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對于機(jī)械車間而言，從頭開始設(shè)計一個自動化單元會令人望而卻步。假如選錯了設(shè)備，不僅會從一開始在結(jié)合不匹配部件上步履維艱，還會在為延長該單元壽命而持續(xù)所做的調(diào)整上浪費(fèi)大量時間。但是，如果選擇正確，就必將會發(fā)動一場制造過程的變革，即通過減少安裝、增強(qiáng)質(zhì)量、重復(fù)性以及提高能力來提高生產(chǎn)力。

為了尋求實現(xiàn)這些利益的方法，Whelen工程公司發(fā)現(xiàn)了由Lang Technovation設(shè)計的自動化解決方案，并對安裝于北美的首個德國公司的多工位托盤系統(tǒng)進(jìn)行了投資。目前結(jié)果表明，制造商現(xiàn)已有2個完全滿足需求的自動化單元，并可以進(jìn)行一周7天每天3班輪流倒運(yùn)行。Lang還意識到此安排的一個附帶利益是Whelen能夠提供反饋信息，這樣能幫助該公司直接通過地域市場前沿獲得系統(tǒng)設(shè)計的提高。Lang基本上都是從Alpha級車間獲得Beta級信息。

圖1 Whelen工程公司購買了首批Eco-Compact20自動多盤裝載機(jī)/卸載機(jī)，該裝載機(jī)由歐洲原始設(shè)備制造商Lang Technovation制造并銷往美國

照明自動化

Whelen公司是該國最大的緊急指示燈照明系統(tǒng)的制造商之一，其產(chǎn)品主要應(yīng)用于治安消防部門，同時也為航空、大規(guī)模的通告和汽車運(yùn)動等市場提供服務(wù)。其總部設(shè)于美國Connecticut州的Chester，主要進(jìn)行電路板生產(chǎn)和航空產(chǎn)品組裝。該場地已經(jīng)獲得了美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)的認(rèn)證。所有制造業(yè)生產(chǎn)均在Charlestown的校園內(nèi)進(jìn)行。該校園內(nèi)的6棟教學(xué)樓均用于機(jī)加工、制造以及變壓器建立、制模和金屬薄片工程。

2011年，Whelen開始著手進(jìn)行自動化單元的建立以用于對某一特殊零件的加工，當(dāng)時對該零件進(jìn)行了大量生產(chǎn)。依靠其內(nèi)部的工程技術(shù)人員而非某家外部系統(tǒng)集成公司，Whelen創(chuàng)建了一個包含一臺軋機(jī)、一個單獨的車床和一個用于裝載和卸載機(jī)床的機(jī)器人。然而，事情并非如計劃那樣的順利，要想運(yùn)行此項目，不僅需要花費(fèi)6個月的時間來啟動并運(yùn)行系統(tǒng)(部分原因歸咎于機(jī)器人配線、編程和校正方面的困難)，每當(dāng)一個新零件經(jīng)過此單元時，該機(jī)器人都還要進(jìn)行再次編程。經(jīng)過兩年半的操作后，主要由該單元委托生產(chǎn)的零件需求量急劇下降，因此單元被拆除，其組件塊也應(yīng)用到其他各個方面，發(fā)揮著不同的用途。

不管怎樣，對于Whelen而言，其首次“自產(chǎn)”自動化單元算是一次寶貴的學(xué)習(xí)經(jīng)驗。而此次經(jīng)驗也為進(jìn)一步考慮此類系統(tǒng)作為生產(chǎn)其他系列的零件提供了充分的價值證明。

為了再次尋求建立單元的有效方法，生產(chǎn)機(jī)械車間經(jīng)理Jeff Kochis開始研究除機(jī)器人以外的可獲得的自動化類型。其目的在于找到那些操作簡便、可靠且價格實惠的類型。Lang在美國的運(yùn)營點位于Wisconsin州的Hartland，主要提供零點夾緊、工件夾緊和沖壓系統(tǒng)服務(wù)，同時Lang也生產(chǎn)自動化設(shè)備，盡管該設(shè)備還未得到北美國家的批準(zhǔn)使用。Kochis也調(diào)查了來自于其他原始設(shè)備制造商的自動裝載機(jī)，但很快還是被Lang系統(tǒng)的設(shè)計深深地吸引住了。該系統(tǒng)包含一個封閉的且擁有20個工位的自動托盤變化系統(tǒng)，其特色主要在于分度傳送帶的設(shè)計，該設(shè)計占據(jù)空間小且無人照管制造和自動化制造更是堪稱完美。因此，當(dāng)他聽說公司計劃在2012年芝加哥的國際制造技術(shù)展覽會(IMST)上向美國市場引進(jìn)Eco-Compact 20托盤轉(zhuǎn)載機(jī)時，他和同事立即抓住了這個親眼見證Lang自動化的寶貴機(jī)會。

