半自动化组装系统有多种格式，从旋转指数系统到高速连续运动系统到六轴机器人。但是，无论形状，尺寸或速度，工程师都可以使用精益制造原则，不断提高生产设备的性能和有效性。

许多人认为精益制造原则仅适用于手动组装应用。但是，精益倡议与自动装配系统或手动组装过程同样良好。当然，重要的是要知道必要的自动化程度。

精益学习中心(Lean Learning Center, Novi, MI)合伙人杰米•弗林奇堡(Jamie Flinchbaugh)表示:“任何组装系统都必须从客户和价值的角度进行评估。”“如果能帮助减少浪费、实现价值最大化，自动化就很好。同时，过多的自动化是一种浪费。通常情况下，自动化的速度是如此之快，以至于它每天运行1个小时，然后闲置23个小时。这与客户的需求并不完全一致。”

“精益原则是基于消除废物，”Honsha Associates（圣地亚哥）总裁Sammy Obara（San Diego）。“自动化可能隐藏废物;自动化浪费可以像手动完成的[生产]一样损坏。“

无论精益思想在哪里应用，持续改进、以客户为中心、单件流程、拉、价值和消除浪费都发挥着关键作用。无论是手动还是自动化装配，精益思想关注的是流程、增值和整个系统的效率。精益原则允许制造商显著提高产量，减少上市时间，并迅速增加产能。

在精益环境中，资本设备支出应该基于两个因素:消除的制造浪费量和生产提前期的减少。生产率的提高和劳动力成本的降低是不那么重要的内部措施。

“大多数精益元素适用于自动化装配，就像手动装配一样，”斯特瑞戈斯公司(Kansas City, MO)总裁夸特曼·李(Quarterman Lee)说。“有一些分歧，但主要是在重点上，而不是原则上。”

根据Lee的说法，使用生产各种组件的大型复杂，大批量设备并不总是一个好主意，需要许多长的转换。相反，他建议将流程打破到更狭隘设计的产品系列中。

Lee指出:“对于装配来说，产品系列是通过组件的共性来关联的。“也就是说，某个特定家族的产品可能有70%到100%的共同成分。这减少了转换，通常简化了馈线和夹具的设计。它可以消除一些只对产品的某些变体进行操作的站点的需要。

Lee解释说:“这可能会产生几台较小的组装机器，而不是一台大型、复杂的机器。”每台机器都成为一个工作单元的焦点，工作单元可能包括二次操作，如准备、分装、包装或测试。李建议围绕自动化设备设计电池，这些设备对于大多数二次操作来说产能过剩。

精益的挑战

为了不断提高装配系统的性能，工程师们必须面对几个挑战。Lee认为最大的挑战是将机器设计与整体工作单元设计相结合。

“经常发生的是，制造工程师根据机器应该做的初步思想发出规格，几乎没有想到这种融合，”他解释道。“或者，机器建设者提出了一种设计，简化了更大的工作流程和对精益原则的少量经验。

“理想情况下，机器设计师应该了解贫民原则和整体过程的很多，”补充道。“这两组应在一起，随着设计从初步规范转移到详细设计。”

如果没有这种持续的交互，机器制造商和系统集成商可能会花费额外的时间、金钱和精力来合并一些可以轻松手工完成的小操作。因此，Lee说，操作员们常常在自己空闲的时候，每天花几个小时看着一台过于昂贵的机器工作。

两种重要的精益工具，Kaizen和Poka Yoke，可用于改善装配系统。“各种形式的Kaizen活动直接适用于装配设备，”李解释。“一个主要的Kaizen活动可以设计，重新排列和改进装配工作单元。更小，更具集中的事件可以解决特殊问题，例如误导。“

但是，连续的增量改进可能需要更长时间的时间来实现，而不是用手动组装。传统上，一个Kaizen活动持续1周。但是，在自动化设置中，持续的，日常改进更难。涉及新工具，重新编程或移动设备的任何东西都可能需要进行30天的行动计划。

在手动组装过程中，通常在现场实现操作。将2英尺到左侧或3英尺的架子移动到右侧的架子并不是太困难。但是，重新编程机器人并重新加工碗送料器或零件夹具更加困难，并且需要更多时间。

精益艺术公司(Art of Lean Inc.， Huntington Beach, CA)总裁Art Smalley指出:“改善包括产生改进的想法，并以一种结构化的、快速的方式测试它们，以获得收益并提高参与改进任务的人的思考能力。”他说，思考改善最简单的方法是解决以下四个问题:

• 可以消除过程或操作中的哪些步骤或废物？
• 流程或操作中的哪些步骤可以组合或顺序执行?
• 流程或操作中的哪些步骤可以重新安排以获得更好的效果?
• 可以简化过程或操作中的哪些步骤？

曾任丰田工程师的斯莫利表示:“将(这种方法)与计划-执行-检查-行动(Plan-Do-Check-Act)的实际方法结合起来，是这个过程所必需的。”

