傳統(tǒng)制造業(yè)零件加工過程的自動化驗證

1、論文摘要 近年來隨著收入及生活質量提升人們對休閑及健康更為重視,再則因為汽車數(shù)量的直線上升對空氣污染造成極大的影響,因此政府提倡綠色出行的休閑活動,使的自行車在近幾年來由以前的拉貨、代步工具轉變?yōu)榻】敌蓍e的一項有利的工具。 近年來隨著科技進步，消費者對于產品要求外形多樣化與質量性能嚴苛要求，促使產 品生命周期逐漸縮短。并在需求量增大的同時質量的穩(wěn)定性及多樣性與價格漸漸地成為用戶挑選與購買的一個重要選項,再加上由于市場需求大競爭者因此在生產成本上也有相當大競爭,如何在縮短研發(fā)、生產交期及價格上來滿足客戶需求并為企業(yè)本身帶來利潤。 本論文將探討傳統(tǒng)勞動密集型企業(yè)轉型成為自動化加工企業(yè)的型態(tài),利用自

2、動加工設備來完成多任務加工,運用制造彈性、產品共享性、換線速度、安全生產等方面來對該研究進行論述與驗證以提升企業(yè)在瞬息萬變的市場中的競爭力。關鍵詞: 自行車 自動化 競爭力. 目 錄論文摘要 2引言 5一、緒論 5（一）、產業(yè)簡述 5（二）、研究動機 6（三）研究目的 6二、研究方法與對象 6(一)、研究方法 6(二)、研究對象 7三、案例驗證分析 7(一)、案例論述 7(二)、驗證結果 8四、結論與評價 15(一)、對企業(yè)產生的影響 15(二)、未來整體轉型的參考 15(三)、結論與評價 15五、參考文獻 17表目錄表3-1：蝶仔加工工序 7表3-2：九月份生產線工費率 9表3-3：蝶仔傳統(tǒng)

3、生產線工時表 9表3-4：蝶仔自動化加工工時觀測表 10表3-5：蝶仔制程能力分析 11表3-6：蝶仔制程能力分析 12表3-7：坐管桿傳統(tǒng)生產線工時觀測表 13表3-8：坐管桿自動化加工工時觀測表 13表3-9：坐管桿制程能力分析 14 引 言 所謂自動化，是指機器或裝置在無人干預的情況下按規(guī)定的程序或指令自動的進行操作或運行。廣義上講，自動化還包括模擬或在現(xiàn)人的智能活動。自動化技術應用范圍廣泛用于工業(yè)、農業(yè)、國防、科學研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務以及家庭等方面。 另外，與自動化相關的一個術語就是自動控制（automatic control）,自動控制是關于受控系統(tǒng)的分析、設計和運行的理

4、論和技術。一般的說，自動化主要研究的是人造系統(tǒng)的控制問題，自動控制則除了上述研究外，還研究社會、經(jīng)濟、生物、環(huán)境等非人造系統(tǒng)的控制問題。例如生物控制、經(jīng)濟控制、社會控制及人口控制等，顯然這些都不能歸入自動化的研究領域。不過人們提到自動控制，通常是指工程系統(tǒng)的控制，在這個意義上自動化和自動控制是相似的。 一 、緒論 (一)產業(yè)簡述 曾經(jīng)有人講，自行車產業(yè)是中國民族工業(yè)的標志，是輕工業(yè)發(fā)展的縮影，共和國的工業(yè)從自行車產業(yè)起飛。半個多世紀以來，天津自行車產業(yè)完全是在舊社會的廢墟上，寫下的一部自力更生、艱苦創(chuàng)業(yè)的發(fā)展史。 19世紀末20世紀初，隨著英德等國開始自行車工業(yè)化生產、自行車自身性能的完善，“

5、腳踏車之制，邇日此風盛行于滬上，華人能御者亦日見其多，輕靈便捷，其行若飛”。自行車開始傳入中國，直到1929年在天津近代工業(yè)發(fā)源地河北區(qū)三條石一帶出現(xiàn)了手工制造自行車零部件的生產作坊，掀開了中國自行車業(yè)的發(fā)展序幕。 20世紀20年代，自行車的用途漸行漸廣。郵政、電報兩局，開始大量采用自行車作為交通工具，使得自行車需求激增。1928年，同昌車行、得利車行、鴻利車行、大興車行、潤大車行和泰昌車行有“六大車行”之稱，其中尤以同昌、得利居首。一批自行車零配件制造廠和商辦工場也在逐步創(chuàng)辦。其中主要有1922年開辦的王發(fā)興儂記鐵工廠，1927年創(chuàng)建的泳锠鋼圈廠和隆昌五金鋼絲廠等。至1930年，上海已有10

