1.簡(jiǎn)介

自從19世紀(jì)初開(kāi)始，日益增長(zhǎng)地對(duì)成品的大量需求，特別是武器工業(yè)，使得工程師尋找發(fā)展新的制造生產(chǎn)方法。在各種制造工藝得到發(fā)展后，現(xiàn)在已經(jīng)可以以低成本地大批量生產(chǎn)高品質(zhì)的有價(jià)值的商品。當(dāng)兩個(gè)或更 多的組件要被牢固地組裝在一起時(shí)，我們需要的是更重要的制造工藝，而這個(gè)工藝就是裝配工藝。

裝配工藝的發(fā)展歷史和大批量生產(chǎn)方法的發(fā)展緊密相連。批量生產(chǎn)的先鋒也是現(xiàn)代裝配技術(shù)的先鋒。他們的想法和理念給服務(wù)于高產(chǎn)的裝配方法帶來(lái)了重要的發(fā)展。

然而，盡管制造工程的很多方面，尤其是零件的制造工藝，已經(jīng)因?yàn)樽詣?dòng)化的應(yīng)用發(fā)生了革命性的變化，但是基礎(chǔ)裝配的技術(shù)沒(méi)有跟上。表1.1顯示，在美國(guó)35年前，與裝配工藝相關(guān)的所有勞動(dòng)力的比例從大約農(nóng)用機(jī)械制造業(yè)的20%變化5到幾乎占電話及通信設(shè)備制造業(yè)的60%。正因?yàn)槿绱?，裝配成本經(jīng)常占整個(gè)制造成本的50%以上。

表1.1 裝配相關(guān)的生產(chǎn)工人百分比
（來(lái)源：來(lái)自美國(guó)統(tǒng)計(jì)局1967年的制造業(yè)統(tǒng)計(jì)）

盡管在最近幾十年里，高速自動(dòng)化的應(yīng)用和最近裝配機(jī)器人的使用減少了裝配成本，但是這種成功是有限的。很多裝配機(jī)械產(chǎn)品的工人仍然使用和工業(yè)革命時(shí)期相同的基本工具。

1.1 裝配工藝的歷史發(fā)展

在早期，零件的制造和它們的配合裝配是由從學(xué)徒開(kāi)始學(xué)習(xí)手藝的工匠完成的。每個(gè)零件必須被定制來(lái)配合它的配合件。最終，工匠需要成為一名制造裝配各方面的專家，而且訓(xùn)練一名新的工匠一項(xiàng)長(zhǎng)期而且昂貴的任務(wù)。產(chǎn)品的范圍經(jīng)常受限于訓(xùn)練有素的工匠的能力，而不是產(chǎn)品的需求。這個(gè)問(wèn)題由于手藝協(xié)會(huì)不愿意增加特殊技藝的工人數(shù)量而復(fù)雜化了。

然而，戰(zhàn)爭(zhēng)的開(kāi)展需要大量的可靠的武器。在1798年，美國(guó)需要大量滑膛槍，聯(lián)邦武器廠無(wú)法滿足需求。因?yàn)楹头▏?guó)的戰(zhàn)爭(zhēng)迫在眉睫，美國(guó)不可能從歐洲獲得額外的供應(yīng)。伊萊·惠特尼（現(xiàn)在被認(rèn)為是批量生產(chǎn)的先驅(qū)者之一）提供并訂立合同在28個(gè)月內(nèi)制造一萬(wàn)支滑膛槍。盡管花了十年半的時(shí)間完成了合同，惠特尼關(guān)于批量生產(chǎn)的新穎理念成功地得到了證明。首先惠特尼給每個(gè)零件設(shè)計(jì)了模板，但是他發(fā)現(xiàn)機(jī)械師沒(méi)有按照輪廓加工的能力。下一步他開(kāi)發(fā)了一臺(tái)能夠按照模板加工的銑床，但是零件的手配仍然是必需的。最終在康涅狄格州紐黑文特意為生產(chǎn)滑膛槍建造的工廠添加了生產(chǎn)互換性零件的機(jī)器。這些機(jī)器減少了各種工人的技術(shù)需求并且能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)效率的明顯增長(zhǎng)。在1801年一場(chǎng)歷史性的演示中，惠特尼從隨機(jī)的零件堆中挑選出一些后組裝出滑膛槍鎖后，他震驚了尊貴的來(lái)訪客人。

伊萊·惠特尼工作的成果在制造方法上帶來(lái)了三個(gè)基本發(fā)展。首先，零件在機(jī)器上被制造出來(lái)使得比手工制造的零件有持續(xù)的更高的質(zhì)量。這些零件是可互換的，帶來(lái)的成果就是裝配工作變得簡(jiǎn)單了。第二，最終產(chǎn)品的精度能夠保持在更高的水平。第三，生產(chǎn)效率明顯的提高了。這些理念作為美國(guó)制造系統(tǒng)而聞名。

