1.简介

自从19世纪初开始，日益增长地对成品的大量需求，特别是武器工业，使得工程师寻找发展新的制造生产方法。在各种制造工艺得到发展后，现在已经可以以低成本地大批量生产高品质的有价值的商品。当两个或更 多的组件要被牢固地组装在一起时，我们需要的是更重要的制造工艺，而这个工艺就是装配工艺。

装配工艺的发展历史和大批量生产方法的发展紧密相连。批量生产的先锋也是现代装配技术的先锋。他们的想法和理念给服务于高产的装配方法带来了重要的发展。

然而，尽管制造工程的很多方面，尤其是零件的制造工艺，已经因为自动化的应用发生了革命性的变化，但是基础装配的技术没有跟上。表1.1显示，在美国35年前，与装配工艺相关的所有劳动力的比例从大约农用机械制造业的20%变化5到几乎占电话及通信设备制造业的60%。正因为如此，装配成本经常占整个制造成本的50%以上。

表1.1 装配相关的生产工人百分比
（来源：来自美国统计局1967年的制造业统计）

尽管在最近几十年里，高速自动化的应用和最近装配机器人的使用减少了装配成本，但是这种成功是有限的。很多装配机械产品的工人仍然使用和工业革命时期相同的基本工具。

1.1 装配工艺的历史发展

在早期，零件的制造和它们的配合装配是由从学徒开始学习手艺的工匠完成的。每个零件必须被定制来配合它的配合件。最终，工匠需要成为一名制造装配各方面的专家，而且训练一名新的工匠一项长期而且昂贵的任务。产品的范围经常受限于训练有素的工匠的能力，而不是产品的需求。这个问题由于手艺协会不愿意增加特殊技艺的工人数量而复杂化了。

然而，战争的开展需要大量的可靠的武器。在1798年，美国需要大量滑膛枪，联邦武器厂无法满足需求。因为和法国的战争迫在眉睫，美国不可能从欧洲获得额外的供应。伊莱·惠特尼（现在被认为是批量生产的先驱者之一）提供并订立合同在28个月内制造一万支滑膛枪。尽管花了十年半的时间完成了合同，惠特尼关于批量生产的新颖理念成功地得到了证明。首先惠特尼给每个零件设计了模板，但是他发现机械师没有按照轮廓加工的能力。下一步他开发了一台能够按照模板加工的铣床，但是零件的手配仍然是必需的。最终在康涅狄格州纽黑文特意为生产滑膛枪建造的工厂添加了生产互换性零件的机器。这些机器减少了各种工人的技术需求并且能够实现生产效率的明显增长。在1801年一场历史性的演示中，惠特尼从随机的零件堆中挑选出一些后组装出滑膛枪锁后，他震惊了尊贵的来访客人。

伊莱·惠特尼工作的成果在制造方法上带来了三个基本发展。首先，零件在机器上被制造出来使得比手工制造的零件有持续的更高的质量。这些零件是可互换的，带来的成果就是装配工作变得简单了。第二，最终产品的精度能够保持在更高的水平。第三，生产效率明显的提高了。这些理念作为美国制造系统而闻名。

奥利弗·伊万斯的将材料从一个地点到另一个地点的无人传送理念最终引起了装配自动化更深的发展。在1793年，伊万斯在一家只需要两名操作工的自动化面粉厂使用了三种类型的传送机。第一个操作工将谷粒倒进漏斗，第二个操作工将从磨坊生产的面粉装进袋子里。所有中间的操作都是自动完成的，传送机从一个工位将材料搬运到另一个工位。

对装配方法起到重要贡献的是伊莱休·鲁特。在1849年，鲁特进入了生产科尔特六发左轮手枪的公司。即使在那个年代，装配零件的各种操作相当简单，他将这些操作划分成基本单元使得装配可以更快地实现而且几乎没有错误的机会。鲁特对于操作的划分提升到了“分工和多种输出”的理念。利用这个原则。装配工作被减少到基本的操作。工人只需要短时间的培训，就能获得高效率。

弗雷德里克·温斯洛·泰勒可能是第一个将时间方法和动作学习引入到制造技术的人。目的就是通过确保与工作相关的事物安排在最好的位置来节省工人的时间和精力以完成需要的工作。泰勒也发现任何工人都有一个最合适的工作速度，如果超过了那会导致整体表现的下降。

毫无疑问，对现代生产及装配方法最重要的贡献者是亨利·福特。他用以下的话语来描述他的装配原则：

• 按照操作的顺序安排好工具和员工，这样每个零件在完成的过程中需要经过的距离最短。
• 使用工作滑台或其它搬运形式使得工人可以在同一个放下零件的位置完成操作，这个位置必须是到到手里最舒服的位置。而且如果可能，利用引力搬运零件到下一个工人。
• 利用流动装配线以合适的间隔排列要组装的零件使得它们更容易被操作。

