自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)概述目錄1.1 生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)施1.2 制造支援系統(tǒng)1.3 生產(chǎn)系統(tǒng)里的自動(dòng)化1.4 生產(chǎn)系統(tǒng)里的人力勞工1.5 自動(dòng)化原則與策略分成兩個(gè)類別或階層，如圖1.1所示1. 設(shè)施(Facility)：生產(chǎn)系統(tǒng)之設(shè)施包含工廠、廠里之設(shè)備與設(shè)備組成的方式。2. 制造支援系統(tǒng)(ManufacturingSupportSystem)：一套公司程序，用來管理生產(chǎn)，并解決技術(shù)上與運(yùn)籌上(logistics)的問題，包含物料訂購、廠內(nèi)工作流動(dòng)，與確保高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之產(chǎn)品。圖1.1生產(chǎn)系統(tǒng)包含設(shè)施與制造支援系統(tǒng)1.1生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)施生產(chǎn)系統(tǒng)里之設(shè)施(facility)是指工廠、生產(chǎn)機(jī)臺(tái)與器具、物料搬運(yùn)設(shè)備、檢測設(shè)備，與控制制造作業(yè)之計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。設(shè)施也包含工廠布置(plantlayout)，即設(shè)備在工廠里的實(shí)體排列方式設(shè)備通常排列成有次序性的組合，我們稱此設(shè)備排列與操作工人為工廠里之制造系統(tǒng)(manufacturingsystem)生產(chǎn)數(shù)量(productionquantity)是指工廠每年零件或產(chǎn)品之生產(chǎn)數(shù)量，可以分成三個(gè)等級(jí)：1. 低總量生產(chǎn)(LowProduction)：年產(chǎn)量范圍1~l00個(gè)。2. 中總量生產(chǎn)(MediumProduction)：年產(chǎn)量范圍100~l0,000個(gè)。3. 高總量生產(chǎn)(HighProduction)：年產(chǎn)量范圍10,000~數(shù)百萬個(gè)。產(chǎn)品樣式(productvariety)是指工廠里生產(chǎn)之不同產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或類型。不同產(chǎn)品具有不同的外形、尺寸與款式(shape,sizeandstyle)，它們執(zhí)行不同的功能，有時(shí)是為了不同市場的考量，有些則擁有較多的零件等等。產(chǎn)品類型的數(shù)量是可以計(jì)數(shù)的，數(shù)量高表示產(chǎn)品樣式高產(chǎn)品樣式高時(shí)，生產(chǎn)數(shù)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(diǎn)，亦即產(chǎn)品樣式的多寡與生產(chǎn)數(shù)量圖1.2在分離性產(chǎn)品制造里，產(chǎn)品樣式與生產(chǎn)總量的關(guān)系1.1.1

低總量生產(chǎn)

每年生產(chǎn)數(shù)量范圍在1~100個(gè)之間的生產(chǎn)設(shè)施型式稱為工作坊(jobshop)此類產(chǎn)品的客戶訂單通常相當(dāng)特別，相同的訂單幾乎沒有。工作坊里之設(shè)備屬泛用型(generalpurpose)，員工之技術(shù)能力較高人與設(shè)備移到產(chǎn)品位置處，而不是將產(chǎn)品移到設(shè)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(chǎn)品之零件通常是在制程布置(processlayout)之工廠內(nèi)加工，設(shè)備依功能或類型擺設(shè)。車床是屬于一個(gè)部門，銑床又是屬于另一個(gè)部門，依此類推，如圖1.3(b)所示缺點(diǎn)是機(jī)臺(tái)與制造方法不是最有效率之設(shè)計(jì)，部門之間常常需要較多的物料搬運(yùn)，導(dǎo)致在制品庫存(in-processinventory)偏高1.1.2中總量生產(chǎn)

