如何评估机器人研磨和抛光自动化系统的投资回报率

对于水龙头、门把手、汽车零部件和其他金属制品的制造商来说，自动化不再仅仅是机器人能否执行某项任务的问题。

更重要的问题是：

一套机器人研磨或抛光系统需要对机器人、精加工设备、夹具、安全系统、编程和工艺开发进行前期投资。对于首次考虑自动化生产的制造商而言，这笔投资可能相当可观。

然而，仅看购买价格可能会产生误导。

机器人表面精加工的真正价值体现在整个生产过程中。

评估投资回报时，需要考虑劳动力、生产率、质量一致性、返工、磨料消耗、生产稳定性以及未来生产能力等因素。

从当前的生产流程开始

在计算自动化投资回报率之前，制造商应该首先了解现有人工流程的实际成本。

对于一般的研磨或抛光作业而言，成本不仅仅是工人的工资。

可能包括：

• 直接劳动
• 随着时间的推移
• 训练
• 质量检验
• 重做
• 废料
• 生产停机时间
• 磨料消耗
• 工作场所安全措施
• 难以招募技术工人

有些费用很容易计算。

还有一些隐藏在生产过程中。

例如，如果工人在抛光前花费额外时间来修复表面缺陷，这部分额外的人工成本可能不会单独列出，但仍然会降低生产效率。

自动化可以同时解决其中几个成本问题，从而创造价值。

劳动力成本只是等式的一部分

节省劳动力成本通常是制造商首先考虑的优势。

机器人研磨单元可以减少生产过程中所需的重复性人工工作量。

但看待自动化的更实用方法并非仅仅是：

相反，请考虑：

这种区别很重要。

经验丰富的员工很有价值，因为他们了解产品、质量要求、故障排除和生产流程。

将重复性的研磨和抛光操作转移到自动化设备上，可以让工人专注于更高价值的活动，例如工艺优化、质量控制、设备监督和生产管理。

目标是更有效地利用人类的专业知识，而不是简单地将其淘汰。

生产能力可能会改变计算结果

当产量较低时，人工操作可能就足够了。

但随着订单量的增加，制造商可能面临艰难的选择：

增加工人数量，或者提高自动化程度。

雇用更多员工会增加经常性劳动力成本，也可能给培训和管理带来挑战。

自动化采用了一种不同的方法。

一旦机器人单元得到妥善开发和调试，即可在无需相应增加人力的情况下提供额外的生产能力。

对于向国际市场供货的制造商来说，这一点尤其有价值，因为他们的生产量可能会随着订单周期的变化而发生显著变化。

质量具有经济价值

质量一致性是投资回报率计算的另一个重要组成部分。

研磨和抛光是装饰金属制品中非常显眼的工序。

水龙头、门把手或汽车零部件可能通过了尺寸检验，但仍可能因以下原因被拒收：

• 不均匀的研磨痕迹
• 可见划痕
• 光泽不均匀
• 过度去除材料
• 表面缺陷

这些问题可能导致返工或拒收。

在手工生产中，质量往往很大程度上取决于操作人员的经验。

机器人系统可以帮助标准化加工参数，例如刀具路径、接触条件、加工时间和移动速度。

对曲面机器人抛光的研究表明，控制抛光力可以提高材料去除的一致性和表面质量。

对于制造商而言，这意味着质量改进应纳入自动化投资回报率的计算中。

当产量很高时，即使减少一小部分返工也能产生巨大的经济效益。

考虑整个研磨和抛光过程

另一个常见的错误是将机器人研磨机视为孤立的设备进行评估。

真正的益处来自于整个过程。

例如，考虑一家水龙头制造商。

生产流程可能包括：

如果研磨过程更加均匀，抛光过程也可能会更加稳定。

表面处理得更好可以减少所需的抛光修正量。

同样的原理也适用于门把手和汽车零部件。

因此，应该在整个制造工作流程中评估自动化的价值，而不是在单个工作站上评估。

产品组合很重要

并非所有制造商都需要同一种自动化系统。

生产单一产品且产量极大的工厂可以从高度专用的自动化生产线中受益。

生产数十种产品型号的工厂可能需要更灵活的机器人单元。

这一点尤其与水龙头和建筑五金制造商相关。

不同产品可能具有不同的：

• 方面
• 曲率
• 表面积
• 研磨要求
• 表面处理规格

因此，灵活的机器人系统可能比专为单一产品设计的高度专业化的机器提供更大的长期价值。

在评估投资回报率时，制造商不仅应该考虑当前的产品，还应该考虑他们预计在未来几年生产的产品。

周期时间是一个重要的数字

自动化项目中最有用的衡量指标之一是周期时间。

假设手动操作每个组件需要一定的处理时间。

机器人系统或许能够以更稳定的周期时间执行相同的操作。

然而，正确的比较并非仅仅是：

人工操作时间与机器人操作时间。

制造商还应考虑：

• 装卸
• 赛程变更
• 工具变更
• 检查
• 生产中断
• 机器人利用
• 所需操作员数量

一个设计良好的自动化项目应该评估整个流程，而不是单个步骤。

别忘了磨料和工具的消耗

研磨和抛光耗材可能构成一笔可观的经常性成本。

生产过程中，砂带、砂轮、抛光轮和其他工具会逐渐磨损。

操作人员管理不善有时会导致工具使用不一致。

机器人系统为标准化加工参数和建立更可预测的刀具更换计划提供了机会。

但这并不意味着自动化操作会自动减少磨料的使用量。

实际结果取决于材料、磨料选择、研磨压力、速度、产品几何形状和工艺设计。

关键在于自动化生产使得这些参数更容易测量和优化。

安全和工作环境也具有价值

研磨和抛光会产生粉尘、噪音、振动、火花和重复的体力活动。

将重复性的后加工工序转移到自动化单元中，可以减少工人直接接触这些条件。

根据生产环境和适用的安全要求，还可以设计配备适当防护装置和除尘系统的机器人单元。

这些改进可能难以用简单的数字来表达，但它们仍然对制造商具有长期价值。

更安全、更舒适的生产环境也更容易吸引和留住技术和管理岗位的员工。

最佳自动化项目都是围绕产品设计的。

机器人研磨技术中最重要的经验之一是，不应该先选择机器人，然后再设计制造工艺。

正确的做法通常恰恰相反。

先从产品入手。

理解：

• 材料
• 几何学
• 表面缺陷
• 完成要求
• 产量
• 周期
• 产品变体

然后确定合适的研磨和抛光工艺。

只有在此之后，才能根据需求设计自动化系统。

这一点对于曲面产品尤其重要。

学术研究表明，机器人对复杂曲面进行抛光需要协调考虑刀具路径、力控制、刀具方向和工艺参数。

换句话说，成功的自动化不仅仅是一个机器人项目。

这是一个 机器人技术支持的工艺工程项目。

制造商应该向自动化供应商询问哪些问题？

在投资机器人研磨或抛光系统之前，制造商应该问自己几个实际问题：

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目标不仅仅是提供一个机器人。

其目的是围绕客户的产品、生产量、质量要求和未来自动化计划，开发一套完整的表面处理解决方案。

对于考虑自动化生产的制造商而言，最重要的问题不是：

这是：

当综合考虑劳动力、生产率、质量、返工、耗材、灵活性和未来产能时，机器人研磨和抛光就不仅仅是一项设备投资了。

它可以成为一项长期的生产战略。