近年來(lái)，由于國內人力成本與員工離職率逐漸增加，很多企業(yè)選擇導入自動(dòng)化來(lái)代替人工操作。富士康總裁郭臺銘更是拋出豪言壯語(yǔ)：三年內投資至少1000個(gè)億，引入至少100萬(wàn)只機械手。我們暫且不去評論這個(gè)夢(mèng)想是否能照進(jìn)現實(shí)。筆者曾作為工業(yè)工程人員支援過(guò)自動(dòng)化部門(mén)，親歷了一些自動(dòng)化項目的成功與失敗，也在反思從IE或精益的角度來(lái)看，如何才能讓導入的自動(dòng)化設備更有效？如何才能讓導入的自動(dòng)化設備符合目前的生產(chǎn)環(huán)境？

Q1：工序是否有必要導入自動(dòng)化？

我們可以把自動(dòng)化設備導入分為兩種情況：

一是現有設備能力不能滿(mǎn)足需求；

二是在人工操作的工站導入自動(dòng)化設備；

當現有設備能力不能滿(mǎn)足需求時(shí)，首先要考慮能否通過(guò)設備改造來(lái)滿(mǎn)足。

對于全自動(dòng)化設備，可考慮消除設備循環(huán)時(shí)間中的浪費，如減少設備傳送部件的距離和時(shí)間。

當工序的原有操作是人工操作時(shí)，同樣也需要考慮是否可以通過(guò)一些改善方法來(lái)提升人工操作的效率和質(zhì)量，以節省人力和成本。一般在以下情況下考慮導入自動(dòng)化代替人工操作：

1.作業(yè)環(huán)境差，如噴涂和焊接作業(yè)等；

2.人工操作使產(chǎn)品品質(zhì)不穩定或達不到客戶(hù)要求；

3.產(chǎn)品較大或較重，人工操作困難。

對于僅僅以節省人力為目的的自動(dòng)化，個(gè)人建議需審慎評估。

Q2：工序是否適合導入自動(dòng)化？

筆者曾支持過(guò)的自動(dòng)化部門(mén)，由于高層管理者在這個(gè)部門(mén)成立時(shí)定位的目標就是節省人力，因此部門(mén)負責人在選擇導入自動(dòng)化的工序時(shí)，首先考慮的就是那些人力比較集中的工序，如組裝，檢驗等。個(gè)人認為這是個(gè)很大的誤區，因為這些工序恰恰是導入自動(dòng)化難度工序。在評估工序自動(dòng)化的技術(shù)可行性時(shí)，至少需要考慮以下因素：

1. 部件的穩定性：如果上游提供的部件差異較大，人工操作時(shí)由于操作者具有主觀(guān)能動(dòng)性，不僅可以判定部件的品質(zhì)是否可以合格，還可以根據部件的差異靈活的調整自己的操作方法。但設備不具備人的靈活性，如果部件不穩定，設備加工出來(lái)的產(chǎn)品品質(zhì)可能還不如人工，也可能會(huì )造成設備的頻繁停機。

2. 部件的可定位性

3. 操作的復雜度：操作的復雜度越高，實(shí)現自動(dòng)化的技術(shù)可行性越低。即使是工業(yè)機器人，復雜的組裝作業(yè)也難以實(shí)現。

4. 部件的包裝方式：如果想實(shí)現自動(dòng)上料，需要更改原有的包裝方式以能讓上料機械裝置可以抓取到部件，由于變更包裝方式所帶來(lái)的成本增加需計算到自動(dòng)化成本中。

5. 部件的可分離性：如果想實(shí)現人工上料，需要評估部件的可分離性。尤其是對于一些小的零部件，比如螺絲等。

產(chǎn)品設計中有DFM/DFA（Design for Manufacture/Assembly）的理念，意思是指在產(chǎn)品設計階段考慮加工和組裝的效率和成本，比如盡量減少鎖絲的數量和種類(lèi)，盡量使用標準件等。如果想實(shí)現自動(dòng)加工和組裝，我們也可以從產(chǎn)品設計端來(lái)考慮如何滿(mǎn)足自動(dòng)化加工或組裝的需求，但需要評估變更設計所帶來(lái)的成本變化（如在原來(lái)不能定位的部件上增加定位柱，縮小部件的公差范圍等）。

