一套適用于加工車間的自動(dòng)化零件裝卸系統(tǒng) 提高工廠生產(chǎn)率

這種靈活的自動(dòng)化零件裝卸系統(tǒng)讓一家小型印度工廠在沒有進(jìn)行大量投資的前提下提高了生產(chǎn)率。

自動(dòng)化似乎是機(jī)加工工廠提高產(chǎn)量的一種明確方式，但是所需的成本意味著自動(dòng)化一般不適用于小量生產(chǎn)。位于印第安納州哥倫比亞城的Kilgore 機(jī)加工工廠擁有一個(gè)專用的自動(dòng)化制造單元，該單元可以無人運(yùn)行八個(gè)小時(shí)。借助這一制造單元，工廠可以生產(chǎn)一種特殊零件，每周產(chǎn)量達(dá)到3500件。但是，該單元只能生產(chǎn)這一種零件(法蘭配件)，所有者John Hicks稱，為生產(chǎn)其他配件，需要對(duì)該單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換，他估計(jì)這需要5萬到6萬美元的巨額投資。

Kilgore工廠有65名員工，實(shí)行三班輪班制度，生產(chǎn)各種零件。重型卡車運(yùn)輸是這家加工車間的核心市場(chǎng)，該市場(chǎng)只占到其總業(yè)務(wù)量的20%～25%。這家工廠還生產(chǎn)車用、軍用零件以及瑞士旋削醫(yī)療零件。這種法蘭配件是一種特別穩(wěn)定的量產(chǎn)配件，因此，為提高這種零件的產(chǎn)量，這家工廠需要在自動(dòng)化系統(tǒng)方面進(jìn)行投資。但是，因?yàn)楣S還要生產(chǎn)各種其他零件，所以也需要提高其他零件的產(chǎn)量。

Hicks知道增加員工并不是一種解決方案，因?yàn)槿狈哂邢嚓P(guān)制造機(jī)能的員工。他希望借助自動(dòng)化將現(xiàn)有的嫻熟員工解放出來進(jìn)行其他工作。

Kilgore工廠的機(jī)床提供商資本設(shè)備銷售公司給出了答案。該工廠在資本設(shè)備銷售公司的聯(lián)絡(luò)員John Mangun聽說Hicks正在尋找“一種適合加工車間環(huán)境的自動(dòng)化系統(tǒng)。”資本設(shè)備銷售公司是荷蘭Halter公司分銷商，Halter公司美國(guó)總部位于愛荷華州卡斯凱德。

Mangun認(rèn)為該公司用于零件裝卸的LoadAssistant系統(tǒng)是一種可能的解決方案。
LoadAssistant系統(tǒng)可以將連接FANUC機(jī)械臂和轉(zhuǎn)臺(tái)配合起來，用于單一工件裝載單元內(nèi)的暫存工件，裝載裝置可以安置在數(shù)控機(jī)床或銑床一側(cè)或者重新安置在數(shù)控機(jī)床或銑床上。借助裝置上的操作員界面可以針對(duì)新工作對(duì)機(jī)器人進(jìn)行直觀的編程。整個(gè)系統(tǒng)可以方便地安裝、編程以及在機(jī)床之間移動(dòng)，用戶可以通過快捷的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)各類零件的生產(chǎn)自動(dòng)化。

Kilgore于2017年1月采購(gòu)了第一套LoadAssistant系統(tǒng)(第一代型號(hào))，并將其安裝在一臺(tái)大隈單轉(zhuǎn)塔機(jī)床上。該工廠之后又采購(gòu)了兩個(gè)二代系統(tǒng)，并將它們用于德馬吉森精機(jī)雙轉(zhuǎn)塔機(jī)床。



圖1 Halter提供的LoadAssistant是一套靈活的自動(dòng)化系統(tǒng)，能夠從任何數(shù)控機(jī)床裝卸零件。 該系統(tǒng)可輕松轉(zhuǎn)換，幫助用戶實(shí)現(xiàn)各類小作業(yè)量工種的自動(dòng)化生產(chǎn)

