今天，人们继续在装配线上工作，因为对于大多数装配任务来说，人类仍然是最可编程、最高效的“机器”。
自从机器首次开始在19世纪中期开始改变制造业景观，人类对设备具有爱情讨厌的关系。一方面，蒸汽机，电动机，输送机，自动织机和机床制造了厂家寿命更轻松，更安全，更高效。但是，另一方面，他们也拿走了一些人类因素。
在20世纪初，机器时代的黎明导致了戏剧性的劳动力。理解整个生产过程的工匠很快被专注于整个过程的一步的专家取代。
虽然机器经常被工人害怕，但机器被管理层尊重，因为它们是可控，高效和可预测的。多十年来，制造业的普遍目标是创建一个像机器一样跑的工厂。大多数装配线围绕机器设计;人类的互动仅仅是追求的事。
1936年，一部名为《摩登时代》(Modern Times)的流行电影讲述了经典的人机大战传奇。查理·卓别林(Charlie Chaplin)扮演的角色是一名装配工，他努力跟上进度，最终成为一架没有人性的机器的奴隶。在影片中最令人难忘的一幕中，卓别林被快速移动的传送带带走，最后进入一台机器，在由巨大齿轮和飞轮组成的迷宫中穿梭。
当“自动化”一词在20世纪40年代末首次出现时，机器被奉为美国经济的支柱。然而，随着计算机、数字控制和机器人的出现，人机交互在20世纪60年代发生了巨大的变化。
制造商试图自动化一切，并用灯光工厂删除整个人类元素。这导致了广泛的自动化恐慌和有组织劳动力的反障。但是，完全从装配过程中挤压人类经常被证明比大多数人首次想象的更昂贵且更困难。
“讽刺意味着，巨大的恐惧是自动化将把大家都脱离工作，”Boothroyd Dewhurst Inc.的Cofounder（Wakefield，RI）的Cofounder。“发生了相反的事情。福特和通用汽车等地方的限制是工人与自动化实验为自动化实验的原因之一，是这些公司现在没有领导世界市场的原因之一。自动化不一定是美国汽车公司的解决方案，但它应该是选择性地申请的经济策略之一。“
经过几十年的机器进步，最近的精益制造计划再次强调人类元素的重要性。虽然许多厂商使用各种机器人，输送机和其他类型的自动化，但人们仍然是最灵活的“机器”可用于执行众多装配任务，特别是在建造飞机，汽车，船只，机车，印刷机，冰箱时，拖拉机，卡车等大型复杂的产品。
事实上，即使21世纪的头十年几乎已成为历史，今天仍能在流水线上看到工人。“对于大多数装配任务来说，人类仍然是最可编程、最高效的机器，”Boothroyd宣称。
经过多年的谈话，灯光自动化仍然难以实现大多数装配者。
点燃自动化
灯火图长期以来一直是制造工程师的梦想。该概念是指全自动设施，在整个制造过程中人手从未触及产品。从理论上讲，灯光厂将每周七天24小时运行，仅用于常规维护或维修。据圣地亚哥自动化顾问吉姆•平托(Jim Pinto)说，有一个很可能起源于日本的老笑话:“未来的全自动化工厂只雇佣一个人和一条狗。”狗在那里是为了确保男人不碰任何东西，而男人在那里是为了喂狗。”
熄灯的想法并不新鲜。一代又一代的制造工程师都听说过这个概念，有些人多年来一直在修改这个概念。
第一个尝试灯光自动化的人之一是Oliver Evans（1755-1819）。He was an innovative millwright who created the world’s first continuous production line in 1784. Evans used a variety of wooden shafts and gears, plus leather and canvas belts, to transfer power to a sequence of machines connected to the same waterwheel at a flour mill in Delaware.
