工艺设计

在对装配项目发出报价请求(RFQs)之前，必须解决有关产品的基本问题。

我上大学的时候，有一份暑期工作是在一家装瓶厂。机器自动灌装，封盖和贴标签的瓶子。然后，我和我的一个同事手动给瓶子上了安全封条，把它们放进盒子里。我们还确保机器上有足够的瓶盖和空瓶子。

这工作不错。薪水不错，工作时间也很好。但是，在一小时又一小时的安全密封工作后，我经常在想:“公司就不能找一台机器来做这个吗?”

这个问题比我当时想象的要复杂得多。对于制造工程师来说，要做出关于自动化过程的明智决定，他们需要回答几十个其他问题。海豹可以自动喂食吗?这台机器可以适用于一种以上的封口尺寸吗?装瓶公司会使用这种类型的密封多长时间?有资金购买机器吗?运营和维护机器的成本会超过雇佣资金紧张的大学生的成本吗?

制造工程师在决定如何以特定数量、质量和成本组装产品时，也必须经历同样的过程。如果产量高，装配任务简单，产品的市场寿命长，那么一个全自动多工位装配系统将很容易被证明是合理的。然而，对于大多数产品来说，使用手动、半自动或全自动装配方法的决定很少如此明确。

ATC Automation的工程总监鲍勃•赖斯(Bob Rice)表示，他的客户中只有30%确切知道自己需要哪种类型的装配系统，而这些客户通常是拥有数十年装配自动化经验的汽车供应商。“我们的大多数客户只知道他们想要完成什么，以及他们想要完成的速度，”他说。“他们让我们来决定这个系统。”

自动化装配的一个良好起点是每年300万台。在较小的批量中，如果产品有大量的装配步骤，则自动化项目是合理的。图片由地峡工程与制造公司提供

的数字游戏

IMA自动化北美销售总监Paul Beduze表示，年产量对装配方式的选择影响最大。他解释道:“对于一款成本极低的产品来说，大量的自动化是很难证明其合理性的，除非你每年要生产3000万台。”“你拥有的数量越多，你的投资回报期就越短。”

Beduze的自动化装配起点是每年300万台。在较小的产量下，如果零部件价格昂贵或产品有大量的装配步骤，自动化项目是合理的。Beduze说，一个理想的自动化装配应该至少有三个装配步骤。

因为它可能不需要喂料碗和其他设备，一个半自动装配系统比一个全自动更便宜。但是，Beduze说，如果没有大量的工人，半自动系统每年将无法生产数百万个单位。

通过了解年产量，工程师可以确定系统运行的速率，单位为每分钟。生产速度可以建立并受到工厂操作班次的影响。该比率还会受到系统总体效率估计的影响。

“如果你每分钟需要一份，那通常是手工操作。如果你每分钟需要60个零件，那就是自动化，”赖斯说。“手动加载任何东西都需要5到6秒。如果你没有5或6秒的时间，那么你就需要自动化。”

产品的复杂性决定了哪些装配过程需要自动化。在某些情况下，制造商最好推迟自动化，直到复杂的流程可以被原型化。图片由RTS Wright Industries Inc.提供。

如果年产量预计将发生重大变化，工程师们还需要考虑另一个问题:咬紧牙关，立即投资于一个完全自动化的系统。或者，找到一个低成本的中间解决方案，然后再升级。

新产品很少从一开始就大量组装。通常会有一个上升阶段。一个制造商可能在第一年制造10万个组件，第二年制造40万个，再第二年制造100万个。

通常，产品需要更长的时间才能达到预期数量。因此，与其立刻制造一台能生产100万个部件的机器，倒不如一、两年分别制造两台更小的机器。第一个机器可以在头几年携带你。

作为奖金，双机解决方案为制造商提供了防止故障的保险单。单个高速线可能具有成本效益，但如果该线长时间下降，则灾害织机。

Betuze说，围绕斜坡问题的另一种方式是构建由托盘式输送机连接的模块化自动化工作单元组成的异步线路。通过这种方法，制造商可以添加或减去需求变化的细胞。

Workcell方法还通过提供基于过程的自动化而不是基于产品的自动化来解决灵活性问题。公司应决定他们想要保留哪些流程作为自动化的基础。然后，他们可以在这些过程周围设计他们的产品，以便它们具有固有的更灵活的系统。

