如今的玩具通常只需要一个容量大得多的小电池就能运行，而不是强迫父母把四个或更多的笨重铅酸电池撬到一个难以打开的隔间里。更棒的是，电池通常是内置在玩具中，避免了在最后一刻跑去商店的疯狂。
电池驱动的工业工具也经历了类似的发展时期。20年前，当螺丝刀、螺母扳手、冲击扳手和其他无绳紧固装置首次出现时，它们使用的是产生低扭矩和低重复性的重型电池组。因为这些工具使用起来很慢而且很笨拙，所以它们在生产环境中没有吸引力。事实上，第一代的无线工具在建筑、维护和diy领域之外，遭到了大多数人的嘲笑。
但是，在最近电池效率和离合器性能的改善之后，组装商现在可以选择各种无线工具，它们的性能与空气和电力驱动的替代品一样好。经过多年在建筑行业的广泛应用，无线技术已经为工厂地板上的黄金时间做好了准备。工业市场的意识和需求在增长。工具制造商正在推出各种针对特定装配应用的无线产品。
实际上，对电池供电的工具市场的兴趣已经拾起，并且在上个月是明显的组装aico(波特兰，OR)宣布，将在2002年第一季度推出一系列20个电池驱动的组装工具，包括多种离合器风格、扭矩范围和工具配置。博世生产工具公司(Addison, IL)也推出了六款具有多种选择的无绳螺丝刀。
Makita U.S.A. Inc.（Lamirada，加利福尼亚州）计划在新的一年内提前推出一系列15个无绳装配工具。使用其他工具制造商声称非常密切地观看市场，可以很快提供额外的产品来满足汇编者的独特需求。
终于自由
今天，无线工具比以往任何时候都更受欢迎。密尔沃基电动工具公司(Brookfield, WI)的无绳产品业务部门经理Dave Selby声称:“在过去几年里，无绳市场以每年10%以上的速度增长。”“这是工具市场总体速度的两倍。”无线、电池驱动的工具为组装者提供了独特的优势。例如，它们可以安装在空气管或电线等脐带可能限制容易进入和操作的狭窄空间。它们还有助于消除工厂地板上与电线、电缆和软管有关的头痛。
贯穿工作区的空气软管和电线会造成事故危险。此外，它们还消耗了宝贵的生产时间，特别是当绳索或软管被困在工作站、零件箱、夹具、工具车和其他物品上时，操作员必须将其解开。
无绳工具可以让组装人员在平台、架空升降机和其他空间有限、绳索或软管会拖拽工具的地方轻松工作。操作人员可以自由地在装配线上上下移动，而无需担心身后拖着脐带。塞尔比说:“当你不需要担心航空公司的时候，很容易改变设置和[转移]到另一个区域。”“工具随操作人员移动。”
一些汽车制造商给组装工人配备了枪套，这样当他们看到松动的扣件时，就可以迅速拿出工具，在车辆出厂前纠正问题。电池驱动的工具还有助于制造商解决其他质量问题。
在角落或锋利边缘上的绳索和软管可以断开关键部件或部件。任性绳索和软管可以划伤或涂上组装产品的涂料或表面光洁度。绳子，电缆和软管在地板上拖动可以拿起污垢，灰尘，油和其他污染物。这对公司的大部分令人担忧，这些公司组装了高票材，例如豪华车，在保留化妆品外观非常重要。
密尔沃基电气公司负责无绳产品的产品经理迈克·科比说:“我去了很多工作场所，他们都要求把所有有电线的东西都变成无绳的。”“人们想要在工作中自由移动，而不是被拖在身后。”
Kirby预测:“当无线工具的性能达到同等水平时，它们将取代任何有线工具。”“随着技术的发展，这可能会比我们想象的更快。Run-Arial已经增加，这些工具比几年前的无绳表亲更强大。”
无线工具并不新鲜。它们最初是由美国太空项目在20世纪60年代开发的，用于在轨道上进行紧急维修。阿波罗号的宇航员还使用电池驱动的工具在月球表面下钻取岩芯样本。最近，无绳工具的应用包括组装哈勃太空望远镜和国际空间站。
天外来客
