從“人海戰(zhàn)術(shù)”到“人機(jī)協(xié)同”：一家連接器工廠的插針自動化改造實(shí)錄

引言：深夜的車間，一場無聲的突圍

2023年夏，東莞某連接器廠商的夜班車間里，20名工人正伏在顯微鏡前，將細(xì)如發(fā)絲的PIN針逐一插入膠芯。這已是連續(xù)第三周趕工，但產(chǎn)能缺口仍在擴(kuò)大——客戶新款的0.3mm間距Type-C連接器訂單，人工插針的良率始終卡在92%，每日報廢的端子價值超過8000元。

“人眼會疲勞，手會抖，我們需要找到一種方式，讓機(jī)器做它擅長的事，讓人做回人。”三個月后，該廠生產(chǎn)總監(jiān)站在全新的自動化產(chǎn)線前，看著一臺唯思特整列機(jī)以穩(wěn)定的節(jié)奏輸出PIN針陣列，而一名操作員正從容地取板、翻轉(zhuǎn)、組裝，語氣中帶著感慨。這條產(chǎn)線，將連接器插針這一傳統(tǒng)“人海戰(zhàn)術(shù)”工序，改造為高效的人機(jī)協(xié)同作業(yè)單元。

本文基于該廠商的真實(shí)改造經(jīng)歷，還原連接器插針自動化的技術(shù)選擇與實(shí)施路徑。

一、改造背景：被“卡脖子”的插針工序

該廠商主營消費(fèi)電子連接器，產(chǎn)品涵蓋Type-C、BTB、FPC三大系列。隨著終端設(shè)備向輕薄化發(fā)展，PIN針間距從0.5mm壓縮至0.3mm，針長卻增至8mm，長徑比超過25。插針工序成為全廠的效率瓶頸：

痛點(diǎn)維度具體表現(xiàn)造成的損失效率瓶頸熟練工每小時僅能插裝300-400根針，組裝一個治具板（含數(shù)百根針）需10-15分鐘月產(chǎn)能缺口達(dá)30萬件良率天花板人工插針良率92%-94%，波動大每月報廢損失超15萬元人員管理培訓(xùn)周期3個月，流失率25%招聘與培訓(xùn)成本居高不下換線響應(yīng)換型號需重新培訓(xùn)，耗時2-3天無法響應(yīng)緊急訂單

“我們試過半自動設(shè)備，但PIN針方向識別不準(zhǔn)，彎針率反而更高。”該廠工藝工程師回憶，“直到接觸了整列機(jī)的物理篩選原理，才意識到方向錯了——我們一直在模仿人手，而不是用機(jī)器做機(jī)器擅長的事。”

二、方案選型：為什么選擇“整列+人工作業(yè)”的組合模式？

在考察了視覺識別、全自動插裝機(jī)等多項(xiàng)技術(shù)后，該廠商最終鎖定了整列機(jī)自動排列+人工翻板組裝的組合方案。這一選擇基于務(wù)實(shí)的考量：

全自動插裝路徑：

依賴高精度機(jī)械手與視覺系統(tǒng)

設(shè)備投資高，維護(hù)復(fù)雜

換線調(diào)試時間長

整列+人工作業(yè)路徑：

整列機(jī)負(fù)責(zé)重復(fù)性精密排列，確保PIN針姿態(tài)統(tǒng)一

人工負(fù)責(zé)靈活的翻板對位與組裝，發(fā)揮人的判斷力

設(shè)備投資僅為全自動方案的1/3，換線靈活

“我們算過一筆賬：全自動線需要三年回本，這套組合方案八個月就夠了。”該廠生產(chǎn)總監(jiān)解釋，“而且人工參與組裝環(huán)節(jié)，反而能及時發(fā)現(xiàn)異常，避免批量報廢。”

