传统制造业零件加工过程的自动化验证

论文摘要近年来随着收入及生活质量提升人们对休闲及健康更为重视,再则因为汽车数量的直线上升对空气污染造成极大的影响,因此政府提倡绿色出行的休闲活动,使的自行车在近几年来由以前的拉货、代步工具转变为健康休闲的一项有利的工具。近年来随着科技进步，消费者对于产品要求外形多样化与质量性能严苛要求，促使产品生命周期逐渐缩短。并在需求量增大的同时质量的稳定性及多样性与价格渐渐地成为用户挑选与购买的一个重要选项,再加上由于市场需求大竞争者因此在生产成本上也有相当大竞争,如何在缩短研发、生产交期及价格上来满足客户需求并为企业本身带来利润。本论文将探讨传统劳动密集型企业转型成为自动化加工企业的型态,利用自动加工设备来完成多任务加工,运用制造弹性、产品共享性、换线速度、安全生产等方面来对该研究进行论述与验证以提升企业在瞬息万变的市场中的竞争力。关键词自行车自动化竞争力目录论文摘要2引言5一、绪论5（一）、产业简述5（二）、研究动机6（三）研究目的6二、研究方法与对象6一、研究方法6二、研究对象7三、案例验证分析7一、案例论述7二、验证结果8四、结论与评价15一、对企业产生的影响15二、未来整体转型的参考15三、结论与评价15五、参考文献17表目录表31蝶仔加工工序7表32九月份生产线工费率9表33蝶仔传统生产线工时表9表34蝶仔自动化加工工时观测表10表35蝶仔制程能力分析11表36蝶仔制程能力分析12表37坐管杆传统生产线工时观测表13表38坐管杆自动化加工工时观测表13表39坐管杆制程能力分析14引言所谓自动化，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动的进行操作或运行。广义上讲，自动化还包括模拟或在现人的智能活动。自动化技术应用范围广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等方面。另外，与自动化相关的一个术语就是自动控制（AUTOMATICCONTROL）,自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。一般的说，自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制则除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动化的研究领域。不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相似的。一、绪论一产业简述曾经有人讲，自行车产业是中国民族工业的标志，是轻工业发展的缩影，共和国的工业从自行车产业起飞。半个多世纪以来，天津自行车产业完全是在旧社会的废墟上，写下的一部自力更生、艰苦创业的发展史。19世纪末20世纪初，随着英德等国开始自行车工业化生产、自行车自身性能的完善，“脚踏车之制，迩日此风盛行于沪上，华人能御者亦日见其多，轻灵便捷，其行若飞”。自行车开始传入中国，直到1929年在天津近代工业发源地河北区三条石一带出现了手工制造自行车零部件的生产作坊，掀开了中国自行车业的发展序幕。20世纪20年代，自行车的用途渐行渐广。邮政、电报两局，开始大量采用自行车作为交通工具，使得自行车需求激增。1928年，同昌车行、得利车行、鸿利车行、大兴车行、润大车行和泰昌车行有“六大车行”之称，其中尤以同昌、得利居首。一批自行车零配件制造厂和商办工场也在逐步创办。其中主要有1922年开办的王发兴侬记铁工厂，1927年创建的泳锠钢圈厂和隆昌五金钢丝厂等。至1930年，上海已有10多家工商企业生产自行车零配件共约十六七种，一些主要部件都能生产，组装10多种牌号的自行车。这标志着上海以由经销时代步入能独立制造自行车的民族工业时代。民族自行车业在抗战胜利后，有了飞跃式的发展。自行车工厂也如雨后春笋般兴办起来。新中国成立后，国内出现了很多国产的品牌自行车，它们带领着那个时代的人们骑乘自行车穿梭于街头巷尾，让中国成为一个自行车王国。特别是五十年代，人们脚下的自行车形状基本趋向于制式，大街小巷里的自行车车型基本都差不多。1956年，在天津自行车厂步入正常生产的同时，天津地区各种小型自行车零件厂已发展到300余家。