“那時剛看到它的一霎，我們就清楚地知道這就是我們一直在尋找的。”Kochis先生回憶道，“我在酒店的房間里給Lang發(fā)電子郵件，詢價并確定他們最快什么時候能送貨。”

Whelen的熱情使得Lang加快了保險商實驗所對機(jī)器的批準(zhǔn)程序。一切證件準(zhǔn)備就緒后，在美國出售的首臺Eco-Compact 20自動托盤裝載機(jī)于2013年初運(yùn)達(dá)Charlestown，與Whelen新加工單元的剩余部分進(jìn)行結(jié)合。

圖2 該Eco-Compact20型號為封閉式，其足跡相對較小且僅需2根電線就能將其連在機(jī)床上。每次最多可同時加載20個托盤在傳送帶上，且零件更換無需使用額外的程序

系統(tǒng)集成

等待Eco 20到達(dá)的期間，Whelen正忙于把該單元部件的余下部分整合在一起，其建在帶直達(dá)主軸的冷卻劑VF-5SS超速五軸立式加工中心的周圍。該單元還配備有多個Royal除霧器，一個Koma TN-201五軸耳軸和一個用于檢測破損刀具的雷尼紹探頭。每更換一次刀具后就要進(jìn)行此檢測，其中加工零件需要使用7～25個刀具。該單元的配置也使Lang產(chǎn)品賦予了特色，例如：Makro-Grip工件夾緊系統(tǒng)、快速點零點夾緊系統(tǒng)以及Clean-Tec芯片風(fēng)扇，該風(fēng)扇能使托盤在卸載之前從機(jī)床外殼處被清洗干凈。

Eco 20進(jìn)入車間的那一天，Kochis先生和其同事、值班主管Jason McNeil以及程序員Keith Chadwick立即開始熟悉起來。然而操作人員手冊是德語版本的，他們中無一個會讀或會說。“作為這個國家首個Eco 20，當(dāng)?shù)責(zé)o人能對其操作，所以我們不得不聯(lián)系德國的Lang技術(shù)人員來為我們解答疑惑。”Kochis先生說道，“但是該系統(tǒng)的直觀性使得之前的這些問題不再成為實際問題。事實上，該機(jī)器是在星期二送達(dá)的，我們在那個周末之前就使用該機(jī)器制造了一些零件，比之前花了整整六個月才得到配備有運(yùn)行機(jī)器人的首個單元快得多，令我們倍感驚訝。

Whelen團(tuán)隊所遇到的另外僅有的一個挑戰(zhàn)就是對Eco 20拾放定位的調(diào)整，不論是哪一種自動系統(tǒng)類型都必須進(jìn)行該工序。Kochis先生回憶起人工將Lang裝置的機(jī)械手臂進(jìn)行定位，與此同時操作員將坐標(biāo)軸鎖進(jìn)系統(tǒng)控制器中。在Haas立式加工中心內(nèi)所進(jìn)行的調(diào)整極其小，需要將機(jī)器工作臺轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣娱T的編程，以便于在中途和Lang機(jī)械手臂會合。機(jī)器人編程和Lang系統(tǒng)編程的最大區(qū)別在于Eco20編程僅需撥入一次，因為其僅涉及到托盤的拾起而無需考慮安裝在上面的東西。機(jī)器人則不同，任何零件幾何結(jié)構(gòu)的變化或每個工序操作中的變化都會導(dǎo)致其再次編程，而這主要是由于機(jī)器人夾緊工件的方式所引起。

“Lang裝置不在乎托盤上有什么，無論是長度為40萬in或為12?in(1?in=25.4?mm)的物品，”他說道。“也不用去管工件的形狀或尺寸，只要與機(jī)床門完全吻合，這一切就會進(jìn)行地非常順利并不需作任何調(diào)整。”

以下概述了該單元如何在所有零件就位的情形下發(fā)揮作用。鋁板錠為12?ft的棒條，由超快的Wells自動化帶鋸機(jī)切割成不同長度的等截面。然后將數(shù)字標(biāo)度沿著底座印在鋁板錠截面上，截面由Lang應(yīng)急液壓機(jī)上的老虎鉗夾住。使用該標(biāo)度能快速且準(zhǔn)確地對老虎鉗內(nèi)的鋁板錠進(jìn)行定位。接著人工將鋁板錠截面運(yùn)至該單元最前面連接Lang裝置的容器內(nèi)，將外殼處20個夾具全部拆下固定至由Whelen機(jī)械車間設(shè)計和制造的某一工作臺的鋁夾具中。

