设计您的产品，为自动化设计设计

忘记顽皮或不错。消费者想要他们想要的东西。制造商必须在市场上的价格提供。随着世界制造商竞争市场的新产品，努力降低成本，同时提高制造业效率，自动化和机器人在今年的许多愿望清单上。中国曾经是低成本劳动力的故乡，如今在机器人竞赛中处于领先地位．

随着全球劳动力成本上升，大规模定制成为常态，自动化和机器人技术预计只会激增。即使是传统的劳动密集型行业鞋类和服装行业正在采用更多的机器人自动化改变产品设计，采用无需缝合的粘合织物，便于自动化生产。机器人在你的运动鞋里?耐克做到了，而且阿迪达斯明年也会这么做．

设计工程师知道产品成本的85％在设计阶段确定。所以你开始研究自动制造过程以及它如何影响您的设计，更好。当您提出明智的设计决策时，您降低成本，提高效率，提高质量，以及速度到市场的时间。但你不能独自完成。您需要参加比赛的可信自动化合作伙伴。

“There are brilliant designers out there – ID (industrial design), ergonomics, mechanical engineers, electrical engineers, system architects – that design amazing products,” says Mike Answeeney, Senior Director of Value Engineering for Jabil Circuit Inc. “But it’s surprising to see how many of these brilliant engineers have little concept of producability in a volume manufacturing environment.”

DFX和Producability
可生产性是指在规模经济下生产产品的容易程度。这通常取决于产品的特性和设计特性，使其具有经济的制造、装配和可用技术的检验或测试。随着快速、可靠地交付产品的全球竞争达到疯狂的速度，自动化生产能力日益受到关注。

Jabil总部位于佛罗里达州圣彼得堡，是一家大量合同制造商，为世界各地的一些最知名品牌。2015年4月，Jabil在硅谷推出了一个创新集线器的蓝天中心，具有工厂的未来能力，将想法从vison孵化到原型，以全球生产。对于客户名单，如谁是谁是高科技电子产品，Jabil就如何为如何在全球范围内为市场设计为自动制造和速度产品的产品。

“我运行的组织被称为价值工程，这一切都是关于产品优化，”Alseeney解释说。“我们希望早期参与产品，我们的工作是帮助这些辉煌的设计工程师对制造环境中的生产性做出良好决策。”

Jabil一直是自动化装配(DFAA)设计的热心倡导者。零件设计考虑，如最小化装配所需的机器人运动数量，以降低复杂性和成本;增加自动调整的管理单元功能，以减少对螺丝或其他紧固件的需要;在这篇关于自动化装配设计的文章中，Jabil的工程师分享了DFAA的几个例子，其中包括防止自动分配胶粘剂流失的沟槽或通道。

DFX，或X设计，其中x可以等于许多举措，例如装配设计，因为成本，用于测试，用于维修或物流，是设计产品以获得最佳结果的主动方法。自动化制造的设计将人类元素从方程和挑战中脱颖而出，共同努力，研究产品设计如何满足人类干预的自动化流程，从固定自动化与机器人的灵活自动化。

早些时候更好
该合作什么时候应该发生？在CAD设计阶段或凌乱的鸡尾酒餐巾纸仍然是涂鸦？自动化专家同意，早期更好。

“我们希望尽早参与进来，”斯威尼说。“在概念阶段，甚至是在产品的人的因素和ID开发阶段，如果能参与进来，并向市场营销人员和ID开发人员提供建议，那就再好不过了。因为最终，一旦他们开始开发外观和感觉，以及产品如何从人体工程学的角度实际使用，这将定义很多形状和产品本身的一些功能。这些都是设计中的多米诺效应。”

如果你的产品是大批量生产的，而你没有在早期进行这些讨论，那么你可能需要改变设计以降低成本。但一旦设计进入生产线，改变产品设计的成本可能是巨大的。

在医疗器械市场尤其如此。自动化设计的早期干预是至关重要的，因为在监管部门批准后，即使是很小的设计更改也非常困难。看看这个关于自动化设备组件设计的文章．

他说:“不要在事后才去做降低成本的工作，而应该尽早参与进来，避免成本。”

这比硅谷更明显，初创公司和风险投资者比赛已经达到了发烧间距。

L2F是Lab2Fab™(从实验室到全尺寸制造)的缩写，在硅谷是一种罕见的物种。L2F成立于2011年6月，是美国西海岸为数不多的工业机器人集成商之一，也是唯一一家RIA认证机器人集成商在加州。基于弗里蒙特的集成商在电子、食品和饮料、汽车、包装和生物医学等行业具有自动化制造过程的经验。

