制造商必须解决的一些问题有一个简单的“是”或“否”答案。其他的不是那么清楚。后一种类型的一个很好的例子是“我们应该在内部构建自动化吗？”
“在决定是构建还是购买自动化设备时，需要考虑很多变量，”推进自动化协会 (A3) 教育战略副总裁 Robert Huschka 说中国机械网okmao.com。“例如，您在自动化方面有多少经验，您之前是否成功实施过项目？您是否充分了解您将如何应对您试图解决的挑战，以及这些解决方案的复杂程度？”
在楼宇自动化方面，大多数制造商都有三个“全部或部分”选项。选项一是聘请机器制造商。第二种方法是购买现成的组件。第三种方法是在内部构建它。
市场上还有第四种选择，但它仅适用于主要 OEM。这种方法涉及批发购买一个或多个机器制造商，以完全获取他们的知识、经验和专业知识。
特斯拉和日立美国公司近年来已经做到了这一点，并从中受益匪浅。2017 年，特斯拉收购了总部位于明尼苏达州布鲁克林公园的 Perbix 和总部位于伊利诺伊州埃尔金的 Compass Automation，以设计、建造和服务大批量制造机械。
与此同时，日立于 2019 年 12 月完成了对位于密歇根州荷兰的 JR Automation Technologies LLC 的机器人系统集成业务的收购。私募股权公司 Crestview Partners 以 14.25 亿美元的成本完成了交易。
这个惊人的价格显示了自动化对制造商的价值和重要性。他们知道，如果建造得当，输送机、取放系统、机器人、协作机器人、与 IIoT 连接的机械和其他自动化可以提高吞吐量、效率、产品质量和工人安全。
根据 ASSEMBLY 杂志第 26 次年度资本设备支出调查（2021 年 12 月），制造商平均通过内部制造的设备满足其装配系统需求的 40%。
当交钥匙系统无法解决问题时，工程师们非常愿意采用自己构建的路线。但是，他们也足够聪明地知道，如果没有正确的游戏计划，内部项目很容易变成昂贵、耗时的噩梦。
没有像家一样的地方
没有制造商必须遵循的官方路线图才能在内部楼宇自动化方面取得成功。但是，一个好的起点是仔细确定每个制造过程所需的自动化水平。需要考虑的因素包括产量、质量控制、工人安全和人体工程学、熟练劳动力的可用性和预算。
接下来，管理层需要客观地审视项目团队的核心能力与他们感知到的局限性。Weiss North America 总经理 Joshua Treter 表示，管理人员需要诚实地告诉自己，内部团队的每个成员在不同自动化水平下拥有多少现实世界的知识、经验和专业知识。
“几年前，一家小型制造商的工程师在将我们的旋转分度台连接到变频驱动器时遇到了麻烦，”Treter 说。“他尽了最大的努力，但还是想不通。我们让他将设备运回给我们，以便我们进行连接。在完成这一基本级别的支持后，我们建议他找一个系统集成商来完成他公司的自动化项目。”
能够在内部构建优质自动化设备的制造商可以获得许多好处。特雷特认为，其中一些主要因素包括能够充分保护知识产权；维护新产品或专有组装过程的机密性；并在必要时利用团队广泛的产品知识来修改或重新设计设备。
内部方法也非常适合精益制造。精益机器设计更侧重于简化流程以实现最大可靠性、降低操作员技能要求以简化操作以及处理各种零件的灵活性。
内部楼宇自动化还可以更好地控制组件的设计和规格。这样的决定不会留在机器制造商或系统集成商的手中。
内部构建时需要解决的另一个因素是决策过程。Weiss 业务发展和直销部高级主管 R. Michael Farrell 表示，通常情况下，包括首席执行官在内的高级管理层都希望指导这一过程。
“自动化项目本质上是动态的，随着复杂性的增加而增加，”Farrell 解释道。“首选方法是让技术团队或员工完成所有研究，然后将其提交给首席技术官，首席技术官随后会与首席执行官会面，以获得他或她对如何最好地处理自动化建设的支持。”
Farrell 指出，制造和安装机器的顺序因制造商和工厂而异。每台机器的构建时间取决于其复杂性和团队的能力。然而，最近的 COVID-19 大流行及其供应链中断给这一过程增加了额外的挑战。