6、多家工商企業(yè)生產自行車零配件共約十六七種，一些主要部件都能生產，組裝10多種牌號的自行車。這標志著上海以由經(jīng)銷時代步入能獨立制造自行車的民族工業(yè)時代。民族自行車業(yè)在抗戰(zhàn)勝利后，有了飛躍式的發(fā)展。自行車工廠也如雨后春筍般興辦起來。新中國成立后，國內出現(xiàn)了很多國產的品牌自行車，它們帶領著那個時代的人們騎乘自行車穿梭于街頭巷尾，讓中國成為一個自行車王國。特別是五十年代，人們腳下的自行車形狀基本趨向于制式，大街小巷里的自行車車型基本都差不多。1956年，在天津自行車廠步入正常生產的同時，天津地區(qū)各種小型自行車零件廠已發(fā)展到300余家。 自行車零部件廠家專為成車廠生產加工例如剎車器、剎車把手、立管、坐管

7、等產品，這些產品在加工上工序多耗費工時長并且用工數(shù)量相當大，例如，一個煞車把手從壓鑄成型之后必須經(jīng)過以下工序轉換為成品：鋸切、研磨、震動、加工(在加工工序中包含鑚孔、攻牙、倒角、剖槽等)依產品不同有710個工序，耗費相當大的人力成本。在這一連串加工過程中由于是采用傳統(tǒng)方式加工一人一機以各工序加工位置不同使用機器也不同在安全性上也增加不少風險。（二）研究動機 針對市場對于自行車產品要求多樣化及創(chuàng)新，產品生命周期縮短，企業(yè)在面對消費者需求時，除研發(fā)時程必須縮短，在制造過程中也必須具備有制造彈性能力，在產能逐漸擴大及新產品的生產線擴編下除了考慮質量穩(wěn)定也同時要考慮到員工在新產品加工時對于機器熟悉度所

8、造成的影響，因此企業(yè)必須修正原有的制造系統(tǒng)以符合市場變化及企業(yè)本身的生產效益，新的生產方式與管理方法更是企業(yè)必須具備與重視。（三）研究目的 因市場競爭日益激烈，并且用戶對于產品的外觀與功能的特殊需求，使零部件生產企業(yè)對于各種外型產品在加工過程中考慮如何脫離傳統(tǒng)的耗費人力的加工方式，如何避免因人為的加工失誤與生產過程中的工傷意外等等影響到生產進度因素。本文將針對學生服務的公司針對傳統(tǒng)生產加工導入自動化加工并針對性克服因人為因素在加工中產生的工傷意外及加工失誤，再針對導入開發(fā)的自動加工生產線做出制程能力分析、制造彈性、對產品的共享性、換模換線速度等因素作一論述. 二、研究方法與對象（一）研究方法

9、本研究主要是探討自動化加工機器在生產過程中的機器彈性、換線彈性、生產批量彈性、作業(yè)彈性等四方面來驗證自動化機器的穩(wěn)定與實用及安全性和投產前后人力投入與效益差異比較并以此作為未來擴建及轉型的依據(jù)。1、制造彈性 、機器彈性:生產成本會隨著機器彈性能力(連續(xù)性生產)提升而使得生產成本降低。 、換線彈性:制程彈性須因應不同市場所需產品，能夠提供迅速的換線能力，提供制程修正的能力。并能夠以不同制程物料或不同的操作順序來生產一組零件的能力。 、新產品彈性:須因應市場需求變動，能夠提供產品種類的多樣性。 、生產批量彈性:生產批量隨著市場需求增加使得生產成本降低(指同一款或同一件)，并且因隨市場需求變動，必須

10、有效調整生產線。2、制程能力分析生產線在產品生產過程中隨機取樣將加工位置數(shù)據(jù)尺寸量測之后填入表格中，藉由計算機算出制程能力的檢驗方式。制程能力再經(jīng)過計算可以得出以下三個數(shù)值：cp：代表機器的穩(wěn)定性，一般條件下該值在1以上為合格.cpk：制程能力，一般條件下該值在1.33以上為合格。但若屬高精度該值須在1.66以上。cpm：預估不良率，為千萬分之一ppm。（二）研究對象 本研究主要探討自行車剎車把手主工件及坐管桿由傳統(tǒng)加工(一人一機一工序)的加工方式改變?yōu)樽詣蛹庸?，除了驗證自動加工設備之外，在生產成本及設備安全性與加工后的穩(wěn)定性作為驗證內容的選項得出的結論(果)，將成為未來全廠轉型的參考方向.

