鞋類裝配生產(chǎn)線一直存在十分傳統(tǒng)、勞動(dòng)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。新技術(shù)（特別是工藝自動(dòng)化和機(jī)器人）表明這一制鞋階段的組織具有創(chuàng)新方法。機(jī)器人正吸引著各種制造領(lǐng)域越來越多的關(guān)注，特別是勞動(dòng)成本正在快速漲升的一些國(guó)家，包括中國(guó)。我們將在本文中探討用于制造帶有裝有鞋面和粘接外底的鞋類的機(jī)器人，以說明裝配生產(chǎn)線的組織如何受到機(jī)器人的影響以及制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如何變化。
我們的聚焦點(diǎn)將是鞋類裝配（制造）生產(chǎn)線，但這并不意味著其它部門未應(yīng)用機(jī)器人：過去和最近曾經(jīng)開展了在完成操作中使用機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)，人們的理念已經(jīng)推動(dòng)將機(jī)器人用于縫制任務(wù)（三維縫制復(fù)雜的鞋類幾何結(jié)構(gòu)）以及激光標(biāo)記。這些領(lǐng)域仍然存在巨大的發(fā)展空間，但是，目前我們?nèi)匀惶幱趹?yīng)用研究階段，需要時(shí)間才能目睹首批工業(yè)應(yīng)用的出現(xiàn)。相反，對(duì)于制造操作，我們已經(jīng)擁有目前用于生產(chǎn)的一些實(shí)施示例以及本分析中討論的新理念。
在調(diào)查機(jī)器人用于制鞋的目前和未來應(yīng)用中，我們可以了解機(jī)器人操作的許多不同方式：
● 機(jī)器人操作末端執(zhí)行器。在第一種方案中，將一個(gè)特定的末端執(zhí)行器（優(yōu)化用于將要執(zhí)行的任務(wù)，有時(shí)采用多種工具設(shè)置布局，設(shè)置中將兩個(gè)工具安裝在相同的末端執(zhí)行器上）固定到機(jī)器人腕部，將需要加工的鞋類安裝到特殊支撐件上（在機(jī)器人是自動(dòng)化系統(tǒng)的一部件時(shí)，一般為傳輸鞋類的托盤）并在機(jī)器人執(zhí)行加工任務(wù)時(shí)將鞋類可靠固定在位。
● 機(jī)器人操作鞋類。在這種替代方案中，將一個(gè)特殊的夾緊機(jī)構(gòu)安裝到機(jī)器人腕部；使用夾子從空間內(nèi)的給定位置（鞋類通常安裝在托盤上并在機(jī)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(dòng)到一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)工作站（每個(gè)工作站執(zhí)行一項(xiàng)特定任務(wù)或一部分任務(wù)）。在此情況下，機(jī)器人也必須跟隨采用與前一種情況相似的方式編程的預(yù)定義軌跡移動(dòng)（需要執(zhí)行的每項(xiàng)特定任務(wù)或分任務(wù)的軌跡）。
● 機(jī)器人僅執(zhí)行拾取和放置操作，這可能是最“創(chuàng)新”的方案，因此缺少這一方面的實(shí)施示例（這種現(xiàn)象并不奇怪）。在此情況下，機(jī)器人不在鞋類上執(zhí)行任何“活動(dòng)”任務(wù)，而是將需要加工的鞋類從一個(gè)工位“搬運(yùn)”到另一個(gè)工位；這可能是可以使用機(jī)器人的最“人神一體”方式，意即機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)與操作員執(zhí)行的任務(wù)（從傳送器上拾取鞋類并放入任何類型的自動(dòng)化機(jī)器或者使鞋類從一臺(tái)機(jī)器傳送到另一臺(tái)機(jī)器）十分相似。這些操作就是典型的拾取和放置任務(wù)，屬于機(jī)器人的典型操作領(lǐng)域，我們可以全面利用它的靈敏度和速度。傳送器與機(jī)器或者機(jī)器與機(jī)器甚至是人機(jī)任務(wù)，就是在制鞋機(jī)器人的這種最后場(chǎng)景中我們可以想象的任務(wù)。
如果這些就是可以利用機(jī)器人執(zhí)行鞋類操作的方式，則我們現(xiàn)在可以了解這些方式如何實(shí)際用于基于機(jī)器人的典型制造生產(chǎn)線；為此，我們必須考慮兩種要素：所有可能實(shí)施方案中的機(jī)器人本身，以及鞋類如何從生產(chǎn)線的一個(gè)工作站傳輸?shù)搅硪粋€(gè)工作站，即采用哪種傳輸方式。這兩種要素協(xié)同工作，工作方式導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)一些典型的操作方案。
