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小批量灵活生产,小型机加厂也能做到


  自动化是机加工工厂提高产量的一种常用的方式,但一般来说,自动化不适用于小批量生产。然而来自美国的一家小型机加工厂Kilgore却做到了这一点。Kilgore工厂有65名员工,实行三班轮班制度,生产各种零件,包括汽车零部件、军用零件以及医疗零件。
过去,Kilgore主要依靠一套专用的自动化制造单元进行加工,该单元可以无人运行八个小时,借助这一制造单元,工厂生产一种特殊的法兰配件,每周产量达到3500件。这种法兰配件是一种特别稳定的量产配件,因此,Kilgore希望提高这种零件的产量,同时,因为工厂还要生产一些小批量的零件,所以也需要提高这些零件的产量及生产效率。

图1 Kilgore加工工厂的专用自动化单元一周可生产3500个法兰配件
  为此,工厂所有者John Hicks希望可以引入一种适合加工车间环境的自动化系统,并且适用于小批量的灵活加工。最终,Kilgore决定继续采用已有专用的自动化单元中使用过的FANUC机器人并采用当地系统集成商Halter公司提供的解决方案。
  新的柔性化系统通过将FANUC M-20iA机器人和转台配合起来,用于单一工件装载单元内的暂存工件,装载装置可以安置在数控机床或铣床一侧或者重新安置在数控机床或铣床上。借助装置上的操作员界面可以针对新工作对机器人进行直观的编程。整个系统可以方便地安装、编程以及在机床之间移动,用户可以通过快捷的转换实现各类零件的生产自动化。

图2 新系统是一套灵活的自动化系统,能够从任何数控机床装卸零件。该系统可轻松转换,帮助用户实现各类小作业量工种的自动化生产
自动化系统
  新的自动化系统同Kilgore工厂的专用自动化单元的一个不同点是操作员可以针对各种零件轻松地对系统进行编程和改编。它的软件界面提供了一套12步图标引导编程流程。操作人员可以站在机床旁边在20分钟左右的时间内针对任何新零件完成编程。在这一流程中,操作员将跟随提示输入相关信息,包括坯件和制成件的形状、直径和高度,以及是否需要用卡爪从内侧或外侧拾起工件。然后,操作人员对机器人如何将坯件装载到机床内以及如何卸载制成件进行编程,选择可以进行定制化定序的预设任务。随后,操作人员可以设定该零件如何进入机床夹盘。
  一旦系统完成编程,操作人员将可调整格网板装载到带有坯料零件的暂存托盘上,机器人将一次拾取一个零件。当数控机床发出信号表明加工循环结束时,FANUC机器人将从机床上移除制成件,将新坯件放入卡盘,然后将制成件放在格网板上。当两托盘暂存区域一侧的所有零件完成加工后,机器人将转动转台,操作人员可以移除制成件并用更多坯件进行替换。同时,系统开始从另一侧的格网板装载坯件。
如何使用该系统
  同专用自动化单元不同,Hicks并未特别考虑过使用新系统生产某种特定零件,他只是希望提高工厂的整体产能并最大化其娴熟员工的时间效率。因为该系统可以用于生产不同尺寸和形状的零件,Kilgore工厂可以借助该系统在保证成本效益的前提下实现更小批量生产的自动化,比如100~200件零件的订单,这样操作人员就有更多的时间和精力操作其他机床。

图3 这一自动化系统让机床操作员客户同时操作三台或四台机床,而不是一台或两台
  工厂还发现新系统让操作员能够更方便地在机床继续运行时离开机床,因为系统的可预测性让操作员能够准确地知道何时返回机床重新进行装载。“操作员不需要呆在现场。”Hicks 先生说道。Kilgore工厂可以24小时不间断进行零件生产,这在以前是不可能的,否则会产生加班成本和质量隐忧。最近,工厂在一个三天的周末假期期间生产零件,在此期间,Hicks和自动化负责人Tim Acres准确地知道机器人的暂存托盘何时需要重新装载。他们轮流前往工厂,每次会呆上35~45分钟,在此期间,他们会将制成件从系统中移除,进行检查然后将坯件重新装载到托盘上。
  Hicks的目的并非通过自动化替代现有员工,而是更好地利用员工的宝贵时间。现在,借助该系统,一位操作人员可以同时操作三台或四台机床,而非一台或两台,在没有增加员工数量的情况下提高了工厂的产量。“这关系到更高效地使用人力。”Hicks说道,“同时,他称员工开始时并不相信这一自动化系统,当他们看到该系统使用非常方便时他们开始接受它。”

图4 这一灵活的自动化系统可以实现各类零件自动化生产
不仅仅是产量增加
  Kilgore工厂发现,除了实现工厂提高产量的目标之外,还获得了其他收益,包括: 提高工厂的价格竞争力。该系统的可预测性让Kilgore工厂能够为客户提供更低的报价。在采用该系统之前,考虑到员工的休班时间,工厂在报价方面设置了缓冲时间。这一自动化系统提高了工作安排的预见性,因而再也不需要这样的缓冲时间。
  提高质量。Hicks还认为该系统提高了工厂制造的零件的质量。即使操作人员现在操作的机床数量比以前更多了,他们仍然有更多的时间进行质量检查。
  获得更多的订单。Hicks同时认为,因为产能增加,Kilgore工厂还因为现有客户订单增加而得到发展。
  节约占地空间。借助传感器,如果有人员过于靠近,系统将自动降低机器人的速度直至最终停止。

图5 所有者John Hicks的工厂引入了三套新自动化系统。他称在工艺改进和产量增加方面的收益非常显著,他计划继续采购第四套系统

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