戈达德太空飞行中心(Greenbelt, MD)已经开发出了它认为的终极电池驱动工具。它的手枪手柄工具(PGT)使用一个微处理器来控制驱动扭矩，角速度和转弯角度。微处理器还监测工具的物理状态，该工具使用一个28伏无刷直流电机，转子上有钐钴磁铁。性能数据可通过串行接口下载，用于统计过程控制。旨在在太空行走期间和其他额外的车辆活动中使用矩阵扳手，需要组装270亿美元的国际空间站。规定的事件序列可以编程到工具中，以确保不超过紧固件，并且所有紧固件都在规格内转动。操作员通过LED和字母数字显示接收反馈。
PGT的另一个独特之处是它的电池。该工具目前使用镍金属氢化物电池，但它很快将使用锂离子电池，比传统的可充电电池多存储2到3个Arial电能。锂离子电池的能量密度将允许36伏特的电池和商用的14.4伏特的镍镉电池容量相同。与目前的镍镉电池和镍氢电池的400次和500次充放电相比，这款电池可以进行1400次以上的充放电。
通过其技术转让计划，国家航空航天局（NASA）试图为PGT找到商业应用。但是，该工具有一个局外的价格标签。
一些工具制造商对最先进的设备的部件表示了兴趣。“我们通过无刷电机技术造成了畏缩的，”德沃特工业工具公司（巴尔的摩）产品经理Mike Gorman说。“旨在产生更多扭矩输出的进一步创新肯定有一些机会。”
回到地球上，电池供电的工具已商业上有超过15年。直到最近，想要在厂房上使用无绳技术的装配商必须依赖于为自己和施工市场设计的工具。
其中许多工具具有相对较低的功率重量比，通常支持低扭矩、低占空比的应用。对于大多数装配应用来说，精度、扭矩和重复性都是不够的。此外，相对较低的电池寿命也抵消了其方便性和便携性。
然而，近期工具和电池技术的发展承诺在工厂地板上刺激需求。经过多年的回到空气和有线电器电动工具，无绳工具终于似乎是在生产环境中广泛使用的边缘。
“今天，考虑无绳工具肯定是一个强有力的案例，”Makita营销通讯经理Vince Caito说。虽然他的公司是在电池供电的工具市场上的先驱，但它传统上集中在建筑业的大部分。现在，它正准备分支并启动一系列专用于装配任务的紧固工具。
凯托表示，新的环保电池和更多的电池回收计划正在刺激对无线工具的需求。“镍氢电池不含任何有害的镉，”凯托说。“现在人们对电池回收也有了更好的认识。”例如，充电电池回收公司(RBRC，亚特兰大)已经建立了一个全国范围内超过20,000个回收点的网络。RBRC是一个由便携式可充电电池制造商资助的非营利组织。该公司开发了一种特别的标签，贴在电池上，敦促无线电动工具用户进行回收。
“充电电池和充电器技术的进步是无绳电动工具变得越来越流行的主要原因，”密尔沃基电力公司的Kirby说。“电池技术不断进步。在过去的几年里，电池制造商一直在寻找新技术，使更多的能量进入电池，从而允许更长时间运行arial。”
实际上，典型的镍镉电池组的平均寿命增加到2至2.4安培的时间。相比之下，早期的镍镉电池通常仅为1.2或1.4安培的时间。
新的电池技术，如镍金属氢化物和锂离子电池，正在进一步提高运行时间。在过去的几年中，镍氢电池组的发展有了显著的提高。镍镉电池最大电流为2.4安培小时，而镍金属氢化物电池目前可达3.3安培小时。镍金属氢化物电池的能量密度是镍镉电池的两倍。
用于电动工具的锂离子电池技术仍在开发中。虽然它对经常耗电的应用很好，比如笔记本电脑，但它不能提供工具需要的峰值功率。密尔沃基电力公司的塞尔比指出:“它们无法提供大多数无线工具所需的高电流。”
新一代