機(jī)器人單元 + 傳送器生產(chǎn)線（混合）
第一種解決方案的關(guān)鍵要素是具有幾乎在所有制鞋廠中都相當(dāng)普遍的典型傳送器。在這種典型設(shè)置中，傳送器以環(huán)形方式傳輸鞋楦、鞋類半成品和部件；取決于需要實(shí)現(xiàn)的特定制造序列以及生產(chǎn)線的目標(biāo)產(chǎn)量而定，機(jī)器和工位沿著圓環(huán)（或者其它形狀）分布。機(jī)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(dòng)操作（例如打粗或粘接），是使用專用數(shù)控制鞋機(jī)器的替代方案的代表。但是，直接與其交互的傳輸系統(tǒng)并未真正服務(wù)于針對(duì)給定加工任務(wù)的特定機(jī)器人單元。事實(shí)上，操作人員操作生產(chǎn)系統(tǒng)的兩種要素，使其成為手動(dòng)任務(wù)連接的獨(dú)立部件，通常完成了來往傳送器的鞋類傳輸，以便在機(jī)器人單元中加工。
ANZANI和ROBOT SYSTEM（機(jī)器人系統(tǒng)）公司在最近一次SIMAC展示會(huì)（2013年10月舉辦）上展示了這種理念的有趣發(fā)展，這兩個(gè)公司提出的解決方案基于帶有多個(gè)堆疊盤的傳統(tǒng)傳送器生產(chǎn)線。堆疊盤配有：特定夾具，在鞋楦沿著生產(chǎn)線從一個(gè)工作站移動(dòng)到另一個(gè)工作站時(shí)，夾具可以固定鞋楦；一個(gè)特定的指數(shù)機(jī)構(gòu)，用于停止鞋楦并將其可靠夾緊在特定工作站內(nèi)，機(jī)器人該工作站執(zhí)行鞋類的加工任務(wù)（例如鞋底或側(cè)面打粗）；一種十分基本的簡(jiǎn)潔傳送器智能替代方案；以及一種比復(fù)雜、昂貴的堆疊盤生產(chǎn)線更為便宜的解決方案。
全自動(dòng)機(jī)器人生產(chǎn)線（基于托盤）
我們可以識(shí)別一定數(shù)量的與眾不同要素，這些要素代表著這種特定實(shí)施操作蘊(yùn)涵有一流技術(shù)：
● 生產(chǎn)線上的機(jī)器人數(shù)量能夠與專用制鞋機(jī)（數(shù)控或手動(dòng)）上的數(shù)量相比，甚至能夠超越。機(jī)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(tǒng)，該系統(tǒng)特別設(shè)計(jì)用于各種機(jī)器人工作站。系統(tǒng)集成了一些熱調(diào)整單元（熱定形機(jī)和冷卻器）以及一定數(shù)量的特定設(shè)計(jì)機(jī)器和夾具，用于完成機(jī)器人或?qū)Ｓ脵C(jī)器未完成的制造序列和步驟。
● 采用電腦全面監(jiān)控整個(gè)制造工藝（移動(dòng)托盤、監(jiān)控加工周期、跟蹤生產(chǎn)線上的各個(gè)批次、管理各種自動(dòng)機(jī)器），允許高水平控制工藝本身以及最佳利用沿著生產(chǎn)線分布的機(jī)器人。
● 生產(chǎn)線上仍有操作人員（數(shù)量相對(duì)較高），但是，他們主要開展最精細(xì)和要求最嚴(yán)格的生產(chǎn)過程任務(wù)（我們可以稱為“增值任務(wù)”）或者將生產(chǎn)線維持在目標(biāo)處理速率的必需操作。
也許，情況并不總是如此高度復(fù)雜和全面覆蓋整個(gè)制造和完成階段，但是，市場(chǎng)上已經(jīng)存在此類示例；并不專門用于生產(chǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單的低成本類型鞋類，而且也生產(chǎn)要求高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的鞋類。這些解決方案并非沒有問題和技術(shù)瓶頸，例如布局嚴(yán)格以及不可能處理存在重大制造周期差異的相同生產(chǎn)線鞋類。
機(jī)器人和高度自動(dòng)化的系統(tǒng)
傳送器生產(chǎn)線 + 機(jī)器人用作操作設(shè)備