在进行改善时，人们应该能够获得必要的资源来改进和改变过程，包括设备。Flinchbaugh解释说:“这可能包括购买非常灵活的设备和工具，几乎任何人都可以修改，或者拥有专门从事快速制造的‘私酿酒商店’。”“在做出最初的选择时，考虑一下提高的能力。如果太难改进，今天最好的系统有一天会变成最坏的。”

防错轭也可以提高装配系统的性能和有效性，特别是在设备的转换和安装过程中。Flinchbaugh指出:“当你同时考虑产品和过程的变化时，防错是最有效的。”

Flinchbaugh补充道:“有许多级别的防错措施，从简单的错误警告，到让错误真正不可能发生的产品配置。”“考虑所有层面，因为风险和回报可能不同。”

根据Lee的说法，poka yoke在组装方面的应用比大多数其他生产流程都多。他解释说:“它可能包括许多巧妙的小装置，以防止缺陷，如夹具(或传感器)不允许零件以错误的方向插入。”“大多数现代装配机器都配备了许多这样的设备，以防止错误装配或在错误装配发生时进行检测。”

今天的Poka Yoke更容易完成数字控制和视觉系统，而不是几年前，当时所有使用的继电器和微型开关。“在20世纪60年代，我为一家主要的汽车制造商工作，”Lee召回。“我们有许多自动化机器需要恒定的操作员监控。运营商在出现问题之前没有做任何事情，但他们必须在那里。这种情况是帕卡轭和丰田济田的原始启示。“

Jidoka指的是在过程中构建100%的质量，这样就不会产生缺陷。斯莫利表示:“波卡轭实际上是丰田生产系统(TPS)这个大等式的一个子集。这包括使用测量来测量和监控质量，以及使用防错设备来帮助防止错误。

为了避免错误

在将精益原则应用于装配系统时，制造工程师通常会犯几个错误。Obara在参观试图实现自动化的工厂时发现了几个常见问题。

他解释道:“工程师倾向于将最新的技术视为最新的解决方案，而实际上，自动化应该被视为最后的解决方案。”“当你找不到任何其他方法来改进你的系统时，自动化可能是答案。自动化不那么灵活，容易发生意外故障，(而且需要昂贵的)备件和复杂的维护。它需要特定的技能来修复，它经常限制时间，并且使行平衡受到限制。

“组装是丰田自动化程度最低的工序之一，这肯定是有原因的，”Obara说。他在日本丰田市花了3年时间研究精益生产原理，又在丰田汽车公司(日本名古屋)位于巴西、委内瑞拉和美国的工厂应用了10年。“也许，也许他们不需要动用这最后的手段。工艺不危险，如金属冲压;工艺无危险，如焊接车间;该工艺不需要无人为污染，如油漆房;而且这个过程不像车轴加工车间那样负担过重。”

此外，Obara声称，自动化在错误的操作中不断使用。“我最近参观了一家制造商，并将其认为最大化的工作能力最大，”他回忆道。“一支球队负责设计和引用此单元格的自动化系统。在一天的测量和分析之后，我们发现隐藏的能力可以提高吞吐量超过80％。他们掉了这个项目。

“这是一个普遍的发现。然而，同样典型的是，我们发现一些公司认为他们有一个过程瓶颈，但实际上，如果用当前的产能来衡量takt，他们的产能是如此之大，可能导致生产过剩……这是最糟糕的浪费。”

一些精益专家声称，欧洲和美国的制造商正成为TPS“实施工具”模式的受害者。“书籍和文献很好地解释了标准化工作、poka yoke、价值流映射、看板和视觉控制，以及一些操作步骤，”Smalley说。然而，这些仅仅是技术。

斯莫利补充道:“真正的问题是回到丰田创始人Sakichi和Kiichiro Toyoda的起点。”“我如何制造一台更高效、更便宜、更灵活、操作更安全的机器?”如果你能做到这一点，那么事实上的答案就是一个更精简的过程或机器。”

Flinchbaugh敦促制造工程师记住，每个生产过程都有五个基本元素：队列，设置，运行，等待和移动。“到目前为止，最大的错误是只关注运行步骤，这意味着你实际改变产品的一项活动，”他警告说。“我们倾向于将队列，设置，等待和移动方面视为追求的队伍，设置，等待和移动方面。这不仅仅是留给材料管理。我们如何设计整体装配系统是对整个过程的主导影响。“

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装配系统的5个关键概念

Honsha Associates（San Diego）总裁Sammy Obara（San Diego）表示，高度自动化的流程可以从这五个精益制造理念中受益匪浅：