新一代工业无线工具也解决了准确性，重复性和扭矩。功能包括最佳切断精度，重复保护和过载保护。此外，新的电子功能可以让操作员更容易使用无绳工具。例如，许多工具现在具有内置的微型聚光灯，位于工具位附近，以照亮工作区域。每当操作员啮合工具时，灯都被激活。最终用户可以通过视觉提示和听觉信号获得即时反馈，显示电池状态、扭矩状态和联合控制。例如，博世精确螺丝刀具有两个平行的led内置在工具的后部。右侧的指示灯表示扭矩:正确的为绿色，错误的为红色。如果没有达到所需的离合器关闭，用户还会听到可听到的“哔”声。
左边的指示灯提醒操作人员注意电池:绿色闪烁的指示灯表示电池可以再进行几次螺丝刀操作，然后必须更换电池。当工具不能再达到正确的扭矩时，它会关闭并亮起红灯。
许多进入组装市场的新型无绳工具，无论接头的硬度或柔软度如何，都保持了非常高的可重复性。博世生产工具的主要客户经理William Staiger表示:“建筑行业使用的传统无绳工具有一个锁定(齿轮)离合器，扭矩公差非常大。
“一些竞争对手使用这些传统的工具离合器来构建生产工具，”斯塔格斯警告“。“这对生产环境不可接受。我们的关闭离合器具有类似于直流电动智能工具的扭矩容差。我们的工具在最低CMK为1.67（欧洲汽车行业所需），在大多数情况下，我们的公差比这更紧。“
使用直角附件和不同尺寸的电池(如9.6伏或12伏电池)，无线工具可以产生不同的扭矩和电机速度。例如,博世的新的无线工具行范围从确切的2,拥有一系列的0.6到2牛·米在600 rpm 9.6伏特1.7小时镍镉电池的12,这档节目的特点就是一系列的1.5到12牛·米在400转一个12伏电池2.4小时。
“这些模型的差异是RPM，扭矩和电池电压，”Staiger说。“我们根据客户请求专门开发了这些不同的版本。博世认为Accu-Racy通过具有广泛的版本来满足应用程序的特定扭矩需求而不是尝试用一两个模型进行所有内容。关节硬度不是我们的问题，应用程序可以在范围内所需的任何东西。“
市场需求
除了电池和离合器技术的显著改进，三大趋势也推动了无线技术的日益普及:能源成本的上升、人体工程学和精益制造。能源成本上升是所有制造商的主要担忧。根据美国国家制造商协会(华盛顿特区)最近进行的一项调查，80%的中小制造商报告说，由于能源成本上升，在过去12个月中利润下降。机械驱动应用，如气动工具，占22.1%的能源使用，仅次于过程加热需求。
气动工具并不以节能著称。调节器需要保持管道压力恒定，压缩机必须一直运行。
美国能源部(华盛顿特区)说，压缩空气系统占美国全部电力使用量的10%，相当于每年总能源成本的15亿美元。因此，许多制造商都渴望找到具有成本效益的气动工具的替代品。
Aimco培训主管史蒂夫•布里特(Steve bullet)指出:“空气价格昂贵，往往是很高的固定成本。”“压缩空气需要很多电能。电池工具不需要与空气工具(如软管、配件、过滤器、调节器和水分分离器)相关的安装和维护成本。”无线工具只有在电池充电时才耗电。
气动工具需要专用的基础设施来支持空气管路。在当今灵活的装配环境中，无线工具允许制造商在生产线需要重新配置时避免昂贵的厂房变化，以满足不断变化的市场状况。
人体工程学是另一个使得无绳技术非常有吸引力的因素。最近由北卡罗来纳符合人体工程学资源中心（Raleigh，NC）进行的调查发现，通风和噪音是工人不适的最常用原因中的两个。因为它们不会排出空气，无绳工具通常比气动紧固装置更安静。通过避免油喷射，它们也可以更清洁。
许多制造商正在使用可倾斜的夹具和可调节的工作站来解决人体工程学问题。由于所有这些额外的动作，空气软管和电线很容易被缠绕或卡住。无绳工具使组装人员在产品组装过程中移动更加灵活。当然，它们也有助于降低绊倒恼人的电线和软管的风险。
越来越多地使用汽车植物中的煎锅，以降低重复运动菌株和背部损伤的风险也提高了对无绳工具的需求。煎锅输送机是闭环摩擦驱动系统，其具有能够携带一辆车辆的地板级调色板。可以调整输送机以优化操作者与所执行的组装任务之间的关系。随着一些简单的调整，可以改变输送机高度以使操作员的物理特性匹配工作的特定转变，减少菌株，扭伤和肌肉疲劳的机会。
