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设备与工具有没有想过，为什么有些自动化项目会成功，而有些项目却失败了？正确使用机器人技术可以改变您的生产运营。本指南全面介绍了自动化项目中错综复杂的问题、可能遇到的常见陷阱以及如何避免这些问题。但最重要的是，它是您成功采用自动化的逐步路线图。千万不要错过这个在您的生产流程中利用自动化力量的机会。
（1）工业自动化崭露头角
自动化可为制造工厂等工业环境带来巨大好处。从提高产量和可重复性，到改善工人安全和降低运营成本，特定系统的自动运行可为企业和员工带来多重优势。
事实上，全球工业自动化市场正在迅速扩大，2022 年的市场价值为 2,070 亿美元，预计到 2025 年将达到 2,650 亿美元。这一增长带动了机器人手臂等技术在汽车、制药、电子和食品饮料等各种垂直行业的广泛应用。传感器、气动、机器视觉和先进机械等关键支持技术的进步推动了技术的应用，使自动化系统变得更快、更便宜、更精确。
与此同时，以工业物联网的出现为特征的制造环境数字化，见证了无线通信、云平台和大数据分析的无缝整合，为终端用户提供了基于历史趋势和模式的实时信息。
在这种环境下，工程师可以从迄今为止从未见过的对自动化系统性能的深入了解中获益。未来的工厂将部署基于人工智能的系统，以提供令人兴奋的概念，例如能够适应环境以保持性能和效率的自我修正机器。
总之，自动化正在改变制造环境的面貌，使其更加智能，更加适应未来的发展。
车间里的机器人和自动化
但是，在现实世界中，这种性能提升在车间里究竟是如何实现的呢？具体来说，对于机器人技术而言，子系统能力的提升提高了精度、有效载荷、灵活性和触及范围，从而使其在越来越多的最终用户应用中得到部署。机器人进一步深入到生产活动中，从拾取和放置到装配、焊接、喷涂、测试和其他危险任务。
例如，功能强大的机器人手臂现在通常用于汽车行业发动机缸体的去毛刺和抛光等要求苛刻的活动。这一过程需要力量、精度和速度的完美结合。与此同时，新一代协作机器人的设计目的是与人类直接互动，并与人类合作执行任务，它们为一系列更加复杂和精细的操作提供了支持。这些协作机器人经常执行重复性任务，例如安装门把手或挡风玻璃雨刷器或安装汽车座椅，而这些任务在历史上都是由人类完成的。
与此同时，在食品和饮料等其他行业，机器视觉等技术的进步意味着机器人现在可以用来发现供人类消费的农产品的细微瑕疵或形状偏差--然后再用拾取臂将其从加工线上取下。机器人还可用于包装和码垛，其配置具有举起重物的力量，同时对重物的处理足够精细，不会造成任何损坏。
机器人在工业领域无处不在。随着人工智能系统和机器学习等概念不断提高机器人的精确度，其技术能力和应用范围也将不断扩大。
（2）认识项目的复杂性
在确定采用自动化技术可为工业环境带来显著的运营价值后，我们必须认识到，只有在采用自动化技术的过程中实施得当，才有可能取得如此积极的成果。这一过程需要组织和安排多个决策和行动，涵盖整个项目准备、实施、运行和维护生命周期。如果操作得当，参与采用自动化技术的工程师可以帮助公司在效率、产量、准确性和灵活性方面获得巨大收益。但遗憾的是，情况并非总是如此。
老实说，自动化的采用是一件复杂而多面的事情。它往往涉及到企业内部不同学科的众多利益相关者，他们的技术知识和技能水平参差不齐。它需要合理的决策和良好的沟通，以实现一系列预期目标。如果操作不当，任何自动化项目都可能从一开始就失败。常见的错误往往包括产品选择不当、工程技术人员和 IT 人员之间缺乏联合思维、没有投入足够的时间进行部署、集成和测试不足以及监控和维护不力。事实上，自动化的潜在隐患范围广泛，结果代价高昂，对于负责项目的工程师来说，这些隐患可能会损害其职业生涯。
自动化的陷阱
那么，在制造业环境中，自动化在哪些方面未能实现其承诺，又造成了哪些后果呢？近年来，公司和工程师出现严重失误的例子屡见不鲜，而这种情况也可能发生在拥有大量资源和团队的蓝筹企业中。