埃文斯的磨机自动将小麦从一个手术移动到另一个操作，使用传送带。结果，磨机可以比以前更少的人类运作。一个人驻扎在这个过程的开始，在那里他把谷物倒入料斗中。另一个人定位在工厂的另一端，用由磨机产生的面粉填充麻袋。所有中间操作都自动进行。
1790年，埃文斯获得了美国最早颁发的自动化工艺专利之一(第3号)，他最终成为美国第一个蒸汽机制造商。从那以后，大多数的熄灯作业仅限于加工工业，如化工、食品、制药和纺织。
但是，多年来出现了几个组装成功的故事。例如，劳埃德·史密斯(1882-1944)在20世纪20年代早期开发了世界上第一个全自动化工厂。他在密尔沃基的工厂每8秒钟就能生产一个车架，或者每天能生产1万个车架。1958年以前，它几乎没有停飞。在工厂中进行了各种各样的高速工作，包括打孔、铆接和焊接。
在20世纪60年代中期，偏振片公司在马萨诸塞州沃尔瑟姆打开了一座灯火图的装配厂，以生产由人类手中不受影响的薄膜。输送机从工厂一楼的制造机器中排出零件，使塑料盒底部，金属盒盖和金属压力板。将部件输送到位于二楼的自动组装机。这些机器组装了部件并用薄膜和显影材料连接它们以形成成品包装。组装后，输送机将包装转移到自动包装机上。
上世纪80年代，IBM公司(IBM Corp.，纽约州阿蒙克)的工程师们在德克萨斯州建造了一座组装电脑键盘的熄灯工厂。他们还设想以类似的方式制造电脑打印机和其他产品。然而，这个项目是短暂的，因为必要的固定工具使工厂太不灵活，无法处理任何水平的产品变化。
如今，在往往受到高度监管的过程工业中，关灯应用很常见。罗得岛大学(Kingston, RI)的工业和系统工程教授Manbir Sodhi说:“当你加工食品或化学品时，批处理的时间要长得多。”“材料的处理和交付简化了。阀门可以很容易地自动开启或关闭，温度可以远程监控。在流程工业中构建故障安全模式也更容易。
“在过程工业中没有太多的不确定性，因为反应更加确定，”Sodhi补充道，他专门从事高度自动化制造。“你通常要在预定的时间内烹饪或冷却材料。单元模型用于过程工业，但不用于离散制造。
“在装配线上，复杂程度要高得多，”Sodhi指出。“今天，产品的多种变化通常在同一条线上组装，这需要巨大的灵活性。这是难以实现的自动化难以实现的事情。“
今天的制造业比以往任何时候都更具自动化，但它比过去更具针对性和聚焦。
一个难以捉摸的神话？
经过多年的谈话，灯光自动化仍然难以实现大多数装配者。根据Pinto的说法，它仍然是离散制造业的神话。“熄灯是一个很好的概念，但它并没有证明真的很实际，”他解释道。“真正的”人类消除“技术根本不介绍。”Boothroyd补充道:“有些领域是人类无法替代的。”“例如，工业已经发现不可能自动化布线和线束的安装。仅这一点就将飞机和汽车排除在熄灯措施之外。”
美国爱德普科技公司(Livermore, CA)总裁约翰·杜尔奇诺斯(John Dulchinos)表示，尽管如今美国制造业的自动化程度比以往任何时候都高，但“它的目标更明确、更专注”。“制造商并没有让每一个流程都自动化。来自中国和其他低成本国家的竞争，正迫使制造商在如何配置资本方面更加谨慎。”
根据Dulchinos的说法，可以将组装过程的大部分部分自动化，但这并不意味着全面自动化是最好的方法。他解释说:“有很多可变性的事情，比如物料处理，自动化并不总是有意义的。”“提供有针对性的自动化来优化流程步骤更有意义。”
当然，一些生产工厂接近熄灯状态，特别是在消费品行业，高度自动化的设施大规模生产电池、电动牙刷、灯泡和剃须刀等产品。在汽车工业中，大多数车身修理厂都有高度自动化的机器人焊接和喷漆线。但是，他们并不是真正的熄灯行动，因为人们仍在参与这个过程。
“The semiconductor industry has been talking about lights-out factories for more than 10 years, but even the largest and most advanced manufacturers haven’t been able to realize this dream,” says Kurt Greissinger, product marketing manager for manual production systems at Bosch Rexroth Corp. (Buchanan, MI).