有无绳的紧固工具可在手枪夹具或内联设计中提供。大多数工具都具有T型手柄设计，以均匀地分配工具的重量和电池。
席卷美国的精益生产倡议呼吁在整个生产过程中消除浪费。无线技术的支持者声称，电池驱动的工具是这种环境的理想选择。
“我开始看到越来越多的无绳的工具，”哈里斯精益系统公司总裁Rick Harris说（冲压地，KY）。“有一些不同的应用应用，无绳技术可能会在空气或有线工具上提供明显的优势。例如，该工具总是在运营商所在的位置。它立即准备好并提供。”
哈里斯是新书《创造连续流》(Lean Enterprise Institute, Brookline, MA)的合著者，曾在丰田汽车制造公司(Toyota Motor Manufacturing Inc.， Georgetown, KY)担任整车最终装配经理。他说，精益生产的一个关键原则是布置工作单元，这样一个人就可以尽可能高效地生产一件产品。
Harris表示，单元格布局的基本原则之一是“让工具尽可能接近使用点，并按照操作人员的使用方向定位。”他还建议在可能的情况下组合两个或更多的工具。哈里斯表示:“无线工具可以显著降低成本，因为一种工具可以同时完成两种或更多工具的工作。”
优点和缺点
无线技术并不适合所有人。事实上，许多紧固应用不适用于电池驱动的工具，特别是当需要一个关键接头时。而且，尽管有许多好处，无线设备可能不如其他工具选择，如直流电动或气动螺丝刀。在决定采用无线方式之前，检查每种工具类型和特定的组装应用程序的优缺点是很重要的。虽然它们是最便携式的，但在备用电池存储和更换电池组中涉及的停机时，电池供电的工具可能是不方便的。由于电池需要更换和充电，因此无绳工具往往需要比其他类型的紧固工具更高的维护。
据密尔沃基电力公司的塞尔比称，无线工具比有线工具更贵。“但是，当你购买一个无绳工具时，你通常会收到一个工具，一个或两个电池组和一个充电器，”他指出。“由于电池和充电器的成本，初始购买价格更高。电池在无线工具的成本中占了很大一部分，尤其是当制造商使用高质量的电池时。”
相比之下，直流电动工具的价格要高得多，但拥有总成本最低。气动工具的价格低于直流工具，但从长期来看，它们的总拥有成本较高。
精度和控制是直流电紧固工具的主要优点。例如，直流电动工具有内置的传感器和复杂的电子设备来测量和控制扭矩。
因为空气不断吹过气动工具，所以它们往往比电动工具更冷却，因此可能更适合大批量生产。实际上，如果不断使用，电动工具可能会过热。为了在非常高的扭矩下安装紧固件 - 超过400牛顿仪表 - 气动工具通常比电动工具更好。然而，电动工具比可比的空气工具更安静，因为它们不会空气。气动工具还需要专用的基础设施来支持空气管线，而电动工具则必须插入电动工具。
“直流电动工具的缺点是重量、价格和沉重、僵硬的电源线，”博世生产工具的Staiger说。“如果你评估运行成本和初始投资，无绳工具是行业中成本最低的紧固设备。不需要像直流工具那样的高额初始费用，也不需要像气动工具那样随着时间的推移而产生压缩空气成本。由于生产成本在企业利润中扮演着重要的角色，这可能是一个主要因素。”
博世声称其Exact螺丝刀是北美第一个获得美国保险商实验室公司(Northbrook, IL)批准的无线工具。斯泰格认为，安全认证将使产品立即获得组装商的信任，他们一直回避电池驱动的工具。
“离合器的设计影响了不同接头类型的重复性，我们认为我们的关闭离合器处理所有类型的接头都很好，”Staiger补充道。“对我们来说，无线工具和许多气动工具在精确度和重复性上是相同的，因为它们共享同一个离合器。”