11、三、案例驗證分析（一）案例論述首先說明案例料件來源，剎車把手蝶仔來源為壓鑄成型的毛胚料件，加工前須經(jīng)過鋸切與研磨及振動之后才會進入到加工過程，加工過程比較復雜共為十二道工序。案例一表3-1：蝶仔加工工序蝶仔加工工序1.鉸孔2.剖槽3.鉆孔4.攻牙5.雙邊倒角6.鉆孔7.倒角8.攻牙9.鉸孔10.倒角11.攻牙12.剖槽資料來源：本研究整理表3-1工序皆為一人一機的操作方式，在傳統(tǒng)流水在線加工由于機器設備的擺放早已定型如因為某一產品再行變動并不是一個很好的法，因此在加工時，操作人員在加工過程中耗費較長時間在前后工序的搬運過程上，并且由于加工過程的反復(見上述列表)11位工作人員無法得到較為順暢的

12、加工及縮短搬運時程無形中增加了工時耗損影響產出。該產品有一重點加工位置為4與9兩個地方在加工之后位置度檢驗，該處較容易因人為加工造成失誤或尺寸歪斜等而造成停線調模也會產生不良及無形中減少的產出，雖說壓鑄件可以回爐重新壓出。另一方面由于12道的加工工序在前后交叉加工時因設備位置不連貫所產生搬運過程工時耗損成本居高不下這是開始產生導入自動化加工的主要原因之一，另一方面為考慮到安全生產的規(guī)范，該產品在加工過程之中，必須使用到危險性高的設備例如鉸孔、剖槽，每一天早上的勤前會議中都會要求員工在上崗時操作機械設備必須專心，小心注意自身安全，然而在效果上似乎未起到作用，加上五金加工原來就是一種勞動力度大對身

13、體疲勞度高的工作，如果在生產過程中與鄰近或經(jīng)過的員工邊工作邊交談未注意到機器尚未停止運轉就伸手去取工件這一類的工傷事件對身體的傷害相當嚴重，這是導入自動化加工的另一個主因。第三是公司制度上的問題，在員工薪水制度上除國家規(guī)定的基本工資外還有加班費與績效獎金制或計件制，針對最后兩種簡單做一論述，計件制為產出數(shù)量*單價，這一方式是激勵員工極其有效的方式然而所帶來的反效果卻也會為企業(yè)帶來極大的損耗，員工會因為多勞多得的觀念而加快加工速度但在加快加工速度提高產出的同時也會因加工的不確實造成大約1015%的不良品，這對報表上的產出確實是有幫助，但會在后續(xù)制造過程造成影響尤其是在表面處理之后到了組裝時才發(fā)現(xiàn)

14、不良率過高，與此同時加快速度工作以達到更高產出，一天下來身心俱疲更容易造成工傷意外。如果為績效獎金制其計算來源為標準工時的測定，在這一基礎下會造成員工為了更容易達到產出標準取得更高的績效獎金而在工時觀測時故意放慢速度，如果是一位經(jīng)驗較少的人員來做觀測，基本上是發(fā)現(xiàn)不了，會因為這一現(xiàn)象而無法取得最為標準的加工工時，加工成本將會偏高這也是企業(yè)所面臨的一種困擾。案例二坐管桿加工材料來源為鋁抽芯管，該產品的加工過程相對于案例一簡單，加工道次為1.雙邊倒角、2.滾字、3.縮管、4.自動研磨，人力布置上除了自動研磨為2人外其它工序皆為一人，但是在加工過程中會產生后工序等待前工序的現(xiàn)象，其它的因素如同案例一

15、，第一為搬運問題，第二為工傷意外，第三為公司制度上的問題。通過上述兩個產品案例論述所發(fā)現(xiàn)的問題一直圍繞在搬運、工傷安全、及制度面上的問題，在經(jīng)過實際的自動化生產線的設備投產后實際情形也隨之改變，如用工減少、安全性增加、等情況的改變. （二）驗證結果通過上述兩產品案例論述依現(xiàn)有制程加工分析對企業(yè)的確造成相當大程度的不妥善與不安全，因此本研究將對兩個案例分別在導入自動化設備之后生產部門對于人力的布置及所衍生的成本變化和新的加工工藝在其它產品的適用度搭配實際操作驗證對兩產品做出成果分析。案例一所謂的自動加工設備可以說是由多臺機器將其結合為一臺大型設備配合plc編程以控制每一個機頭各自執(zhí)行自己的工作并