中等產(chǎn)量范圍中(每年100~10,000件)，依產(chǎn)品樣式分為兩類設(shè)施型式。在產(chǎn)品硬樣式中，傳統(tǒng)方法是采用批次生產(chǎn)(batchproduction)，亦即一批產(chǎn)品完成后，變更設(shè)施再完成下一批不同生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)之間的變更所需時(shí)間，稱為整備時(shí)間(setuptime)或更換時(shí)間(changeovertime)，也就是工具更換與機(jī)臺(tái)程序改寫(reprogram)之時(shí)間中總量生產(chǎn)之另一方法是當(dāng)產(chǎn)品屬于軟樣式時(shí)，也就是不同產(chǎn)品型式之間，不必浪費(fèi)許多時(shí)間作更換。通常只需要將機(jī)臺(tái)布置合適，使得相似的零件或產(chǎn)品可以在同一設(shè)備上制作，不需浪費(fèi)太多的更換時(shí)間每一單元設(shè)計(jì)成只負(fù)責(zé)某些零件外型的生產(chǎn)，也就是專精于某種特定零件，是根據(jù)群組技術(shù)(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(chǎn)

高總量生產(chǎn)(每年10,000~數(shù)百萬件)通常稱為大量生產(chǎn)(massproduc-tion)，也就是產(chǎn)品的需求相當(dāng)高，工廠設(shè)施特別專門生產(chǎn)此產(chǎn)品。分成兩類：(1)大宗生產(chǎn)、(2)流線型生產(chǎn)。大宗生產(chǎn)(quantityproduction)是指單一機(jī)臺(tái)大量生產(chǎn)單一產(chǎn)品流線型生產(chǎn)(flowlineproduction)是指多部機(jī)臺(tái)排列有順序性，零件或組裝依照此順序移動(dòng)成為成品工作站包含生產(chǎn)機(jī)臺(tái)與配有特別工具之人員，可以得到最高之產(chǎn)品效率，稱為產(chǎn)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(chǎn)最有名的范例是汽車與家電用品之裝配線(assemblyline)。當(dāng)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品完全相同，沒有任何變異，稱為單一模式生產(chǎn)線由生產(chǎn)觀點(diǎn)，此種款式變化屬于產(chǎn)品軟樣式，稱為混合模式生產(chǎn)線生產(chǎn)設(shè)施型式整理于圖1.4圖1.4不同等級(jí)生產(chǎn)總量與產(chǎn)品樣式之設(shè)施型式與布置1.2制造支援系統(tǒng)

制造資源包含如圖1.5所示的一個(gè)信息處理活動(dòng)(information-processingactivities)的循環(huán)信息處理循環(huán)則位于外圈，可以用四個(gè)功能來描述：(1)企業(yè)功能；(2)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；(3)制造規(guī)劃；(4)制造管制企業(yè)功能(BusinessFunctions)企業(yè)功能是與顧客溝通的主要方式。因此，它是信息處理循環(huán)的起點(diǎn)與終點(diǎn)。此類共包含銷售與營銷、銷售預(yù)測、接單、成本會(huì)計(jì)與收款生產(chǎn)訂單的型式，一般采下列其中之一：(1)客戶規(guī)格物品項(xiàng)目之制造訂單；(2)購買一件或更多資本財(cái)產(chǎn)品的客戶訂單；(3)根據(jù)未來資本財(cái)產(chǎn)品需求預(yù)測之公司內(nèi)部訂單產(chǎn)品設(shè)計(jì)(ProductDesign)若制造產(chǎn)品是根據(jù)顧客的設(shè)計(jì)(design)，則此設(shè)計(jì)將由顧客提供，制造公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門不需參與若產(chǎn)品是資本財(cái)(proprietary)，制造公司負(fù)責(zé)它的開發(fā)與設(shè)計(jì)。事件循環(huán)促使新產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(huán)制造規(guī)劃(ManufacturingPlanning)產(chǎn)品設(shè)計(jì)構(gòu)成的信息與文件流入制造規(guī)劃功能內(nèi)制程規(guī)劃(processplanning)包含決定工件生產(chǎn)需要之個(gè)別加工與裝配作業(yè)的順序，制造工程與工業(yè)工程部門負(fù)責(zé)規(guī)劃制程與相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)主生產(chǎn)排程(masterproductionscheduling)列出產(chǎn)品即將制作的清單、何時(shí)達(dá)交與多少數(shù)量制造管制(ManufacturingControl)制造管制主要是管理與控制工廠里的實(shí)際作業(yè)，以執(zhí)行制造規(guī)劃。由規(guī)劃到管制的信息流，已顯示于圖1.5里工廠現(xiàn)場管制(shopfloorcontrol)乃是處理監(jiān)督工廠里產(chǎn)品加工、裝配、移動(dòng)與檢驗(yàn)的進(jìn)度問題存貨管制(inventorycontrol)乃是在于存貨太少的風(fēng)險(xiǎn)(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(diǎn)質(zhì)量管制(qualitycontrol)的任務(wù)是確定產(chǎn)品與其零件的質(zhì)量，符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)者設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)1.3生產(chǎn)系統(tǒng)里的自動(dòng)化