“很少有公司拥有必要的标准，以满足灯光的要求，”Greisinger Greissinger。“只有大容量，低到无混合，长产品寿命的工厂只能自动化到这种程度。由于市场需求，多样化的制造或技术过时，我遇到的大多数公司无法满足这些要求。
因此，熄灯应用程序通常仅在今天的制造工厂中找到。例如，一些制造商拥有在夜间成型塑料部件期间自行运行的机器。然后，在早上，装配者将它们放在一起。
“这不一定是理想的状态，”精益学习中心（诺维，MI）的合作伙伴Jamie Flinchbaugh说。“熄灯，在某种程度上熄灯，假设没有问题或者所有问题都可以从远处解决。但是，如果你不是在活动的观察和看，你将如何解决问题？在一些工厂中，整个物理材料转型是自动化的，但他们仍然在地板上有设备技术人员。直到您有100％的质量和100％正常运行时间，真正的灯光并不大的计划。“
为了实现熄灯自动化，线路速度需要非常高。Boothroyd指出:“将复杂产品的装配任务自动化在经济上是不可行的。“经济自动化装配的基本要求是，你要有一个大批量的产品——几百万台生产的产品——以及一个足够长的市场寿命。开发一台精密的机器可能需要3年时间，然后你需要运行那台机器至少3年才能收回投资。
Boothroyd指出:“在此期间，制造商不希望市场发生任何变化。“你想要的是设计特点和功能的稳定性。市场对该产品需求的变化导致利润下降。所以，它必须是一款非常稳定、量大的自动化产品。”
“理论上，熄灯自动化需要对所有处理过程进行大量的控制，这可能会非常昂贵，”自动化咨询公司Excel Performance Inc.(雨果，MN)的总裁迈克·佩罗特(Mike Perreault)说。“在大多数情况下，人工仍然更有效，因为操作员的决策过程相当复杂。”
“我们可以在选择情况下替换人类元素”，“备忘录说明。“但是，需要开发许多技术，并且需要额外的成本来脱离自动化。近年来精益制造已经过度地黯然失色，但我们比以前更接近它。“
“大多数人上一次谈论熄灯组装线还是在上世纪80年代初，”Promess Inc.(位于密歇根州布莱顿)总裁拉里•斯托克兰补充道。“然而，25年过去了，它仍然‘近在眼前’。他说，从经济学角度来看，现在还不能证明这一点，但我认为这是可能的;这绝对是可行的。”
控制，物料处理设备，机器人，远程诊断和传感器的最新进展使灯光更接近现实的灯光。据应用制造技术公司首席运营官Joe Campbell称，机器人在过去的5年里取得了巨大的飞跃。
例如，在精度、控制、速度、可靠性和传感功能(如视觉和力)方面有了许多改进。与此同时，成本下降了。坎贝尔说，如今，机器人更加智能，更能适应生产环境。
触觉反馈是一个很大的进步。ABB机器人公司(ABB Robotics，密歇根州奥本山)市场营销副总裁泰德•沃多斯劳斯基表示:“对于人类来说，触觉是我们很少考虑的东西。“机器人具有感知和反应的能力是一种新的创新。我们称这种能力为力量控制。
“将某种东西思考作为将变矩器组装成自动变速器的人，”加上了Wodoslawsky。“工人拾取转矩转换器并将其放在输入轴上。在推动之前，必须将变矩器与输入轴上的花片正确对齐。对于一个人感觉和调整变矩器的位置是一个相对容易的任务 - 不是机器人。
“机器人将在任何地方都将任何地方放在任何地方，包括强迫轴上的变矩器，无论它是否正确排列，”Wodoslawsky解释说。“用力控制，机器人现在可以根据来自传感器的反馈来感知 - 与人类可以相同的方式和相应行动。”
在熄灯自动化真正适用于不仅仅是几个随机组装应用程序之前，还有几个主要的障碍需要克服。例如，管理人员必须相信一个熄灯设施是可能的。
爱普生机器人公司(EPSON Robots, Carson, CA)全国销售经理约翰•克拉克(John Clark)表示:“这是一个需要克服的巨大心理障碍。”“这需要巨大的信心飞跃。目前的障碍是运营经理们面临的问题:“我是更明智地投资于自动化，还是将生产转移到劳动力成本低的国家?”’”
