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

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

自動化似乎是機加工工廠提高產(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 機加工工廠擁有一個專用的自動化制造單元，該單元可以無人運行八個小時。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，需要對該單元進行轉換，他估計這需要5萬到6萬美元的巨額投資。

Kilgore工廠有65名員工，實行三班輪班制度，生產(chǎn)各種零件。重型卡車運輸是這家加工車間的核心市場，該市場只占到其總業(yè)務量的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化系統(tǒng)方面進行投資。但是，因為工廠還要生產(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，因為缺乏具有相關制造機能的員工。他希望借助自動化將現(xiàn)有的嫻熟員工解放出來進行其他工作。

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

Mangun認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機械臂和轉臺配合起來，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)控機床或銑床一側或者重新安置在數(shù)控機床或銑床上。借助裝置上的操作員界面可以針對新工作對機器人進行直觀的編程。整個系統(tǒng)可以方便地安裝、編程以及在機床之間移動，用戶可以通過快捷的轉換實現(xiàn)各類零件的生產(chǎn)自動化。

Kilgore于2017年1月采購了第一套LoadAssistant系統(tǒng)(第一代型號)，并將其安裝在一臺大隈單轉塔機床上。該工廠之后又采購了兩個二代系統(tǒng)，并將它們用于德馬吉森精機雙轉塔機床。



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

Halter自動化系統(tǒng)
這套Halter自動化系統(tǒng)同Kilgore工廠的專用自動化單元的一個不同點是操作員可以針對各種零件輕松地對系統(tǒng)進行編程和改編。它的軟件界面提供了一套12步圖標引導編程流程。操作人員可以站在機床旁邊通過該流程在20?min左右的時間內(nèi)針對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)側或外側拾起工件。然后，操作人員將對系統(tǒng)如何將坯件裝載到機床內(nèi)以及如何卸載制成件進行編程，選擇可以進行定制化定序的預設任務。(對于那些因尺寸過大無法放入機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，操作人員可以對機床進行編程，以便在拾取和裝載下一坯件前卸載制成件。)

然后，操作人員可以設定該零件如何進入機床夾盤?？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，然后夾盤關閉。如果不使用壓力星，卡盤將向下夾住坯件，然后機器人卡爪釋放坯件。
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，機器人將一次拾取一個零件。當數(shù)控機床發(fā)出信號表明加工循環(huán)結束時，機器人將從機床上移除制成件，將新坯件放入卡盤，然后將制成件放在格網(wǎng)板上。當兩托盤暫存區(qū)域一側的所有零件完成加工后，機器人將轉動轉臺，操作人員可以移除制成件并用更多坯件進行替換。同時，系統(tǒng)開始從另一側的格網(wǎng)板裝載坯件。



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

Kilgore如何使用該系統(tǒng)
同專用自動化單元不同，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間效率。因為該系統(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現(xiàn)更小批量生產(chǎn)的自動化，比如100～200件零件的訂單，這樣操作人員就有更多的時間和精力操作其他機床。目前，Kilgore工廠利用這些系統(tǒng)生產(chǎn)各類材料，因為該工廠所使用的系統(tǒng)版本重量上限只有50磅。

靈活性的另一個表現(xiàn)是Kilgore工廠已經(jīng)想出如何利用這一高適應性機器人系統(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算出拾取方形和圓形坯件的位置。 但是，Kilgore工廠有時將其想要的六角形坯件納入該系統(tǒng)。這樣一來，因為六角形無法對稱性地放入方形開孔，工廠就必須設計一種算法。這種算法根據(jù)六角形哪一側平面接觸格網(wǎng)板平面放置坯件。 工廠同Halter公司合作實施該料形，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)自動化。根據(jù)Hicks的說法，工廠一直使用棒料進給器旋進某些零件，但是直徑大于2?in的棒料必須低速移動，避免棒料在進給器中發(fā)生振動。但是，因為LoadAssistant系統(tǒng)使用的是已鋸切的坯料，借助這一全新系統(tǒng)可以高速旋進直徑大于2?in的零件。



圖3 這一自動化系統(tǒng)讓機床操作員客戶同時操作三臺或四臺機床，而不是一臺或兩臺

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床繼續(xù)運行時離開機床，因為系統(tǒng)的可預測性讓操作員能夠準確地知道何時返回機床重新進行裝載。“操作員不需要呆在現(xiàn)場。”Hicks 先生說道。Kilgore工廠可以24小時不間斷進行零件生產(chǎn)，這在以前是不可能的，否則會產(chǎn)生加班成本和質量隱憂。最近，工廠在一個三天的周末假期期間生產(chǎn)零件，在此期間，Hicks和自動化負責人Tim Acres準確地知道機器人的暫存托盤何時需要重新裝載。他們輪流前往工廠，每次會呆上35～45?min，在此期間，他們會將制成件從系統(tǒng)中移除，進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化替代現(xiàn)有員工，而是更好地利用員工的寶貴時間?，F(xiàn)在，借助該系統(tǒng)，一位操作人員可以同時操作三臺或四臺機床，而非一臺或兩臺，在沒有增加員工數(shù)量的情況下提高了工廠的產(chǎn)量。“這關系到更高效地使用人力。”Hicks說道，“同時，他稱員工開始時并不相信這一自動化系統(tǒng)，當他們看到該系統(tǒng)使用非常方便時他們開始接收它。”



圖4 這一靈活的自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)各類零件自動化生產(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)，除了實現(xiàn)工廠提高產(chǎn)量的目標之外，LoadAssistant高適應性裝載系統(tǒng)產(chǎn)生了其他收益。

其包括：
• 提高工廠的價格競爭力。該系統(tǒng)的可預測性讓Kilgore工廠能夠為客戶提供更低的報價。在采用該系統(tǒng)之前，考慮到員工的休班時間，工廠在報價方面設置了緩沖時間。這一自動化系統(tǒng)提高了工作安排的預見性，因而再也不需要這樣的緩沖時間。

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

• 提供更多的工作。Hicks同時認為，因為產(chǎn)能增加，Kilgore工廠還因為現(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，“因為需要圍護，專用自動化單元占用了大量面積。但是，LoadAssistant系統(tǒng)因為可以被設置成緩慢的移動，因此不需要因保護工人而進行圍護。如果有人員過于靠近，借助一個傳感器可以進一步降低機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)。 他稱在工藝改進和產(chǎn)量增加方面的收益非常顯著，他計劃繼續(xù)采購第四套系統(tǒng)

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