件、机械加工零部件、电气图和程控图后,经过规范的审核和客户再次确认后,即可进行制造、装配、调试工作,完成后进入试运行阶段;