• andon-当有人需要观看该机器时，高度自动化的机器将具有高位等待时间。可以通过使用Andon Systems来解决等待浪费，该系统是位于生产区域的可视控制设备，例如点亮的开销显示器。
• Poka-yoke-自动化，非常快速的过程可能会产生许多错误。Poka-Yoka或错误打字解决了纠正的浪费。
• 活动(PDCA)许多机器停机的常见原因来自于常见的根本原因。PDCA概念简单，但很难掌握。
• 节拍,昂贵的自动化系统往往会全速运行，以迅速收回投资。更快、更早地生产，意味着更快、更早地消耗资源。Takt有助于消除生产过剩造成的浪费。
• 总生产维护(TPM)一个过程越自动化，就越容易出现故障和意外停止。TPM对自动化过程至关重要;它是用来提高设备整体效能的工具。

旧学校自动化

丰田生产系统（TPS）是每项精益制造计划的基础，实际上是自动化的。丰田汽车公司的创始人Sakichi和Kiichiro Toyoda（名古屋，日本名古屋），通过制造自动纺纱和织造机来制造最初的家庭财富。与此早期公司丰田汽车织机的经验是TPS背后的许多基本原则。

Art of Lean公司(位于加州亨廷顿海滩)的总裁Art Smalley说:“也许最好从那里寻找灵感和指导原则(以现代生产设备为例)。”丰田章男着手制造自动化织布机，并建立了一家工厂。从1895年到1922年，他们不断地工作，年复一年地改进他们的织机设计。原来的织布机是手工木制模型和外国机器的复制品。这基本上是一个女人，一台机器的操作。”

经过多次试验和失败，丰田章男发明了G型自动织机，这是世界上第一个不间断换梭子的装置。这种织布机于1928年开始全面生产，并最终帮助改变了纺织业。

到1937年，公司建造了第一辆乘用车后一年，丰田在传送带装配线上每月批量生产1000辆。为了解决数量和质量问题，位于装配线旁边的货架与零件和子组件一样储存，就像需要的那样。结果，14步装配过程仅降低到七个步骤。

斯莫利说:“24到36台这样的机器可以由一个人同时操作，这是生产率的一个巨大飞跃。”这些织机有几个独特的特点，有超过22项技术专利。

这些巧妙的解决方案中有相当多的是基于Jidoka的概念。例如，如果单个螺纹打破，它们有一个内置的自动停止功能，关闭机器。“从浪费下游和物质的停止缺陷，”Smalley解释道。

另外，无需停机即可更换水平螺纹梭。“换句话说，它有一个内置的零转换时间方面，”斯莫利指出。“对于终端客户来说，总体采购成本也足够低，以至于他们(停止使用手动)木制织机，并升级为自动化织机。”

尽量避免这些错误

密苏里州堪萨斯城(Kansas City, MO) Strategos Inc.总裁夸特曼•李(Quarterman Lee)说，制造工程师在实施精益装配系统时经常会犯几个错误，包括:

• Over-automation．“这是指可以手动完成的过程或过程操作的自动化，”李说。“例如，我曾经看到了一种用于印刷电路板的机器人插入机，其实际上比手动组件慢。此外，组件的挑选位置是如此至关重要，即它需要更多的手工劳动来准备并将组件放置在固定装置上，而不是将它们插入电路板上。“自动化操作需要比简单的手动组装过程更多的劳动力。
• 部件准备．工程师应该考虑整个过程，包括任何准备、检查、分类、预先放置或定位零件。Lee指出:“这项工作可能是手工组装过程中的一个自然部分，不需要额外的组装时间。”然而，当自动化时，手动工作可以比实际的装配时间节省更多。我曾经观察过一种照明装置的自动化装配机器。要装配的零件必须小心地放在特殊的夹具上。这种放置比实际的手工组装过程花费更多的时间和精力。”
• 自动化一个糟糕的过程或产品．通过手工组装，操作人员常常弥补设计不良的产品或工艺。例如，零件可能超出公差，但操作人员仍然可以特别注意使它们符合要求。或者某些零件，即使在公差范围内，也可能需要选择性配合或特别注意。Lee指出:“工程师不应该假设图纸尺寸总是被保留的，除非这在实践中是真实的。”“他们还应该观察和参与实际的手工生产，以确保操作员不会无意识地执行一些可能被证明是至关重要的任务。”
• 转换．“当设备必须生产不同的产品或变体时，转换通常是事后考虑的，”Lee说。“在精益制造中，快速转换应该设计到设备中。”李表示，节省转换时间可能比节省生产过程的时间更重要。
• 操作员集成．这是一个与整体工作单元设计集成的区域，整体装配过程至关重要。“操作员站应定位，不仅可以轻松访问在那里执行的装配操作，还可以轻松访问其他操作员位置，”Lee解释说。这些其他职位可能包括加载，补充，监控或未安静的生产设备 - 操作员必须做的任何事情，无论是常量还是间歇性。这允许运营商互相帮助，使他们了解一分钟的条件，并允许它们平衡他们的工作。只要有可能，李说装配线应以U形配置配置。这允许操作员在位置之间轻松移动以平衡他们的工作。它还促进了更好的沟通和团队合作。