鞋業革命：未來90%傳統制鞋生產線被機器人霸占

   鞋類裝配生產線一直存在十分傳統、勞動高度密集的特征，特別是在鞋類制造工藝的所謂鞋楦/制作階段。而新技術(特別是工藝自動化和機器人)表明了這一制鞋階段的組織具有創新方法。機器人正吸引著各種制造領域越來越多的關注，特別是勞動成本正在快速漲升的一些國家，包括中國。

　　基于此，本文探討用于制造帶有鞋面和粘接外底的鞋類機器人，以說明裝配生產線的組織如何受到機器人的影響以及制造系統的結構如何變化。

　　我們的聚焦點將是鞋類裝配(制造)生產線，但這并不意味著其它部門未應用機器人：過去和最近曾經開展了在完成操作中使用機器人的實驗，人們的理念已經推動將機器人用于縫制任務(三維縫制復雜的鞋類幾何結構)以及激光標記。

　　這些領域仍然存在巨大的發展空間，但是，目前我們仍然處于應用研究階段，需要時間才能目睹首批工業應用的出現。相反，對于制造操作，我們已經擁有目前用于生產的一些實施示例以及本分析中討論的新理念。

　　在調查機器人用于制鞋的目前和未來應用中，我們可以了解機器人操作的許多不同方式：

　　1、機器人操作末端執行器

　　這種方案，將一個特定的末端執行器(優化用于將要執行的任務，有時采用多種工具設置布局，設置中將兩個工具安裝在相同的末端執行器上)固定到機器人腕部，將需要加工的鞋類安裝到特殊支撐件上(在機器人是自動化系統的一部件時，一般為傳輸鞋類的托盤)并在機器人執行加工任務時將鞋類可靠固定在位。

　　2、機器人操作鞋類

　　第二種方案，將一個特殊的夾緊機構安裝到機器人腕部;使用夾子從空間內的給定位置(鞋類通常安裝在托盤上并在機器人前部傳輸)抓緊鞋類(或者最好通過安裝在其上的金屬連接板抓緊鞋楦)并將鞋類移動到一個或多個活動工作站(每個工作站執行一項特定任務或一部分任務)。

　　在此情況下，機器人也必須跟隨采用與前一種情況相似的方式編程的預定義軌跡移動(需要執行的每項特定任務或分任務的軌跡)。

　　機器人僅執行拾取和放置操作，這可能是最“創新”的方案，因此缺少這一方面的實施示例(這種現象并不奇怪)。在此情況下，機器人不在鞋類上執行任何“活動”任務，而是將需要加工的鞋類從一個工位“搬運”到另一個工位;這可能是可以使用機器人的最“人神一體”方式，即機器人執行的任務與操作員執行的任務(從傳送器上拾取鞋類并放入任何類型的自動化機器或者使鞋類從一臺機器傳送到另一臺機器)十分相似。這些操作就是典型的拾取和放置任務，屬于機器人的典型操作領域，我們可以全面利用它的靈敏度和速度。傳送器與機器或者機器與機器甚至是人機任務，就是在制鞋機器人的這種最后場景中我們可以想象的任務。

　　如果這些就是可以利用機器人執行鞋類操作的方式，則我們現在可以了解這些方式如何實際用于基于機器人的典型制造生產線。為此，我們必須考慮兩種要素：所有可能實施方案中的機器人本身，以及鞋類如何從生產線的一個工作站傳輸到另一個工作站，即采用哪種傳輸方式。

　　這兩種要素協同工作，工作方式導致實現一些典型的操作方案。

　　1、機器人+傳送器生產線(混合)

　　這個方案的關鍵要素在于傳送器，這在所有制鞋廠中都相當普遍。

　　在這種典型設置中，傳送器以環形方式傳輸鞋楦、鞋類半成品和部件;取決于需要實現的特定制造序列以及生產線的目標產量而定，機器和工位沿著圓環(或者其它形狀)分布。機器人單元可以方便“集成”于這種布局，通常能夠取代一名或多名工人的手動操作(例如打粗或粘接)，是使用專用數控制鞋機器的替代方案的代表。

　　但是，直接與其交互的傳輸系統并未真正服務于針對給定加工任務的特定機器人單元。事實上，操作人員操作生產系統的兩種要素，使其成為手動任務連接的獨立部件，通常完成了來往傳送器的鞋類傳輸，以便在機器人單元中加工。

　　ANZANI和ROBOT SYSTEM(機器人系統)公司曾在SIMAC展會上展示了這種理念的有趣發展，這兩個公司提出的解決方案基于帶有多個堆疊盤的傳統傳送器生產線。堆疊盤配有：特定夾具，在鞋楦沿著生產線從一個工作站移動到另一個工作站時，夾具可以固定鞋楦;一個特定的指數機構，用于停止鞋楦并將其可靠夾緊在特定工作站內，機器人該工作站執行鞋類的加工任務(例如鞋底或側面打粗);一種十分基本的簡潔傳送器智能替代方案;以及一種比復雜、昂貴的堆疊盤生產線更為便宜的解決方案。