这些原则被逐渐地应用到福特T型汽车的生产中。

现代装配线技术首先被用在飞轮磁电机的装配上。如果按照原始方法，一名操作者要花20分钟装配一个磁电机。后来发现当工艺被分成29个独立操作并且在装配区由沿着装配线的不同的工人完成这些操作，所有装配时间减少至13分10秒。当装配线的高度提高8英寸，时间减少到5分钟。这个时间是原来装配工艺所需时间的四分之一。这个成果鼓励亨利·福特在工厂其它部门应用他的装配系统来生产汽车配件。随后，这个措施给那些主要的汽车装配带来了持续的迅速增长的部件供应流。后来发现这些工人不能应付增长的负荷。不久，很明确的，主要装配也不得不由装配线来实现。首先主要装配的运输通过用一根绳子简单地拉它们从工位到下一个工位来完成。然而，即使是这样的一个发明在总装配时间上产生了惊人的缩减，从12小时28分到5小时50分。最终一个电力驱动的不停的传送带被安装上了。它与地板平齐，同时足够宽来放得下一个底盘。工人无论是坐或站还是操作都有空间当工人操作时，他们有空间坐或站立。传送带以每分钟6英尺的速度移动穿越45个独立工位。随着这个传送带的引入，总装配时间减少到93分种。通过进一步改善，总装配时间变的更短。最终，工作日内每10秒1辆车的生产率得以实现。

虽然福特的生产目标已经被超越，总体上产品质量也得到相当改善，但是装配的产品与精确的手工原型标准还是由差异的。最后，福特同意通过了一种在实际批量生产前分解难题并提前纠正它们的方法。这个方法从根本上来说就是设立一个试验工厂，将一套完整的装配线安于其中，并使用相同的工具、模具、成形设备、测量设备甚至最后会用在批量生产中的工作技巧。这个方法现在已经成为所有大型装配工厂的标准工作。

在前文中描述的装配系统类型通常称呼为手工装配线，它仍然是大批量生产产品的最普遍的装配方法。然而自从20世纪开始，用机械设备代替手工装配工人的方式被引进了。这些设备以自动化装配设备或有零件送料装置的转台以及最近的带有零件托盘的机器人这些形式出现。

这样在一开始，自动螺丝刀、螺帽扳手、铆钉机、点焊接头和拾放设备在工位到工位的传送设备上就位。从仓库或自动化给料设备出来（通常是一个振动料斗）出来的有流向的零件给每个回转台供料。有特殊独立目的的回转台能够持续重复相同的操作，这样的操作通常花不了几秒钟。这意味着完整的装配以大约每分钟10～30的速度进行生产。

这种自动化类型一般被称为机械化。因为它只能用于批量生产，它的发展与某些工业比如生产武器、汽车、钟表或其它消费类产品的行业紧密关联。机械化被用于例如灯泡和安全别针这种需要大量生产的个人物品制造上。然而，机械化在很可能在例如食品、药物和化妆品工业上首先大面积地应用于加工制造。

相对 整个耐久品的产量，披露生产的耐久品比例估计在15%~20%。因此，只有大约5%的产品是被自动化装配，剩下都是人工装配这件事也没什么让人惊讶的了。结果就是，二战之后，人们越来越关注在装配中使用机器人的可能性。因为机器人本质上是多用途和可重复编程的，人们感觉到机器人能够应用于中小批批量的制造，而这覆盖了所有制造的80%。

根据施瓦兹^[1]所述，乔治德沃尔在1954年获得了编程传送设备专利，这是现代机器人的雏形。1956年乔治德沃尔与约瑟夫恩格尔伯格的一次见面中，第一台现代工业机器人——终极者^[2]被构思出来。在1961年，终极者在通用汽车线参与处理压铸件。

工业机器人首先被应用于材料处理上，例如压铸和冲压操作上。到了1968年，它们开始应用于装配中。到1972年，超过30种不同的机器人可以用于15种制造中。

尽管有这些发展，机械和电子机械装配除了大批量生产外仍然难以实现自动化。而这个例外是电子工业，更具体的说是印刷电路板（PCB）装配。由于这个产品的特殊属性，曾在20世纪50年代早期被引入过，在这个行业应用装配自动化是可能的，即使是小批量亦可。

刚开始，PCB组件是被手工插入以及它们的引脚需要手工焊接。为了减少焊接时间。

1. ↩
2. ↩