16、做出信息的反饋以執(zhí)行下一個動作，設備是由1號機頭來對整臺設備做出信號輸出給到分隔器將工件轉移到下一個工序，其操作時間也以1號機頭加工時間作為基準，例如1號機頭加工時間為10秒一個那么在10秒后機頭回到定位傳感器會立即發(fā)出信號分隔器一收到信號會以設定好的角度旋轉到下一個工序，即每一次開機時的100秒之后會按既定的加工方式每10秒出來一個加工好的成品(一機十模)。加工方式為一人在工件取放處直接取放可以避開各加工環(huán)節(jié)消除工安意外。 1、制造能力分析 、機器彈性：自動化設備對蝶仔進行大批量生產在成本上相當可觀。表3-2：九月份生產線工費率abc=a+b月份人數(shù)平均人數(shù)產出工時（小時）直接人工直接人工率

17、變動制造費用變動制造費用率變動成本率9月28 28 10,199.71 93,552.90 9.1721 77,920.93 7.6395 16.8116 defg=d+e+fh=c+g固定制造費用固定制造費用率折舊折舊率間接制造費用轉入間接制造費用轉入率制造費用合計固定成本率制造費用率合計(rmb/小時)37,784.73 3.7045 20,469.05 2.0068 40,616.98 3.9822 270,344.59 9.6935 26.51 資料來源：財務表3-3：蝶仔傳統(tǒng)生產線工時表資料來源：本研究整理表3-4：蝶仔自動化加工工時觀測表資料來源：本研究整理如表3-3與表3-4呈現(xiàn)

18、工時成本差異該產品傳統(tǒng)加工生產標準工時為212秒產出一個。導入自動化設備后標準工時為35秒。如表3-2計算成本變動如下月工費率/3600*標準工時傳統(tǒng)加工26.51/3600*212=1.56元/個自動化加工26.51/3600*35=0.25元/個日產出量比較：傳統(tǒng)：3600/212*11(小時)*12(人)=2241個(日產量)自動化加工：3600/35*11(小時)*2(人)=2262個(日產量)在人員布置上分別安排一人即可，并且在實際產出上自動化加工安排人員為2人并且在相同的工作時間多產出21個產品。但由表一直接人工一欄得知當月員工薪資為3341.175(直接人工/人數(shù))人工成本由原來

19、12人減為2人可以每月減少薪資成本33411.75元。 、換線彈性：舊有夾持模具，會因壓鑄成型時模穴微小差異而出現(xiàn)加工歪斜并且在換線時必須整體拆卸更換極為不方便，因此在模具上有做了整 采用三件式模具可以使換線速度加快因為在換線時僅需將模頭拆換即可，加上模頭為可調式如遇到壓鑄偏差可將模穴號分開，加工僅對模頭進行微調即可。換線速度因人而異傳統(tǒng)加工換線時間約為40分中，自動化加工約為1小時。 、新產品彈性：自動化設備在當初概念形成時即以多樣化生產為設計基礎因此在每一個機頭都有可調的關節(jié)部位以適應各種蝶類加工，在模具的共享上也僅對模頭做更換，所以在共享性上不存在問題。 、生產批量彈性:生產批量隨著市場

20、需求增加使得生產成本降低(指同一款或同一件)，并且因隨市場需求變動，可以有效調整生產線。 2、制程能力分析:表3-5：蝶仔制程能力分析資料來源：本研究整理表3-6：蝶仔制程能力分析資料來源：本研究整理制程能力評估如表3-5表3-6所呈現(xiàn)的cp：機器穩(wěn)定性該值須大于1，實際檢驗產品該值為1.64。cpk：制程能力該值須大于1.33，實際檢驗產品該值為1.63。cpm：預估不良率，在該生產線產出產品的兩個重要尺寸檢驗后，不良率在千萬分之91及千萬分之162。案例二坐管桿的加工為倒角(傳統(tǒng)為單邊倒角需兩次)、滾字、縮管、擦拭、自動研磨，由素材到成品標準工時為116秒/個，用工人數(shù)5人。轉移到自動化加