虽然谷谷的快节奏的启动世界，但L2F的Cofounds都是密歇根州肯特大学的毕业生，在那里他们赢得了本科工程学位。

“我们是热爱制造业的中西部人，刚刚恰好享受硅谷的启动氛围，”首席执行官肖恩·兰格说，在三菱电动自动化之前，在六年内占据了六年。“我们所做的大多数事情都是机器人。”

他的联合创始人、L2F总裁德里克•皮茨解释道:“通过将我们的工作文化和敏捷方法引入到项目管理中，我们能够在所有这些不同的市场中展开业务。”两人还参加了圣克拉拉大学的硕士课程。

“我们能够在设计上非常快速地迭代，并非常快速地了解客户的产品，内部流程以及其制造过程，”普遍竞争。“您可以获得一个非常紧密的工程和产品开发专业知识。我们成功的重点是这种敏捷开发方法，硅谷出来。您必须与您的客户一起工作，以从头开始开发产品。通过开发过程与客户有更多的互动，结果越好。“

Pietz担任这款敏捷开发方法和L2F的合作环境，以实现集成商的成功。

他解释说:“我们有很多客户，他们只有三个人，手里拿着一大堆钱，在一幢空楼里，试图推出自己的产品。”“我们必须与他们一起迭代产品、流程和设备。他们甚至可能不知道自己到底想要什么，所以你必须从一开始就合作开发这个概念。”

可信赖的自动化伙伴
Lange说公司应该尽早​​带来它们。

“我们现在正在进行的最佳关系之一，我们从他们组建他们公司的30天开始向客户们参与其中，”他说。“早期，我们正在寻求这些公司。现在他们来找我们。机器人制造商只需要在硅谷的存在即将到来。我们是唯一的（RIA）认证公司在这里。“

他说，他们的大多数客户最初并不了解机器人工业协会是做什么的，以及严格的集成商认证过程的重要性。

“然后我们向他们解释什么是认证过程，RIA是如何看待我们的过程的，我们是如何做事情的，我们有什么样的人才，我们接受什么样的培训，等等。我们喜欢把它解释为我们所从事的工作的ISO认证。”

RIA认证机器人集成商计划支持集成商的最佳实践保护终端用户和供应商．

“人们会致电我们进来，帮助他们摆脱果酱，”在密歇根州的RIA认证机器人集成商的应用制造技术（AMT）的业务发展总监Jordan Merbib说。“这对我们来说是一个非常普遍的故事情节。他们通常花更多的钱走出果酱。“

这家自动化工程公司希望你能省钱，让他们把你从麻烦中解救出来。AMT专业从事物料搬运、机器抚平、涂层、点胶、组装、包装、码垛和焊接应用。

“我们真的没有专注于特定市场，”梅布利斯解释道。“因为我们在底特律并且已经存在了一段时间（26年），我们已经在车身店和动力总成部分做了很多汽车工作。在过去的八年里，我们已经多样化进入其他行业。包括食品和饮料，医疗器械制造，生命科学和替代能源。

“我们在很多行业和大量应用程序中都有经验，因此我们能够客观地查看某人的制造问题，并帮助他们弄清楚解决它的正确方法，”梅兰安说。“在制造中，有许多行业类似的过程。我们能够帮助许多新的自动化公司。他们可能有一个问题，他们认为他们的行业是独一无二的，但我们在其他行业看到它，所以我们可以帮助他们弄清楚如何自动化它。“

他赞同其他人关于尽早让自动化合作伙伴参与产品设计过程的观点。

“一旦你在考虑如何生产产品，就把我们带进来，”Merhib说。“如果我们得到一个足够早的机会，很多时候我们会就他们可能如何改变自己的产品来帮助实现自动化提出建议。”他举了一个具体的例子。

Merhib解释说:“有一家公司找到我们，他们正在设计一种用于水工业的产品。“他们产品的魔力在于软件，以及他们将如何将这种软件引入一款可以通过蓝牙设备远程控制的产品。然后他们必须设计和制造一种物理产品进入供水系统。但他们对制造业一无所知。

公司转向AMT帮助他们自动化大会。

“部分产品有一个电子元件，它有没有焊接到它的电线，”梅布利解释道。“我们看着他们的原型设计，说得很好，这很棒，但如果你按下这个顺序建造它，你需要一个人将其分开焊接电线，然后将其放在一起，这极为不切实际。我们向他们解释说，他们可以使用快速断开连接，这使您能够在不影响功能的情况下按顺序构建产品。“

