解读工厂自动化升级的秘诀

制造，即将原材料加工成半成品或产品的过程。

在制造过程中，工厂为降低单一产品的生产成本，大批量、多次的将原材料加工成半成品或产品，并销售给下游企业或终端消费者。事实上，我们生活中的绝大多数物品，都是制造出来的。

1920年 制鞋精加工车间（刷胶、贴底、钉跟）

地点：北安普敦 英格兰

1785年，James Watt发明了第一台具有实用价值的蒸汽机，并成功用于纺织制造。工业革命由此正式拉开序幕——在随后的50年里，人类生产纺织品的效率提高了50倍、炼钢的速度提高了15倍。

随后的234年，现代制造从工业1．0的机械化、模块化，成长到工业2．0 自动化与电气化。上世纪50年代出现的机械臂、电子以及网络等将工业3．0信息化推广至了全球。本世纪智能化、柔性生产引领着工业4.0向前进。

与此同时，世界的制造的中心从英国发展至法国，再到德国、美国与日本，而今已迅速发展至中国。2018年，中国制造业产值26．5万亿元人民币，已连续9年超过美国，位居世界第一，占据世界制造业产值的27．1％。

全球制造业中心

当今世界制造业格局已然形成，以美国、欧洲与东亚为代表的全球三大制造中心，中国的地位不容小觑。

但这不代表中国的工业发展水平已经达到了世界的领先水平。根据中国经济信息社发布的《全球智能制造发展指数报告（2017）》，中国在全球智能制造发展指数中综合排名第六位。其中美国、日本和德国位居第一梯队，是智能制造发展的“引领型”国家；英国、韩国、中国、瑞士、瑞典、法国、芬兰、加拿大和以色列位列第二梯队，是智能制造发展的“先进型”国家。

全球智能制造发展指数综合评价结果

在这些“引领型”与“先进型”国家中，美、德、日、英、韩均有众多具有代表性的的知名工业制造企业如英特尔、通用电气、大众、博世、索尼、日立、三星等。北欧国家中的宜家、爱立信，ABB，诺基亚，乐高，SKF也颇有名气。

根据另一份关于制造业未来发展的报告《2018 年“制造业的未来”准备状况报告》，作者选取了59个评价指标来评估一个国家的制造业驱动因素和未来发展的可能性。

制造业驱动因素

“大而不强”是我们对中国制造业的总体认知：在科技含量、技术水平、产品质量、制度环境等方面，中国还有相当大的赶超空间。在这个过程中如何平衡经济与社会、发展与环境，仍是不得不面对的难题。

在中国，我们熟知上汽、北汽、吉利这样的汽车制造企业，也了解中石化、中航、中国兵器这样的重工业。当然美的、华为、小米也逐渐进入我们的视野。但这些企业只占到了中国工业企业近40万户中的凤毛麟角，隐藏在中国广袤土地中的中小企业们的真实发展及工厂的状况又如何？

本文作者根据其所在的大象机器人（Elephant Robotics）三年来走访的国内上百家制造业企业与工厂，从几个人的小作坊，到世界500强制造业企业的所见所闻，力求可以总结归纳中国制造业的共性问题，并写作此文，希望可以对制造业的朋友们提供一些建议。

本文主要从以下几个类别的制造业展开探讨：

一、汽车制造业：汽车主机厂、零配件一二三级供应商

二、3C制造业：手机、白家电、配套零配件

三、器材制造业：体育用品、金属加工

四、纺织业（服装服饰）、制鞋、制包（箱）业

五、通用与专用设备业：自动化设备厂

六、以及其他典型制造行业等

依据工业1．0－4．0的基本概念，自动化层面可分为：机械化、自动化、信息化、智能化／柔性化。本文中，我们从“工厂规模、自动化水平”两个维度定位企业的状态。试图探索什么类型的工厂在哪个阶段适合什么样的自动化，并尝试给出一些操作性强的解决方案。

从工业1．0－工业4．0

为保护受访企业信息，在不影响探讨分析的基础上，我们选取了八个不同类别的工厂，综合多个工厂的概况进行整合叠加，以求更客观地展现工厂的通性。本文所涉及企业叙述均不特指某一企业。

01 对自动化的态度：“先解决温饱再考虑升级”