自動(dòng)化(automation)可以定義為一項(xiàng)應(yīng)用機(jī)械、電子與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來操作與控制生產(chǎn)的技術(shù)生產(chǎn)系統(tǒng)里的自動(dòng)化元素可以分為兩類：(1)工廠里制造系統(tǒng)的自動(dòng)化；(2)制造支援系統(tǒng)里的計(jì)算機(jī)化(computerization)兩類自動(dòng)化顯示于圖1.6圖1.6生產(chǎn)系統(tǒng)里之自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)化機(jī)會(huì)1.3.1自動(dòng)制造系統(tǒng)自動(dòng)制造系統(tǒng)的范例有：加工工件的自動(dòng)工具機(jī)(machinetool)；執(zhí)行一連串切削的輸送線(transferline)；自動(dòng)裝配系統(tǒng)(automatedassemblysystem)；使用工業(yè)機(jī)器人(robot)來執(zhí)行加工或裝配作業(yè)的制造系統(tǒng)；整合制造作業(yè)的自動(dòng)物料處置與倉儲(chǔ)系統(tǒng)(materialhandlingandstoragesystem)；作為質(zhì)量管制用的自動(dòng)檢測系統(tǒng)(inspectionsystem)。固定式自動(dòng)化(FixedAutomation)固定式自動(dòng)化系統(tǒng)，因?yàn)樵O(shè)備配置之故，其加工(或裝配作業(yè))順序?yàn)楣潭ü潭ㄊ阶詣?dòng)化的典型特色是：客制工程化設(shè)備(custom-engineeredequipment)用的高初期投資；高生產(chǎn)速率(highproductionrate)；缺乏產(chǎn)品樣式調(diào)適的彈性(inflexible)?？沙绦蜃詣?dòng)化(ProgrammableAutomation)在可程序自動(dòng)化里，生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)成具有能力改變作業(yè)順序，以調(diào)適不同的產(chǎn)品配置可程序自動(dòng)化的部分特征包含：泛用型設(shè)備(generalpurposeequipment)的高投資；比固定式自動(dòng)化低的生產(chǎn)速率；處理產(chǎn)品外型變異與改變(variationandchange)的彈性；最適合于批次生產(chǎn)(batchproduction)。彈性自動(dòng)化(FlexibleAutomation)彈性自動(dòng)化是可程序自動(dòng)化的延伸。彈性自動(dòng)系統(tǒng)能夠生產(chǎn)各類工件或產(chǎn)品，而在前后類型之間的更換，基本上無時(shí)間的浪費(fèi)彈性自動(dòng)化的特色可以整理如下：客制工程化系統(tǒng)(custom-engineeredsystem)用的高投資；各種產(chǎn)品混和(variablemixtureofproducts)的連續(xù)生產(chǎn)；中等(medium)生產(chǎn)速率；處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)變異(productdesignvariations)的彈性。圖1.7生產(chǎn)總量相對(duì)于產(chǎn)品樣式之三個(gè)自動(dòng)化類型1.3.2計(jì)算機(jī)化制造支援系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)整合制造(computer-integratedmanufacturing,CIM)這個(gè)名詞代表廣泛地使用計(jì)算機(jī)，作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、作業(yè)管制與執(zhí)行制造公司里需要的各種企業(yè)相關(guān)功能實(shí)體活動(dòng)則包含所有在工廠里執(zhí)行產(chǎn)品上的加工、裝配、物料處置與檢測作業(yè)，這些作業(yè)在制造過程中與產(chǎn)品直接接觸。圖1.8顯示我們的模式，說明了在實(shí)體活動(dòng)與信息處理活動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)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(yè)與制造支援用之信息處理活動(dòng)的制造模式信息處理活動(dòng)的完成，乃是執(zhí)行前面已經(jīng)確定的四項(xiàng)基本制造支援功能：(1)企業(yè)功能；(2)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；(3)制造規(guī)劃；(4)制造管制。1.3.3自動(dòng)化的理由1. 增加勞工生產(chǎn)力(LaborProductivity)：制造作業(yè)的自動(dòng)化通常會(huì)增加生產(chǎn)速率與勞工生產(chǎn)力，也就是每小時(shí)的勞工投入會(huì)得到更多的產(chǎn)出。2. 減少勞工成本(LaborCost)：全球工業(yè)社會(huì)中的勞工成本不斷地上升，已經(jīng)是必然的趨勢，于是更多自動(dòng)化投資取代人工作業(yè)，以符合經(jīng)濟(jì)性。大幅利用機(jī)器取代人力勞工，可降低單位產(chǎn)品成本。3. 減輕勞工短缺(LaborShortage)