Merbip表示，模拟在自动化制造的设计中起着关键作用。

Merhib说:“目前我们所谓的数字化制造，实际上是模拟工具和3D建模，这种软件现在处于一种状态，我们可以在实际生产之前虚拟制造一个部件。”“通过这种方式，我们可以在问题发生之前就预见到问题，并建议对流程或产品设计进行修改，以解决问题。”

他描述了一个特定的应用，其中略微调整成功地实现机器人水射流切割过程的所有差异。

Merhib解释说:“我们正在与一家太阳能公司合作，帮助他们将产品从原型机发展到大批量生产。”这项工作的一部分包括为他们的制造和装配过程的各个部分寻找自动化解决方案。当评估机器人水射流切割作为其中一个玻璃部件的选择时，我们意识到其指定的设计公差超出了现有机器人水射流解决方案的能力。

“与水射流集成商一起，我们研究了系统精度的技术选择，但最终，在与客户进一步评估和讨论后，我们确定玻璃组件的指定公差是不必要的紧凑。我们证明，放宽元件公差不会影响最终产品的性能，但这将允许他们在工厂实施标准的机器人水射流解决方案。这正是他们所做的。

“任何人都可以购买进入综合系统的产品和组件，”Merbib。“很多人都说好，我不需要积分商。我只是去买所有这些东西并把它放在一起。但大多数时候，试图做的人没有经验避免自动化体验不良的陷阱。“

上市时间
Pietz表示，对于L2F客户的自动化设计和他们在山谷中服务的技术为导向的市场的最大优势是时候到市场了。

“新产品、新创新、新公司的上市时间，这才是关键。通过尽早观察自动化，您可能会跳过一些开发步骤。你也许可以证明某种程度的试点开发，让你更有效地迭代你的产品。甚至可能跳过一些以后不需要的自动化步骤。因为你成功地管理了风险，更有效地管理了终端用户体验，所以你可以提前几个月，甚至几年推出游戏。”

他说这对风险投资竞争也至关重要。

“什么风险资本家真的希望看到几个主要示威活动，”Pietz解释道。“首先，他们希望看到可行的产品和后来缩放产品的能力。这就是在早期拥有自动化伙伴的重要性。我们可能有更多的机械能力和产品开发能力，而不是其他系统集成商。我们能够帮助解决这个初始原则证明步骤，在那里我们可以帮助别人在投资者或客户面前获得有形的原型。然后后来展示了试点的生产，以表明他们能够有效地管理批量生产。这将有助于他们在提高他们的系列资金时获得牵引力。“

“硅谷沙山公路投资者，VCS在这里，他们没有耐心，”兰格说。“他们希望看到一些事情很快。我们非常擅长在那些科技路线图上与客户合作，并了解您需要展示您的投资者的内容。我们将帮助您到达那些里程碑，以便您可以获得您的下一部分资金发布。这是硅谷比世界上任何地方更好的东西，让工程师聚集在一起，真正快速创新。“

无论您的信任合作伙伴是一种自动化解决方案集成商还是合同制造商，自动化设计允许您扩展全球生产。

有了自动化，旅行还会吗
设计用于自动化制造产品的产品在您的制造设施中提供了更大的灵活性。

“如果您正在设计Automation的装配，它还可以让您将其放在世界任何地方，”Jabil的Answeeney说。“你没有遵循劳动力成本。If you’ve designed it so you’re almost fully automating the assembly process, you can put that process anywhere, whether it’s in a high-cost labor region or a low-cost labor region, because you’re really talking about capital equipment cost at that point and that doesn’t change a whole lot from region to region.

“在很多情况下，客户会将产品从一个合同制造商转移到另一个制造商，”安斯维尼说。“他们现有的CM可能存在质量问题或产量问题，或者无法满足供需，甚至可能存在成本问题。也许他们是一级或二级制造商，可能是一家美国制造商，他们在亚洲或低成本地区没有任何制造能力。它们的产量已经增长到一定程度，以至于有必要先签订一个更大的CM合同，然后再将其转移到成本更低的地区。他们会去找像贾比尔这样的人。”

手工或机器更容易
没有自动化的计划？所以你认为没有必要考虑你的产品设计中的自动化吗？再想一想。凭借自动化设计的产品往往最终更容易用手组装。

“我认为设计自动化更容易预期，而不是尝试在事实之后尝试鞋掌自动化，”Jabil的Answeeney说。“如果您设计具有自动组装或组装自动化部分的产品的产品，通常只是良好的设计练习。即使您最终完成了组装它，常离设备可能更容易，当它设计用于自动化时，它可能更容易装配它，因为您正在谈论镜像部件和自下而上或自上而下的组装。这是一个更简单的顺序的过程。“

