适用于多品种小批量制造商的自动化策略

如果您从事多品种小批量 (HMLV) 制造，对于在自动化革命中被边缘化，您可能感觉并不陌生。当看到汽车或消费电子产品企业拥有高度标准化的生产线时，您难免会想：“当然，自动化对他们来说很棒——但我的生产业务每天都不一样。”这种想法是完全可以理解的。

我们理解其中的挑战。当您的常规生产批次规模可能只有 50 或 100 件，然后就要切换到完全不同的产品时，传统的自动化方法往往显得不切实际。如果算上编程时间、换产复杂性以及所需的专业知识，在经济根本上不可行。

然而，情况已经发生了变化。自动化领域正在经历一场非凡的变革。简化实施和操作的新技术和新方法，现在不仅让自动化变得可行，而且对多品种小批量制造商来说真正具有优势。不妨探讨一下如何将这些策略应用到您的运营中。

多品种小批量制造面临着一系列独特的挑战：

• 频繁的换型会占用大量的生产时间
• 针对不同产品复杂零件的处理需求
• 难以证明为小批量生产投入自动化成本是合理的
• 难以复制的操作员专业知识
• 有限的占地面积需要适应多种工序

这些挑战在不同行业中的表现形式各不相同。在医疗器械制造中，企业可能需要小批量生产数十种不同的手术器械，每种都需要精确的质量控制。航空航天制造商处理的复杂组件，其每个零件可能有数百个检测点，但年产量却不到 100 件。豪华汽车制造必须在保持手工制作质量的同时，纳入越来越多的定制选项。消费电子产品的代工制造商面临着产品周期不断缩短和型号繁多的问题。

以前，这些不同的场景使得多品种小批量运营运营严重依赖人工——即能够快速适应不同产品和流程的熟练工人。但随着劳动力短缺、成本上升和质量要求不断提高，这种模式正变得越来越不可持续。

幸运的是，现在的先进自动化解决方案已经足够灵活，能够适应您的生产现状，而不是强迫您去适应它们。

当今最成功的多品种小批量制造商正在采取与大批量制造商截然不同的自动化策略。他们不再单纯追求单一工序的高速化，而是重点关注灵活性、快速换型，以及系统的自适应学习能力。

灵活自动化的核心是能够识别和适应不同的部件，而无需长时间的重新编程。这就是高级视觉系统正在改变多品种小批量制造可能性的关键所在。

现代视觉系统可以快速学会识别新部件，并据此引导机器人或检测流程。此类系统无需您花费数小时为每种新产品编程精确的坐标和参数，而是可以根据其关键功能识别零件并即时进行调整。

看看这些特定行业的应用案例：

• 医疗器械：一家骨科植入物制造商利用视觉系统检测数十种不同尺寸和配置的植入物的细微表面差异。该系统会自动针对每种变体调整检测参数，在适应多品种产品的同时保持一致的质量标准。
• 航空航天：一家商用飞机精密组件供应商采用视觉引导机器人技术对不同涡轮部件复杂的几何形状进行处理。视觉系统会识别特定部件，并指导机器人处理系统相应地调整其抓取姿态与位置，从而在低产量的情况下也能实现灵活的自动化。
• 豪华汽车：一家高端汽车制造商使用视觉系统来验证数十种不同内饰选项是否放置正确。该系统可识别正在装配的具体配置，并验证组件是否已安装正确，从而为种类丰富的组合提供质量保证。
• 消费电子产品：一家正在实施智能家居设备生产线的代工制造商利用视觉引导来管理频繁的产品换型。该系统会识别哪个型号变体即将上线，并自动调整装配参数，从而在停机时间很短的情况下，实现单一生产线对多种产品版本的兼容处理。

康耐视视觉技术在这些环境中特别有价值，因为它结合了强大的图案识别能力和使用方便的界面，无需大量的编程或经验即可操作。这意味着您的团队可以针对新产品快速训练系统，从而大幅缩短换型时间。

多品种小批量环境的另一个关键技术是协作机器人 (cobot)。与需要大量安全防护和专用工作单元的传统工业机器人不同，协作机器人专为与人类操作员并肩安全工作而设计。

这种协作方法为多品种小批量制造商提供了多项益处：

• 灵活部署：协作机器人可以根据需要在不同工作站之间移动，让您在日常最能创造价值的地方应用自动化。
• 简化编程：大多数协作机器人具有直观的编程界面，允许操作员通过演示来教授新任务。
• 增量自动化：您可以自动化任务中重复性高在人体工程学方面存在困难的部分进行自动化，同时利用人类技能处理更复杂的环节。