三、實(shí)施過程：打造“人機(jī)協(xié)同”插針作業(yè)單元

第一步：PIN針與膠芯的獨(dú)立精密整列

改造的核心設(shè)備是一臺唯思特整列機(jī)，同時配備多套專用治具板——一套用于PIN針整列，一套用于膠芯定位，另有多套空板用于輪換。

PIN針整列：設(shè)備工作臺在程序控制下進(jìn)行三維復(fù)合運(yùn)動：沿X軸傾斜12°，繞Z軸搖擺3Hz，疊加0.3mm幅度的垂直微振。散裝PIN針在此環(huán)境中獲得能量：傾斜產(chǎn)生的重力分力驅(qū)動其定向滑動，微振脈沖克服針與臺面間的靜摩擦。由于PIN針杯口端的重心偏移，其在運(yùn)動中呈現(xiàn)出“杯口朝上”的姿態(tài)偏好。當(dāng)一枚PIN針以正確姿態(tài)滑過下方治具板的型腔入口時，若其三維輪廓與型腔完全吻合，便在重力作用下落入并穩(wěn)定就位；姿態(tài)錯誤的PIN針則被持續(xù)運(yùn)動帶走。整列完成后，治具板上獲得一個與膠芯孔陣完全鏡像的PIN針陣列，每根針的間距、出頭長度誤差控制在±0.02mm以內(nèi)。

整列一塊治具板的時間約為3-6分鐘，具體時長取決于PIN針的形狀復(fù)雜程度與整列難度——標(biāo)準(zhǔn)直針整列較快，而異形針、帶倒角或杯口特征的針則需要更精細(xì)的參數(shù)匹配，整列時間相應(yīng)延長。

膠芯定位：與PIN針整列并行，膠芯通過定制化卡槽治具進(jìn)行快速陣列排布。膠芯被定向并固定于專用的承載治具上，其針孔位置與PIN針治具板的針位布局實(shí)現(xiàn)一一對應(yīng)設(shè)計(jì)。

第二步：人工翻板組裝（核心協(xié)同環(huán)節(jié)）

這是整個作業(yè)單元的精髓所在，充分發(fā)揮人與機(jī)器的各自優(yōu)勢：

取板：當(dāng)一塊治具板完成PIN針整列后，操作員將其從整列機(jī)中取出。

放板續(xù)排：操作員立即將另一塊備用的空治具板放入整列機(jī)，設(shè)備隨即開始下一輪的自動排列。這一動作確保了整列機(jī)始終處于工作狀態(tài)，無等待時間。

翻轉(zhuǎn)對位：操作員在組裝工位，將載有PIN針的治具板與載有膠芯的治具板進(jìn)行組合，通過精密導(dǎo)柱完成快速對位，然后整體翻轉(zhuǎn)180°，使PIN針朝下、膠芯朝上。

同步插裝：操作員平穩(wěn)下壓，使所有PIN針同步插入膠芯對應(yīng)孔位。此過程依賴治具板的精密導(dǎo)向，操作員只需施加均勻的壓力，無需逐根對位。操作員完成一板組裝（從取板到成品取出）的時間約為3-5分鐘內(nèi)—在整列時長內(nèi)完成。改造前，這10-15分鐘里操作員需要全程高度集中進(jìn)行顯微操作，勞動強(qiáng)度極大；改造后，操作員只需執(zhí)行取板、對位、壓合等簡單動作，勞動強(qiáng)度顯著降低，且良率大幅提升。

成品取出：插裝完成后，打開上方的膠芯治具板，組裝好的連接器整齊排列在下方治具板中，可整體移載至下一工位。

第三步：循環(huán)作業(yè)，效率化

當(dāng)操作員在進(jìn)行第二步的“翻板組裝”時，整列機(jī)正在為下一塊空板進(jìn)行“自動排列”。兩者并行不悖，形成高效的生產(chǎn)閉環(huán)。

整列機(jī)每3-6分鐘產(chǎn)出一塊排滿PIN針的治具板，而操作員完成一次整板組裝約需10-15分鐘。這意味著，在操作員組裝一塊板的周期內(nèi)，整列機(jī)可以產(chǎn)出2-3塊已排好的治具板。因此，現(xiàn)場需要配置多套治具板（通常3-4套）進(jìn)行輪換：操作員從整列機(jī)取走一塊板后，整列機(jī)立即開始排列下一塊；操作員在組裝的同時，手邊始終有已排好的備用板可供取用。這種“多板輪換”機(jī)制，使整列機(jī)得以滿負(fù)荷運(yùn)行，操作員也能連續(xù)作業(yè)，將人機(jī)協(xié)同的效率化。

四、改造成效：數(shù)據(jù)見證的質(zhì)變

自2023年11月產(chǎn)線投用以來，該廠商的插針工序?qū)崿F(xiàn)了根本性轉(zhuǎn)變：

指標(biāo)改造前（純?nèi)斯ぃ?/strong> 改造后（人機(jī)協(xié)同） 提升幅度單班產(chǎn)能