几年前，商用飞机制造商波音公司在为一架新型商用客机的机身前部和后部钻孔和安装紧固件的自动化系统出现问题后，不得不重新考虑其生产战略[2]。据报道，该系统在移动机器人执行各种任务的同时，将大型曲面面板固定在一个支架上，存在安装时间长、精度差等问题。该系统最终被一个更简单的系统和传统的人工机械师所取代。[3]
与此同时，电动汽车制造商特斯拉在汽车行业的 Model 3 轿车生产中也遭遇了瓶颈，因为过于复杂的自动化系统降低了吞吐量，以至于该公司难以达到目标。[4] 首席执行官埃隆-马斯克承认，公司部署了太多的机器人，拥有一个 "疯狂、复杂的传送带网络--但却没有发挥作用"。
与许多其他例子一样，这些备受瞩目的自动化失败案例中也存在多个相互关联的原因。无论是围绕任务或流程设计项目，而不是围绕项目将支持的人员设计项目，还是没有制定良好的计划或抱有不切实际的期望，自动化应用随时都可能出错。这就是为什么需要采取结构化、深思熟虑和系统化的方法，以提供最佳的成功机会。
使用本指南正确采用自动化
为了实现理想的最终目标，工程师需要一个计划。首先，要根据项目准备、实施、运行和维护这四个关键领域，为任何自动化应用项目列出、评估和实施一套核心流程和活动。一套结果会影响另一套结果。但是，通过将它们分解为四个可识别的部分，就可以更容易地根据一套明确而全面的行动，为自动化项目设定一个总体愿景。
但从何入手呢？这就是本指南的作用所在。本文件提供了正确使用机器人的最佳实践模板，包括项目准备、实施、运行和维护的基准行动清单。此外，本指南还就哪些事情不能做提出了建议，并在每节末尾列出了应避免的常见错误和陷阱。
每个企业都不尽相同，因此每次正确使用机器人的方法也会略有不同。但本指南旨在提供一个实用建议框架，可适用于各个公司的独特情况，使自动化工程师能够在效率、产量、准确性和灵活性方面带来强大的优势，无论应用于何种情况。
（3）项目准备
几乎所有成功的技术项目都离不开详细的项目准备工作。虽然全面的计划并不总能保证成功，但它能增加项目实现目标和不超出预算的机会。最初的准备阶段为项目奠定了必要的基础，而制定有的放矢的目标将确保项目在正确的道路上起步。如果不能确定明确的目标，就有可能错过预算和时间上的限制，或者无法带来切实的效益。
虽然规划的重要性对于任何企业来说都是真实的，但在自动化项目中，规划的重要性却成倍增加，因为机器人技术的相关成本以及平衡人力和机器资源的复杂性，使得将新系统与现有流程和谐整合的难度极大。精心制作的计划应具有明确的目标，同时涵盖时间/预算规模、采购程序以及设备的实施、运行和维护策略。
使用项目规划方法
在准备工业自动化和机器人项目时，有多种规划方法可供选择，如看板、关键路径法 (CPM)、关键链项目管理 (CCPM)、Scrum、新产品导入 (NPI) 和敏捷。这些方法各有优缺点，要为下一个自动化项目选择正确的技术，需要考虑多个因素。
对于许多项目来说，第一个因素是公司政策。大型技术组织通常都有专门的规划框架，包括首选方法或推荐软件来支持流程。对于没有固定程序的公司，选择计划取决于机器人类型、可用资源、项目复杂性、潜在风险、业务结构和最终目标。通过仔细研究这些要素，您可以更准确地选择相应的规划方法，但无论选择哪种技术，任何项目的成功都离不开几个重要方面。
设定可衡量的目标
自动化项目中最常见的错误之一就是忽略了主要目标。出现这种疏忽的原因有多种，例如试图在一个项目中实现太多目标，或设定一个主观性很强的目标。例如，一个典型项目的主要目标可能是 "提高装配线产量"，虽然这是一个潜在的目标，但需要加以衡量。相反，通过对当前流程的详细分析，我们可以确定关键基准，如总产量、运行成本、潜在损耗和维护时间。在此基础上，我们可以制定出一个可量化的目标，例如 "将产量提高 15%，同时将每年的维护成本至少降低 10%"。这个目标既可衡量，又能详细说明效益，提供了一个简单的声明，为整个项目设定了轮廓。
