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自動化是什麼?自動化產線導入事前部署要點有哪些?

工業4.0、智慧製造等議題使得「自動化」一詞也變成熱搜關鍵字之一,但自動化到底是什麼?怎麼定義的?又該如何從頭規劃執行?企業主們可以從哪邊開始著手呢?

作者

莊馥綺

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・2022/10/12

近年製造業快速發展,工廠自動化風潮日漸盛行,許多業者期望透過智慧機械設備取代人力,減少成本、進行較危險性、及重複性的工作,提升產線效能、增加產品良率、產品標準化及降低成本。

這樣看下來,自動化對於業者來說百利而無一害,但你知道嗎?自動化沒有和供應鏈、生產線進行資料數據上的串聯,所耗費的成本與支出往往不符合經濟效益。那這其中又是哪些因素造成的呢?

 

不可不知的自動化大小事

傳統製造業主要是以「人力」來進行生產,但面臨少子化、缺工以及其他種種因素,造成人力短缺、老師傅經驗無法傳承等問題,以及市場變化太快,再加上工業4.0講求的客製化服務,產品邁向客製化開發,批量較從前少而多元化。對於企業而言,必須努力縮短製造週期、減少庫存,更要確保品質的一致性,因此業者被迫轉型及改革。為了能夠取代部分人力作業,因而引進智慧機械設備協助進行生產。

 

自動化可以取代一切?

自動化是指在減少人員操作的情形下,運用自動裝置系統軟體,整合科技技術和機械設備等條件,使產品能自動製造,或能做到部分自動加工完成,並提升人員製造能力、防止人員進行危險作業,因此適合應用在許多高重複性作業的產業

 

很多人認為自動化會取代人力,導致許多人失去工作機會,但其實不然,雖然會因為縮減操作流程、刪減人力。但自動化的優勢在於提升生產力、標準化與效率,且這並不代表可以完全取代掉人力,反而更凸顯操作人員的重要性,目的也是為了讓人員能更加專注於其他重要的任務上,朝著達到人機協作的平衡為目標繼續前進。

 

自動化應用領域

自動化多半運用在製造業、機器人、汽車生產、工具機和金屬零件等等產業,像是零件搬運、量測(CCD、電子式、雷射)、零件組裝、包裝、焊接等都是常見應用技術。

 

自動化整合商作用

自動化整合商除了要有相關系統的整合經驗外,對於製程的瞭解也相當重要,必須要應用專業知識,搭配機械設備,才能組合成自動化產線,完美導入專案和完成生產目標,當然這些要件是要建立在整合商與製造商彼此緊密配合的情況下才能達成。


自動化整合規劃要點及注意事項

在開始進形自動化整合規劃前,首先要先建立重要的觀念:自動化機械並非萬能的設備自動化設備與週邊附件仍有功能和規格上的極限。像是有些產線並非做不到,而是做出來沒辦法達到客戶要求或是設備成本過高,讓整體計畫幾乎難以實現,必須要花更多時間或金錢去補回設置的成本,造成攤提時間過長,不符合效益。

 

因此在向自動化整合商提出需求後,必須建立良好的溝通管道,因為即使是經驗豐富的自動化整合商,也不會比企業主們還瞭解、熟悉自家工廠現況及需求,所以不論對內對外,與規劃相關的部門與設備商之間,都需要有良好的溝通,才能打造出最合適的自動化產線

 

自動化整合規劃常見況狀

1.意見需求難以整合:大型企業分工細,設計、生產、維修、採購、環安、資訊部門,都可能在自動規劃中提出相關需求。因此各部門必須有協調管理者,且職位層級高,才有利於推動計畫進行,並有效且明確地解決相關問題。

2.無法全面顧及所有細節:中小企業在進行自動化設備導入時,可能會是公司經營者或現場主管來主導規劃,較無法仔細全面性地進行規劃。此時需要自動化整合商從旁協助評估整體狀況和提案。

3.沒有及時交換情報:如果雙方沒有即時且明確地傳遞情報和訊息,會產生認知落差或不符單方面的需求,造成自動化設備導入後使用成效不彰,無法提升效率。

4.專業知識涵蓋面向廣:在客戶的規劃之中還包含其他領域專業知識,並非單以自動化機械設備便能夠完成的。遇到這種情形就需要不同專長的廠商一同參與計畫,如果缺乏相關領域的夥伴加入,直接交由自動化整合廠商全權處理,則可能發生專業知識度不足,無法全面仔細考慮的情形,使執行效率低。

 

STEPT1.初步分析及評估

開始進行自動化整合前,要先以階段性步驟和幾個問題來進行自我評估與瞭解,才能達到產線自動化、效益最大化。

 

1.統一決定權及窗口:是否已經決定好各部門協調者、有決定權的主管,以及對應窗口?

