工廠車間的工序需不需導入自動化設備？

我們可以把自動化設備導入分為兩種情況：

一是現有設備能力不能滿足需求；

二是在人工操作的工站導入自動化設備； 

當現有設備能力不能滿足需求時，首先要考慮能否通過設備改造來提升設備效率，例如，對于需要人工輔助操作的半自動化設備，可通過一些IE的分析和改善方法來提高效率； 筆者曾通過增加一套治具的方法將一臺壓合設備的能力提高了一倍，改善前后的人機操作圖如下，改善前操作者和設備都存在明顯的等待浪費，改善后通過交替使用兩套治具，消除了設備的等待浪費。如果購置一臺原來的設備，購置費用高達10萬人民幣，而且還需額外配備一名作業員，而改造設備的費用不足兩萬人民幣。

對于全自動化設備，可考慮消除設備循環時間中的浪費，如減少設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量，以節省人力和成本。一般在以下情況下考慮導入自動化代替人工操作：

1.作業環境差，如噴涂和焊接作業等；

2.人工操作使產品品質不穩定或達不到客戶要求；

3.產品較大或較重，人工操作困難。

對于僅僅以節省人力為目的的自動化，個人建議需審慎評估。

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省人力，因此部門負責人在選擇導入自動化的工序時，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，因為這些工序恰恰是導入自動化難度最大的工序。在評估工序自動化的技術可行性時，至少需要考慮以下因素：

1. 部件的穩定性：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是否可以合格，還可以根據部件的差異靈活的調整自己的操作方法。但設備不具備人的靈活性，如果部件不穩定，設備加工出來的產品品質可能還不如人工，也可能會造成設備的頻繁停機。

2. 部件的可定位性。

3. 操作的復雜度：操作的復雜度越高，實現自動化的技術可行性越低。即使是工業機器人，復雜的組裝作業也難以實現。

4. 部件的包裝方式：如果想實現自動上料，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。

產品設計中有DFM/DFA（Design for Manufacture/Assembly）的理念，意思是指在產品設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量和種類，盡量使用標準件等。如果想實現自動加工和組裝，我們也可以從產品設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）。

在自動化導入的經濟可行性評估中，不能只計算設備的采購成本。

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備加工/操作循環時間內，作業員仍需要作輔助操作，如翻轉工件或功能轉換等操作 ；按照豐田生產方式的理念，要盡量將人力從設備上釋放出來，讓操作者能一人操作多臺設備，而不是把操作者作為設備的附屬。如果導入Level 1的自動化，一臺設備仍至少需要一名操作者來，無法實現一人多機。

Level 2的自動化也被稱為“one-touch 自動化”，是指當作業員完成設備上料和設備啟動后，不需要在設備操作循環時間內看管設備，這就在很大程度上解放了操作者，減少了等待浪費。

在豐田生產方式中，Level 3的自動化也稱為“著著化”，是指設備加工完畢后，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。可以利用設備最后一個循環動作的動力來彈出工件。因為會產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，產生了等待浪費，這種情況下有必要導入Level 3的自動化。

從Level 3到Level 4或Level 5的自動化，技術難度和成本顯著地增加。上料對于人工操作來說很容易，但實現自動上料，不僅需要專用的自動化技術，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對需求變化的柔性。 

一般來講，Level 3的自動化是最佳選擇，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，維修保養的難易度，可靠性和柔性方面更具優勢。在某些情況下，如果想導入Level 4和Level 5的自動化，需要審慎的評估其投入與收益，以及技術的可靠性等。

傳統的自動化設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。目前的生產環境是多品種，小批量，精益生產就是產生在這種環境下的生產模式，除上述傳統因素外，自動化的設計還應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、使用單任務的小設備，而不是使用多任務的大設備；設備越復雜，成本越高，可靠性越差，而且應對需求變化的柔性也較低；

2、 不盲目追求高速設備，設備的效率應以滿足需求為原則，并盡量與流程中其他工序的產能相匹配，盲目的追求高速設備，或者造成過量生產，或者會讓設備以低利用率運行。此外，對于應對未來需求的增加，產能提升不能一蹴而就，應以適當的增量來增加，大型高速設備會讓產能的增量過大；

3、盡量避免批量加工的設備，批量加工設備雖然在效率上具有一定的優勢，但會阻礙流動，與創建連續流原則相悖，會造成過高WIP，使生產周期過長。

流動化：設備易于移動。現在市場環境中，唯一不變的就是變化。產品的變化和以減少浪費為目的的流程改進都會驅動我們調整生產的布局，因此精益模式下的設備布置有三不原則：不落地生根，不寄人籬下，不離群索居。“落地生根”是指設備被固定，移動成本很高。設備要像“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。“寄人籬下”是指與其他設備共享附屬設施，如吸塵系統或冷卻系統，這樣設備會像寄生蟲一樣，必須依附在其他的設施下，才能運轉。“離群索居”是指設備按照功能分割開，除非由于生產環境的特殊要求（如涂裝，電鍍設備），設備應按照工藝流程布局，創建連續流。

柔性化：有彈性，改變附屬機構即可作其他用途。現代工業產品生命周期短，技術更新速度快，如果設備專用化程度過高，可能會造成設備投資還未回收，就已經不適用了。因此柔性化是現在生產環境下自動化設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某種產品所需的治具，模具，刀具）和模塊化設計（更換某一部分機構件即可生產其他產品）來實現。郭臺銘的機器人策略并非沒有道理，機器人的優勢一方面由于具有較多的自由度可以完成比一般設備復雜的操作，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，啟動后不需要調試就可生產；2.可快速更換模具，刀具。基于減少生產批量以減少庫存，豐田一直致力于追求快速切換，在自動化設備階段就考慮快速切換的要求，從技術復雜度與成本角度，比在設備使用后再進行快速切換的改進要低得多。

自働化（Jidoka）：賦予設備人的智慧，在設備作業時將人力解放出來。使用傳感器以探測異常并發出異常信號，并在必要時自動停機。自働化是豐田生產方式的兩大支柱之一，二戰后，日本從美國購買了大批自動化設備，盡管是自動化設備，但每臺設備前仍需配備一名操作者看管，在發生故障時關閉設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護，他想到了豐田創始人豐田佐吉的發明，以前的織布機在織造過程中，如果一根經線斷了，或者是緯線用完了，必須靠人巡回檢查發現停車處理，不然就會出現大量的不合格品。

能不能給設備賦予類似人的“智能”，給它裝上判斷設備運行狀態是否正常的裝置，使之在出現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，大野耐一將傳感器應用到設備上，當設備發生故障時，設備可自動停機并發出信號，這就是豐田生產方式中自動化（Jidoka）的來源。

結語

自動化不應該趕時髦，不應盲目的追求高科技也不能圖便宜，需要具有長遠的眼光。自動化導入之前合理化與標準化先行；自動化評估與設計階段，IE/生產/維保部門與設計人員的良好溝通也很重要。總之，自動化之路任重道遠。