装配自动化面临的挑战

在如今这个全球分布式生产的复杂商业环境中,企业正面临着越来越多的挑战,迫使企业必须更快地做出调整。大的挑战包括用人成本上升、产品种类增多、产品生命周期缩短、客户需求波动加剧、质量要求提高以及人口结构变化。传统的装配概念和组织方法（如工作时间模式，加班，工厂停工）已经在冲突区域的部分达到了极限。每个生产单元降本的目的在于通过更高程度的自动化来实现更高的利用率。

然而,自动化程度的高低取决于变体多样性的高低。新产品变体的投产和装配系统中的结构变化与传统的刚性生产线概念相关联,并表现出很高的适应性。“

此外,由于市场不确定性的增加,所需的高产能利用率就不能再得到保障。这种目标冲突会因为随时间变化的因素而加剧。中国的例子正说明了这一挑战,由于劳动力成本的急剧上升,人工装配系统在那里变得越来越不经济,而完全自动化的成本仍然太高,并且在生产的产品变体数量方面没有柔性。战胜这种挑战对投资项目的决策者来说是一项艰巨的任务。

可扩展装配自动化的原则

可扩展自动化概念的核心是自动化程度的柔性化。对于装配系统的各个工位，可以在完全手动和(完全)自动化之间进行调节。

因此，此概念被归类为混合装配系统。相比于具有长调整间隔的自动化程度,可扩展自动化的特点在于在装配系统中能快速短周期且细微地进行调整。

其目的是在任何时间、尽可能实时且经济地调整装配系统的工作点,从而对外部影响做出响应。由此可以显著降低经常出现的优自动化程度与实际自动化程度之间的巨大偏差。

调整的细微程度则可通过工位上人和机器之间逐步划分工作内容来实现。例如，装配工位可以通过轻型机器人进行自动化扩展，并且任务处理可以从人传递到机器人。具有确定接口的装配系统的一致模块化是可扩展自动化原则的前提。

除了工位以外,连接元件（例如传输设施和载体)的模块化设计可使工位之间的物料流容易适应自动化程度。这意味着系统可以根据需要进行自动化扩展，并且各子系统（例如加工、处理和物料供应）可以彼此独立设计。

例如,在订单负荷较低时，轻型机器人可以将零件送至下一个工位,而当订单负荷增加时,可再购买第二个机器人用于该工艺步骤。提升单位时间的产出并不是可扩展自动化的主要目标。个别装配工位选择性提升自动化程度仅仅缩短了这些工位的加工时间,而生产线周期并不受影响。

只有通过长时间更换瓶颈工位,单位时间的产出才会增加。短时自动化扩展的基本原理是工业4.0的组成部分。只有通过这些新可用的技术才能将自动化/半自动化、模块化的系统通过标准化接口轻松地集成在一起。由于刚性连接被分解，因此可以在其中添加或替换单个装配工位。因此,工业4.0是可扩展自动化的推动者。

可扩展自动化的潜力

可调自动化概念允许变体柔性地、经济地运行具有自动化程度差异的装配系统。这是通过人与机器各自优势的优组合以及扩展边界条件实现的。与生产线生命周期开始时的刚性全自动化相比,这种状况可以在一段很长的时间内将投资分散,从而降低了投资风险和利息负担。由此产生了一个可调整的操作点,允许在通道内以成本低廉、高质量、符合人因工程学且变体柔性地来面向当下市场需求进行生产。具有不同时间范围的可扩展自动化的应用典型示例如图3-2-7所示,其根据时间范围在不同程度上反应了柔性和可变性两个维度。所需的响应时间越短,工业4.0技术集成的要求就越高。

1.长时转变

基于手动配置，装配工位的自动化程度在以后随着区域因素的时间性发展逐步适应劳动力成本,以保持其经济性。随着劳动力成本的增加,首先基于更小的变体多样性,进行工艺步骤的选择性自动化。然而,在达到质量瓶颈时,质量关键且复杂的工作流程首先是自动化的。因此,装配系统总是以成本优的配置运行,并且可以避免产能过剩和高成本的错误投资。类似地,自动化/半自动化装配系统的自动化程度可以在产品生命周期结束时降低,这避免了产能过剩。由于模块化,通过适当的调整成本可在其他地方再次使用该自动化的工位。

2.中时转变

如果使用多条平行装配线,就可以通过分段的临时自动化来消化峰值负载。前提条件是自动化对于平均的客户周期来说是不必要的,因为在采用了自动化之后剩余员工的主要产能将保持闲置状态。通过在线路段中临时使用移动的、可自由编程的通用机器人,被释放的产能可以在短期内缩短周期时间。一旦峰值负载发生在另一条线上,机器人就会相应地移动。因此,可以使用单个机器人来消化多个并行的装配线上的峰值负载。

3.短时转变

如果标准产品和外来产品的产品组合的完全自动化仅仅由于高变体多样性而无利可图,那么标准产品可以在夜班期间自动装配,从而节省工资补贴。对于白班,可以转换为手动配置,以便以合理的劳动力成本来装配不能自动化操作的外来产品,并避免在具有相应空间的并行装配线上进行额外投资。另外，具有不同时间调整范围的许多其他应用也是可以考虑的。