设备及生产线自动化改造与管理

艾晓飞

（昱科环球存储科技（深圳）有限公司，广东深圳518038）

设备及生产线自动化改造与管理

艾晓飞

（昱科环球存储科技（深圳）有限公司，广东深圳518038）

自动化设备可以代替人工从事危险操作，或者将人从繁重、重复的体力劳动中解放出来，做好设备及生产线自动化的改造与管理工作，不仅可以提高工作效率，确保产品质量，还能提升企业的利润和竞争力。

设备；生产线；自动化；改造与管理

0 前言

随着社会的发展，中国的劳动力市场供给情况已经在悄然发生变化，主要体现在，一是现在的年轻人不再愿意从事简单的体力劳动，很多企业招工困难；二是随着社会最低工资水平的调整，人工成本开始显著上升，导致企业用工成本随之上升。这些问题的出现使企业开始意识到提高设备及生产线自动化水平的必要性及急迫性，针对这个过程中可能遇到的各种问题，逐一加以解析。

1 生产线及设备自动化改造的目的

1.1 解放劳动力

自动化设备可以代替人工从事危险操作，或者将员工从繁重、重复的体力劳动中解放出来。例如，汽车行业是制造业中最早使用机械手的行业之一，这些机械手可以代替操作人员进行喷涂、打磨等危险工作；在物流行业中，可以用机械手代替人工进行码垛等工作。这些自动化设备的应用，既保证了操作人员的安全，也减小了劳动强度。

1.2 改善产品质量

自动化设备可以提高生产效率，改善产品质量。例如，自动化生产线可以通过节拍设计，将生产效率提高到极致，另外，因为其操作的可靠性和一致性可以有效地提高产品质量，从而提升企业的利润和竞争力。

1.3 减少人工费

随着机械手等自动化设备的使用，可以解决一部分企业招工难、用工贵的问题；随着中国劳动力市场结构的变化，传统的劳动密集型企业已经开始外迁或者向中西部地区转移，一些企业也开始将注意力放在生产线的自动化改造上面，以求一劳永逸地解决用工问题。但自动化改造之路任重而道远，需要各种软件、硬件的支持，需要综合考虑企业情况、行业状况等各方面因素，并不能一蹴而就。因此，控制好升级改造路线和节奏，才是确保成功的前提条件。

2 生产线及设备自动化等级划分

生产线自动化等级划分有很多方法，其中一种方法是根据设备的操作是否需要人为干预，设备之间是否通过传送装置互相连接，产品信息包括检测信息是否可以自动采集、存储等综合因素来评估。

（1）Level 1。设备需要操作人员手动投料，手动取料，设备加工过程中需要人为干预，如需要手动翻料等。

（2）Level 2。设备需要操作人员手动投料，手动取料，加工过程中不需要人为干预。

（3）Level 3。设备需要操作人员手动投料，自动取料，加工过程不需要人为干预。

（4）Level 4。设备自动投料，加工之后自动取料，加工过程不需要人为干预。

（5）Level 5。设备及工序之间用传送装置连接，产品信息包括测试信息自动读取、存储，整个过程无需人为干预；传送装置可以是同步传送带、链板传送带、辊筒传送装置、自动转运车等；当设备及整个工序之间用自动传送装置连接后，需要相应的生产管理软件对整个生产流程进行控制，并需要用条码、RFID等设备对产品的位置及信息等进行采集处理。

3 生产线及自动化改造评估

3.1 预期投资回报率

生产线及设备的自动化改造需要做科学地评估，以便确定是否具有可行性，投资回报率，即ROI（Return on Investment）是否符合预期目标。

3.2 原材料材质及尺寸的稳定性

自动化设备需要自动上料及下料，需要机械手或者相应的夹具配合，如果材料、材质及尺寸变化很大，则机械手和夹具无法准确、稳定地抓取，即使通过控制原材料材质及尺寸公差可以消除这个问题的话，也会增加生产的成本，因此，需要科学地评估投资和收益问题。

3.3 评估必要性和可行性

有些产品的工艺流程特别复杂，自动化改造难度极大，此时需要考虑自动化改造的必要性及可行性。对于设备的自动化改造可以按照先易后难的顺序，对于因为工艺流程过于复杂导致的改造难度过大的设备，需要格外慎重。因为自动化改造，可能会降低设备及整条生产线的柔性及灵活性。

3.4 需有软硬件支持

因为硬件是骨骼，是肌肉，软件是大脑，是神经系统。所以，在自动化改造升级中，产品的信息包括测试信息，都由生产管理系统，如MES（Manufacturing Execution System）等，通过终端设备及软件系统，如ECS（Expert Control System）来读取、存储及调用。

3.5 评估投资回报率

自动化改造需要评估投资回报率，即ROI（Return on investment）。有些自动化改造需要投入大量的人力、物力，可能还会对生产计划造成一定的影响，所以需要评估ROI来确认投资与收益的关系，确定投资的回报周期是否符合预期的目标。

3.6 控制时机与节奏

自动化改造中需要做好规划，控制时机与节奏。所谓时机控制是需要考虑行业及市场因素，例如，行业处于发展期或者成熟期则具备自动化改造的必要性等。但如果行业处于衰退期，则需要慎重评估其投资回报率等因素。节奏控制需要根据公司生产计划及目的有计划地进行，可以先对一些设备速度、行程及程序进行等优化，以提升其生产效率，然后再对机械及电气等部分进行升级与改造。

4 自动化改造升级的实施

实施设备或者生产线的自动化改造，可以将工程外包给有资质的系统集成商，也可以通过企业的设备人员来实施，或者整合系统集成商和企业的技术力量进行相关的技术改造。自动化技术改造不只涉及硬件方面的改造，也需要软件的系统集成。以生产管理系统MES的一个典型系统结构为例（图1）。

在自动化改造过程中，生产管理软件是整个生产制造系统的大脑和神经，控制着整个生产流程。企业需要根据目前的规模、未来发展规划、行业及产品特点等，来选择适合自己的生产管理系统及系统集成商。

总之，自动化改造确实可以提高生产效率，改善产品质量，减少企业对劳动力的依赖程度，但也会造成设备及生产线柔性方面的下降。因此在实施之前，需要综合考虑各种因素，以找到适合自己企业的自动化之路。

〔编辑 王永洲〕

图1 生产管理系统MES典型系统结构图

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.04

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