21、工之后的標準工時為30秒/個，用工人數(shù)2人。自動化加工時操作人員由進料開始倒角并經(jīng)由輸送帶與提升機送至滾字機滾字后自動彈出再經(jīng)輸送帶與機械手送到縮管，縮管后由操作人員擦拭機油經(jīng)輸送帶過研磨機出口 。如表3-2計算新舊成本的變動如下：工時觀測表如表3-7與表3-8表3-7：坐管桿傳統(tǒng)生產線工時觀測表資料來源：本研究整理表3-8：坐管桿自動化加工工時觀測表資料來源：本研究整理26.51(每小時工費率)/3600*標準工時舊：26.51/3600*89=0.65元/個新：26.51/3600*30=0.22元/個在產出上的差異如下(以每日11小時)：舊：3600/89*11*5(人)=2224個新：

22、3600/30*11*2(人)=2640個按以上演算新工藝與舊工藝的差異相當明顯，并且在人員布置上也有所變化。 1、制造能力分析 、機器彈性：連續(xù)性的大批量生產對于產能及質量穩(wěn)定性具有發(fā)揮極大的效率，以生產出質量相對穩(wěn)定及低成本的產品。 、新產品的彈性：坐管桿的整體外型變化不大唯一會改變的是長度，一般來說由200mm400mm均可以由該自動生產在線來生產。 、換線彈性：該生產線在換線速度上非常迅速，不同長度與外徑大小的產品僅需調整雙邊倒角機與提升機和縮管模一般換線時間可以在30分鐘內完成，與傳統(tǒng)生產線相同。 、生產批量彈性：大批量生產的情形下對于生產線效率與產出是相當有利并且對于員工的身體疲勞

23、度也可以完全得到改善. 2、制程能力分析表3-9：坐管桿制程能力分析資料來源：本研究整理制程能力評估如表3-9所呈現(xiàn)的cp：機器穩(wěn)定性該值須大于1，實際檢驗產品該值為1.65。cpk：制程能力該值須大于1.33，實際檢驗產品該值為1.62。cpm：預估不良率，在該生產線產出產品35+-1.5m/m尺寸檢驗后，不良率在千萬分之262。 四、結論與評價 （一）對企業(yè)產生的影響 自動化對于企業(yè)的影響由案例一與案例二的成本與人力的演算中可以得知除了加工成本與人員減少之外，對生產安全性來說也絕對比傳統(tǒng)加工來的安全，除了上述的考慮外更可以拋開傳統(tǒng)加工的速度由操作人員來控制所產生的弊端例如故意放慢加工速度或

24、是工傷意外，再則如果是以計件方式又會因搶快造成加工不到位產生比例過高的不良品，因此改變生產方式利用機器來改變操作人員的速度，可以達到減少人力又保障操作人員的安全并兼顧到產能與降低員工疲勞度，確實值得企業(yè)往這一方面來慎重的思考。以上二類產品新舊加工所帶來改變如下: 在蝶類加工體現(xiàn)出的總體改變如下效率提高:35/212*100=16.2% 成本下降:0.25/1.56*100=16% 個每日每人產出:傳統(tǒng)生產線:2241/12=186.75個/日自動化生產:2262/2=1131個/日產出效率提高：186.5/1131*100=16.5% 坐管桿加工體現(xiàn)出的總體改變如下效率提高：30/89*100

25、=33.7% 成本下降:0.22/0.65*100=33%產出量變化傳統(tǒng)加工：2224/5=444.8/人 自動加工：2640/2=1320/人 產出效率提高：444.8/1320*100=35% 經(jīng)由上述演算驗證對企業(yè)在大量生產案例中產品可以達到有效減員13人，在人工成本上可以達到有效減少43442.75元/月，在加工成本上，蝶每一個節(jié)余1.31元，坐管桿每一跟節(jié)余0.43元。加工成本的降低在競爭激烈的市場上也將更占有價格上的優(yōu)勢。 （二）未來整體轉型的參考 在未來整體轉型上兩套自動化設備在投產后已經(jīng)有了很好的成效，但在未來的規(guī)劃上也將試圖跳脫環(huán)狀加工的思路，因為自行車配件廠生產的種類極多并且在外型或加工位置的角度上變化相當大，因此在未來自動化加工規(guī)劃上也會朝計算機化和模具庫及記憶模塊方向來思考以縮短換線時間加快生產速度為目標。 （三）結論與評價 在瞬息萬變的市場中，價格競爭已經(jīng)