特征添加剂制造（3D打印）工业4.0与智能制造机器人
批次：灵活的制造需要新的自动化

在BMW“设计自己的车辆”网站上的引人注目的标题下面，有一些讲述精美的印刷品。“这是一个配置器，”免责声明读取。“您获得您构建的车辆的能力取决于可用性。”

这些话反映了难度，即使是奢侈品牌，也可以远离传统的大规模生产范式。虽然对客户需求的不断增长的粒度 - 大规模定制，灵活的制造，一批制造业的回应通常被吹捧为未来的方式，但许多障碍仍然存在。

当然，基本的想法是什么新的 - 在20世纪90年代，“大众定制”一词 - 但最近的消费者预计他们可以从世界上任何地方订购他们想要的任何东西所造的消费者不再的动态want to buy the car that’s sitting on the local lot.

“加拿大人因某种原因地爱他们的汽车习俗，”欧姆龙加拿大的产品专家Johnston Hall说。“每个人都必须与众不同，这需要小型生产运行。”

OEM和零部件供应商相似地感受到影响。“我知道曾经拥有20种不同变体的汽车供应商，现在他们必须做5,000种变体，”微软加拿大的制造业解决方案执行官Michael Gardiner制造业解决方案。

该趋势正在为制造商的现有基础设施造成一种压力。“制造商必须适应这种哲学，”多伦多软件提供商Syspro加拿大的Solutions架构师Mike Hutson说。“关键是，他们如何改变他们的制造环境以适应那个？如果你被设置为批量生产，那么很难改变。“

多级过渡

制造商的难度是较小的批量趋势触及业务生产规划，物料搬运，制造，包装和交付的所有方面。因此，没有魔法子弹。

哈特森说:“这不仅仅是一件事，而是制造商必须做的事情的组合。”

技术供应商正在响应不同的众所周知的拼图游戏。ERP系统正在适于配置小批处理并通过供应链进行协调。材料处理方法和工业控制正在重新归档，以支持现有基础设施的小批量或一批生产。添加剂制造或3D印刷正在降价，使所选择的小型生产运行可行。

“技术提供者 - 硬件和软件，自动化或机器人 - 正在重新架构自己的系统和方法，这些系统和方法可能已经到位了几十年来以适应这一点，”加德纳说，“以及所有这一切都在同时发生。在过去的五年中，我在行业前15岁时看到了比我看到的更多运动。“

该解决方案通常支持模块化制造策略，其中核心部件是大规模生产的，并且通过客户偏好而变化的组件以较小的批次制造并安装在“乐高块”时装中。该方法允许制造商和经销商在利用现有基础架构的同时缩小其产品组合。

该解决方案通常支持模块化制造策略，其中核心部件是大规模生产的，并且通过客户偏好而变化的组件以较小的批次制造并安装在“乐高块”时装中。

“制造商拥有大量的资金，用于纯批量生产，”赫森说，“所以在大众定制方面，模块化是最实用的方法。”

工业泵就是一个很好的例子。Hutson解释说，客户可以使用一个叫做配置器的软件模块来选择外壳，然后选择电机、阀门和其他组件。然后，配置器使用规则驱动的算法生成报价，并将订单编排到制造或组装过程中。

然而，模块化方法可能需要在工厂地板上进行大量的人类干预，并且需要缓解这一新品种的智能机器。

智能机器

通过传统自动化技术的不灵活性，生产较小批次生产的努力通常会受到阻碍，其中大部分可能已经过分了。因此，这种方法通常涉及禁止的设置成本。

“经典的机器人线路不适应 - 如果一块不在正确的位置，那么机器人不会拾取它，”加德纳说。“如果你真的希望你的系统适应，它必须更加认知，以便它可以适应不同的学习情况。”

通过最新一代视觉传感器支持的机器学习软件可以自有的如何为非标准订单设置机器。

“这并不意味着你必须购买所有新设备，”Gardiner说。“我们在科技行业所做的很多事情正在采用现有设备并使其更聪明。例如，使用叠加软件和边缘计算将人工智能（AI）添加到现有的相机系统中。“

一种方法是在机器上安装机器自动化控制器(MACs)，这是欧姆龙等制造商最近推出的，可以在不需要人工的情况下跟踪生产线上的部件。在汽车领域，这可以将汽车座椅等定制部件匹配到生产线上的特定车辆。霍尔说:“这台机器可以读取条形码，知道该车应该配备哪些座位。”

