自动化改造为企业增效的5个经典解决方案详细过程

纵观国内外制造业的发展，自动化改造在其生产过程中占据着重要的地位。随着自动化设备接管劳动力市场，越来越多的企业投身于自动化改造中，并且切身体会到自动化改造为企业带来的实惠。劳动密集型企业向自动化转型是必然趋势，我国在自动化的道路上任重而道远，下面跟随北钢联一起来剖析5个自动化改造的经典解决方案。

行业：核实验

项目：自动化换样检测设备

中核集团某单位，以核物理研究为主，一直对外界保持着神秘性，得益于国家军民融合的发展战略和北钢联的军工资质，该企业终敞开大门，迈出了自动化改造的第一步。

众所周知，核原料试验本身就具有危险性，放射性元素、复杂的空间环境、精密准确的操作等，对人员有极高的要求。为改变科学家在手套箱中操作的换样检测工艺，减少人工实验的危险性、低效性和不准确性，特针对人工检测工艺提出了自动化检测的解决方案：

使用机械臂把所需工件放置到工件框架放置板上，通过水平移动机构的左右运行和升级机构的上下运行实现对工件的自动检测（精度±0.05）和换件。工件检测完毕后，下料机械臂将工件取走，更换下一批待检测的工件。并且整套设备具有：工件到位检测、缺件少件报警及人员误闯测试区等各类应急处理系统。

图1 设备整体示意图

该套设备的交付，将原本5名负责实施、监督、统计的检验人员减少至2人监控，极大的节省了宝贵的人力资源，增强了检验结果的可靠性，为打造国际一流的先进实验室起到了典型示范作用。

行业：耐火材料

项目：定型耐火砖自动化生产线

国内某大型耐火材料公司是耐火砖行业的领头羊之一，凭借优质的铝镁型砖占据了大量的市场份额。由于近年形势较好，市场需求庞大，但产量无法满足日益增长的需求。公司高层提出：以改革促发展，以创新求进步的战略，将定型铝镁砖半自动化生产线改造为全自动化生产线。

现有人工生产工艺为：粉料上料称量—粉料倒入压机模具—压机工作—取模—清洁模具—成品检测，依托北钢联为同类型镁碳型耐火砖设计的全自动化生产线的经验，针对现有工艺进行解决方案的定制。

图2 自动化生产线的工艺图

该线的成功改造，实现了原有5条生产线的串联，将工人数量由30人减至6人，自动化称重及上下料保证了原料的一致性，提高了砖形质量，产量比未改造前提高3倍以上，并提升了铝镁定型砖的产品竞争力，巩固了企业的市场地位，获得了公司高层的一致好评。

行业：传感器制造

项目：烟感传感器自动化装配生产线

SOLOON集团是主要从事消防报警系统、气体灭火系统的新型高科技企业。公司的主营产品消防传感器是集探测烟、尘、光、电于一体的超新型传感器，具有精密、脆弱、造价昂贵等特性。

受此影响，以往的生产中需要人工仔细的在小型线路板上按孔位准确插接、点焊、翻转、剪切等，效率低下，并且存在焊口不牢、装配错误的现象发生，对人体体能也是极大的考验，易引起视觉疲劳。借助北钢联在自动化装配方面的案例经验，SOLOON集团寻找他们寻求帮助。

图3 烟感自动化装配线示意图

装配生产线的总体布置设计，充分考虑工艺流程系统的合理性，设备的先进性。焊接采用5轴焊接机器人；各电子元件、及配件均采用震动盘准确输出；由3轴抓取机器人进行抓取装配；整条生产线仅需1人监控即可。

烟感自动化装配线的投产将节拍由115s/个提高至85s/个，并且省去了65%的人工，还能实现不同规格传感器装配的频繁切换。该技术适用于小批量、多品种的离散式生产，并且还具有潜在的开发价值，可应用于例如：PCBA线路板、电气电子配件、小型精密件的装配与生产。