制定一个切实可行的目标可以为您提供一个一致的目标标准--这在内部对话和选择供应商时至关重要。提高自动化程度通常会带来干扰和争议；通过提出可量化的效益，这项工作更有可能获得同事们的必要支持。这一优势同样适用于采购。如果您正在探索使用 SCARA 机械手来替代重复性的手工流程，那么请向供应商提出挑战，要求他们对任何改进进行量化--这将如何提高产量？停机时间会减少多少？投资回报如何？领先的制造商都拥有相关数据和实际案例，可以为您的冒险提供帮助，因此请利用他们的专业知识，让您获益匪浅。
虽然不制定明确的目标很有诱惑力，因为这样可以建立问责制，但一个有效运行的项目始终应该量化预期成果。在开始一项大型技术工作时，首要任务是确定目标，为其余的规划和实施任务提供清晰的轮廓。
针对您的业务开展详细研究
一旦制定了详细的目标声明，下一步就是研究公司和行业内可能影响项目的相关因素。影响众多大型项目的一个代价高昂的错误是失去了当前业务的重点，无论是自身的生产流程还是在市场中的地位。一个著名的例子就是惠普公司试图用惠普 TouchPad 复制苹果 iPad 的成功。2011 年，惠普为该产品创造新生产工艺的成本以及随后的软件开发造成了 33 亿美元的巨额亏损。这一失败反过来又危及惠普未来几年成功的核心电脑和笔记本电脑制造业务的稳定性。关注市场发展固然重要，但也要确保所提供的解决方案能够在公司内部实施。特定的机器人安装或自动化流程在其他公司取得成功，并不意味着对您也适用。
在实施新的自动化流程时，必须确定它能在哪些方面为您的具体运营带来和谐的增值和效率的提高。虽然新的机器人技术可能会提高产量和工作效率，但如果在您的业务范围内实施该设置的成本过高，则应停止该项目。
任何研究的第一步都是分析您的现状，无论是老化的装配车间、先进的实验室，还是规模庞大的包装设施。在评估过程中，您需要确定机器人技术在哪些方面可以提高产量或降低企业的总体运行成本。一个典型的升级例子是确定整体运营中的重复性任务--现代机器人技术的最大优势在于能够以惊人的效率完成许多重复性任务。这种速度提升为实施机器人项目提供了一个合理的领域。
第二种方法是针对瓶颈。通过详细分析，或通常通过与流程内的操作人员沟通，可以在一个更广泛的流程中找出效率低下的单项任务。只要物理操作适合机器人技术，这些任务就是部署额外或新自动化产品的理想选择。提高任务的效率，使其与进行中的操作更加匹配，就能缓解瓶颈问题，提高系统的总产出。
一旦确定了可能的升级及其理由，就需要确定预算影响和效率提升。通过详细的财务和流程分析，您可以利用这些因素来确定自动化升级的成本是否合理。任何需要花费太长时间才能获得足够投资回报的业务都应在规划阶段就停止。
制定划和应急措施
有了明确的目标和详细的可行性研究支持，下一阶段就是制定详细的计划。这一过程包括为每个步骤设定可实现的时间表，并确定预算和所需资源。制定计划时的一个常见错误是缺乏细节。制定一项以小时而不是以天为单位的计划，将每项成本细化到最小的螺栓，并明确规定所需的所有人员，这将使成功之路更加清晰。时间和资金的累积性也意味着，计划中持续的微小误差会在项目结束时产生巨大的综合影响。一个全面的计划必须准确地涵盖整个规划、实施、培训、运行和维护阶段。
计划制定后，各利益相关方应评估潜在风险并制定应急策略。风险和对策的例子包括劳动力的不确定性，如关键人员休假。我们可以通过使用两个人来完成任务或改变计划的时间表来降低这种风险。风险可能包括法规变化、资金变动、关键部件无法交付、最后期限被忽视或第三方未达到目标等因素。在每种情况下，都要针对项目的具体情况编制一份潜在情景清单，并制定有助于减少影响的可行策略。制定的应急计划越多，成功的机会就越大。
让所有关键利益相关者参与进来
虽然 "炊事员太多会坏了一锅汤 "这句话经常适用，但在采用自动化过程中，一个常见的错误就是需要让更多相关人员参与进来。哈佛商业评论》在 "人们抵制变革的十个原因 "一文[5]中强调，失去控制和令人惊讶的个人是关键因素。IT 团队、操作员、维护人员和设施经理等利益相关者的持续参与有助于个人保持投入。而定期的团队简报则可以防止出现任何可能削弱士气甚至完全停止冒险的意外情况。
