《制造業中的機器人、自動化和系統內建》—— 2.4 機器人的好處

機器人的最初應用是由早期的機器人使用者來實施的，他們想測試這項技術并決定哪些可能有利于他們的業務。決定購買機器人并不是因為迫切地實作投資回報，而是因為相信機器人技術展示的希望。購買商覺得處在機器人應用技術的最前沿是很重要的。

越來越多地使用機器人并不是因為對技術感興趣，而是更多地受短期投資回報的驅動。當今大多數應用機器人的公司依據經濟回報來做投資決策，經濟回報在投資前就被量化，一旦機器人系統開始運作就必須能夠實作期望的經濟回報。值得注意的是，某些（但不是所有的）可以通過使用機器人來實作的好處，也可以通過使用較低柔性的自動化來實作。

通過機器人的應用獲得潛在的好處分成兩種類型：使終端使用者獲益和使自動化解決方案提供者獲益。關于機器人應用的關鍵好處，一直有許多争論和調查，大多數是由機器人供應商主導的。這些供應商很明顯都有個人利益，但是潛在的好處已經總結出來，2005年，國際機器人聯盟（ifr）公布了一個使用機器人的10個好處的清單（ifr，2005）。

關鍵好處如下：

1.減少操作成本。

2.提高産品品質和一緻性。

3.提高員工的工作品質。

4.提高生産量。

5.提高産品制造的柔性。

6.減33少原料浪費并增産。

7.遵守安全規則，提高工作場所的衛生和安全程度。

8.減少勞動力流動和招聘勞工的困難。

9.減少資金成本。

10.為高價值制造業節省空間。

需要強調的是，這些隻是潛在的好處，不可能适用于所有的場合。這些在後面将詳細讨論。首先，讨論對自動系統供應商的好處。

我們假定終端使用者已經認識到自動化的好處，并且已經開始考慮購買自動化系統，自動化供應商或系統內建商提供機器人或者其他形式的自動化解決方案。在系統內建商的群體中，越來越多地将機器人放在解決方案的核心。這種趨勢主要是由兩個因素造成的：機器人的柔性以及機器人已經是标準産品的事實。

機器人是标準産品，是以它能夠提供可測量的、已知的性能與可靠性。與所有标準化産品一樣，其設計需要預先做大量的試驗才能釋出，并且也需要符合一定的标準。是以，系統內建商能夠通過浏覽産品的目錄來了解其基本資訊，比如負載能力和工作空間，然後選擇出一台最适合目前任務需要的機器人（見第5章）。機器人的主要供應商有許多機器人類型，是以，總是有足夠多的機器人可供選擇。

這些公開的技術特性允許系統內建商以已知價格來購買符合應用需求的機器人。雖然開發一款定制的機器來實作同樣的功能特性通常也是可行的，但就開發時間和成本而言，定制機器還是一個未知數。類似地，作為标準化産品的機器人，提供了可靠性，包括平均無故障時間（mtbf）和平均維修時間（mttr），而對定制的機器人而言，這些參數均是未知的。是以，對終端使用者和自動化供應商而言，定制機器人系統的長期風險會更高。

機器34人的其他主要好處還包括它所提供的柔性。機器人包含多根軸（通常是6軸），是以它可以根據要求調整工件或者工具的角度。更重要的是，機器人的這些運動是可以通過軟體進行程式設計的。是以，修改機器人操作是非常容易的，甚至到項目後期，修改機器人操作也并不困難。機器人的柔性既能允許産品後期的設計更改，也能包容自動化系統結構設計和建造中的錯誤。

這兩個因素（柔性和已知的性能），減少了自動化解決方案供應商的風險。是以，可以降低銷售價格、減少意外的财務開支，這樣也可以增加來自終端使用者的訂單。一旦接收了訂單，該工程的時間跨度也會被壓縮，因為傳遞标準化機器人比設計和建構定制裝置所需要的時間短很多。

正如上文所提到的，對終端使用者來說，共有10個關鍵性好處。在許多情況下，潛在的終端使用者隻考慮因為引入自動化裝置而直接産生的勞動力節省所帶來的成本效益，但是也可以通過評估潛在的其他收益來強化經濟合理性，在某些情況下，來自于其他方面的成本節省或許比勞動力節省更大。下面讨論這些好處和它們的适用性。

減少操作成本

機器人系統可以幫助減少制造特定工件的操作成本，包括替換勞動力等而減少的直接成本。然而，也可以減少間接成本。

節約能源可以從許多方面來實作。通過機器人減少廢品或返工來實作機關産出的能源效益最大化。此外，機器人不需要人工工作場所所必需的環境溫度和照明裝置等。是以，如果工廠的一個特定區域全部采用自動化機器人，那麼減少維持工作環境的能源消耗是可能的。

在勞動力上的成本節省還會在其他方面有所展現，比如教育訓練成本、健康和安全成本和人力資源管理成本等。隻需要更少的間接人員來維持和管理更小的工作團隊，是以，也節省了35間接成本。

提高産品品質和一緻性

機器人是可重複的。如果機器人設定正确并且輸入具有一緻性的工件，它們就會完全一緻地生産高品質的産品。它們不會像手工生産那樣受不一緻性的影響。造成不一緻性的原因包括勞累、無聊或者由于單調乏味重複的工作所帶來的注意力分散等。這種不一緻性導緻産品多變以及品質的參差不齊。相反，機器人能夠保證固定的産量。這意味着每天制造相當數量的且一緻性高的産品，這也意味着每天有相當數量的合格工件。