行业：化工

项目：电石出炉装置自动化改造

电石广泛应用于工业、农业、医药等方面，一般多采用电热法生产电石，即生石灰和含碳原料（焦炭、无烟煤或石油焦）在电石炉内，依靠电弧高温熔化反应生成电石。

在原有生产工艺中，操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩，戴化学安全防护眼镜，穿化学防护服，戴橡胶手套，在电石炉前进行出料操作，对人工安全有极大的威胁。为打造人机友好型的双赢生产模式，针对电石炉出料结构进行机械、电气改善。

机械改造前：

原烧穿器上下摆动机构是由加长杆铰接支座和碳棒固定加长杆组成的。工人手动上下摆动碳棒固定加长杆尾部让其绕加长杆铰接支座铰接轴转动来实现上下摆动。

机械改造后：

去除原手动回转及上下摆动机构，根据实际工艺确定动作执行装置。回转动作由电动回转盘实现，前后摆动由伺服电动缸实现，回转与摆动可通过遥控手柄远程精确控制，摆动平稳无冲击，响应速度快。

图4 自动化出料结构示意图

电气改造前：

出炉机所有部件动作均由操作人员在现场通过按钮、遥控器、手动操作，距离危险源很近，面临灼伤、烫伤危险。

电气改造后：

增加出炉机远程操作功能，与原有现场操作功能并行使用。系统将远程控制、远程视频监控集成于中控室，操作员通过操作控制摇杆，实时监控视频画面即可完成出炉操作。

图5 出炉器控制网络拓扑图

该解决方案主要针对工人安全，对生产环境进行改善，在原有出炉器的基础上进行，改造后能够满足出炉机现有动作由中控室远程集中操作、远程监控，出料现场无人值守，使一线工作人员远离危险源，创造良好的工作环境。

行业：电梯制造

项目：电梯轿门系统全自动化生产线

XIZI UHC是一家致力于电梯研发的高新技术企业，在电梯生产行业占有较高的份额，但电梯部件的生产方式却停留在以人工为主的劳动密集型模式上，与日益发展的智能制造战略相悖。

为改变西子电梯传统的生产模式，北钢联作为企业智能制造的战略顾问，依现行生产工序和工艺，在追求打造电梯轿门标杆生产线的同时，努力提高装配效率和生产线产量。

图6 电梯轿门系统全自动化生产线示意图

采用原料运输AGV小车及自动化吸盘装置协同运行的方式完成自动化上料，用伺服机械臂进行自动化攻丝，滚轮的上料则使用振动盘。为保证装配平直度，在生产线架构上设有校准仪。该装配线采用一套定位夹具夹持同一型号的挂板，因此针对同一型号不同OP值的轿门切换时间是2分钟；不同型号轿门的更换时间为3分钟。

该方案不仅实现了电梯轿门标杆生产线的示范作用，同时将效率提高至12秒/组，节省人工23名，ROI（投入产出比）达到1：5。

综合以上系列案例不难看出，自动化设备无外乎包含一些标准设备：各类五金件、输送系统、工控机、气动元件、液压系统、机械臂等；还包含非标设备：自动化专机、自动化定制设备、自动化控制设备等。将标准设备与非标设备有机结合，形成一整套生产系统，按照既定的程序，所有部件协调运动，达到生产所需的目的，便是自动化改造。

众所周知，企业自动化升级改造的风险很大，如果研发失败，企业损失的不仅仅是研发费用，还有因此造成的停工损失等机会成本。那么如何能保证改造的高成功率？众多的实际案例经验告诉我们，企业自动化升级改造成功的关键是找到具备研发复杂非标设备资质的供应商、找到具备标准与非标设备系统集成能力的供应商。如果能找到同时具备以上两大资质与能力的供应商，那么企业自动化升级改造成功将会水到渠成，事半功倍。

自动化改造不是做给别人看的“花架子”，更不是一昧的跟风工业4.0。花费不菲的资金，要么提高产品品质，要么降低原材料及人力成本，要么改变工人恶劣的操作环境，最终需要的是实实在在的效益。