当产品设计为手工装配时，人工装配具有触觉反馈的优势。如果一个部件不能正确地组合在一起，他们可能会重新定位组件的位置，甚至扭曲和弯曲它们，以使它们更容易地组合在一起。

“当你将某件事自动化时，你就没有那么多的触觉反馈，”斯威尼说。“它必须具有非常高的可重复性和校准性，公差必须匹配，这些都是良好的设计实践的一部分。我认为每个产品都应该为自动化而设计。最终，无论你是自动化还是手工组装，它都会让事情变得更容易。”

灵活，精确的自动化
消费电子产品越来越小，大会公差更紧张。当产品无法使用手动过程时，柔性自动化对生产过程变得至关重要。

在灵活的自动化上查看此视频由JABIL提供。

“可穿戴市场市场正在爆炸，这是巨大的！每个人都有一些腕带，在你的身体中监视半个职能，“Answeeney说。“其中大部分都是飞溅或试图防水。但是液体进入水平存在挑战，试图将液体和液体从装置中脱离。您有很多功能包装成一个非常灵活的非常小的设备。一直穿着的东西，可以淹没，可以在淋浴中佩戴。需要轻松组装的东西，这是大批量生产的东西。你是如何完成所有的？

“你开始使用粘合剂把东西放在一起，”回答丁们解释道。“真的是获得一致的产品，其中一个符合您铺设粘合剂的东西是自动化的。但随后又回到了如何设计本机本身，所以当你把产品放在一起时，你没有粘合剂。

“自动化可以让你更准确地分配特定数量的粘合剂，而不是手动过程，有人坐在那里拿着一个注射器，可能会在这个区域放一大堆，也可能不会在那个区域放很少，”他继续说。“如果你是自动化的，你有一个非常明确的路线来铺设粘合剂和非常明确的量分配。这样，实际的组装过程就可以实现自动化，所以你要对产品的不同部位施加恒定的压力，将它们组装在一起。然后你可以有视觉系统，以确保在组装过程中没有任何外观问题或缝隙。”

关键注意事项——把握住
L2F的皮茨说，他们的机器人主要用于材料处理或组装，通常是小部件的组装。由于物料搬运，部件可能更大，在700公斤的范围内。他详细阐述了设计自动化处理产品时的几个重要考虑因素。

“我们通常设计整个臂端和饲养系统，也可以向机器人提供零件，”他说。“确保在某处挑选Darn件的地方非常重要，部分安全处理区域。如果部分是微妙的，可能很难在某处抓住它或用吸盘挑选它。有时它有助于拥有额外的法兰或至少一个安全地抓住的区域。如果有一个化妆品表面，我们不应该触摸，他们需要一定要为机器人提供非化妆品表面，以便接触。“

“了解有多少不同产品需要以智能时装群体跑步，以便智能时尚群体需要运行多种产品，因此您不会为您的进程增添太多复杂性，”他补充道。

他还表示，包括允许组装对齐的功能是很重要的。这些可包括铅，引导销，棘爪或倒角。

“如果你试图将轴推入一个孔，如果轴的第一部分是较小的直径，可以更容易地安装到孔中，然后你可以直接将其推入开口。在您将其放在一起检查组件时，包括在检查组件中的内容也非常重要，所以您知道您正在生产良好的装配。这可能是可以用机器视觉识别的标签或法兰或标记。“

Pietz补充说，通过仔细使用对称性的部件设计是一个很好的策略。

皮茨解释说:“如果零件可以是无限对称的，在我们得到零件后，它们的方向就不重要了，这很好，因为它可以使抓握更容易。”“或者如果零件明显不对称，那么我们也可以利用这一点来保持系统的简单，利用对齐、抓握特征或识别和识别来利用不对称。”

让它进入你的视野
由于相机和支持软件的成本继续下降，因此机器视觉越来越成为自动制造过程的组成部分。

“我们真的很喜欢视觉或非接触式传感器，”L2F的Lange说。“今天很多机器人制造商都有机器人的良好包装。愿景的关键是如果可以，可以消除零件的反射率。每个人都喜欢让事情变得美好而且闪亮，但这真的很难审查零件中的细节，因为他们得到反思并将事物弄脏。你可以用照明和各种各样的东西玩，但这是视力的开发成本开始变高的时候。当您需要开始偏离每个机器人的标准检查摄像头时，您将增加成本。“