的效應(yīng)：許多先進(jìn)國家常會(huì)勞工短缺，刺激了發(fā)展自動(dòng)化作業(yè)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(dòng)化作業(yè)具有社會(huì)價(jià)值(socialvalue)，因?yàn)樵臼强菰?、無聊、疲勞，且可能是令人厭煩的這些工作，將變成自動(dòng)，改善一般性的工作狀態(tài)。5.

改善工人的安全(WorkerSafety)：將作業(yè)自動(dòng)化，積極參與制程的工人轉(zhuǎn)成監(jiān)工角色，工作變得更安全。1970年制定的「職業(yè)安全與衛(wèi)生法案(OSHA)」，勞工安全與其身體福利已經(jīng)成為國家的指標(biāo)，這也提供自動(dòng)化一個(gè)誘因。6.

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

降低制造前置時(shí)間(ManufacturingLeadTime)：自動(dòng)化可以降低客戶訂單與產(chǎn)品達(dá)交之間的時(shí)間，提供制造商未來訂單的競爭優(yōu)勢。藉由降低制造前置時(shí)間，制造商同時(shí)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(yè)若沒有機(jī)器協(xié)助就無法完成，這些制程需要是精細(xì)、微細(xì)，或人工無法完成的復(fù)雜幾何，范例有某些集成電路(integratedcircuit)制造作業(yè)、根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形(CAD)模式的快速原型(rapidprototyping)制程，與使用計(jì)算機(jī)數(shù)值控制切削復(fù)雜的數(shù)學(xué)性曲面，這些制程僅能藉由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。9.

避免非自動(dòng)化的高成本(HighCost)：制造工廠的自動(dòng)化將獲得明顯的競爭優(yōu)勢，這些優(yōu)勢有時(shí)不易呈現(xiàn)展示，例如質(zhì)量改善、高銷售量、好的勞工關(guān)系，以及好的公司形象(companyimage)。沒有自動(dòng)化的公司將會(huì)發(fā)現(xiàn)在顧客、員工與一般民眾上，常會(huì)處于競爭劣勢1.4生產(chǎn)系統(tǒng)里的人力勞工根據(jù)前面對(duì)設(shè)施與制造支援系統(tǒng)的討論，分成兩個(gè)部分說明：(1)工廠作業(yè)里的人力勞工；(2)制造支援系統(tǒng)里的勞工。1.4.1工廠作業(yè)里的人力勞工工作過于技術(shù)性(Technologically)