圖3 鑒于Makro-Grip工件夾具主要依靠4個銷進(jìn)行就位，矩形毛坯沿其底部都印有作為應(yīng)急按鈕的標(biāo)記

與其將托盤加載至外殼內(nèi)造成接收4角定位座酚醛(塑料和纖維)板內(nèi)孔下陷，應(yīng)將每塊托盤于1?min內(nèi)加載至工作臺上。此外，Lang老虎鉗僅夾住了毛坯底座0.118?in處。幸虧齒完全符合沖壓機(jī)的壓痕，這使得模具能接觸到更多的表面，從而通過購買更少的坯料達(dá)到節(jié)約費(fèi)用的目的。常規(guī)工業(yè)用老虎鉗需要0.25～0.5?in或更多的坯料。

一旦Lang裝置裝載完畢，就要等待來自機(jī)床準(zhǔn)備接收夾具的信號。Kochis先生認(rèn)為Haas與Lang機(jī)器之間的交流僅由兩個“脈沖“構(gòu)成：一是該機(jī)床需要裝載時，二是其準(zhǔn)備進(jìn)行卸載時。大多數(shù)Whelen機(jī)器的零件都只需兩項操作，其中第二項包括去毛刺、工件底座以及暴露表面的終加工。這一過程可通過再次裝載帶有經(jīng)基本加工零件相同的單元或依靠設(shè)備的可用性將其移至附近的三軸立式加工中心的方式進(jìn)行。

至于工件尺寸，Kochis覺得10.5?in的寬度為最大尺寸，且能被裝載至20夾具的傳送帶上。對于較大的零件而言，只有極少的夾具能進(jìn)行裝載和隔開以便于Lang裝置根據(jù)具體情況選擇每隔一個夾具或每隔三個夾具的操作。這主要是為每個工件約24?in的最大寬度所進(jìn)行的考慮。

圖4 Whelen公司主要委托Haas/Lang自動化單元對該零件即航空警示燈進(jìn)行機(jī)加工。從下至上：矩形毛坯，機(jī)加工后的工件和底座移開后的完工部件

支撐底線

任何嘗試將不同牌子的機(jī)器加入到某個完美運(yùn)轉(zhuǎn)的單系統(tǒng)中的人應(yīng)該會認(rèn)識到此單元的開發(fā)和集成完全符合Whelen的要求。因此，該車間已經(jīng)建立了一個與首個單元一致且完全相同的第二個單元。依據(jù)Kochis先生所言，這兩個部分之間最大的區(qū)別就在于第二個單元是在Eco 20調(diào)試后還要進(jìn)行半小時運(yùn)行。

Kochis先生繼續(xù)列舉一些Whelen此次投資所獲得的利益。首先這與重復(fù)性有關(guān)，因為客戶不需要對相同零件間進(jìn)行任何改變，尤其是通過簡單的視覺比較就可以對其進(jìn)行識別的改變。一旦對一個單元的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，其結(jié)果就會完全一致。在此等式中的另一個因素還包括盡量對“機(jī)器內(nèi)部”進(jìn)行去毛刺操作，這是一個持續(xù)的過程。若由兩個不同的人進(jìn)行人工即時去毛刺操作也會得到顯著的區(qū)別。

另一個利益與生產(chǎn)力有關(guān)，其是導(dǎo)致更為健康底線的直接原因。Kochis先生作了如下比較：“我們從Lang處購買的一個單元所需的所有沖壓、工件夾緊及自動化設(shè)備價格相當(dāng)于為首次單元購買一個機(jī)器人所需的價格，而該價格同樣也約等于大多數(shù)公司每年支付給一名有經(jīng)驗的工程師的酬薪，包括其一周40?h的工作福利。因此通過自動化操作，我們支付相同的價格卻能得到更快更精確的生產(chǎn)，一般而言，一周7天，一天24?h都在進(jìn)行。甚至停工期的小幅度增加也得到了恢復(fù)并轉(zhuǎn)而制造出更多的零件。以一班制為例，一名員工需要花半小時吃午餐，每班中間需休息兩次，每次15?min。而該公司每天實施三班倒政策，與自動化單元相比就相當(dāng)于損失了3?h的生產(chǎn)力。

圖5 從Rego-Fix公司獲得的清潔之星“球形冷卻劑”和刀庫十分吻合，其能通過主軸冷卻劑對托盤上的碎屑和機(jī)加工后的工件進(jìn)行清理

圖6 雷尼紹公司的工具探針能對每一個完成其自身機(jī)器周期的工具進(jìn)行檢查，且可由工具庫中的任意工具代替

圖7 在此情況下，某一鈍的鉆孔機(jī)會造成出屑槽內(nèi)鋁合金的積累，而這種情況在使工具失效或損壞工件之前發(fā)現(xiàn)

“Whelen公司因使用兩個Lang裝備的加工單元而大獲成功。因此，其計劃在不久的將來會設(shè)計和安裝更多的單元，通過“利用較少的資源做更多的事”來不斷提高生產(chǎn)力。”Kochis先生如是說。