要快速接收最新的机器视觉功能，请退房最新的传感器提供更高的速率-分辨率．

Jabil's Answeeney提供了一种手动检查过程的示例，该过程是自动化的机器视觉。

他解释说:“我们当时在亚洲制造一种产品，是一种安装在机架上的系统，在前端用户界面面板上有一堆led。”“这涉及人工检查，所以有一个真正的人来寻找校准，亮度或强度，led的颜色一致性。如果你有两个相邻的红色led，你希望红色是相同的。你可以在成批的led中得到类似的变化。

“手动过程涉及到主观性，”Answeeney说，并指出，当人类进行检查时，“失败逃逸”的风险总是更高。因此，在与客户讨论并进行测试以显示影响之后，Jabil继续自动化视觉检查过程。

“我们有一台相机，让我们看看LED的对齐，”他说。“它允许我们查看颜色，亮度以及它们是否实际安装和运行的一致性。它消除了生产线上的在线检查员的需求。它允许更大，更快的检查过程，以及更加一致的检查过程。我们的收益率上升了，我们的（产品）退货了。它使我们的客户非常高兴。

“客户始终想要降低成本，所以我们一直在看，看看我们是否可以自动化制造程序集中的流程，”Answeeney添加了Answeeney。“有时有一些更高的前期成本，但在产品的生活中，自动化会带来降低成本。它可以减少手动劳动者的头部，在物理触摸产品中，这总是带来风险。装配越羊，更好。“

Answeeney说，人类在装配线上可以提供反馈，但它是主观的。

他解释说:“两名检查员可能目睹了同样的失败，但对它的分类却不同。”“因此，用视觉系统和传感器实现这一电子自动化过程，并将其全部放入一个能够远程访问和运行数据分析的数据库中，这是未来工厂的一个重要组成部分。”

连接，物联网和数据-未来的现在
L2F的首席执行官表示，未来的工厂就在这里。机器对机器(M2M)通信、物联网(IoT)、云计算，以及它们制造出来的所有数据，都在工厂车间迅速获得势头，甚至比我们在1月份的《华尔街日报》上所预测的还要快2015年及以后的机器人技术:协作，连接，融合．

兰格说:“我们坚信任何地方的数据都可以生成、捕捉和趋势化——去做吧。”“如果你能在被拒绝的时候拒绝，那就更好了。很多检查都是在整个组装完成后进行的。但是今天有了技术和自动化，他们可以收集数据，你可以实时看到事情发生。你可以说不要把剩下的部分放进去，不要浪费这些部分。没有缺点，这在汽车制造业是很重要的。让我们不要让错误继续前进。要么马上解决，要么把它赶出系统。”

“物联网和工业物联网(IIoT)就在这里，”兰格说。“尽可能多地获取数据。看看电流，看看电压和马达。来自机器的数据可以真正改善你的制造过程。我们已经有一个自己的MES连接产品，你可以从我们的货架上购买。该系统几乎可以连接到任何PLC，我们可以深入到地板上的工具和提取信息，以帮助提高生产，产量和吞吐量。这是非常强大的。”

“我们在大多数机器中包括能源监控，以便人们可以减少他们的能源使用情况，这对于客户来说是巨大的。数据和IIOT是创新的成熟。我们将其设计为从Get-Go的系统中。“

兰格说:“没有数据，你就无法进行持续的改进。”“我认为这就是为什么很多人搞不清楚物联网及其在制造业中的工作原理，因为实际上你必须首先进行数据收集，并在知道它有多有用之前查看数据。”

兰格引用了一个在食品和饮料行业从未实现过自动化的应用实例。

“整个项目参数是减少手工劳动力。这是一个非常密集的操作，人们无法处理超过10或15分钟。因此，我们开发了一个具有多个机器人的自动化解决方案，它将他们的运营从五个人到两个人。从Get-Go的情况下给了他们两年或更短的投资回报率。“

但他说真正的优势相当意外。

“在我们部署了我们的系统并对质量检查有了远见之后，我们开始拒绝他们的一些产品。当我们完成所有这些修复时，我们的生产速度达到了有史以来最好的一天。”

他说，这是客户50多历史中最高的。

“我们并没有勉强达到目标。我们砸碎它!他们现在平均每天能多生产25%的产品。它们达到了理论上限的90%左右，而大多数食品和饮料行业的理论上限约为80%。”

兰格说，在你开始安装传感器和软件并检查数据之前，你不会意识到你有多大的改进空间。

在产品设计的早期阶段探讨自动化的可能性（和挑战），从事康复到自动化专家，并注意能够影响循环时间，质量和成本的小细节，这一切都很好2016年及以后的制造策略。你的举动。

本文介绍的RIA成员:

• 应用制造技术有限公司
• Jabil Circuit Inc.（用户成员）
• L2F Inc.