加强合作，让关键人物更多地参与进来，可以促进信息的流通，减少时间表冲突或遗漏重要信息的可能性。
五个常见的规划错误
a、没有规划方法--确保您的项目采用经过验证（且合适）的规划方法，如 Kanban、CPM、CCPM、Scrum、NPI 或 Agile。稳健且匹配度高的规划方法能让项目任务顺利进行，并易于遵循。
b、主观目标--高质量的目标必须是可量化的，并能以现有数字为基准。这种方法有助于企业获得支持并保持正常运行。
c、业务整合不佳--虽然特定的机器人技术升级可能对某个企业很有效，但这并不能保证对您的企业也有效。确保自动化技术专门适用于您的业务，以最大限度地发挥影响。
d、没有应急措施 - 务必为每种结果制定计划。利用您的研究来确定项目的潜在风险，并利用关键人物来制定可行的应急计划，帮助降低任何潜在风险的影响。
e、遗漏利益相关者 - 确保所有关键利益相关者都参与到项目中来，从而提高整体效率。应征求个人意见并及时更新，帮助人们更加积极地对待即将到来的自动化变革。
“在准备机器人项目时，有多种规划方法可供选择，如看板、关键路径法、关键链项目管理、Scrum、新产品导入和敏捷等。”
四、项目实施
在制定了全面计划之后，实施阶段是任何自动化项目的下一步。作为最重要的项目环节，它是出现错误的最大机会。项目能否取得最终成功，很大程度上取决于项目能否在预算范围内按时产生积极的变化，并保持各部门人员的和谐工作。
选择正确的供应商
从航空航天部件制造到包装工厂，自动化无处不在。单个机器人设备的用途可能非常广泛，而该行业的覆盖范围几乎无穷无尽。在为您的项目选择供应商时，选择同样是无限的。选择不正确的供应商可能会产生巨大的影响，那么如何缩小选择范围呢？
正如在规划阶段所观察到的那样，机器人技术在替代重复性人工任务方面表现出色，但实施自动化还可以出于其他各种原因。机器人技术可以提高安全性、精确度、有效载荷以及快速执行多种复杂操作的能力。在为项目选择合适的供应商时，有许多因素需要考虑，但最重要的是确定您的具体应用和核心业务领域。将这些信息结合起来，突出具有互补价值的供应商，有助于缩小搜索范围。如果供应商已经为您所在行业的应用提供过支持，那么利用他们的经验将使您能够在其以往成功的基础上更上一层楼。
一旦您有了一份供应商候选名单，五个进一步的考虑因素将缩小您的选择范围：
●质量和可靠性 - 供应商是否有良好的业绩记录，还是相对陌生？是否有固定的合作关系？对于大型机器人项目而言，选择一家能够提供优质可靠服务的供应商，不仅有助于最初的实施，还有助于今后的维护。
●沟通--自动化项目本身就很复杂，但如果有一个反应迅速、知识渊博的供应商，就能帮助您避免代价高昂的错误。在下订单之前，请评估供应商的沟通情况，以确定他们针对您的应用提供的支持水平。
●物有所值 - 在选择供应商时，他们必须代表公平的价值，这不仅体现在所交付的组件或装配方面，还体现在他们的支持和售后服务方面。与所有采购一样，要警惕那些过度承诺或价格低廉的供应商。
●地点/地理范围 - 所有自动化项目都需要较长的实施、运行和维护时间。如果供应商的地理位置较近，则可提高其快速提供现场技术支持的能力。拥有广泛业务网络的供应商还能更迅速、更高效地向您所在的地点提供部件。
●速度 - 复杂机器人技术的交付周期可能相当长（全球各种技术短缺加剧了这一因素）。您应经常检查前置时间，如果供应商不能满足您的期限要求，您一定不能选择他们。为帮助提高项目成功率，应为关键系统寻找替代供应商，并在可能的情况下，检查其关键备件的库存水平，以确保您的系统保持正常运行。
确定与现有系统的兼容性