而難以自動(dòng)化：某些工作的自動(dòng)化是非常困難(不管是技術(shù)性或經(jīng)濟(jì)性)，困難的理由包括：(1)工作位置實(shí)體觸碰的問題；(2)工作需要調(diào)整；(3)需要人手技巧；(4)需要手眼的協(xié)調(diào)短產(chǎn)品生命周期(LifeCycle)：假如產(chǎn)品必須在很短的時(shí)間設(shè)計(jì)出來并且進(jìn)入市場，以符合市場的近期商機(jī)，或是產(chǎn)品預(yù)期相當(dāng)短的市場期限，則制造方法的設(shè)計(jì)采用人工勞力，會(huì)較自動(dòng)化方法更快速推出產(chǎn)品顧客化產(chǎn)品(CustomizedProduct)：假如顧客需要具獨(dú)特特色的單一類產(chǎn)品時(shí)，人工勞力因?yàn)閾碛屑记尚耘c調(diào)適性，于是優(yōu)先成為合適的生產(chǎn)資源。人類比任何的自動(dòng)機(jī)器有更高的彈性解決需求的上升與下降(UpsandDownsinDemand)：產(chǎn)品需求的改變，促使生產(chǎn)輸出準(zhǔn)位的改變。以人力勞工來生產(chǎn)，更容易調(diào)整這樣的改變。每個(gè)自動(dòng)制造系統(tǒng)皆有某個(gè)固定成本(fixedcost)的投資降低成品失敗的風(fēng)險(xiǎn)(Risk)：公司引進(jìn)新產(chǎn)品到市場時(shí)，從來無法保證產(chǎn)品最后一定成功。某些產(chǎn)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(jī)器相對(duì)的優(yōu)勢與特色人力相對(duì)的優(yōu)勢機(jī)器相對(duì)的優(yōu)勢察覺不預(yù)期刺激執(zhí)行持續(xù)性反覆工作尋求問題新答案儲(chǔ)存大量資料解決抽象問題記憶庫中安全取得資料適應(yīng)與改變同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)工作觀察與推論力氣大與電力高經(jīng)驗(yàn)與學(xué)習(xí)高速執(zhí)行簡單計(jì)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(jī)器相對(duì)的優(yōu)勢與特色1.4.2制造支援系統(tǒng)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)達(dá)成自動(dòng)在現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)中，使用計(jì)算機(jī)作為一個(gè)輔助工具，用來執(zhí)行所有制造支援活動(dòng)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，仍然需要人類從事創(chuàng)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(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是作為提升生產(chǎn)力與改善質(zhì)量的工具，CAD與CAM系統(tǒng)很少完全在自動(dòng)模式(automaticmode)下操作設(shè)備維修(EquipmentMaintenance)：需要熟練的技術(shù)員維修工廠內(nèi)當(dāng)機(jī)的自動(dòng)系統(tǒng)，為了改善自動(dòng)系統(tǒng)的可靠度，必須執(zhí)行預(yù)防保養(yǎng)

程序撰寫(Programming)

與計(jì)算機(jī)操作：持續(xù)性需求包含軟件升級(jí)、新版套裝軟件的安裝與程序的執(zhí)行工程計(jì)劃任務(wù)(EngineeringProjectWork)：計(jì)算機(jī)自動(dòng)化與整合化的工廠似乎從來沒有完成過，也就是必須持續(xù)地升級(jí)生產(chǎn)機(jī)器、設(shè)計(jì)制具、與執(zhí)行不斷的改善計(jì)劃工廠管理(PlantManagement)：有些人必須負(fù)責(zé)工廠的營運(yùn)，少數(shù)的專業(yè)經(jīng)理與工程師幕僚人員負(fù)責(zé)工廠的作業(yè)1.5自動(dòng)化原則與策略(1)USA原則(2)自動(dòng)化與生產(chǎn)系統(tǒng)的十項(xiàng)策略(3)自動(dòng)化遷移策略1.5.1

USA原則1. 了解(understand)現(xiàn)有的制程；2. 簡化(simplify)制程；3. 使制程自動(dòng)化(automate)。了解現(xiàn)有的制程(UnderstandtheExistingProcess)

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