Aimco公司的bullet也认为，扭矩精度对于组装领域中无线工具的广泛接受至关重要。他说，他的公司的电池驱动的新系列紧固工具将能够处理许多不同的应用，要求低扭矩和高扭矩。该工具将具有五种不同类型的离合器组合:驱动钻机;滑动离合器;切断离合器;脉冲;和影响。
Staiger指出:“我们的无线和大多数气动工具的离合器设计都是相同的。“当然，直流工具应该能够在重复性和准确性上超过大多数机械离合器，但我们也看到，在通过内联传感器测量时，我们的机械离合器与一些直流产品相比，具有相同或更好的准确性和重复性。
“作为一名工艺工程师，你必须问，‘生产一件高质量的产品需要多少成本?’”如果你看看DC工具的成本和收益，在很多情况下都是合理的。但是，如果你可以从一个成本不到直流工具成本的十分之一的工具中获得重复性和准确性，并且不需要电缆，那么通过使用直流工具，你真正能得到什么呢?最后，是关节的质量让汽车发出的响动更少，或者让洗衣机不会分开振动，从而让终端消费者对所购买的产品保持忠诚。”
Textron Fastening Systems (Rockford, IL)开发了一种无绳铆钉机，据称可以与气动工具相比，使用12伏电池放置3/16英寸的抽芯铆钉。手动工具产品经理迈克·格雷(Mike Gray)说，Avdel Cherry TX2000电池驱动工具每分钟可以安装38个铆钉。格雷指出:“这意味着每次充电需要600个铆钉。”在全冲程时，该工具的平均循环时间为2秒。
“一旦操作员接触到这种无线工具的功能，他们就会发现他们的生活离不开它，”格雷说。“我们看好电池技术。”他说，德事隆正计划开发一系列的无线插入工具和快速紧固工具。
日立电动工具公司(Hitachi Power Tools, Norcross, GA)最近推出了一款无绳冲击扳手和驱动器，当配备一个12伏、2.0安培时的镍镉电池时，其重量仅为3.7磅。该公司销售和营销副总裁Steve Caraga表示，该工具可产生86.4英尺-磅的扭矩，比之前的车型轻33%。
重量减少的部分原因是在电机中使用碳刷和压铸铝外壳。日立还销售9.6伏无绳冲击扳手和驱动器，每个重3.5磅。
一些无线工具甚至更轻。例如，费恩电动工具公司(Fein Power Tools Inc.，匹兹堡)生产的Accu-Tec螺丝刀重量仅为2.8磅，配备了9.6伏电池。
无绳应用
自上世纪80年代初可充电电池技术商业化以来，无线电动工具的出货量急剧增加。弗里多尼亚集团(克利夫兰)最近进行的一项研究预测，在这十年中，经济将继续增长。到2004年为止，需求将以每年8.4%的速度增长，市场规模预计将达到7亿美元。相比之下，在未来3年里，对电动工具的需求每年增长不到2%。Freedonia集团的市场分析师称，无线工具出货量的增长将受到电池技术进步的推动，这些技术允许更强大的产品和更长的运行时间。
DeWalt的Mike Gorman指出:“无线工具已经从偶然出现的产品变成了核心工具。他说，建筑行业一直是电池驱动工具的最大用户。各种各样的工具是可用的，如圆锯，钻头，磨床，刨床，抛光机，往复式锯，旋转锤，桑德斯，刮刀和螺丝刀。事实上，现在只用无线工具就可以建造整栋房子。
但是，随着越来越多的工具进入制造业，装配线应用有望蓬勃发展。一些观察家声称这是一种涓滴效应。“电池驱动工具在建筑和diy市场的流行正在超越生产环境，”德事隆的Gray说。“我们已经看到无线技术在欧洲装配线上的广泛应用。这最终会转移到美国。”
汽车OEM和一级供应商对无绳工具表示最兴趣。然而，波音，卡特彼勒和其他大型制造商表示敏锐的愿望通过投资无绳技术来消除或减少工厂中的空气软管中的英里。