机器人和人类在外科应用中紧密合作。
零件设计很重要
阻碍了熄灯的装配应用程序的另一件事是许多部件不是为自动化设计的。“在理想的世界中，制造商将从开始部队设计开始，”克拉克说。为实现熄灯状态，工程师需要消除需要手动组装的组件，并确保可以容易地组装所有部件。克拉克说:“缺乏可行的3D立体视觉系统也阻碍了熄灯自动化。”“今天，必须花费大量的时间和金钱来确保零件被整齐地安排好，以便进行后续操作。”
即使这些挑战能够以低成本有效地解决，从手动或半自动装配扩展到熄灯自动化也非常困难。Sodhi警告说:“让最后一个人退出这个过程是非常非常昂贵的。”尝试自动化最后的10%是昂贵和复杂的，因为与自动化相关的间接劳动，如编程、维护和其他支持角色，经常被低估。
许多专家认为，许多专家认为，许多专家们认为更好的策略是关注持续改进或设计产品，因此它们更容易组装。
Boothroyd解释说:“我们看不到实现熄灯工厂的更多进展，因为这是一个抽象的目标。”“复杂产品中各种离散组件的生产总是需要人工干预。
Boothroyd声称:“为更容易组装而设计应该始终是第一策略。”无论你的最终目标是手动还是自动化装配，这都是正确的。在自动装配策略中，产品的设计必须符合所选择的工艺。
“In products intended for manual assembly, people will sometimes say, ‘Oh, assembly costs aren’t a very big portion of our total costs, so why are we bothering with Design for Assembly?’ The fact is, when you design something that’s easier to assemble, it’s a better overall product with fewer parts and with significant savings in quality, factory throughput and other operational costs.
Boothroyd指出:“IBM的Proprinter最初是为了便于机器人组装而设计的。”“嗯，打印机很容易手工组装，手工组装只需要3分钟。归根结底，机器人不是正确的装配选择。”
许多专家也认为，制造商应更加关注持续改进计划。在过去的十年中，许多精益制造计划帮助成千上万的公司削减了浪费，提高了厂房的效率。例如，2007年年度奖励厂的收件人，Square D / Schneider Electric（Lexington，Ky）今天更加富有成效，而是在50年前开业的时候，尽管员工不到一半。
工厂经理鲍勃•斯宾塞(Bob Spence)表示:“我们曾经有超过1000名员工，而现在只有400名左右。”“(由于精益)，我们现在的效率要高得多，因为我们在400名员工的情况下生产出的产品比在1000名员工的情况下生产出的产品要多。”
与流行的信念相反，精益不是防动化。“当自动化更富有成效或更安全时，这是一个好主意，”Flinchbaugh解释道。“精益将帮助您使流程更加高效，更有效，而设计设计将降低成本。两者都应该完成。如果精益首先，一旦申请自动化，就会更有效。“
在许多情况下，精益原则与熄灯方法相反，因为它们鼓励试验。格雷辛格指出:“这可能意味着通过移动人员和机器或调整设备规模来重新配置工作单元，以满足手头的任务。”“这种情况不会发生在熄灯行动的性质上。精益计划肯定会在制造灵活性方面获得更多回报。”