乌黑深绿的冲压机、散落一地的废料尾料，硕大的工业落地扇。工人从机床旁的工作台上拿起一块铝片，放入冲压机之中进行加工。

接待我们的是的五十来岁的车间主任，以前是浙江乡下的农民，后来跟随同乡人来到厂里工作。带着我们在工厂快速转了一圈后，车间主任慢悠悠地说：车间一共两千多，分成五个部分，分别是冲压、焊接打磨、喷涂、仓库以及办公室，表面处理是外发的。也可谓是麻雀虽小五脏俱全了。

根据车间主任的介绍，工厂现在主要零散地做一些特种车辆设备的改装零配件，偶尔也定制一些特种油罐，进行焊接工作。前几年单子多的时候有过40多人，定制过两三台自动焊接的设备（两轴），但自从17年开始，我国开始注重“环保”议题。工厂将原本的喷涂以及表面处理都停了，加之这两年市场不景气，现在只有工厂只剩下15、6个人做一些零散的零配件加工。甚至没有一条像样的产线，只有零散的机器在工厂中运行着。

老板每天忙着去谈客户，市场竞争压力大，订单的不确定性才是这类小企业最焦虑，在探访完多家同等规模的企业后，我们了解到，订单稳定、可持续批量生产是他们认为进行自动化升级的前提。没有现金流，直接升级改造，成本太高，风险承担不起。

自动化改造的需求也比较实际：焊接工人最贵，8K一个月，对技术要求高的用工成本就更高了。其次就是喷涂和打磨的工种。要改造，会首先从焊接、喷涂、打磨这几个工艺开始。至于自动化改造的可行性时候以及何时会启动升级，“再等等”是最直接的反应，毕竟温饱都没解决，谈何升级呢？

这家特高压设备厂成立于80年代，是当地少有的老前辈。创始人是早年从体制内出来的老炮，从一个人白手起家到现在的两个厂区、上百人规模规模，在特种设备行业摸爬滚打了20余年的他对制造业颇有见解，在当地也算是有名望的。公司在早期就获得了政府资金平台投资，发展的鼎盛时期有860多人的规模，近几年竞争者逐渐增多，业务开始萎缩，现在只剩下1个厂区，减员到115人。

特高压设备行业，是一个少批量多种类的传统冶金行业，主要工艺包括原材料的锻造、压铸、粗加工、精加工。工厂里仅有的几台机器全都需要人工操作。之后的工序如钻孔、打磨，因为每批次产品的不同，只能进行人工处理。工厂里堆满了大大小小各式各样的半成品与成品。

他们也同时生产变压器与特高压检测设备，大多数时候每件设备只生产1－10个，但是价格从十万元到数百万元不等。自动化设备只有1台绕线机，周围有3个工人进行绝缘纸的上料。据说，他们还去ABB参观过，全自动化绕线的设备，需要花上300万欧元，终究是没有采用的。

对于工厂B是不愁订单的，但自动化改造难度大。一来是工厂现在是一人多岗，有的人早上做一个组装，下午被安排做其他产品的组装或生产工作。二来是现有产线并不饱和，现有的已成型的产线每周只有3天生产，且每天只有4个小时需要生产。而自动化改造的理想环境是多人一岗，集中大批量生产同一款产品。

老板也对此深有体会：2017年，老板找了当地一家自动化供应商做自动化，使用了三台本地产的大型工业机器人，结果节拍速度只能达到原本的70％，而且还是需要两个人每天在产线周围处理定位不准、落料、卡料等问题。

特高压串补装置

02 精打细算的半自动化与智能工厂的距离

2014和2015年可谓是可穿戴设备最火的两年。工厂C也是在那时建立的，不过这几年随着可穿戴设备需求的萎缩，工厂C已经开始代工生产耳机、充电器以及充电线等了。老板是从台资出来的台湾人，有不少台干在工厂里工作，对成本极为敏感，做事小心谨慎。但作为一家年轻的设备生产商，他们对自动化还是非常重视的。

工厂有4条产线，专用设备排料机、螺丝机、点胶机、标签机一应俱全，自动化方面有将近30台的2轴直线电机以及各类定位设备进行卡位、导向等，但还没有使用scara或工业机器人。

简单的看板系统标志着每个工人的生产数量、成品率以及节拍时间，平均1条产线上有10－15个年纪不大的小妹在进行装配和打包。而大象机器人与他们的合作就从打包开始。

在接触中，我们了解到他们对自动化的认同感极强，“迟早是要做的！只是时间问题吧” 是老板对于进一步自动化改造的态度，“这实际上是一个必定会发生的趋势”。他对于信息化的理解并不多，但是对自动化是极其乐观的。