雖然目前正在進(jìn)行一些開發(fā)活動(dòng)，但是，目前這一最后結(jié)構(gòu)還沒有任何實(shí)際應(yīng)用。在該方案中，充分利用了機(jī)器人能夠快速工作以及靈活拾取和放置設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。例如，想想最現(xiàn)代化的傳送器系統(tǒng)，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(jī)器。如果我們排除操作數(shù)量限制，則不管使用機(jī)器的技術(shù)水平如何，仍然需要提供操作人員（執(zhí)行增值任務(wù)），對(duì)于許多其它操作來說，工人的角色僅僅限于裝卸機(jī)器。理想情況下，這是一種機(jī)器人能夠執(zhí)行的拾取和放置任務(wù)，為此，我們可以設(shè)像一種設(shè)置，機(jī)器人在這種設(shè)置內(nèi)操作，從傳送器堆疊盤拾取鞋類，將鞋類置于合適的自動(dòng)機(jī)器上（以便整形、打粗或粘接）并在步驟結(jié)束時(shí)將鞋類放回堆疊盤。因此，我們可以消除非增值任務(wù)的操作人員而降低相關(guān)操作人員的數(shù)量。
此時(shí)必須說明的是，我們描述的情況是一種極為理論化的場(chǎng)景，原因多種多樣。首先，從移動(dòng)傳送器上拾取未受限定的隨機(jī)擺放鞋類顯然不是一項(xiàng)輕松的任務(wù)，除非我們考慮為機(jī)器人配備高科技傳感器（例如光學(xué)系統(tǒng)）。其次，我們現(xiàn)今知道的自動(dòng)化機(jī)器，并未達(dá)到像其名稱誘發(fā)我們想象一樣的自動(dòng)化程度，仍然需要工人啟動(dòng)和停止，進(jìn)行監(jiān)控，以及在出現(xiàn)問題的情況下在需要時(shí)修正其操作。總之，機(jī)器設(shè)計(jì)還未達(dá)到無人看管操作的程度，為此，要求達(dá)到一定的發(fā)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(jī)器人的示例也就不足奇怪；但是，我們認(rèn)為，這種解決方案具有極高的吸引力，至少它代表著現(xiàn)有制造生產(chǎn)線的相對(duì)簡(jiǎn)單升級(jí)，投資有限（因?yàn)楝F(xiàn)代機(jī)器人的購(gòu)買價(jià)格降低），并且具有長(zhǎng)期節(jié)約潛力。
機(jī)器人用作操作設(shè)備 – 沒有傳送器生產(chǎn)線
在這種最后結(jié)構(gòu)中，可能可以找到以前方法限制的答案。工人分組為團(tuán)隊(duì)且使用的機(jī)器被密切定位在看板單元之中（例如設(shè)置）的組織形式已經(jīng)出現(xiàn)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間；現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了另一種動(dòng)機(jī)，能夠完美配合“精益工廠”的生產(chǎn)線制造范例，強(qiáng)調(diào)人工、能力和技術(shù)的中心作用等。這是產(chǎn)生這種理念的一種寶貴起點(diǎn)，利用了全面使用機(jī)器人及其能力的進(jìn)一步優(yōu)勢(shì)。此處的理念是盡可能使用自動(dòng)化機(jī)器執(zhí)行鞋類的所有最相關(guān)的活動(dòng)任務(wù)（例如整形、打粗和粘接），使用高速、輕巧和低成本機(jī)器人處理所有搬運(yùn)操作，使用專職工人執(zhí)行大多數(shù)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(jiǎn)潔緊湊設(shè)置的主要特征是沒有傳送器或其它類型的傳輸系統(tǒng)（看板之類），操作人員和機(jī)器人密切配合，以及具有內(nèi)置緩沖能力。
機(jī)器人和自動(dòng)化真正觸發(fā)了制造中的新“工業(yè)革命”嗎？這種情況并不好說。當(dāng)然，能夠滿足鞋類公司生產(chǎn)要求的新系統(tǒng)方法已經(jīng)到來，因此，我們預(yù)計(jì)未來看到的景況是：?jiǎn)闻_(tái)機(jī)器更少、生產(chǎn)系統(tǒng)更多；單種加工任務(wù)專注更少、加工方法更多，以便為特定生產(chǎn)需要提供綜合解決方案；剛性系統(tǒng)更少，解決方案更輕巧、精益和靈活；以及最終硬件更少、軟件和知識(shí)更多。也許這不是革命，而是鞋類制造傳統(tǒng)的一次令人興奮的轉(zhuǎn)變。