2.產線是否已經做好導入自動化的準備:從場地的決定、環境和使用機台的情形、要進行自動化的產品類別等,必須要先詳細瞭解工廠整體狀況、生產目標。

3.生產模式:主要的生產模式屬於大量單樣生產,或者少樣多量生產?而其中以大量生產模式的成功率較高,且能立即感受到效益。

 

◎大量生產導入自動化又可分為兩種:

1.單一製程生產:多用於小金屬零件代工,只使用一台加工機就可以將工件加工好,大多是中小企業規模,如:腳踏車零件、汽車零件、手工具等。

2.多站製程生產:因為有不同的加工工序,各別分開在不同加工站點上,需要用自動化設備將每一個站點串聯起來,才能有系統、一條龍地做出客戶要的製品,大多是大型企業規模,如:機車、汽車傳動軸、真空泵浦等。

 

◎少量多樣生產導入自動化:

因為產品外型、規格、種類較多,導致換線頻率高,且依照不同產品,加工時間與製程也皆不同等變動因素,讓自動化的效益較不如大量單樣生產。如果要打造自動化產線,首先變化性要高、且設備要能以替換的方式,在主要自動化搬運設備以外的地方,再附加一些配件,才能進行產線切換。需要多花一點的時間去考量產線情況、換線方式,才能達到最大效益。

 

STEP2.分析工廠生產模式

1.瞭解工件的共通性:像是以工件直徑分類,來考慮產線需要的設備規格與配件數量,並以尺寸、長度、直徑做初步分類,可以在設計自動化設備時,用比較多的共通性,設計共用設備,不用一種工件就設計一台設備。

2.挑選自動化產品:將工件分類後,再統計每一年度生產總量,挑選出年度生產率/量最高種類,作為機台設計的評估,因為大量生產會讓自動化的效益較快顯現。

3.產線循環時間:假如現場生產情況是2小時換班,或8小時為1班進行換料,此時自動化循環時間長短必須要能配合樣品抽檢時間、刀具更換時間,或是配合線上操作人員工作標準流程、生產節奏。

 

接下來我們就以以金屬零件加工廠為例,來探討事前初步分析要點有哪些:

1.產線正在使用的CNC加工機型號和品牌?

2.預計要投入自動化的工件規格有哪些?

3.加工過程中有哪些重要加工步驟?

4.產線中如果再加入哪些設備,整體作業可以更流暢?

 

得到上述條件後,自動化整合商則可以依條件,提出規劃方案給客戶方案要件,而好的要件有以下三點必須符合:

1.能進行彈性生產

2.可快速換線(在短時間內由A產品換到B產品)

3.達到自動化生產循環時間預期目標(符合客戶需求的速度、效率)。

 

工廠自動化設備有哪些?

機械手臂

1.門型機械手臂:主要套用於CNC車床的金屬加工自動上、下料、入料搬運、輸送重物,定位精準度高,可快速換料達到產能提升及降低人工使用之目的,並能藉由軸的延伸及串聯、跨接多個加工程序工具機。

2.關節行機械手臂:可拿取、搬運、輸送重物、工件取料、換料、入料,並串聯、跨接多個加工程序與工具機,能依照不同需求搭配不同的關節軸向、附加功能、配件:從微型件到高負重件皆有對應型號,不會像傳統機械手臂定點式運作,可以透過軌道靈活由走。

 

工收料機、自動化儲存料倉

1.工收料機:可配合六軸機械手臂做搬運、上下料的處理,由工料機做物料交換,完成一個盤後會換到下一個盤,並可利用塑料箱做內部換料的動作。

2.自動化倉儲:能夠儲存與管理毛胚與完成工件,並成為搬運設備的取料、換料站。

 

各型夾式、快換裝置

1.夾爪:應用於換線、物品夾取,可依照不同需求為工件設計專門各型式夾爪。

2.翻轉站、定位站、量測站、檢查機:依照產線來規劃需要哪些特殊要求,再額外添加,或是需要工件翻面的時候,進行尺寸確認。

 

製造業者為了跟上工業4.0的趨勢、解決人工缺乏的困境,必須追求轉變。通常第一步會想到的,就是導入「自動化」,但想要做到工廠內部各項自動化設備能夠協同運作,生產流程順暢,不會發生物料堆積堵塞在輸送帶上的情形,必須要在事前做好詳盡的設施規劃、評估相關風險,才能提高自動化導入的成功率,從而提升生產效益。而不是一味跟風,為了跟上潮流而做自動化,實際上根本不知道為何而進行,這樣只會白忙一場。


 

參考資料:歐特加

問卷調查

產業大調查

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