自动化产品种类繁多，选择一款能与现有系统集成的设备至关重要，但却经常被忽视。首先要考虑的因素是实施何种级别的机器人技术。是固定自动化（如自动装配线）、可编程自动化（如数控机床和逻辑控制器），还是灵活的解决方案（如机械臂和人力辅助机器人）。
自动化的规模将在很大程度上影响其与企业的整合方式。较大型的固定自动化设备可配置成一条完整的装配线，因此您可能需要更换整个设备。在另一端，较小的柔性实施（如机械臂）可能必须与其他独立的机器人无缝通信，以构成组合系统的一部分。这两个例子在集成及其对操作流程的影响方面的考虑因素大不相同。
在选择新设备时，忽视现有系统往往是一个常见错误。在选择解决方案时，首先要对当前设置进行评估，以确定是否有任何设备（如其他机器人、传感器、逻辑控制器和数据记录器）需要集成。在此基础上，确定现有系统使用的通信协议，并针对任何新设备进行评估，以确保兼容性。如果无法实现本地通信，则可能需要使用中间设备来 "翻译 "设备之间的协议，从而增加实施成本。
其他基本考虑因素包括设备的尺寸、功耗要求、运行速度和有效载荷。有必要进行更深入的分析，以评估新的机器人技术如何适应现有系统的日常运行。这将包括验证维护周期是否与现有时间相匹配，以及设备操作是否与现有设备类似（因为这有助于员工培训）等因素。
执行全面的测试和验证
对于制药厂等监管严格的行业，机器人设备的全面测试和验证是一项必要条件，并有一套详细说明如何实施新机器的程序。但许多行业并非如此，缺乏框架可能会导致错误，降低对新设备的信心。
作为一个起点，我们建议您检查您所在的行业或组织是否有可遵循的框架。如果没有，下面的简短指南会有所帮助。
●离线测试 - 在安装设备之前，应在最终实施之外进行大量测试。制定详细的测试计划，以确定效率、通信稳定性和其他关键性能指标 (KPI)，确保将人的任务与测试隔离开来。这一阶段的目的是在不中断现有流程的情况下，彻底检查设备与原有设备相比的性能。测试将显示新设备的改进性能，同时让工程师熟悉其操作。
文档要求！此时，您应制作初步培训文档，以指导操作和故障排除。
●最终合作 - 在完成初步测试并了解设备后，让相关利益方参与最终测试和安装前评估。过早分享新设备会使人们对其操作产生怀疑，而过晚展示新设备则会降低项目的前瞻性，并有可能造成部门之间的摩擦。让更多利益相关者参与进来的最佳时机是在测试阶段之后，在测试过程中解决了最初的问题之后，就可以演示设备了。在此基础上，作为一个团队，你应该针对安装过程中可能出现的任何潜在干扰制定应急措施，并向所有相关人员提供安装时间表。
文件要求！利用制造商提供的信息、测试阶段的信息以及与关键员工的合作，制定详细的安装、操作和维护程序。
●安装和验证 - 遵守商定的时间表，在所有关键人员的共同努力下安装新设备。安装完成后，通过进一步测试，验证设备是否符合操作和安全准则以及任何相关的行业标准。您应执行最后的基准测试，以验证设备是否提供了所需的改进。
文件要求！利用实际安装的特定信息制作最终培训文档。此外，还应制定维护和校准程序/时间表。您应整理所有文件并分发给相关各方。
●培训 - 利用之前制定的培训计划，对相关人员进行设备操作、故障排除和维护方面的教育。至于是对高级人员进行培训，让他们通过小组研讨会还是一对一的方式传授知识，这取决于自动化类型和贵组织的情况。在此阶段，您必须为所有相关人员提供安全有效地开展工作所需的信息。
文件要求！可根据培训反馈对文件进行最后调整。为员工提供资源，以加强培训课程。
遵守计划
在实施阶段，您必须遵守项目计划。如果发生变动，应说明理由并告知所有相关人员。在许多机器人项目中，一个常见的错误就是一开始就制定了周密的计划，然后逐渐偏离计划，缺乏可追溯性。虽然坚持和更新一个全面的计划需要时间，但它有助于创建一个专业的、可量化的项目，增加成功的可能性。假设发生了重大变化或错过了目标。在这种情况下，详细的计划可以帮助你理解发生了什么，让你从错误中受益，并对未来的努力产生积极影响。
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