提升生产效率：自动化装夹设置，消除制造业重复性劳损
寻找让车间产出大幅跃升的新方法？自动化可能是力量倍增器。它还能释放最资深、最有进取心的机床操作员时间用于指导、学习新系统和提升编程技能。甚至可能降低保险费用。
职能车间自动化许多功能的用例与大型汽车工厂或其他大批量制造设施截然不同。但自动化可以为各规模车间带来积极、高产的成果，帮助简化可重复、耗时的任务。
机器人和协作机器人的正确应用是什么？什么技术能让质检更贴近工艺？车间主和制造运营经理应聚焦何处？
我们探讨制造商当前自动化成功之道 —— 以及规划变革时需了解什么。
制造业自动化归还工人时间，助车间保持竞争力
制造业人才短缺真实存在。如今制造产能需求大于劳动力供给 —— 且预计将增加。2018 年 Deloitte 和制造业研究所研究发现，技能缺口可能导致 2028 年前约 240 万职位空缺，潜在经济影响达 2.5 万亿美元。
“情况没好转，”Kilgore Manufacturing 老板 John Hicks 在文章中谈其公司面临的技能差距。
职能车间难以与大型机床车间竞争更资深、更昂贵的人才。但理论上自动化可通过减少最枯燥的手工任务、在可能范围内提高机床与人比例，缓解技能短缺影响。
一台机器人常能看管多台机床。某些情况下，单操作员可看管多台机器人 —— 每台机器人同时处理多台机床。
“这释放操作员执行二次操作，如去毛刺、装配或花更多时间质检，”自动化集成商 Acieta 运营副总裁 Steve Alexander 在 SME 文章“自动化职能车间？你赌对了！”中解释。
职能车间自动化首选用例：换型
自动化无魔法棒。管理自动化系统也需新技能 —— 包括不同软件、传感器和安全。通常，自动化最有效用法是聚焦工件前和工件后的换型与设置活动。
“适合职能车间需求的自动化不仅强调快速简易设置、将换型时间缩至 15 分钟以内，还能适配不同机床类型，尤其用于换型任务，”Production Machining 主编 Chris Felix 在“职能车间自动化：快速、简洁、敏捷”文中写道。
资深机床操作员可能欣赏减少换型和装坯时间，更多时间专注完成大单和解决精密制造问题。
2018 年，Hicks 的 Kilgore Manufacturing 使用自动化制造单元每天无人值守运行 8 小时，助力每周出货 3,500 个法兰零件 —— 但仅限单一零件。为更自动化并释放高级机床操作员时间，Hicks 增加了上料辅助机。
上料系统将机械臂连接到用于工件分级的转台，形成单一工件装载单元，可置于任何 CNC 车床或铣床旁并可重新定位。
Hicks 概述自动化增强带来的影响：
- 从 Kilgore 现有客户群获得更多业务。
- 在紧凑车间节省宝贵空间。
- 因机床操作员有更多时间质检，零件质量提升。
更可预测的机床排程带来竞争性投标获单能力提升。
如何推进制造自动化：零件批量很重要
零件批量差异巨大的环境自动化行得通吗？SME 的 Ed Sinkora 认为可以。
设想中等批量零部件制造场景，换型每周发生几次。“妥善规划下，有人值守班次可完成单元换型，随后班次可获得相当可观的无人值守生产，”Methods Machine Tools 自动化经理 John Lucier 在 SME 文章中解释。
SME 指出所需机器人速度“取决于零件加工循环时间。循环时间越短，机器人需越快，单机器人支持多台机床可能性越低。”
但小批量车间也可成为自动化良选，Lucier 解释。
“最重要考量是缩短换型时间甚至彻底消除设置时间。人们纠结循环时间和上下料时间，但若批量低到一半时间花在换型上，即使以牺牲循环时间为代价攻克换型时间也合理，”Lucier 说。
自动化基本可消除设置。机器人可编程更换自身末端工装和机床工装夹具，或从转盘装载托盘，“无论生产何种零件，均消除更换机器人工装或为不同零件编程不同上下料动作的需求。”
还有许多重要刀具、夹紧和零件稳定性领域需评估，包括工装夹具、测量、循环时间、末端工装、无人值守工艺和无灯加工。
自动化与工装夹具
“若工件需在卡盘或夹具中定位，或需基于首道工序特征在二次操作中对齐，可能需要视觉系统或触发探针完成任务，”Felix 写道。“工装解决方案还必须设计为允许末端工装与夹具在装卸时有适当间隙。”
自动化与测量
“若非自动化流程要求操作员加工中或后测量工件，应考虑自动化测量过程，”Felix 解释。“有多种过程内或过程后选项，包括触发探针、周期性工件校准，甚至使用过程后测量仪或坐标测量机。”
自动化与循环时间
考虑自动化流程时，“循环时间将决定成品工件的队列台和进出料输送机容量/规模，”Felix 写道。
循环时间需按机器人/自动化所需任务协调排序，“如装载至测量仪、协调测量机、清洗站或翻转站” 或管理托盘。
利用自动化改善工作场所安全与工人健康
工人健康和车间安全非制造商投资自动化主因，但受益者。腕管综合征在制造业不罕见。
“像将零件装入车床卡盘这样简单动作，每天重复数百次，迅速导致操作员重复性劳损。因工时损失和索赔，这些伤害每年给企业造成数十亿美元损失，”Alexander 解释。
制造工作有几个领域自动化改善或消除了危险工作、帮助减少不安全环境。一是搬运重物。二是近距离接触化学品、颗粒物和极端温度，Seagrams 和通用磨坊前工厂主管兼系统工程师、资深制造领导者 Jim Vinoski 在 Forbes 文章中解释。
“背部受伤是制造工作最常见伤害之一，此类活动是关键诱因。自动化方案包括机器人拾取放置系统、自动码垛机、真空吊装系统等，”Vinoski 写道。
“如今工人单次搬运超 50 磅已罕见，重复性搬运甚至该重量也渐少。”
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