提高員工的工作品質

機器人可以幫助員工改善工作環境。它們可以接管一些髒的、危險的及要求苛刻的任務，即所謂的3d任務。例如，噴塗、壓力機上下料、處理超重負荷等。這些地方經常難以維持工作的一緻性，是以機器人的應用将提高産量或者提高所生産工件的品質。機器人的應用使得人工勞動力遠離直接生産過程，進而減少員工在維持固定産量上的壓力。

機器人的操作和維護也需要很高的技能，是以，可以通過加強員工的技能和增加員工的收入，同時改善員工的工作來調動員工的積極性。

提高生産量

正如上文所提到的，機器人的一緻性確定固定的生産量。這也意味着可以最大化其他機器的産量，因為機器人總是時刻準備着實作它們的功能。舉例來說，使用機器人上下料後，能夠及時給機床下料和重新上料而不用等待操作人員，這些操作人員可能走神了、正在休息或者參與其他活動了。

機器人還可以在夜晚或者周末不需要人工幹預的情況下運作更多的班次。此外，通過使用機器人上下料，可以将一些昂貴的機床設定為通宵運作，這樣可以限制額外的成本而提高産量。這種增強的生産能力對分包商來說具有特殊的價值，分包商往往可能面臨來自客戶的36各種訂單。

提高産品制造的柔性

機器人本質上就是非常靈活的，遠超其他形式的自動化。一旦操作被程式設計輸入機器人，隻需數秒它就可以調用并進入運作狀态。是以機器人實作生産轉換非常快，極大縮短了機器人的下線時間。一個機器人系統可以處理相同産品的各種型号，也可以處理完全不同的産品，為小批量生産提供了可能性。

機器人也有很多的局限性，主要由周邊配套裝置引起，比如夾具、抓手，但是隻要小心設計并且有良好的概念，這些都是可以克服的。然而，應該指出，目前機器人的靈活性還是遠不如人類操作員。

減少原料浪費并增産

機器人的主要優點之一是一緻性。通過確定高品質的産出，更多的“一次成功”的産品被生産出來，是以，材料浪費也得到了控制。另外，機器人能用更少的耗材來生産工件。比如，焊接機器人總是焊得符合要求，既不大也不小。噴塗機器人系統總是剛好噴塗到所要求的漆膜厚度。

自動化的引入也會提高輸入自動化流程中的工件或産品的一緻性，給企業帶來了整體效益。自動化裝置也可以用來檢查輸入的産品并識别它們是否偏離了規格參數。這對食品工廠特别有意義，因為食品工廠的輸出産品需要符合最小重量要求。機器人和自動化裝置可以用來縮小公差帶，使廢品率最小，這些公差帶用來界定所謂的廢品，因為客戶不會為這些廢品支付1分錢。

遵守安全規則，提高工作場所的衛生和安全程度

機器人可以接管一些目前仍然由人工完成的令人厭惡的、費力的或者威脅健康的工作。健康和安全問題立法的迫切度日益增長，使得部分工作要麼很難或者幹脆不可能由人工來完成。機器人提供了一種成本效益越來越高的選擇。

使操作員遠離直接接觸的機器，或者遠離有潛在危險的生産機器和生産過程，進而可以減少事故發生的可能性。比如，鑄造和鍛造過程都是費力且危險的操作，在大多數情況下37它們可以通過使用機器人來實作自動化生産。有許多重複的或者高強度的工種會導緻疾病，比如反複拉傷和白手指。比如，金屬工件抛光或者鑄件清理。機器人的使用可以讓員工遠離這些工作，減少受傷的風險。

減少勞動力流動和招聘勞工的困難

改善工作環境、去除最重複的或者最累人的工作可以減少勞工在生産過程中的流動。如果給予勞工更多的挑戰、更少的重複性角色，他們就可能獲得更多的成就感。這些角色也需要很高的技能水準，尤其是這些更高層次的工作還能帶來更高的薪酬的時候。

如果更多的員工能留下來，那麼雇用新員工的成本就會減少。這不僅包括在雇傭新員工的過程中産生的直接成本，還包括教育訓練成本和因為新員工生産效率跟不上而産生的成本。

減少資金成本

機器人的靈活性使小批量生産成為可能，減少了制造過程成本與存儲成本，因而能減少資金成本。機器人使得其他機器的運轉更高效甚至能延長工作時間，這可能意味着工廠可以減少購買額外的機器。比如，機器人可以整夜都在沒有光照的情況下操作機床，這就能避免購買一些額外的機床。

即使産品或者産品設計發生了更改，但由于機器人系統的柔性，是以它是可重構的和可重複使用的。是以，機器人可以更廣泛地代替很多專用的自動化系統。

為高價值的制造業節省空間

機器人系統可以十分緊湊，因為在執行相同的任務時它們不需要像操作員那麼大的空間。機器人也可以安裝成各種各樣的形式，比如安裝到牆上或者天花闆上，這樣可以減少所需要的空間。這可以減小占地面積，在某些情況下是非常有用的。

通過仔細評估上述好處，通常可以建構機器人系統來顯著地提高經濟回報，這比隻考慮勞動力成本帶來的經濟回報更大。第7章将更深入地讨論有關自動化系統所帶來的投資回報和自動化技術的經濟38合理性。