浅谈制造业中的半自动化生产

苏炽龙

摘要 在中国的制造业发展中,目前的大部分企业都实现了半自动化生产。文章就半自动化生产模式的特点、发展进行分析探讨。

关键词半自动化流水线要素分析

中图分类号:TP2文献标识码:A

1 半自动化生产的概念

工业在其发展过程中经历了简单协作、工场手工业和机器大工业三个阶段。目前的制造业基本上是机器工业,借助机器可提高生产效率,纯粹的手工作业几乎不存在。现在的生产线都是流水线作业,流水线生产线可分为全自动生产线和半自动生产线。全自动生产线是指产品的输入到输出完全由机器进行,人只起到一个监控的作用。半自动生产线是指人和机器分工合作,机器主要负责繁重的加工,人起辅助的作用,如上下料、转移物料、检查等。目前,我国大部分企业都是实行半自动的流水线生产。

2 半自动化生产在我国的现状

国外先进国家的制造业纷纷向全自动生产上转移,但到中国进行投资办厂,所用的设备技术却不是最先进的,最多的还是使用半自动化的模式。分析其原因,技术保护固然是一方面,但最重要的还是从中国国情和成本上考虑。

我国人口众多,市场广阔,劳务成本相对便宜,国外企业正是考虑到这些因素才纷纷来中国投资。忽略便宜的劳务成本,而搬用昂贵的全自动化生产线模式无疑是本末倒置。另外缺少专业的设备维护人员也会使设备管理成本大大提高。因此国外的很多先进设备进入到国内都被重新设计分解成若干部分,分由不同的人员去操作管理。国内自己的制造企业由于局限于整体机器制造水平的不足,同时也考虑成本的问题,也基本上采用半自动化生产线。

3 半自动化生产的特点

半自动化生产线就是由人和自动设备组成的生产流水线。生产流水线是指劳动对象按照一定的工艺路线,顺序地通过各个工作中心,并按照一定的生产速度(节拍)完成作业。其基础是由设备、工作地和传送装置构成的设施系统。

半自动化生产的主要特点是生产线离不开人。人在生产线中的作用如果细分到每一个工序、每一台设备,人主要负责上料、下料、品质检查、半成品转移、成品装车。半自动化生产线的设备一般为自动设备(狭义上应该叫半自动设备),按照设定好的工序,相应的设备进行该工序的加工。为了简化设备,降低投资,加工前的上料、加工后的下料和加工后的尺寸检查都交由该工序的操作工人进行。生产流水线的生产速度以生产出一个产品的时间来描述,我们称为CT(生产节拍),单位一般为秒。对于现代的生产流水线,生产速度都很快。像汽车减震器生产线,CT可以达到8秒。

4 半自动化生产的各要素分析

工序设定是半自动化生产的一个重要要素。根据产品的制造工艺设定生产工序,根据产品的产量设定CT。CT也反过来影响工序的设定。所谓工序是指在一个工作地点,对一个或一组工件所连续完成的那部分工艺过程。工序可以合并也可以分割。工序分割是为了降低CT,增加产量,但会增加要员;工序合并是为了改善各工序的不平衡,把CT过低的工序的CT提高,减少要员。如果某工序已经设定为一个工人操作一台设备,那么该工序就不能再分割了,但可以和其它工序合并。所以设备CT决定了工序CT,而工序CT决定了生产线CT,所有工序中最慢的工序的CT就是生产线CT。

设备CT由MT(机器时间)和HT(人工时间)相加组成。MT是机械自动加工的时间,即从机器启动的瞬间到机器自动加工完后停止的瞬间。HT是人工操作的时间。半自动化生产线的设备并非全自动设备,离不开人的操作,如人工把工件放置在设备上并按“启动按钮”、人工把加工完的工件从设备上取出并放置到中转台上等。如果该工序有多台设备,还包括人走动的时间。MT由机器和加工参数决定。对于非标类的机器,加工时机器的整体状态,如动作的设置、夹紧方式、动作延时、机器装配精度等决定了MT。对于标准类设备,如数控车床等,编制的加工程序起主要决定作用,当然机器本身的性能也会制约程序的编制从而影响MT。在新生产线上马的时候,要考虑瓶颈工序的CT,某些连续的CT较短的工序可以整合在一台设备上,这样做设备MT虽然提高了,但不影响生产线CT,而且减少了设备数量和操作工步。HT由人的熟练度和设备设置、工序设置的合理性决定。设置合理的设备、工序能降低工人的劳动强度,也不会造成工人有过余的空闲时间。工人能快速、不费功夫地放置、取出工件,然后可以按顺序地操作工序上的设备而不需要闲等,这样的设备和工序设定就是最合理的。

合理的工序设定就是提高生产线的“编成效率”。编成效率是“所有工序的CT的和”与“所有工序的CT都等于生产线CT时的和”的比值。也就是说如果设定的各工序CT都一致,那么工序CT就等于生产线CT,编成效率就是100% 。那是最理想的状态,实际上很难达到。但工序设定的目标就是朝100%去努力,通过工序合并,改善设备操作性,改善平面布置等方法提高编成效率。

在半自动化生产中还有一个不可忽视的因素是“稼动率”。稼动率是指设备在所能提供的时间内为了创造价值而占用的时间所占的比重。影响稼动率的最大因素是设备停止时间,包括更换机种、设备异常停止及修复时间。所以设计合理、精度高、故障少的设备非常重要。对于机种更换,目标是机种通用,不需更换。如果不行,更换的夹具数量要尽可能少,并能一次装夹、不需调整。这就需要新设备上马时对设备仕样考虑周全。要减少设备的故障率,首先要找有实力的制造厂家设计制造,其次要做好设备管理,包括生产线现场的日常点检和保全部门的定期设备检修。

品质是企业的生命。在半自动化生产中,大部分的工序的品质检查是通过人工进行的。让设备自动进行外观、尺寸等的品质检查理论上可行,但相应的在硬件上的投入和管理费用将非常大。所以人在生产中就扮演了非常重要的作用。作业标准的制定和执行、人的责任心的教育不可忽略。另外为防止人为疏忽造成的工序飞跃、重复加工等情况,在设备上要设置防错装置,当疏忽发生时,防错装置发出警报提醒工人。

成本关系到企业的生存。为了节省设备投资,一般在生产线能力扩容的时候,会首先考虑在原有生产线上进行。如通过提高稼动率的方法,通过降低CT的方法。降低CT的方法包括:对设备进行改造;对工序进行分割;增加要员;对瓶颈设备再购买。尽可能把原有生产线提升到最大的能力。只有达到了极限能力,才考虑新增一条生产线。因为新增一条生产线,设备投资、厂房投资、要员都几乎在原有基础上翻倍,会造成能力过剩、成本上升。

5 半自动化生产的发展

虽然半自动化生产的模式目前比较符合我国的制造业。但全自动的机器生产模式是一种趋势。自动化的发展并不是一步到位,在企业内部可以从生产线的某些工序开始尝试,通过增加简单的装置或者在新设备上马时改变设备仕样,实现某些工序无人化操作。混合型的生产线可以把劳务成本和投资成本控制在更为合理的平衡状态。不断改进的生产线在给企业降低成本的同时也不断累积企业的技术力量。