在自動(dòng)化導入的經(jīng)濟可行性評估中，不能只計算設備的采購成本。

Q3：導入哪個(gè)等級的自動(dòng)化？

按照自動(dòng)化程度的高低，可以把自動(dòng)化分為以下五個(gè)等級：

Level 1自動(dòng)化不是指全人工操作，而是指在上料完成后的設備加工/操作循環(huán)時(shí)間內，作業(yè)員仍需要作輔助操作，如翻轉工件或功能轉換等操作 ；按照豐田生產(chǎn)方式的理念，要盡量將人力從設備上釋放出來(lái)，讓操作者能一人操作多臺設備，而不是把操作者作為設備的附屬。如果導入Level 1的自動(dòng)化，一臺設備仍至少需要一名操作者來(lái)，無(wú)法實(shí)現一人多機。

Level 2的自動(dòng)化也被稱(chēng)為“one-touch 自動(dòng)化”，是指當作業(yè)員完成設備上料和設備啟動(dòng)后，不需要在設備操作循環(huán)時(shí)間內看管設備，這就在很大程度上解放了操作者，減少了等待浪費。

在豐田生產(chǎn)方式中，Level 3的自動(dòng)化也稱(chēng)為“著(zhù)著(zhù)化”，是指設備加工完畢后，可自動(dòng)將工件彈出，只需將下一個(gè)工件放入即可。因工件的自動(dòng)彈出不需要精確定位，因此Level 3的自動(dòng)化一般成本較低?？梢岳迷O備后一個(gè)循環(huán)動(dòng)作的動(dòng)力來(lái)彈出工件。因為會(huì )產(chǎn)生噪音并且成本較高，不建議使用壓縮空氣吹出工件。當取放工件需要雙手操作時(shí)，操作人員需要先將加工好的工件取下，然后再將新的工件放上，產(chǎn)生了等待浪費，這種情況下有必要導入Level 3的自動(dòng)化。

從Level 3到Level 4或Level 5的自動(dòng)化，技術(shù)難度和成本顯著(zhù)地增加。上料對于人工操作來(lái)說(shuō)很容易，但實(shí)現自動(dòng)上料，不僅需要專(zhuān)用的自動(dòng)化技術(shù)，而且對來(lái)料的包裝方式及放置方式也有要求。同樣在不同設備或工序間傳遞工件，需要使用機械臂或者傳送線(xiàn)，雖然看起來(lái)很有吸引力，但這會(huì )降低流程的可靠性和應對需求變化的柔性。

一般來(lái)講，Level 3的自動(dòng)化是好的選擇，與Level 1和Level2相比可以達成自動(dòng)化帶來(lái)的好處，與Level 4 和Level 5相比，在成本，采購周期，維修保養的難易度，可靠性和柔性方面更具優(yōu)勢。在某些情況下，如果想導入Level 4和Level 5的自動(dòng)化，需要審慎的評估其投入與收益，以及技術(shù)的可靠性等。

Q4：自動(dòng)化設計如何才能滿(mǎn)足精益模式的要求？

傳統的自動(dòng)化設計時(shí)一般考慮的因素是：功能要求，良率或精度要求，可靠性要求，速度要求以及易于維護性，安全性等。目前的生產(chǎn)環(huán)境是多品種，小批量，精益生產(chǎn)就是產(chǎn)生在這種環(huán)境下的生產(chǎn)模式，除上述傳統因素外，自動(dòng)化的設計還應考慮以下精益理念的要求：

小型化：大不是美，小而簡(jiǎn)單才重要。

1. 使用單任務(wù)的小設備，而不是使用多任務(wù)的大設備；設備越復雜，成本越高，可靠性越差，而且應對需求變化的柔性也較低；

2. 不盲目追求高速設備，設備的效率應以滿(mǎn)足需求為原則，并盡量與流程中其他工序的產(chǎn)能相匹配，盲目的追求高速設備，或者造成過(guò)量生產(chǎn)，或者會(huì )讓設備以低利用率運行。此外，對于應對未來(lái)需求的增加，產(chǎn)能提升不能一蹴而就，應以適當的增量來(lái)增加，大型高速設備會(huì )讓產(chǎn)能的增量過(guò)大；