奧利弗·伊萬(wàn)斯的將材料從一個(gè)地點(diǎn)到另一個(gè)地點(diǎn)的無(wú)人傳送理念最終引起了裝配自動(dòng)化更深的發(fā)展。在1793年，伊萬(wàn)斯在一家只需要兩名操作工的自動(dòng)化面粉廠使用了三種類型的傳送機(jī)。第一個(gè)操作工將谷粒倒進(jìn)漏斗，第二個(gè)操作工將從磨坊生產(chǎn)的面粉裝進(jìn)袋子里。所有中間的操作都是自動(dòng)完成的，傳送機(jī)從一個(gè)工位將材料搬運(yùn)到另一個(gè)工位。

對(duì)裝配方法起到重要貢獻(xiàn)的是伊萊休·魯特。在1849年，魯特進(jìn)入了生產(chǎn)科爾特六發(fā)左輪手槍的公司。即使在那個(gè)年代，裝配零件的各種操作相當(dāng)簡(jiǎn)單，他將這些操作劃分成基本單元使得裝配可以更快地實(shí)現(xiàn)而且?guī)缀鯖](méi)有錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。魯特對(duì)于操作的劃分提升到了“分工和多種輸出”的理念。利用這個(gè)原則。裝配工作被減少到基本的操作。工人只需要短時(shí)間的培訓(xùn)，就能獲得高效率。

弗雷德里克·溫斯洛·泰勒可能是第一個(gè)將時(shí)間方法和動(dòng)作學(xué)習(xí)引入到制造技術(shù)的人。目的就是通過(guò)確保與工作相關(guān)的事物安排在最好的位置來(lái)節(jié)省工人的時(shí)間和精力以完成需要的工作。泰勒也發(fā)現(xiàn)任何工人都有一個(gè)最合適的工作速度，如果超過(guò)了那會(huì)導(dǎo)致整體表現(xiàn)的下降。

毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)現(xiàn)代生產(chǎn)及裝配方法最重要的貢獻(xiàn)者是亨利·福特。他用以下的話語(yǔ)來(lái)描述他的裝配原則：

• 按照操作的順序安排好工具和員工，這樣每個(gè)零件在完成的過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)的距離最短。
• 使用工作滑臺(tái)或其它搬運(yùn)形式使得工人可以在同一個(gè)放下零件的位置完成操作，這個(gè)位置必須是到到手里最舒服的位置。而且如果可能，利用引力搬運(yùn)零件到下一個(gè)工人。
• 利用流動(dòng)裝配線以合適的間隔排列要組裝的零件使得它們更容易被操作。

這些原則被逐漸地應(yīng)用到福特T型汽車的生產(chǎn)中。

現(xiàn)代裝配線技術(shù)首先被用在飛輪磁電機(jī)的裝配上。如果按照原始方法，一名操作者要花20分鐘裝配一個(gè)磁電機(jī)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)當(dāng)工藝被分成29個(gè)獨(dú)立操作并且在裝配區(qū)由沿著裝配線的不同的工人完成這些操作，所有裝配時(shí)間減少至13分10秒。當(dāng)裝配線的高度提高8英寸，時(shí)間減少到5分鐘。這個(gè)時(shí)間是原來(lái)裝配工藝所需時(shí)間的四分之一。這個(gè)成果鼓勵(lì)亨利·福特在工廠其它部門應(yīng)用他的裝配系統(tǒng)來(lái)生產(chǎn)汽車配件。隨后，這個(gè)措施給那些主要的汽車裝配帶來(lái)了持續(xù)的迅速增長(zhǎng)的部件供應(yīng)流。后來(lái)發(fā)現(xiàn)這些工人不能應(yīng)付增長(zhǎng)的負(fù)荷。不久，很明確的，主要裝配也不得不由裝配線來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先主要裝配的運(yùn)輸通過(guò)用一根繩子簡(jiǎn)單地拉它們從工位到下一個(gè)工位來(lái)完成。然而，即使是這樣的一個(gè)發(fā)明在總裝配時(shí)間上產(chǎn)生了驚人的縮減，從12小時(shí)28分到5小時(shí)50分。最終一個(gè)電力驅(qū)動(dòng)的不停的傳送帶被安裝上了。它與地板平齊，同時(shí)足夠?qū)拋?lái)放得下一個(gè)底盤。工人無(wú)論是坐或站還是操作都有空間當(dāng)工人操作時(shí)，他們有空間坐或站立。傳送帶以每分鐘6英尺的速度移動(dòng)穿越45個(gè)獨(dú)立工位。隨著這個(gè)傳送帶的引入，總裝配時(shí)間減少到93分種。通過(guò)進(jìn)一步改善，總裝配時(shí)間變的更短。最終，工作日內(nèi)每10秒1輛車的生產(chǎn)率得以實(shí)現(xiàn)。