随着近年来国家大力倡导健康生活快乐体育，学校、小区、公园的健身锻炼器材逐渐增多。位于福建的工厂D是知名的体育器材提供商，生产产品有摇摆机、背部按摩器、健身车等。

工艺上，从来料折弯、雕刻、预处理到冲压、焊接，到最后的喷涂是都自己做的。去年开始工厂使用了OTC的3台焊接机器人，生产效率大大提升，老板算了一笔账：之前一个焊接工人7000元，包吃包住和可能的培训费用，平均每年10－12万元。现如今一台焊接机器人8－10个月即可以回本。但在信息化方面，工厂只是刚开通了ERP，并没有尝试其他的信息化系统。

实际上我们也对该工厂实际状况做过评估，认为焊接工序是最容易做的，机器人在其他工序上，效率还是比人工弱。即使比人工强，还涉及到投资回报的问题。

如果再改造则只能对极个别工序进行再提升，如果整体提升，则需要对工厂的整体自动化进行评估，从来料、下料、排料进行整体规范化管理。从人机料法环每个环节进行评估，打造一个智能工厂，但工厂一般可以接受的pay－back投资回报的舒适区间为5～10个月。超过一年则会犹豫再三。对于中大型企业，2年投资回报期的项目是比较容易推进。

当地政府对示范车间是有鼓励政策的，最低投资超过一千万元的示范车间有相应补助，对于一家年营业3至4亿的工厂来说，初期投入大于其实际利润。且相应的补助也是要经过漫长的申报、评审之后。

图片来源：澳洲财经见闻

03 柔性生产

E工厂在当地颇具名望，作为拥有三家分工厂的当地零配件标杆企业。产品以细节致胜，关注品质，生产涵盖发动机配件如增压器、各类连杆；转向与传动配件如拉杆、助力泵等。虽然公司成立至今不到十年，却也成功在前两年挂牌新三板。

工厂有5个车间，我们参观的是其中一个挂牌的示范车间，工人们戴着防静电帽、套着防静电服、穿着防静电钢头鞋，过着风淋室，俨然一副高端制造业的样子。

以产品为驱动力的工厂E，每项产品能用机器人生产的就用机器人——SCARA贴膜覆膜、六轴机械臂弯管机上下料、机械臂去毛刺。使用着各类国内外定制的自动化设备进行着半成品处理、检测、测试、打包、组装。现场的所有自动化设备、智能传感器如二维码RFI或手持终端都有着相应的信息采集，通过可视化平台进行数据化监控与分析，ERP、MES、CRM系统一应俱全。工厂对信息上传，数据融合非常看重。

厂主深谙生产工艺及细节，对节拍时间、加工精度，竞争工厂的设备，客户最终的成品要求都如数家珍，了如指掌。加之其信息化的管理，使得我们和对方的沟通极为顺畅。

工厂现在的主要诉求集中在如何进行柔性生产，以往工厂是一条产线只对应一款产品。但现在的产线设计是可以满足2－3款产品的测试、检测与组装。而现如今，工厂每天都会根据订单的变化，对产线进行0－2次的产线换型生产。所以产线的自动化改造要求即“兼容”现在的产线需求，也不影响产线的生产。因此他们其中对安全机械臂、抓取系统提出了相关的需求。

我们的方案是提供了一套可更换末端执行器的机器人解决方案，可每天更换3种不同的夹具，包含了气动吸盘、电动电磁铁、以及电动夹爪。让工厂在每天的实际运行中可以手工更换夹爪，以适应产线的产品换型。同时避免了重新开发产线的巨额费用。

作为国际知名的数控工具磨床制造商，工厂F从一家十个人的小公司发展到美中澳都有分公司的跨国企业。

工厂以自主生产的高精度直线传感器与控制技术为傲。机床的生产需要精密的加工工艺与数控技术，从直线传感器的生产到零组件的制造都需要控制在微米以下。生产设备皆为日本或德国采购。每台机床里还配备了1台Fanuc LR 200ic机械臂进行机床上下料。

工厂的整体规模不大，但信息化十足，从用料管理到PLM、MES、ERP等各类系统应有尽有。工厂主表示光企业服务这一部分，去年就花了150万美金进行采购。

现在基本上是无纸化作业，测试平台更是齐全。工厂也购买了4、5种不同的竞品进行测试与验证对比，从精度、速度、算法等多个层面深度对比。

图片来源：慧聪网－深圳市硕方精密机械有限公司（此图与本文无关）

04 投资创新