3. 盡量避免批量加工的設備，批量加工設備雖然在效率上具有一定的優(yōu)勢，但會(huì )阻礙流動(dòng)，與創(chuàng )建連續流原則相悖，會(huì )造成過(guò)高WIP，使生產(chǎn)周期過(guò)長(cháng)。

流動(dòng)化：設備易于移動(dòng)?，F在市場(chǎng)環(huán)境中，不變的就是變化。產(chǎn)品的變化和以減少浪費為目的的流程改進(jìn)都會(huì )驅動(dòng)我們調整生產(chǎn)的布局，因此精益模式下的設備布置有三不原則：不落地生根，不寄人籬下，不離群索居?！奥涞厣笔侵冈O備被固定，移動(dòng)成本很高。

設備要像“快餐車(chē)”一樣，具有機動(dòng)性，管線(xiàn)要盡量使用長(cháng)短易變動(dòng)的軟性管路?！凹娜嘶h下”是指與其他設備共享附屬設施，如吸塵系統或冷卻系統，這樣設備會(huì )像寄生蟲(chóng)一樣，必須依附在其他的設施下，才能運轉。

“離群索居”是指設備按照功能分割開(kāi)，除非由于生產(chǎn)環(huán)境的特殊要求（如涂裝，電鍍設備），設備應按照工藝流程布局，創(chuàng )建連續流。

柔性化：有彈性，改變附屬機構即可作其他用途?，F代工業(yè)產(chǎn)品生命周期短，技術(shù)更新速度快，如果設備專(zhuān)用化程度過(guò)高，可能會(huì )造成設備投資還未回收，就已經(jīng)不適用了。

因此柔性化是現在生產(chǎn)環(huán)境下自動(dòng)化設備的一個(gè)重要考核指標。柔性化的自動(dòng)化可通過(guò)泛用機的專(zhuān)用化（基本功能機械搭配專(zhuān)用生產(chǎn)某種產(chǎn)品所需的治具，模具，刀具）和模塊化設計（更換某一部分機構件即可生產(chǎn)其他產(chǎn)品）來(lái)實(shí)現。

郭臺銘的機器人策略并非沒(méi)有道理，機器人的優(yōu)勢一方面由于具有較多的自由度可以完成比一般設備復雜的操作，另一方面在于其高度的柔性，只要更換手爪模組并變更程序，機器人就可以用來(lái)做其他用途。

快速化：1.可快速啟動(dòng)，啟動(dòng)后不需要調試就可生產(chǎn)；2.可快速更換模具，刀具?；跍p少生產(chǎn)批量以減少庫存，豐田一直致力于追求快速切換，在自動(dòng)化設備階段就考慮快速切換的要求，從技術(shù)復雜度與成本角度，比在設備使用后再進(jìn)行快速切換的改進(jìn)要低得多。

自?xún)P化（Jidoka）：賦予設備人的智慧，在設備作業(yè)時(shí)將人力解放出來(lái)。使用傳感器以探測異常并發(fā)出異常信號，并在必要時(shí)自動(dòng)停機。

自?xún)P化是豐田生產(chǎn)方式的兩大支柱之一，二戰后，日本從美國購買(mǎi)了大批自動(dòng)化設備，盡管是自動(dòng)化設備，但每臺設備前仍需配備一名操作者看管，在發(fā)生故障時(shí)關(guān)閉設備并找維修人員來(lái)修理。

在大野耐一看來(lái)，這是愚蠢的，于是他開(kāi)始考慮如何做到不需要人監護，他想到了豐田創(chuàng )始人豐田佐吉的發(fā)明，以前的織布機在織造過(guò)程中，如果一根經(jīng)線(xiàn)斷了，或者是緯線(xiàn)用完了，必須靠人巡回檢查發(fā)現停車(chē)處理，不然就會(huì )出現大量的不合格品。

能不能給設備賦予類(lèi)似人的“智能”，給它裝上判斷設備運行狀態(tài)是否正常的裝置，使之在出現上述情況時(shí)自動(dòng)停車(chē)，從而提高勞動(dòng)效率又減少不合格品？1901年，豐田佐吉開(kāi)始研制這種自動(dòng)跳閘的織布機。

受這一啟發(fā)，大野耐一將傳感器應用到設備上，當設備發(fā)生故障時(shí)，設備可自動(dòng)停機并發(fā)出信號，這就是豐田生產(chǎn)方式中自動(dòng)化（Jidoka）的來(lái)源。