自行车零部件厂家专为成车厂生产加工例如剎车器、剎车把手、立管、坐管等产品，这些产品在加工上工序多耗费工时长并且用工数量相当大，例如，一个煞车把手从压铸成型之后必须经过以下工序转换为成品锯切、研磨、震动、加工在加工工序中包含鑚孔、攻牙、倒角、剖槽等依产品不同有710个工序，耗费相当大的人力成本。在这一连串加工过程中由于是采用传统方式加工一人一机以各工序加工位置不同使用机器也不同在安全性上也增加不少风险。（二）研究动机针对市场对于自行车产品要求多样化及创新，产品生命周期缩短，企业在面对消费者需求时，除研发时程必须缩短，在制造过程中也必须具备有制造弹性能力，在产能逐渐扩大及新产品的生产线扩编下除了考虑质量稳定也同时要考虑到员工在新产品加工时对于机器熟悉度所造成的影响，因此企业必须修正原有的制造系统以符合市场变化及企业本身的生产效益，新的生产方式与管理方法更是企业必须具备与重视。（三）研究目的因市场竞争日益激烈，并且用户对于产品的外观与功能的特殊需求，使零部件生产企业对于各种外型产品在加工过程中考虑如何脱离传统的耗费人力的加工方式，如何避免因人为的加工失误与生产过程中的工伤意外等等影响到生产进度因素。本文将针对学生服务的公司针对传统生产加工导入自动化加工并针对性克服因人为因素在加工中产生的工伤意外及加工失误，再针对导入开发的自动加工生产线做出制程能力分析、制造弹性、对产品的共享性、换模换线速度等因素作一论述二、研究方法与对象（一）研究方法本研究主要是探讨自动化加工机器在生产过程中的机器弹性、换线弹性、生产批量弹性、作业弹性等四方面来验证自动化机器的稳定与实用及安全性和投产前后人力投入与效益差异比较并以此作为未来扩建及转型的依据。1、制造弹性、机器弹性生产成本会随着机器弹性能力连续性生产提升而使得生产成本降低。、换线弹性制程弹性须因应不同市场所需产品，能够提供迅速的换线能力，提供制程修正的能力。并能够以不同制程物料或不同的操作顺序来生产一组零件的能力。、新产品弹性须因应市场需求变动，能够提供产品种类的多样性。、生产批量弹性生产批量随着市场需求增加使得生产成本降低指同一款或同一件，并且因随市场需求变动，必须有效调整生产线。2、制程能力分析生产线在产品生产过程中随机取样将加工位置数据尺寸量测之后填入表格中，藉由计算机算出制程能力的检验方式。制程能力再经过计算可以得出以下三个数值CP代表机器的稳定性，一般条件下该值在1以上为合格CPK制程能力，一般条件下该值在133以上为合格。但若属高精度该值须在166以上。CPM预估不良率，为千万分之一PPM。（二）研究对象本研究主要探讨自行车剎车把手主工件及坐管杆由传统加工一人一机一工序的加工方式改变为自动加工，除了验证自动加工设备之外，在生产成本及设备安全性与加工后的稳定性作为验证内容的选项得出的结论果，将成为未来全厂转型的参考方向三、案例验证分析（一）案例论述首先说明案例料件来源，剎车把手蝶仔来源为压铸成型的毛胚料件，加工前须经过锯切与研磨及振动之后才会进入到加工过程，加工过程比较复杂共为十二道工序。案例一表31蝶仔加工工序蝶仔加工工序1铰孔2剖槽3钻孔4攻牙5双边倒角6钻孔7倒角8攻牙9铰孔10倒角11攻牙12剖槽资料来源本研究整理表31工序皆为一人一机的操作方式，在传统流水在线加工由于机器设备的摆放早已定型如因为某一产品再行变动并不是一个很好的法，因此在加工时，操作人员在加工过程中耗费较长时间在前后工序的搬运过程上，并且由于加工过程的反复见上述列表11位工作人员无法得到较为顺畅的加工及缩短搬运时程无形中增加了工时耗损影响产出。该产品有一重点加工位置为4与9两个地方在加工之后位置度检验，该处较容易因人为加工造成失误或尺寸歪斜等而造成停线调模也会产生不良及无形中减少的产出，虽说压铸件可以回炉重新压出。另一方面由于12道的加工工序在前后交叉加工时因设备位置不连贯所产生搬运过程工时耗损成本居高不下这是开始产生导入自动化加工的主要原因之一，另一方面为考虑到安全生产的规范，该产品在加工过程之中，必须使用到危险性高的设备例如铰孔、剖槽，每一天早上的勤前会议中都会要求员工在上岗时操作机械设备必须专心，小心注意自身安全，然而在效果上似乎未起到作用，加上五金加工原来就是一种劳动力度大对身体疲劳度高的工作，如果在生产过程中与邻近或经过的员工边工作边交谈未注意到机器尚未停止运转就伸手去取工件这一类的工伤事件对身体的伤害相当严重，这是导入自动化加工的另一个主因。