无绳工具在欧洲非常受欢迎。“奥迪和梅赛德斯 - 奔驰使用我们的无绳产品为所有类型的内部和外部装饰应用，”博世生产工具销售和营销总监Mark Mitchell说。例如，他声称奥迪庞大的Ingolstadt，德国，德国，植物组装A3和A4轿车的植物中有数千种无绳工具。
“装配线上有完整的部分，没有空气软管或直流电缆，”米切尔说。“这使得工人们可以组队操作，在一系列的固定过程中，他们只需要坐在一辆汽车上，而不是让工人等待工件送到自己手中。这完全改变了他们制造汽车的方式。”米切尔表示，在流水线上操作时，配备无线工具的操作人员在车内工作的情况并不少见。
精益制造顾问Rick Harris确认汽车汇编难以将空气工具运送到车辆中。“大多数无绳的应用程序涉及在仪表板下方安装修剪螺钉，例如仪表板下方，”哈里斯解释说。“我还看到了车辆下方的电池供电的工具，特别是在难以使用传统的紧固工具的区域，例如储气箱周围的区域。”
任何需要小于12牛顿扭矩的紧固任务都是无绳工具的潜在应用。Aimco的Bulleit称他看到了越来越多的家具汇编，投资无绳技术。
安全问题
由于安全问题，一些制造商一直不愿投资于无线工具。他们担心这些工具独特的流动性会诱使工人偷窃或“借用”这些设备。与气动工具不同，无线设备可以很容易地在工厂地面之外使用。但是，无线技术的支持者声称，电池驱动工具的好处超过了这些担忧。“防盗装置是技术上可用的，但由于增加的成本，不常见于此，”密尔沃基电气的塞尔比说。“大多数客户会害羞地远离增加的成本。”
他认为，所有的组装工具都存在安全问题，无论它们是由空气、电池还是电力驱动的，因为大多数工具体积小巧，因此很容易成为盗窃的目标。不过，塞尔比承认，他的公司正在考虑在工具中加入特殊传感器，以帮助阻止盗窃。
另一家试验防盗设备的公司是德事隆紧固系统公司(Textron Fastening Systems)。Mike Gray说:“无线工具确实需要这种功能。”“我们正在研究一种特殊的工具跟踪器。它可能会使用一个集成芯片来感知工具何时离开中心底座。例如，如果工具距离现场超过500英尺，就会触发某种警报。”
随着最近纽约和华盛顿特区发生的恐怖袭击，以及今年早些时候在芝加哥附近的一家Navistar发动机组装厂发生的悲惨枪击事件，更多的制造商正在加强安全措施。在一些设施中，加强安全措施包括在所有入口安装金属探测器。一些无线工具专家表示，这将阻止大多数操作人员使用任何类型的工具。
Aimco公司的Steve bullet认为，如果使用的工具与人们在当地五金店可以买到的工具类似，那么安全问题就更大了。“我们的新系列的无线工具没有任何内置防盗功能，因为我们所有的产品都是专为工业市场提供的，”bullet说。
尽管偶尔会出现安全问题，但目前的趋势是使无线工具更轻、更紧凑，预计将继续下去。同时，在不久的将来，气动和直流电动工具不会从装配线上消失。事实上，一些领先于电池供电的公司，如Aimco和Bosch，也生产全系列的空气动力和电线电紧固工具。但是，随着组装商对这种技术越来越有信心，无线工具和电池充电器将在工厂车间变得越来越普遍。
可充电电池技术
镍镉最常见的充电电池类型用于电动工具。自20世纪80年代初以来，技术就已商业化。它使用镍做的阴极和镉做的阳极。可以充电数百次。镉是有毒的，对环境造成危害，但镍镉电池可以回收利用。
镍氢
被认为是无线工具的“下一代”动力。自1997年以来，技术已经商业化。在电动工具应用中迅速流行，因为它不像镍镉那样受到记忆效应的影响。增加的能量密度提供了更长的使用寿命之间的电荷。缺乏镉使得它对环境友好。
锂离子
提供非常好的功率重量比。含有两倍于镍镉和镍金属氢化物电池的能量密度。通常出现在高端笔记本电脑和手机中。仍然非常昂贵，这限制了无线工具市场的广泛使用。
