自動生產系統概述

自動生產系統概述目錄1.1 生產系統設施1.2 制造支援系統1.3 生產系統里的自動化1.4 生產系統里的人力勞工1.5 自動化原則與策略分成兩個類別或階層，如圖1.1所示1. 設施(Facility)：生產系統之設施包含工廠、廠里之設備與設備組成的方式。2. 制造支援系統(ManufacturingSupportSystem)：一套公司程序，用來管理生產，并解決技術上與運籌上(logistics)的問題，包含物料訂購、廠內工作流動，與確保高質量標準之產品。圖1.1生產系統包含設施與制造支援系統1.1生產系統設施生產系統里之設施(facility)是指工廠、生產機臺與器具、物料搬運設備、檢測設備，與控制制造作業之計算機系統。設施也包含工廠布置(plantlayout)，即設備在工廠里的實體排列方式設備通常排列成有次序性的組合，我們稱此設備排列與操作工人為工廠里之制造系統(manufacturingsystem)生產數量(productionquantity)是指工廠每年零件或產品之生產數量，可以分成三個等級：1. 低總量生產(LowProduction)：年產量范圍1~l00個。2. 中總量生產(MediumProduction)：年產量范圍100~l0,000個。3. 高總量生產(HighProduction)：年產量范圍10,000~數百萬個。產品樣式(productvariety)是指工廠里生產之不同產品的設計或類型。不同產品具有不同的外形、尺寸與款式(shape,sizeandstyle)，它們執行不同的功能，有時是為了不同市場的考量，有些則擁有較多的零件等等。產品類型的數量是可以計數的，數量高表示產品樣式高產品樣式高時，生產數量偏低，反之亦然，如圖1.2所示。制造工廠通常專注于圖中斜線帶的某一點，亦即產品樣式的多寡與生產數量圖1.2在分離性產品制造里，產品樣式與生產總量的關系1.1.1

低總量生產

每年生產數量范圍在1~100個之間的生產設施型式稱為工作坊(jobshop)此類產品的客戶訂單通常相當特別，相同的訂單幾乎沒有。工作坊里之設備屬泛用型(generalpurpose)，員工之技術能力較高人與設備移到產品位置處，而不是將產品移到設備所在的地方。此種布置稱為固定位置布置(fixed-positionlayout)，如圖1.3(a)所示大型產品之零件通常是在制程布置(processlayout)之工廠內加工，設備依功能或類型擺設。車床是屬于一個部門，銑床又是屬于另一個部門，依此類推，如圖1.3(b)所示缺點是機臺與制造方法不是最有效率之設計，部門之間常常需要較多的物料搬運，導致在制品庫存(in-processinventory)偏高1.1.2中總量生產

中等產量范圍中(每年100~10,000件)，依產品樣式分為兩類設施型式。在產品硬樣式中，傳統方法是采用批次生產(batchproduction)，亦即一批產品完成后，變更設施再完成下一批不同生產運轉之間的變更所需時間，稱為整備時間(setuptime)或更換時間(changeovertime)，也就是工具更換與機臺程序改寫(reprogram)之時間中總量生產之另一方法是當產品屬于軟樣式時，也就是不同產品型式之間，不必浪費許多時間作更換。通常只需要將機臺布置合適，使得相似的零件或產品可以在同一設備上制作，不需浪費太多的更換時間每一單元設計成只負責某些零件外型的生產，也就是專精于某種特定零件，是根據群組技術(grouptechnology)而來，特稱為單元布置(cellularlayout)，如圖1.3(c)所示1.1.3高總量生產

高總量生產(每年10,000~數百萬件)通常稱為大量生產(massproduc-tion)，也就是產品的需求相當高，工廠設施特別專門生產此產品。分成兩類：(1)大宗生產、(2)流線型生產。大宗生產(quantityproduction)是指單一機臺大量生產單一產品流線型生產(flowlineproduction)是指多部機臺排列有順序性，零件或組裝依照此順序移動成為成品工作站包含生產機臺與配有特別工具之人員，可以得到最高之產品效率，稱為產品布置(productlayout)，工作站排成長條形，也就是一連串相連的線段組合，參見圖1.3(d)流線型生產最有名的范例是汽車與家電用品之裝配線(assemblyline)。當生產線上的產品完全相同，沒有任何變異，稱為單一模式生產線由生產觀點，此種款式變化屬于產品軟樣式，稱為混合模式生產線生產設施型式整理于圖1.4圖1.4不同等級生產總量與產品樣式之設施型式與布置1.2制造支援系統