另一块拼图正在制造生产线更加灵活，因此它们可以支持模块化生产。奥地利设备制造商B＆R工业自动化的答案是为了取代固定的输送机，其具有基于轨道的输送系统，可在铁路院子时尚，用于自动切换到正确的机器的工件。

加德纳设想了一个汽车工厂的未来，机械的安排不再遵循固定的生产线格式。

贝加莱在芝加哥的业务发展总监John Kowal说:“核心是智能轨道技术，在这种技术中，独立控制的航天飞机适应每一种正在生产、组装或包装的产品，而不是大量符合严格顺序的产品。”

轨道系统也需要更少的空间。“与由输送机连接的线路相比，轨道系统可以将生产线占地面积减少一半，”Kowal说。“在洁净室环境中，将昂贵的隔离空间减半可以节省数十万美元。”

加德纳设想了一个汽车工厂的未来，机械的安排不再遵循固定的生产线格式。“产品将在出厂时采取不同的路线，具体取决于所选的型号，”他说。“而不是长期生产线，自动化的机器人将把产品带到它需要接下来的地区。有制造商已经在这样做。“

从原型到生产

添加剂制造，也称为3D打印（在其上阅读更多采用在加拿大)，在较小的批量讨论中获得了相当大的关注，而且有充分的理由——该技术通常简化了设计过程，在执行复杂的设计方面具有显著的通用性，并消除了通常需要大量摊销的安装和加工成本。

滑铁卢大学(University of Waterloo)专攻金属增材制造的工程助理教授Mihaela Vlasea表示:“有了增材制造，从原材料、设计到制造的整个供应链都在一个屋顶下。”

成本下降。例如，基于温哥华的3DQue具有开发的技术，使中小型塑料零件运行的增材制造价格具有竞争力。关键一直在自动化传统上减慢过程的材料处理任务。

“我们拥有一个自动化系统，适用于零件释放，驱动整个系统的软件，”Stephanie Sharp，3dque的首席执行官说。“所以我们最小化了从设计到运输的手工干预。这样我们就可以与注塑成型成本竞争。“

哈特森说:“制造商有大量资金用于纯粹的大规模生产，所以在大规模定制方面，模块化是最实用的方式。”

金属添加剂制造也迅速推进。“材料的成本急剧下降，您可以使用更多的材料选择，”Vlasea说。

尽管如此，与传统的制造方法相比，增材制造，至少在金属方面，仍然是昂贵的，而且速度明显放缓，位于安大略省基奇纳的Renishaw加拿大解决方案中心的增材制造业务经理Mark Kirby指出。它帮助公司开发基于金属的增材制造能力。

Kirby说:“你不会用它来降低现有产品的成本。“你正在努力开发性能更高的新产品——成本更高但价值更高的零部件。”

一个例子是飞机发动机的燃料喷射器。“燃料喷射器是其中一个海报儿童组件之一，”克拉比说。“因为我们减少了焊接和钎焊在一起的各个件的数量，因此它的失败往往不那么失败。”

Kirby预计，随着添加剂技术的改进，这种技术的出现将会随着时间的推移而扩大。他说:“这很难预测，但我认为具有讽刺意味的是，最大的影响将发生在人们最意想不到的地方。”

解决年龄旧问题

对较小批次的需求可能是推动更灵活的制造方法的燃烧平台，但是由此产生的较小局部设施的趋势具有许多其他益处。

贝加莱的科瓦尔表示:“自适应机器对于回流、克服技能差距和解决日益严重的劳动力短缺非常有用。与离岸生产和集装箱长途旅行相比，制造商将能够在一夜之间完成定制订单。”

“随着添加剂制造，您拥有从原材料的整个供应链，设计，制造，所有在一个屋檐下，”Vlasea说。

“带有添加剂，我可以每周生产一千个部分，或者几百一天，”锐利，“所以我不必在库存中保留数万人。这意味着我不需要仓储空间，并降低了环境足迹。“

由此产生的设施也更具吸引力的工作场所。

“你现在可以拥有城市工厂，”Vlasea说。“如果你走进我们的场地，你会发现我们是在一栋办公楼里，主楼层全是金属制造设施。因此，我们可以让所有这些制造业工作离年轻人更近，他们认为(这是)一个很酷的地方——就在市中心。这确实吸引了一波新的工程师。”

Jacob Stoller是一位关于精益，信息技术和金融的记者和作者。

本文最初出现在3月/ 4月2020年版的制造自动化。