看产品

装配方式的选择并不完全由体积需求决定。还有许多其他问题。

产品的市场生活是一次考虑。自动组装系统的高成本通常在几年内摊销。如果您只能生产一年，您不希望使用完全自动化的系统组装一些内容。

劳动力的成本和可用性是另一个问题。在墨西哥的华雷斯可能有更多的人工操作，但在美国可能有更多的自动化操作。

另一方面，Beduze指出，低成本劳动力可能不具备处理组装各个方面的技术技能。例如，如果产品需要复杂的电气测试，那么在“家里”用自动化系统组装产品可能更有意义。通过减少低成本装配工人而节省下来的钱可以花在熟练的测试工人身上。

产品的复杂性可以确定哪些组装过程是自动化的。在某些情况下，制造商更好地延迟了自动化决定，直到复杂的流程可以原型。

对于能够装入12英寸立方体的产品，固定自动化是首选的装配方法。随着产品尺寸的增加，自动化装配的选择减少。

质量问题

部分质量是一个经常被忽视的细节，可以显着影响组装方法的选择。手动组装产品时，操作员可视地检查零件并拒绝不好的。在自动装配系统中，不良部件通常会导致停止生产的卡纸。

据Dean A. Shafer，PE，据Dean A. Shafer，PE，即使是99.95％的部件也是可接受的，这可能不足以足够好，以便有效的自动化组件。成功装配自动化(制造工程师学会，1999)。例如，考虑一个以每分钟50个部件的速度生产五部分产品的自动化装配系统。假设每个有缺陷的部件都会导致机器堵塞，而清除堵塞需要2分钟，那么“只有”500ppm的缺陷率将导致系统在20%的时间内停机。如果机器速度增加到每分钟500单位，系统将有70%以上的时间停机!

因此，制造工程师必须评估来料零件的质量。为了适应自动化装配，工程师可能必须调整零件公差或修改零件处理选项。

质量问题也可以另行方式。如果零件具有小缺陷，则操作员可以完成组件，但成品可能不符合规格。自动组装的一个优点是它确保产品一致地满足质量标准。每个部分都是完全相同的方式组装。当遇到不良部件时，系统将停止，或者系统可以设计为拒绝不符合规范的组件。

凭借正确的固定装置和方法，使用手动或半自动装配设备的工人可以最大限度地减少质量问题。但是，如果你要求运营商每次将一个小球插入一部分，那就不会发生。这不会发生。这将是一定程度的错误，“他说。“除非它崩溃，否则自动装配系统将始终会出现优质产品。”

Beduze说，另一方面，质量成本很高，装配商可以通过减少或消除检测站来降低装配系统的初始成本。“视觉系统并不便宜，”他说。“你可以让操作人员在自动化装配模块之间检查产品。随着体积的增加，你可以添加一个视觉系统。”

因此，装配商应该仔细考虑质量对其产品的重要性，以及达到该标准的成本。如果你在制造安全设备，你会非常关心检查，并确保绝对没有不合格品进入产品流。如果你在做砖，你不需要那样的质量。

或者出去吗?

减少周期时间的目标鼓励操作的集成。最快的循环时间通常可以通过将所有流程步骤连接到一行来实现。然而，如果不能很好地理解每个操作的可靠性和交互，这可能是一场灾难。

地峡工程与制造公司(Madison, WI)的销售工程经理Steven Kinderman表示，紧固、超声波焊接、卡接插入、o形环安装、贴标和其他简单、一致的过程都很容易实现自动化。不一致的过程，没有坚硬的，可定义的组件，如流体分配或放置泡沫部件，更难以集成。

“它们并非不可能，但具有挑战性。他们肯定会给系统带来风险，”金德曼说。

平衡过程时间至关重要。胶粘固化，电气测试和泄漏检测比紧固或压配有更多的时间。随着速度的增加，紧固的选项减少。超声波焊接是加入塑料零件的流行。然而，在高速组装系统中可能没有足够的超声波焊接时间。卡扣件或冷铆接可能更好。

比较不同装配系统的复杂性的一个简单方法是增加零件数量、位置和工艺步骤。简单的步骤，如验证放置，可以忽略，但工艺步骤，如焊接或测试，应计算在内。如果总数大于15，工程师应考虑将产品分装到两台机器中，在两者之间设置一个缓冲器。如果数字较低——5到7个——则可以采用高速的方法，如连续运动。如果数量大于20，则应考虑非同步装配系统。

如果制造商必须考虑到上游工艺的停机，例如成型塑料部件，也应考虑不同步线。

“如果一些组件比其他组件需要更多的组装时间，你可能必须在一个异步系统中分离它们，”Kinderman说。“例如，你可能有两个或三个部件必须进行超声波焊接。满足循环时间的唯一方法是在“多起”夹具中做到这一点。如果在线上的其他进程可以很容易地在一个‘领先’fixture中完成，那么您就需要一个异步操作。”

相比之下，同步系统可能包括四个1秒的操作，可以逐步完成。