制造資源包含如圖1.5所示的一個信息處理活動(information-processingactivities)的循環信息處理循環則位于外圈，可以用四個功能來描述：(1)企業功能；(2)產品設計；(3)制造規劃；(4)制造管制企業功能(BusinessFunctions)企業功能是與顧客溝通的主要方式。因此，它是信息處理循環的起點與終點。此類共包含銷售與營銷、銷售預測、接單、成本會計與收款生產訂單的型式，一般采下列其中之一：(1)客戶規格物品項目之制造訂單；(2)購買一件或更多資本財產品的客戶訂單；(3)根據未來資本財產品需求預測之公司內部訂單產品設計(ProductDesign)若制造產品是根據顧客的設計(design)，則此設計將由顧客提供，制造公司的產品設計部門不需參與若產品是資本財(proprietary)，制造公司負責它的開發與設計。事件循環促使新產品設計的開始，通常是起源于銷售與營銷部門，此信息流如圖1.5所示圖1.5典型制造公司里之信息處理循環制造規劃(ManufacturingPlanning)產品設計構成的信息與文件流入制造規劃功能內制程規劃(processplanning)包含決定工件生產需要之個別加工與裝配作業的順序，制造工程與工業工程部門負責規劃制程與相關的技術細節主生產排程(masterproductionscheduling)列出產品即將制作的清單、何時達交與多少數量制造管制(ManufacturingControl)制造管制主要是管理與控制工廠里的實際作業，以執行制造規劃。由規劃到管制的信息流，已顯示于圖1.5里工廠現場管制(shopfloorcontrol)乃是處理監督工廠里產品加工、裝配、移動與檢驗的進度問題存貨管制(inventorycontrol)乃是在于存貨太少的風險(可能斷料)與太多存貨的高持有成本之間，尋求合適的平衡點質量管制(qualitycontrol)的任務是確定產品與其零件的質量，符合產品設計者設定的標準1.3生產系統里的自動化

自動化(automation)可以定義為一項應用機械、電子與計算機系統來操作與控制生產的技術生產系統里的自動化元素可以分為兩類：(1)工廠里制造系統的自動化；(2)制造支援系統里的計算機化(computerization)兩類自動化顯示于圖1.6圖1.6生產系統里之自動化與計算機化機會1.3.1自動制造系統自動制造系統的范例有：加工工件的自動工具機(machinetool)；執行一連串切削的輸送線(transferline)；自動裝配系統(automatedassemblysystem)；使用工業機器人(robot)來執行加工或裝配作業的制造系統；整合制造作業的自動物料處置與倉儲系統(materialhandlingandstoragesystem)；作為質量管制用的自動檢測系統(inspectionsystem)。固定式自動化(FixedAutomation)固定式自動化系統，因為設備配置之故，其加工(或裝配作業)順序為固定固定式自動化的典型特色是：客制工程化設備(custom-engineeredequipment)用的高初期投資；高生產速率(highproductionrate)；缺乏產品樣式調適的彈性(inflexible)。可程序自動化(ProgrammableAutomation)在可程序自動化里，生產設備設計成具有能力改變作業順序，以調適不同的產品配置可程序自動化的部分特征包含：泛用型設備(generalpurposeequipment)的高投資；比固定式自動化低的生產速率；處理產品外型變異與改變(variationandchange)的彈性；最適合于批次生產(batchproduction)。彈性自動化(FlexibleAutomation)彈性自動化是可程序自動化的延伸。彈性自動系統能夠生產各類工件或產品，而在前后類型之間的更換，基本上無時間的浪費彈性自動化的特色可以整理如下：客制工程化系統(custom-engineeredsystem)用的高投資；各種產品混和(variablemixtureofproducts)的連續生產；中等(medium)生產速率；處理產品設計變異(productdesignvariations)的彈性。圖1.7生產總量相對于產品樣式之三個自動化類型1.3.2計算機化制造支援系統

計算機整合制造(computer-integratedmanufacturing,CIM)這個名詞代表廣泛地使用計算機，作為產品設計、生產規劃、作業管制與執行制造公司里需要的各種企業相關功能實體活動則包含所有在工廠里執行產品上的加工、裝配、物料處置與檢測作業，這些作業在制造過程中與產品直接接觸。圖1.8顯示我們的模式，說明了在實體活動與信息處理活動之間的關聯性。原物料流入工廠的一端，成品由另一端流出圖1.8工廠作業與制造支援用之信息處理活動的制造模式信息處理活動的完成，乃是執行前面已經確定的四項基本制造支援功能：(1)企業功能；(2)產品設計；(3)制造規劃；(4)制造管制。1.3.3自動化的理由1. 增加勞工生產力(LaborProductivity)：制造作業的自動化通常會增加生產速率與勞工生產力，也就是每小時的勞工投入會得到更多的產出。2. 減少勞工成本(LaborCost)：全球工業社會中的勞工成本不斷地上升，已經是必然的趨勢，于是更多自動化投資取代人工作業，以符合經濟性。大幅利用機器取代人力勞工，可降低單位產品成本。3. 減輕勞工短缺(LaborShortage)

的效應：許多先進國家常會勞工短缺，刺激了發展自動化作業來取代人工。4.

降低或減少一成不變的人工與抄寫式的工作(ClericalTask)：有人宣稱自動化作業具有社會價值(socialvalue)，因為原本是枯燥、無聊、疲勞，且可能是令人厭煩的這些工作，將變成自動，改善一般性的工作狀態。5.