“人类比大多数机器更灵活，”精益企业研究所（剑桥）精益教育负责人戴夫拉博特（剑桥）加入戴夫拉博特。“它们可以在装配线上生产各种各样的产品。人类还可以响应更容易的更换比机器更加响应。持续的大规模定制趋势将防止推动灯光的装配线。“
“由于我们无法让最后一个人从生产过程中获得，我们需要使产品制造成为简单的实用性，因此人类元素对一个发达的过程产生了很小的影响，”技术业务总监Ed Zimmerman说：Apex Automation Inc.（伊丽莎白，PA）。“我们需要应用技术解决方案Excel的技术解决方案，并应用人类解决方案Excel的人类解决方案。”
根据Zimmerman的说法，技术解决方案比人类更好，以100％的检查，高速和高度重复的操作，控制的高力应用，精确定位和肮脏，沉闷和危险的任务。人类在决策中更好地使用较少的信息，解释了不可预见的反馈，并在处理灵活或不一致的组件中的技巧。
未来，人形机器人将与人类一起执行各种各样的装配任务。
未来的交互
在明天的工厂里，人与机器将继续互动。事实上，它们最终可能会比以往任何时候都更加紧密地合作。传统上，机器人被限制在封闭的工作室内。但是，这很快就会成为过去。
ARC Advisory Group Inc. (dedeham, MA)离散自动化研究主管萨尔•斯帕达(Sal Spada)表示:“在工厂车间，机器人和人类通常是分开的。”“我们的目标是让操作员进入工作环境，这样机器人和人类就可以并肩工作了。”
机器人工业正在发展安全运动技术，以实现最佳程度的自动化和生产率。机器人供应商一直在试验新的传感系统和微处理器，使人们可以近距离工作，而不会有受伤的风险。通过消除安全围栏、安全垫、光幕和其他防护措施，制造商也将能够减少整体地板空间。
“汽车OEM已经推动了这项技术，”Spada说。“他们看到工作单元的巨大生产力增益，运营商可以在工作信封内执行设置，转换和一些维护操作，而机器仍然在控制下。”
FANUC Robotics America Inc. (Rochester Hills, MI)的全国分销销售经理克里斯·布兰切特(Chris Blanchette)预测，机器人将很快在汽车行业的最终装配线上变得更加常见。他预测，在不太遥远的未来，人类和机器人可以近距离工作。他们将合作成为同事，而不是对手。
布兰切特警告说:“然而，这个概念需要一段时间才能被接受。”“这项技术已经走出了实验室，我们目前正在增加现有的机器人阵容。到目前为止，我们看到很多人对这项技术感兴趣，尤其是在汽车行业。”
Blanchette表示，航空航天行业也将在未来的装配线上使用机器人。他指出，“在大会上使用更灵活的自动化，”他指出，“在机身建设如机身建设中进行了一项重大举措。
Adept的Dulchinos同意，未来的机器人和人类将变得更加交织。“他们将在装配线上更加紧密地工作，”他预测。“我们已经在医疗保健行业中看到了这一点，在手术程序期间，机器人用作医生的艾滋病。”
最终，机器人将开始像人类一样行动。在未来，类人机器人将与人类操作员一起完成各种各样的组装应用。事实上，本田汽车公司(Honda Motor Co.)和丰田汽车公司(Toyota Motor Co.)的工程师已经开发出了可以在受控环境下执行基本任务的人形机器人。
下一步是将人形放在厂房上。但是，在这种情况下，工程师仍然需要开发可以通过经验学习的适应性机器人，这是人类Excel的位置。
许多认知研究项目承诺将在以后提高这一现实。例如，在几所美国大学的工程师目前正在教人动物如何做出简单的选择并对人类脑波作出反应。
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