第三是公司制度上的问题，在员工薪水制度上除国家规定的基本工资外还有加班费与绩效奖金制或计件制，针对最后两种简单做一论述，计件制为产出数量单价，这一方式是激励员工极其有效的方式然而所带来的反效果却也会为企业带来极大的损耗，员工会因为多劳多得的观念而加快加工速度但在加快加工速度提高产出的同时也会因加工的不确实造成大约1015的不良品，这对报表上的产出确实是有帮助，但会在后续制造过程造成影响尤其是在表面处理之后到了组装时才发现不良率过高，与此同时加快速度工作以达到更高产出，一天下来身心俱疲更容易造成工伤意外。如果为绩效奖金制其计算来源为标准工时的测定，在这一基础下会造成员工为了更容易达到产出标准取得更高的绩效奖金而在工时观测时故意放慢速度，如果是一位经验较少的人员来做观测，基本上是发现不了，会因为这一现象而无法取得最为标准的加工工时，加工成本将会偏高这也是企业所面临的一种困扰。案例二坐管杆加工材料来源为铝抽芯管，该产品的加工过程相对于案例一简单，加工道次为1双边倒角、2滚字、3缩管、4自动研磨，人力布置上除了自动研磨为2人外其它工序皆为一人，但是在加工过程中会产生后工序等待前工序的现象，其它的因素如同案例一，第一为搬运问题，第二为工伤意外，第三为公司制度上的问题。通过上述两个产品案例论述所发现的问题一直围绕在搬运、工伤安全、及制度面上的问题，在经过实际的自动化生产线的设备投产后实际情形也随之改变，如用工减少、安全性增加、等情况的改变（二）验证结果通过上述两产品案例论述依现有制程加工分析对企业的确造成相当大程度的不妥善与不安全，因此本研究将对两个案例分别在导入自动化设备之后生产部门对于人力的布置及所衍生的成本变化和新的加工工艺在其它产品的适用度搭配实际操作验证对两产品做出成果分析。案例一所谓的自动加工设备可以说是由多台机器将其结合为一台大型设备配合PLC编程以控制每一个机头各自执行自己的工作并做出信息的反馈以执行下一个动作，设备是由1号机头来对整台设备做出信号输出给到分隔器将工件转移到下一个工序，其操作时间也以1号机头加工时间作为基准，例如1号机头加工时间为10秒一个那么在10秒后机头回到定位传感器会立即发出信号分隔器一收到信号会以设定好的角度旋转到下一个工序，即每一次开机时的100秒之后会按既定的加工方式每10秒出来一个加工好的成品一机十模。加工方式为一人在工件取放处直接取放可以避开各加工环节消除工安意外。1、制造能力分析、机器弹性自动化设备对蝶仔进行大批量生产在成本上相当可观。表32九月份生产线工费率ABCAB月份人数平均人数产出工时（小时）直接人工直接人工率变动制造费用变动制造费用率变动成本率9月282810,1997193,552909172177,9209376395168116DEFGDEFHCG固定制造费用固定制造费用率折旧折旧率间接制造费用转入间接制造费用转入率制造费用合计固定成本率制造费用率合计RMB/小时37,784733704520,469052006840,6169839822270,34459969352651资料来源财务表33蝶仔传统生产线工时表资料来源本研究整理表34蝶仔自动化加工工时观测表资料来源本研究整理如表33与表34呈现工时成本差异该产品传统加工生产标准工时为212秒产出一个。导入自动化设备后标准工时为35秒。如表32计算成本变动如下月工费率/3600标准工时传统加工2651/3600212156元/个自动化加工2651/360035025元/个日产出量比较传统3600/21211小时12人2241个日产量自动化加工3600/3511小时2人2262个日产量在人员布置上分别安排一人即可，并且在实际产出上自动化加工安排人员为2人并且在相同的工作时间多产出21个产品。但由表一直接人工一栏得知当月员工薪资为3341175直接人工/人数人工成本由原来12人减为2人可以每月减少薪资成本3341175元。、换线弹性旧有夹持模具，会因压铸成型时模穴微小差异而出现加工歪斜并且在换线时必须整体拆卸更换极为不方便，因此在模具上有做了整采用三件式模具可以使换线速度加快因为在换线时仅需将模头拆换即可，加上模头为可调式如遇到压铸偏差可将模穴号分开，加工仅对模头进行微调即可。换线速度因人而异传统加工换线时间约为40分中，自动化加工约为1小时。