至于安装，Farrell 说团队需要尽早确定设备的位置。他们还必须考虑地板支撑和柱子。
“另一个通常无法预见的重大挑战是创建基于系统的数据收集，而不仅仅是通过传感器和基于设施的数据收集从每台机器获取数据，”Farrell 说。“在工作站和/或机器级别显示的数据在系统级别显示时可能会略有变化，导致其落后于生产。为确保准确的实时数据收集，请在项目早期解决此问题。”
几家设备供应商正在采取措施，帮助选择购买预制自动化组件的制造商简化集成过程。例如，Weiss 制造了 LS Hybrid 和 LS280 线性传输系统，以及旋转 Flex-Dial 底盘，所有这些都经过完全硬接线和预先测试，以满足客户的周期时间。
“这些高级平台是团队可以用来快速启动自动化集成的构建块，”Treter 解释说。“获得平台后，工程师在对设备进行编程并将其插入之前添加工具、过程控制、转接板和其他他们需要的组件——如 delta 或拾放机器人。”
协作机器人提供简单的定制和集成，特别是对于重复的自动化流程。FANUC America Corp. 的全国客户经理 John Tuohy 将手动引导、基于图标的编程和即插即用的抓手列为关键的协作机器人功能，即使是小公司也可以在短短 30 分钟内自动完成简单的任务。
“许多中小型制造商采取了一种容易实现的方法来实现自己动手的自动化，”Tuohy 指出。“他们的目标是简单地在完全手动的过程中增加一些自动化，或者用一两个自动化过程构建一个小型单元。协作机器人对这些应用很有吸引力，因为它们通常只需要连接一根或两根电缆。”
FANUC 在其 CRX 系列中提供八种型号的协作机器人，有效载荷范围从 4 到 35 公斤，范围从 550 到 1,813 毫米。在过去的几年里，一家全球草坪维护设备制造商一直在运营一个内部构建的自动化系统，该系统采用低负载 CRX 协作机器人。Tuohy 说，该系统有限的产量并不能保证为该项目聘请机器制造商或集成商的费用。
他指出，该公司的六轴机器人可用于自己动手的自动化项目。Tuohy 举了一家大型家具制造商的例子，他们使用大型 FANUC 机器人（容量为 50 至 85 公斤）来处理胶合板并将其送入各种自动化系统进行切割、加工和组装。
越来越多的制造商租用机器人作为其内部自动化建设战略的一部分。这种被称为“机器人即服务”（RaaS）的方法允许各行各业的大小制造商基本上将机器人视为临时工。
Ready Robotics Corp. 和 Hirebotics Inc. 等公司出租他们的机器人作为服务，并负责维护和升级，以及提供数据服务。制造商喜欢 RaaS，因为它不需要前期成本或巨额资本支出。
同样重要的是，公司可以将机器人带入内部，看看它们是否真的有意义使工作站或流程自动化。如果是这样，他们以后总是可以决定购买机器人。
内部建设并非没有缺点。一是无法利用机器制造商和系统集成商的自动化专业知识。同样重要的是与这些专家合作的客观制衡系统。
“如果在财务和技术上都有意义，公司就会在内部构建自动化，”Cambridge Consultants 波士顿办事处的业务主管 Ram Devarajulu 指出。“因为很难拥有楼宇自动化所需的深入的、多学科的资源，所以公司经常被迫向外寻求帮助。”
Cambridge Consultants 于 1960 年在英国剑桥成立，致力于开发创新技术，帮助客户解决现有解决方案无法应对的制造和装配挑战。它还为全球客户提供技术关键问题的业务咨询。客户包括汽车、航空航天、白色家电、医疗、生命科学、能源和消费品行业的主要制造商。
“制造公司在构建自动化时有时缺乏新型传感、先进机器人技术和人工智能 (AI) 学科的专业知识，”Devarajulu 说。“所以他们聘请我们开发他们在这些领域所需的技术。我们以与供应商无关的方式这样做，充分意识到每个自动化项目都是独一无二的，并且对客户来说是一项高风险的冒险。”
罗克韦尔自动化的 OEM 部门负责人 Justin Garski 表示，许多小型内部构建团队每年制造三到四台机器。他声称，这个数字根本不足以在机械或电气方面开发一个伟大的最佳实践。