改善工人的安全(WorkerSafety)：將作業自動化，積極參與制程的工人轉成監工角色，工作變得更安全。1970年制定的「職業安全與衛生法案(OSHA)」，勞工安全與其身體福利已經成為國家的指標，這也提供自動化一個誘因。6.

改善產品質量(ProductQuality)：自動化不僅較人工作業具備高的生產速率，它也提供制造程序質量規格較高的一致性與同質性。缺陷比例的降低是自動化主要利益之一。7.

降低制造前置時間(ManufacturingLeadTime)：自動化可以降低客戶訂單與產品達交之間的時間，提供制造商未來訂單的競爭優勢。藉由降低制造前置時間，制造商同時降低了在制品庫存。8.

完成人工(Manually)

無法從事的制程：某些作業若沒有機器協助就無法完成，這些制程需要是精細、微細，或人工無法完成的復雜幾何，范例有某些集成電路(integratedcircuit)制造作業、根據計算機圖形(CAD)模式的快速原型(rapidprototyping)制程，與使用計算機數值控制切削復雜的數學性曲面，這些制程僅能藉由計算機控制系統來實現。9.

避免非自動化的高成本(HighCost)：制造工廠的自動化將獲得明顯的競爭優勢，這些優勢有時不易呈現展示，例如質量改善、高銷售量、好的勞工關系，以及好的公司形象(companyimage)。沒有自動化的公司將會發現在顧客、員工與一般民眾上，常會處于競爭劣勢1.4生產系統里的人力勞工根據前面對設施與制造支援系統的討論，分成兩個部分說明：(1)工廠作業里的人力勞工；(2)制造支援系統里的勞工。1.4.1工廠作業里的人力勞工工作過于技術性(Technologically)

而難以自動化：某些工作的自動化是非常困難(不管是技術性或經濟性)，困難的理由包括：(1)工作位置實體觸碰的問題；(2)工作需要調整；(3)需要人手技巧；(4)需要手眼的協調短產品生命周期(LifeCycle)：假如產品必須在很短的時間設計出來并且進入市場，以符合市場的近期商機，或是產品預期相當短的市場期限，則制造方法的設計采用人工勞力，會較自動化方法更快速推出產品顧客化產品(CustomizedProduct)：假如顧客需要具獨特特色的單一類產品時，人工勞力因為擁有技巧性與調適性，于是優先成為合適的生產資源。人類比任何的自動機器有更高的彈性解決需求的上升與下降(UpsandDownsinDemand)：產品需求的改變，促使生產輸出準位的改變。以人力勞工來生產，更容易調整這樣的改變。每個自動制造系統皆有某個固定成本(fixedcost)的投資降低成品失敗的風險(Risk)：公司引進新產品到市場時，從來無法保證產品最后一定成功。某些產品具有較長的生命周期，然而其它的市場生命周期卻比較短1.1人力與機器相對的優勢與特色人力相對的優勢機器相對的優勢察覺不預期刺激執行持續性反覆工作尋求問題新答案儲存大量資料解決抽象問題記憶庫中安全取得資料適應與改變同時執行多項工作觀察與推論力氣大與電力高經驗與學習高速執行簡單計算不完整信息中作困難決策快速作例行性決定表1.1人力與機器相對的優勢與特色1.4.2制造支援系統里的勞工在制造支援功能中，許多一成不變的人工化與抄寫式工作，可以使用計算機系統達成自動在現代生產系統中，使用計算機作為一個輔助工具，用來執行所有制造支援活動。產品設計是使用計算機輔助設計系統，仍然需要人類從事創造性的工作。人類仍然是制造支援功能操作的合成元件，而計算機輔助系統是作為提升生產力與改善質量的工具，CAD與CAM系統很少完全在自動模式(automaticmode)下操作設備維修(EquipmentMaintenance)：需要熟練的技術員維修工廠內當機的自動系統，為了改善自動系統的可靠度，必須執行預防保養

程序撰寫(Programming)

與計算機操作：持續性需求包含軟件升級、新版套裝軟件的安裝與程序的執行工程計劃任務(EngineeringProjectWork)：計算機自動化與整合化的工廠似乎從來沒有完成過，也就是必須持續地升級生產機器、設計制具、與執行不斷的改善計劃工廠管理(PlantManagement)：有些人必須負責工廠的營運，少數的專業經理與工程師幕僚人員負責工廠的作業1.5自動化原則與策略(1)USA原則(2)自動化與生產系統的十項策略(3)自動化遷移策略1.5.1

USA原則1. 了解(understand)現有的制程；2. 簡化(simplify)制程；3. 使制程自動化(automate)。了解現有的制程(UnderstandtheExistingProcess)

USA原則第一步驟乃是了解目前制程的所有細節簡化制程(SimplifytheProcess)一旦了解現有制程后，接著是尋找方法加以簡化。通常包含現有制程問題的檢核清單(checklistofquestions)使制程自動化(A