雖然福特的生產(chǎn)目標(biāo)已經(jīng)被超越，總體上產(chǎn)品質(zhì)量也得到相當(dāng)改善，但是裝配的產(chǎn)品與精確的手工原型標(biāo)準(zhǔn)還是由差異的。最后，福特同意通過(guò)了一種在實(shí)際批量生產(chǎn)前分解難題并提前糾正它們的方法。這個(gè)方法從根本上來(lái)說(shuō)就是設(shè)立一個(gè)試驗(yàn)工廠，將一套完整的裝配線安于其中，并使用相同的工具、模具、成形設(shè)備、測(cè)量設(shè)備甚至最后會(huì)用在批量生產(chǎn)中的工作技巧。這個(gè)方法現(xiàn)在已經(jīng)成為所有大型裝配工廠的標(biāo)準(zhǔn)工作。

在前文中描述的裝配系統(tǒng)類型通常稱呼為手工裝配線，它仍然是大批量生產(chǎn)產(chǎn)品的最普遍的裝配方法。然而自從20世紀(jì)開(kāi)始，用機(jī)械設(shè)備代替手工裝配工人的方式被引進(jìn)了。這些設(shè)備以自動(dòng)化裝配設(shè)備或有零件送料裝置的轉(zhuǎn)臺(tái)以及最近的帶有零件托盤的機(jī)器人這些形式出現(xiàn)。

這樣在一開(kāi)始，自動(dòng)螺絲刀、螺帽扳手、鉚釘機(jī)、點(diǎn)焊接頭和拾放設(shè)備在工位到工位的傳送設(shè)備上就位。從倉(cāng)庫(kù)或自動(dòng)化給料設(shè)備出來(lái)（通常是一個(gè)振動(dòng)料斗）出來(lái)的有流向的零件給每個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)供料。有特殊獨(dú)立目的的回轉(zhuǎn)臺(tái)能夠持續(xù)重復(fù)相同的操作，這樣的操作通?；ú涣藥酌腌?。這意味著完整的裝配以大約每分鐘10～30的速度進(jìn)行生產(chǎn)。

這種自動(dòng)化類型一般被稱為機(jī)械化。因?yàn)樗荒苡糜谂可a(chǎn)，它的發(fā)展與某些工業(yè)比如生產(chǎn)武器、汽車、鐘表或其它消費(fèi)類產(chǎn)品的行業(yè)緊密關(guān)聯(lián)。機(jī)械化被用于例如燈泡和安全別針這種需要大量生產(chǎn)的個(gè)人物品制造上。然而，機(jī)械化在很可能在例如食品、藥物和化妝品工業(yè)上首先大面積地應(yīng)用于加工制造。

相對(duì) 整個(gè)耐久品的產(chǎn)量，披露生產(chǎn)的耐久品比例估計(jì)在15%~20%。因此，只有大約5%的產(chǎn)品是被自動(dòng)化裝配，剩下都是人工裝配這件事也沒(méi)什么讓人驚訝的了。結(jié)果就是，二戰(zhàn)之后，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注在裝配中使用機(jī)器人的可能性。因?yàn)闄C(jī)器人本質(zhì)上是多用途和可重復(fù)編程的，人們感覺(jué)到機(jī)器人能夠應(yīng)用于中小批批量的制造，而這覆蓋了所有制造的80%。

根據(jù)施瓦茲^[1]所述，喬治德沃爾在1954年獲得了編程傳送設(shè)備專利，這是現(xiàn)代機(jī)器人的雛形。1956年喬治德沃爾與約瑟夫恩格爾伯格的一次見(jiàn)面中，第一臺(tái)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人——終極者^[2]被構(gòu)思出來(lái)。在1961年，終極者在通用汽車線參與處理壓鑄件。

工業(yè)機(jī)器人首先被應(yīng)用于材料處理上，例如壓鑄和沖壓操作上。到了1968年，它們開(kāi)始應(yīng)用于裝配中。到1972年，超過(guò)30種不同的機(jī)器人可以用于15種制造中。

盡管有這些發(fā)展，機(jī)械和電子機(jī)械裝配除了大批量生產(chǎn)外仍然難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。而這個(gè)例外是電子工業(yè)，更具體的說(shuō)是印刷電路板（PCB）裝配。由于這個(gè)產(chǎn)品的特殊屬性，曾在20世紀(jì)50年代早期被引入過(guò)，在這個(gè)行業(yè)應(yīng)用裝配自動(dòng)化是可能的，即使是小批量亦可。

剛開(kāi)始，PCB組件是被手工插入以及它們的引腳需要手工焊接。為了減少焊接時(shí)間。

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