Halter自動(dòng)化系統(tǒng)
這套Halter自動(dòng)化系統(tǒng)同Kilgore工廠的專用自動(dòng)化單元的一個(gè)不同點(diǎn)是操作員可以針對(duì)各種零件輕松地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程和改編。它的軟件界面提供了一套12步圖標(biāo)引導(dǎo)編程流程。操作人員可以站在機(jī)床旁邊通過該流程在20?min左右的時(shí)間內(nèi)針對(duì)任何新零件完成編程。在這一流程中，操作員將跟隨提示輸入相關(guān)信息，包括坯件和制成件的形狀、直徑和高度，以及是否需要用卡爪從內(nèi)側(cè)或外側(cè)拾起工件。然后，操作人員將對(duì)系統(tǒng)如何將坯件裝載到機(jī)床內(nèi)以及如何卸載制成件進(jìn)行編程，選擇可以進(jìn)行定制化定序的預(yù)設(shè)任務(wù)。(對(duì)于那些因尺寸過大無法放入機(jī)床并且作為下一坯件的零件而言，該定序非常有用。在這種情況下，操作人員可以對(duì)機(jī)床進(jìn)行編程，以便在拾取和裝載下一坯件前卸載制成件。)

然后，操作人員可以設(shè)定該零件如何進(jìn)入機(jī)床夾盤?？ūP的卡爪是該系統(tǒng)的一部分。如果零件直接返回卡盤，卡爪將使用彈簧承載的“壓力星”將坯件釘在夾盤面上，然后夾盤關(guān)閉。如果不使用壓力星，卡盤將向下夾住坯件，然后機(jī)器人卡爪釋放坯件。
一旦系統(tǒng)完成編程，操作人員將可調(diào)整格網(wǎng)板裝載到帶有坯料零件的暫存托盤上，機(jī)器人將一次拾取一個(gè)零件。當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)出信號(hào)表明加工循環(huán)結(jié)束時(shí)，機(jī)器人將從機(jī)床上移除制成件，將新坯件放入卡盤，然后將制成件放在格網(wǎng)板上。當(dāng)兩托盤暫存區(qū)域一側(cè)的所有零件完成加工后，機(jī)器人將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，操作人員可以移除制成件并用更多坯件進(jìn)行替換。同時(shí)，系統(tǒng)開始從另一側(cè)的格網(wǎng)板裝載坯件。



圖2 Kilgore加工工廠的專用自動(dòng)化單元一周可生產(chǎn)3500個(gè)法蘭配件

Kilgore如何使用該系統(tǒng)
同專用自動(dòng)化單元不同，Hicks并未特別考慮過使用LoadAssistant系統(tǒng)生產(chǎn)某種特定零件，他只是希望提高工廠的整體產(chǎn)能并最大化其嫻熟員工的時(shí)間效率。因?yàn)樵撓到y(tǒng)可以用于生產(chǎn)不同尺寸和形狀的零件，Kilgore工廠可以借助該系統(tǒng)在保證成本效益的前提下實(shí)現(xiàn)更小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化，比如100～200件零件的訂單，這樣操作人員就有更多的時(shí)間和精力操作其他機(jī)床。目前，Kilgore工廠利用這些系統(tǒng)生產(chǎn)各類材料，因?yàn)樵摴S所使用的系統(tǒng)版本重量上限只有50磅。

靈活性的另一個(gè)表現(xiàn)是Kilgore工廠已經(jīng)想出如何利用這一高適應(yīng)性機(jī)器人系統(tǒng)處理不同形狀的坯料。格網(wǎng)板具有方形孔眼，該系統(tǒng)根據(jù)坯件尺寸以及坯件如何放入這些方形孔眼計(jì)算出拾取方形和圓形坯件的位置。 但是，Kilgore工廠有時(shí)將其想要的六角形坯件納入該系統(tǒng)。這樣一來，因?yàn)榱切螣o法對(duì)稱性地放入方形開孔，工廠就必須設(shè)計(jì)一種算法。這種算法根據(jù)六角形哪一側(cè)平面接觸格網(wǎng)板平面放置坯件。 工廠同Halter公司合作實(shí)施該料形，現(xiàn)已成功地利用該系統(tǒng)加工六角形坯件。

Kilgore工廠發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)特別適用于大型棒型零件的生產(chǎn)自動(dòng)化。根據(jù)Hicks的說法，工廠一直使用棒料進(jìn)給器旋進(jìn)某些零件，但是直徑大于2?in的棒料必須低速移動(dòng)，避免棒料在進(jìn)給器中發(fā)生振動(dòng)。但是，因?yàn)長(zhǎng)oadAssistant系統(tǒng)使用的是已鋸切的坯料，借助這一全新系統(tǒng)可以高速旋進(jìn)直徑大于2?in的零件。



圖3 這一自動(dòng)化系統(tǒng)讓機(jī)床操作員客戶同時(shí)操作三臺(tái)或四臺(tái)機(jī)床，而不是一臺(tái)或兩臺(tái)