　　2、全自動機器人生產線(基于托盤)

　　我們可以識別一定數量的與眾不同要素，這些要素代表著這種特定實施操作蘊含一流技術：

　　生產線上的機器人數量能夠與專用制鞋機(數控或手動)上的數量相比，甚至能夠超越。機器人用于典型的制造操作以及完成階段的一些初步步驟。

　　提供一種基于托盤的傳送器系統，該系統特別設計用于各種機器人工作站。系統集成了一些熱調整單元(熱定形機和冷卻器)以及一定數量的特定設計機器和夾具，用于完成機器人或專用機器未完成的制造序列和步驟。

　　采用電腦全面監控整個制造工藝(移動托盤、監控加工周期、跟蹤生產線上的各個批次、管理各種自動機器)，允許高水平控制工藝本身以及最佳利用沿著生產線分布的機器人。

　　生產線上仍有操作人員(數量相對較高)，但是，他們主要開展最精細和要求最嚴格的生產過程任務(我們可以稱為“增值任務”)或者將生產線維持在目標處理速率的必需操作。

　　也許，情況并不總是如此高度復雜和全面覆蓋整個制造和完成階段，但是，市場上已經存在此類示例;并不專門用于生產相對簡單的低成本類型鞋類，而且也生產要求高質量標準的鞋類。這些解決方案并非沒有問題和技術瓶頸，例如布局嚴格以及不可能處理存在重大制造周期差異的相同生產線鞋類。

　　3、傳送器生產線+機器人設備

　　雖然目前正在進行一些開發活動，但是，目前這一最后結構還沒有任何實際應用。在該方案中，充分利用了機器人能夠快速工作以及靈活拾取和放置設備的優勢。

　　例如，想想最現代化的傳送器系統，集成了所有最重要的加熱單元，周圍有各種一流的高科技機器。如果我們排除操作數量限制，則不管使用機器的技術水平如何，仍然需要提供操作人員(執行增值任務)，對于許多其它操作來說，工人的角色僅僅限于裝卸機器。理想情況下，這是一種機器人能夠執行的拾取和放置任務，為此，我們可以設像一種設置，機器人在這種設置內操作，從傳送器堆疊盤拾取鞋類，將鞋類置于合適的自動機器上(以便整形、打粗或粘接)并在步驟結束時將鞋類放回堆疊盤。因此，我們可以消除非增值任務的操作人員而降低相關操作人員的數量。

　　此時必須說明的是，我們描述的情況是一種極為理論化的場景，原因多種多樣。首先，從移動傳送器上拾取未受限定的隨機擺放鞋類顯然不是一項輕松的任務，除非我們考慮為機器人配備高科技傳感器(例如光學系統)。其次，我們現今知道的自動化機器，并未達到像其名稱誘發我們想象一樣的自動化程度，仍然需要工人啟動和停止，進行監控，以及在出現問題的情況下在需要時修正其操作。

　　總之，機器設計還未達到無人看管操作的程度，為此，要求達到一定的發展，以使其真正能夠自己工作。因此，目前制鞋中沒有采用這種方式使用機器人的示例也就不足奇怪;但是，我們認為，這種解決方案具有極高的吸引力，至少它代表著現有制造生產線的相對簡單升級，投資有限(因為現代機器人的購買價格降低)，并且具有長期節約潛力。

　　4、機器人設備-沒有傳送器生產線

　　在這種最后結構中，或許找到以前方法限制的答案。工人分組為團隊且使用的機器被密切定位在看板單元之中(例如設置)的組織形式已經出現相當長的時間;現在已經發現了另一種動機，能夠完美配合“精益工廠”的生產線制造范例，強調人工、能力和技術的中心作用等。

　　這是產生這種理念的一種寶貴起點，利用了全面使用機器人及其能力的進一步優勢。此處的理念是盡可能使用自動化機器執行鞋類的所有最相關的活動任務(例如整形、打粗和粘接)，使用高速、輕巧和低成本機器人處理所有搬運操作，使用專職工人執行大多數高增值處理步驟(鞋頭楦制、外底處理以及相似工作)。這種極度簡潔緊湊設置的主要特征是沒有傳送器或其它類型的傳輸系統(看板之類)，操作人員和機器人密切配合，以及具有內置緩沖能力。

　　機器人和自動化真正觸發了制造中的新“工業革命”嗎?這種情況并不好說。

　　當然，能夠滿足鞋企生產要求的新系統方法已經到來，因此，我們預計未來看到的景況是：單臺機器更少、生產系統更多;單種加工任務專注更少、加工方法更多，以便為特定生產需要提供綜合解決方案;剛性系統更少，解決方案更輕