“这也会分散你的核心业务，”Garski 指出。“你将永远是第一次这样做，而不是机器制造商，他们受益于一致的学习曲线和可重复的项目经验。”
“在构建任何自动化部分时，内部团队和机器制造商的团队都面临着一定的风险，”Treter 补充道。“当它不起作用时，对项目进行故障排除总是很昂贵。然而，机器制造商有利于抵消这种风险的是对制造过程和批准步骤的更多了解。”
内部构建的另一个缺点是可能会暴露一个或多个工程师或其他团队成员有限的自动化构建知识和技能。Tuohy 称这是一个“滑坡”，如果当前项目失败，这会给公司带来尴尬和代价高昂，并削弱其对开展未来项目的信心。
“工厂自动化不是你能负担得起的猜测，”Garski 说。“让值得信赖的顾问或主题专家与您或您的员工一起工作，从头到尾，是确保任何项目成功的真正关键。”
当内部构建不顺利时，制造商需要制定备用计划。Devarajulu 说，小公司通常愿意迅速寻求外部帮助，而大公司往往在意识到与剑桥等合作伙伴合作的好处之前，会深入挖掘并尝试在内部解决问题。
“我们的参与从发现阶段开始，在那里我们准确地了解他们在项目中的位置以及他们希望最终自动化的目标是什么，”Devarajulu 解释说。“我们确实努力保持他们所做的好事。然后我们提出我们可以做些什么来改进这个项目，因为坚持他们目前的路线会让事情变得更糟。”
根据 Garski 的说法，制造商引入机器制造商或集成商来修理东西并不总是那么容易。如果障碍发生在项目的深处，则尤其如此。
“这实际上取决于项目的范围，”Garski 说。“如果你把它分成易于在项目中期修改和更改的增量部分，那么引入第三方可能是可行的。”
多年来，FANUC 与许多大型最终用户合作，其中一些出于各种原因承担了自我集成项目。Tuohy 指出，机器人并不容易处理，如果使用不当，可能会很危险。他补充说，咨询集成商总是一个好主意，而且谈话不花钱。
“在项目的早期，构建团队可能对如何使自动化流程发挥作用存在疑问，”Treter 承认。“但是，只有当他们到达组装和测试的真实世界阶段时，他们才能确定某些东西是否有效。”
“制造商需要用尽所有构建选项来准确确定项目未按计划进行的原因，尽管不幸的是，知道这一点并不会改变项目截止日期，”Farrell 指出。“在计划的自动化系统上生产的产品仍然需要生产。这些零件可能用于新车型或 OEM 长期以来一直在研究的医疗设备。
“在这种情况下，向机器制造商或系统集成商寻求帮助是可以理解的，但事实证明这对制造商来说代价高昂，”Farrell 继续说道。“这是因为建筑商或集成商可能无法挽救内部完成的任何工作，然后将按时间和材料收费。此外，他们可能需要在最终用户的车间进行所有机器更换，这可能会干扰那里的其他生产。”
一些制造商，无论其规模和资源如何，从不觉得需要在内部构建自动化。一个很好的例子是霍尼韦尔国际公司，它在全球拥有 200 多家制造厂。该公司为航空航天、建筑技术、高性能材料和技术以及安全和生产力市场生产数千种产品。从 2020 年 9 月到 2021 年 9 月，该公司的销售额超过 346 亿美元。
“在 2019 年末，我们建立了全公司范围的自动化卓越中心 [ACE] 计划，”霍尼韦尔先进制造和自动化副总裁 Jon Hobgood 解释道。“该计划的主要目的是为我们的自动化建立通用标准和实践。我们设计并指定它，但它由集成商构建。”
Hobgood 指出，该计划是在大流行前开始的，由公司副总裁兼首席供应链官 Torsten Pilz 发起。它的其他目标包括使用更多分析来提高产品质量、降低成本，并确定更多自动化对更大吞吐量有意义的地方。
去年，ACE 计划导致了柔性装配单元的设计和规范。许多电池目前在墨西哥的一家工厂中用于为建筑物制造火灾探测和防火产品，尽管该公司计划最终在整个北美的工厂中实施更多电池。
在单元中完成的组装过程包括拧螺丝和焊接，以及零件测试。指定的设备范围从送料器和手动工具到机器人（仅限 FANUC）。
“我们使用 3D 建模精心设计每个单元，”Hobgood 总结道。“我们为正在制造的产品定义了每个组装过程，以优化其价值。”