、新产品弹性自动化设备在当初概念形成时即以多样化生产为设计基础因此在每一个机头都有可调的关节部位以适应各种蝶类加工，在模具的共享上也仅对模头做更换，所以在共享性上不存在问题。、生产批量弹性生产批量随着市场需求增加使得生产成本降低指同一款或同一件，并且因随市场需求变动，可以有效调整生产线。2、制程能力分析表35蝶仔制程能力分析资料来源本研究整理表36蝶仔制程能力分析资料来源本研究整理制程能力评估如表35表36所呈现的CP机器稳定性该值须大于1，实际检验产品该值为164。CPK制程能力该值须大于133，实际检验产品该值为163。CPM预估不良率，在该生产线产出产品的两个重要尺寸检验后，不良率在千万分之91及千万分之162。案例二坐管杆的加工为倒角传统为单边倒角需两次、滚字、缩管、擦拭、自动研磨，由素材到成品标准工时为116秒/个，用工人数5人。转移到自动化加工之后的标准工时为30秒/个，用工人数2人。自动化加工时操作人员由进料开始倒角并经由输送带与提升机送至滚字机滚字后自动弹出再经输送带与机械手送到缩管，缩管后由操作人员擦拭机油经输送带过研磨机出口。如表32计算新旧成本的变动如下工时观测表如表37与表38表37坐管杆传统生产线工时观测表资料来源本研究整理表38坐管杆自动化加工工时观测表资料来源本研究整理2651每小时工费率/3600标准工时旧2651/360089065元/个新2651/360030022元/个在产出上的差异如下以每日11小时旧3600/89115人2224个新3600/30112人2640个按以上演算新工艺与旧工艺的差异相当明显，并且在人员布置上也有所变化。1、制造能力分析、机器弹性连续性的大批量生产对于产能及质量稳定性具有发挥极大的效率，以生产出质量相对稳定及低成本的产品。、新产品的弹性坐管杆的整体外型变化不大唯一会改变的是长度，一般来说由200MM400MM均可以由该自动生产在线来生产。、换线弹性该生产线在换线速度上非常迅速，不同长度与外径大小的产品仅需调整双边倒角机与提升机和缩管模一般换线时间可以在30分钟内完成，与传统生产线相同。、生产批量弹性大批量生产的情形下对于生产线效率与产出是相当有利并且对于员工的身体疲劳度也可以完全得到改善2、制程能力分析表39坐管杆制程能力分析资料来源本研究整理制程能力评估如表39所呈现的CP机器稳定性该值须大于1，实际检验产品该值为165。CPK制程能力该值须大于133，实际检验产品该值为162。CPM预估不良率，在该生产线产出产品3515M/M尺寸检验后，不良率在千万分之262。四、结论与评价（一）对企业产生的影响自动化对于企业的影响由案例一与案例二的成本与人力的演算中可以得知除了加工成本与人员减少之外，对生产安全性来说也绝对比传统加工来的安全，除了上述的考虑外更可以抛开传统加工的速度由操作人员来控制所产生的弊端例如故意放慢加工速度或是工伤意外，再则如果是以计件方式又会因抢快造成加工不到位产生比例过高的不良品，因此改变生产方式利用机器来改变操作人员的速度，可以达到减少人力又保障操作人员的安全并兼顾到产能与降低员工疲劳度，确实值得企业往这一方面来慎重的思考。以上二类产品新旧加工所带来改变如下在蝶类加工体现出的总体改变如下效率提高35/212100162成本下降025/15610016个每日每人产出传统生产线2241/1218675个/日自动化生产2262/21131个/日产出效率提高1865/1131100165坐管杆加工体现出的总体改变如下效率提高30/89100337成本下降022/06510033产出量变化传统加工2224/54448/人自动加工2640/21320/人产出效率提高4448/132010035经由上述演算验证对企业在大量生产案例中产品可以达到有效减员13人，在人工成本上可以达到有效减少4344275元/月，在加工成本上，蝶每一个节余131元，坐管杆每一跟节余043元。加工成本的降低在竞争激烈的市场上也将更占有价格上的优势。（二）未来整体转型的参考在未来整体转型上两套自动化设备在投产后已经有了很好的成效，但在未来的规划上也将试图跳脱环状加工的思路，因为自行车配件厂生产的种类极多并且在外型或加工位置的角度上变化相当大，因此在未来自动化加工规划上也会朝计算机化和模具库及记忆模块方向来思考以缩短换线时间加快生产速度为目标。（三）结论与评价在瞬息万变的市场中，价格竞争已经成