当与视觉系统结合使用时，协作机器人会变得更加强大。视觉系统可以处理多变的“部件在哪里” 这一问题，而协作机器人则负责处理一致的“如何处理它”操作。

对于多品种小批量操作而言，工具更换时间可能是高效生产的主要障碍。而精明的制造商正在部署能够实现快速重新配置的快速换产系统：

• 几分钟内即可重新配置的磁性夹具系统
• 专为特定小批量工序设计的 3D 打印夹具和固定装置
• 无需物理更换工具即可识别并适应零件变化的视觉引导系统

这些方法可最大限度地减少换型过程中的物理操作，从而实现了不同生产批次之间的更快转换。

制造商如何在不中断当前运营的情况下，在多品种小批量环境中有效实施这些技术？ 不妨考虑下面这种务实的方法：

从瓶颈入手
：着眼于那些让您损失最多生产时间的环节。质量检测通常是多品种小批量环境的理想切入点——视觉系统只需极少的重新编程就能一致地验证各种产品，通过尽早发现问题带来即时的投资回报。

锁定同类零件
：大多数制造商的产品中，都包含由于特征相似而可归为一类的零件“家族”。在医疗器械领域，这可能是尺寸不同但特征相同的导管。对于航空航天行业，则可能是几何形状不同，但安装点相似的外壳组件。针对同类零件系列的视觉引导自动化，让您即使在多品种生产场景下也能获得规模优势。

接受渐进式改进
：不要试图一口气实现所有环节的自动化。从单一工序入手，验证概念的可行性，然后再进行扩展。这既能建立团队信心，又能立即带来切实的效益。

投资于灵活的基础设施
：在实施自动化时，要考虑构建能够随需求演进的灵活基础设施。这可能包括：

• 能够让机器和系统共享数据的工厂网络连接
• 能更轻松连接不同系统的通用控制平台
• 可根据需要重新配置的模块化工作站
• 具有处理能力、可应对多样化应用的视觉系统

这种投资的回报在质量控制应用中尤为明显。例如，医疗器械制造商可以利用一个通用的视觉平台来管理跨生产线的检测，涵盖从简单的导管到复杂的可植入器械。航空航天企业可以使用同一套视觉基础架构来验证来料和最终装配组件。消费电子产品生产商可以利用视觉技术确保多代产品间的一致性。

康耐视的视觉系统为此策略提供了有力支持，其可扩展的解决方案允许用户从简易应用着手，再随需应变，逐步解决更复杂的问题。

不要忽视数据收集和分析
多品种小批量环境中，自动化常被忽视的一大优点就是数据收集能力的提升。即使某个流程尚未完全自动化，增加传感器和视觉系统也能为您的运营操作提供宝贵的洞察。

这些数据有助于识别进一步的优化机会，并能为您未来的自动化投资提供引导。视觉系统在这方面尤为强大，因为它们能够收集基于图像的数据，从而揭示出关于多样化产品组合中零件质量、工艺一致性和生产效率的深刻见解。

准备好采取行动了吗？ 为多品种小批量制造制定成功的自动化策略，完全无须倍感压力。可以从以下简单的方法入手：

1. 快速评估： 记录您最大的换型痛点和质量挑战
2. 智能目标锁定：选择一个灵活自动化能以最小干扰带来最大效益的区域
3. 控制范围的试点项目： 实施一个重点项目来验证概念，并建立团队信心
4. 衡量结果：跟踪显而易见的收益（如处理量）和隐性的助益（如一致性）
5. 基于成功经验扩展： 将学到的经验应用到下一个机会中

医疗器械制造商通常从最终检测开始实施自动化，然后再向上游扩展。航空航天企业通常会先从零件识别入手，进而解决装配验证问题。豪华汽车制造业务通常会先对子组件自动化进行试点。消费电子产品制造商经常会从自动电路板检测入手。

请记住，目标不是取代人工，而是优化他们的贡献方式。在成功的多品种小批量运营中，自动化系统负责处理重复性和高精确度的任务，而人工则负责管理异常、制定关键决策并推动持续改进。

视觉系统赋予了此类生产环境所需的智能与适应能力，这让您即使面对最多样化的生产操作，也能同时实现灵活性与效率。自动化革命不再仅适用于大批量生产商，它现在已经准备好服务于多品种小批量的运营操作。