工廠還發(fā)現(xiàn)Halter公司的系統(tǒng)讓操作員能夠更方便地在機(jī)床繼續(xù)運(yùn)行時(shí)離開機(jī)床，因?yàn)橄到y(tǒng)的可預(yù)測(cè)性讓操作員能夠準(zhǔn)確地知道何時(shí)返回機(jī)床重新進(jìn)行裝載。“操作員不需要呆在現(xiàn)場(chǎng)。”Hicks 先生說道。Kilgore工廠可以24小時(shí)不間斷進(jìn)行零件生產(chǎn)，這在以前是不可能的，否則會(huì)產(chǎn)生加班成本和質(zhì)量隱憂。最近，工廠在一個(gè)三天的周末假期期間生產(chǎn)零件，在此期間，Hicks和自動(dòng)化負(fù)責(zé)人Tim Acres準(zhǔn)確地知道機(jī)器人的暫存托盤何時(shí)需要重新裝載。他們輪流前往工廠，每次會(huì)呆上35～45?min，在此期間，他們會(huì)將制成件從系統(tǒng)中移除，進(jìn)行檢查然后將坯件重新裝載到托盤上。

Hicks的目的并非通過自動(dòng)化替代現(xiàn)有員工，而是更好地利用員工的寶貴時(shí)間?，F(xiàn)在，借助該系統(tǒng)，一位操作人員可以同時(shí)操作三臺(tái)或四臺(tái)機(jī)床，而非一臺(tái)或兩臺(tái)，在沒有增加員工數(shù)量的情況下提高了工廠的產(chǎn)量。“這關(guān)系到更高效地使用人力。”Hicks說道，“同時(shí)，他稱員工開始時(shí)并不相信這一自動(dòng)化系統(tǒng)，當(dāng)他們看到該系統(tǒng)使用非常方便時(shí)他們開始接收它。”



圖4 這一靈活的自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各類零件自動(dòng)化生產(chǎn)，包括這種由六角型坯件制作的流體控制閥體件。 該系統(tǒng)一般用于加工方形和圓形坯件。但Kilgore工廠想出了如何利用該系統(tǒng)生產(chǎn)這種形狀的坯件

不僅僅是產(chǎn)量增加
Kilgore工廠發(fā)現(xiàn)，除了實(shí)現(xiàn)工廠提高產(chǎn)量的目標(biāo)之外，LoadAssistant高適應(yīng)性裝載系統(tǒng)產(chǎn)生了其他收益。

其包括：
• 提高工廠的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。該系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性讓Kilgore工廠能夠?yàn)榭蛻籼峁└偷膱?bào)價(jià)。在采用該系統(tǒng)之前，考慮到員工的休班時(shí)間，工廠在報(bào)價(jià)方面設(shè)置了緩沖時(shí)間。這一自動(dòng)化系統(tǒng)提高了工作安排的預(yù)見性，因而再也不需要這樣的緩沖時(shí)間。

• 提高質(zhì)量。Hicks還認(rèn)為該系統(tǒng)提高了工廠制造的零件的質(zhì)量。即使操作人員現(xiàn)在操作的機(jī)床數(shù)量比以前更多了，他們?nèi)匀挥懈嗟臅r(shí)間進(jìn)行質(zhì)量檢查。

• 提供更多的工作。Hicks同時(shí)認(rèn)為，因?yàn)楫a(chǎn)能增加，Kilgore工廠還因?yàn)楝F(xiàn)有客戶訂單增加而得到發(fā)展。

• 節(jié)約占地空間。“我們的用地非常緊張。”Hicks說道，“因?yàn)樾枰獓o(hù)，專用自動(dòng)化單元占用了大量面積。但是，LoadAssistant系統(tǒng)因?yàn)榭梢员辉O(shè)置成緩慢的移動(dòng)，因此不需要因保護(hù)工人而進(jìn)行圍護(hù)。如果有人員過于靠近，借助一個(gè)傳感器可以進(jìn)一步降低機(jī)器人的速度直至最終停止。”



圖5 所有者John Hicks的工廠引入了三套Halter系統(tǒng)。 他稱在工藝改進(jìn)和產(chǎn)量增加方面的收益非常顯著，他計(jì)劃繼續(xù)采購(gòu)第四套系統(tǒng)

根據(jù)Hicks的說法，該工廠采購(gòu)的這三套Halter自動(dòng)化系統(tǒng)在提高產(chǎn)量方面取得了巨大成功，他預(yù)期在一年內(nèi)就能收回投資。他計(jì)劃在今年早期再購(gòu)買另一套系統(tǒng)用于Kilgore工廠的另一臺(tái)大隈單轉(zhuǎn)塔機(jī)床，他希望能借助這一新系統(tǒng)的編程循環(huán)，加入相關(guān)停止功能，用于去毛刺以及調(diào)整和重新裝載部件進(jìn)行雙面加工。