SEW的自動化之旅

圖1 SEW和Makino在系統(tǒng)規(guī)范和設(shè)計上展開合作，Makino負(fù)責(zé)管理集成程序的所有方面，并在規(guī)定的時間內(nèi)交付完整的自動化單元

也許這是個有爭議的舉動，但位于南加利福尼亞州萊曼的制造商SEW Eurodrive知道需要實施自動化，以對抗增長的小型健康和安全問題以及延伸一周七天的工作時間。公司想要提供安全和令人愉悅的工作環(huán)境，副廠長Chuck Chandler稱，Makino的自動化幫助SEW實現(xiàn)了目標(biāo)。事實上，員工在公司工作的平均工齡為19年。隨著員工保留率的提高，自動化幫助SEW持續(xù)挑戰(zhàn)團隊工作能力，同時向其提供必要的靈活性，制定創(chuàng)新型制造方案。

SEW的自動化之旅開始于1999年，起初評估解決方案，將消耗性工作和延長的工作時間從工人轉(zhuǎn)移到機器。由于害怕失業(yè)，在最初討論時，員工有些遲疑。為了打消這些疑慮，管理層承諾自動化不會直接導(dǎo)致失業(yè)。經(jīng)理們知道提倡這一協(xié)議對于長遠(yuǎn)的成功以及保留其長年積累的專門技術(shù)非常重要。

公司最初的自動化投資是從簡單的線性托盤系統(tǒng)開始的，有助于提高機器利用率，使公司了解自動化的方法和工藝。然而，這些系統(tǒng)沒有完全解決操作員人體工程學(xué)的問題。

幾年后，SEW開始投資其首個完全自動化的自動機械系統(tǒng)，來自一個信譽良好的機械供應(yīng)商，該供應(yīng)商又利用第三方集成商。Chandler 稱：“采用機器人技術(shù)的整體工作經(jīng)驗很好，使我們的團隊相信這是正確的發(fā)展方向。然而，也出現(xiàn)了選擇供應(yīng)商的問題。不僅單元安裝時間是供應(yīng)商最初報價的兩倍，在整個過程中出現(xiàn)的幾乎每個問題都導(dǎo)致兩個公司之間發(fā)生爭議。我們遠(yuǎn)離了這種體驗，對技術(shù)有了一定自信，但對合伙人或供應(yīng)商沒有信心。”

除了安裝問題以外，機器人系統(tǒng)的價值顯而易見，可以提高效率和操作員福利。2006年，公司決定擴展機器人系統(tǒng)，但是再一次遇到了確認(rèn)設(shè)備和集成供應(yīng)商的問題。

Chandler 稱：“之前的集成商已經(jīng)不再接手此類業(yè)務(wù)，但即便不是因為此，我們也要找到一個有經(jīng)驗的供應(yīng)商，能讓我們相信我們的團隊一直非常贊賞Makino的機械化，但之前考慮到其設(shè)備超出了我們的變速箱體的生產(chǎn)要求，所以沒有購買。然而，在2006年的IMTS上，我們看到了Makino展位上展出的自動化設(shè)置，立刻吸引了我們的眼球。我們與Makino的工程師討論了我們的擴充計劃，并詳細(xì)了解了其自動化和工程能力。我們知道Makino具備所需的機器，但令我們驚喜的是，該公司也可以提供工裝、固定裝置、自動化和工程，所有這些均出自同一家公司。”

2007年，SEW雇用Makino負(fù)責(zé)擴充其現(xiàn)有的8臺機器組成的機器人加工單元。升級包括四個Makino A71臥式加工中心(HMC)，第二個坐標(biāo)測量機(CMM)，兩個額外的臺座式機器人，第二個龍門式機器人和定制軟件，促進(jìn)新設(shè)備與現(xiàn)有設(shè)備之間的通信。Makino負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的各個方面，包括第三方設(shè)備、人機界面(HMI)、工藝工程、工裝和固定裝置。項目的每一個步驟由單點聯(lián)系項目管理、項目工程、現(xiàn)場監(jiān)督、和安裝后培訓(xùn)和支持主導(dǎo)。SEW稱，Makino不僅能接管擴展項目，還能提高原始單元的效率和生產(chǎn)力。通過擴展項目，SEW可以在現(xiàn)有單元上運行生產(chǎn)訂單，僅在最終擴展工程上線時產(chǎn)生極小的影響。如今，系統(tǒng)可每天運行24?h，每周運行5天，每周生產(chǎn)4500個外殼。

圖2 SEW從線性托盤系統(tǒng)開始其自動化之旅，如Makino的MMC2所示，使工廠可以每周運行五天

SEW還投資了線性托盤系統(tǒng)，將整個工廠的工作時間轉(zhuǎn)變?yōu)橐恢芪逄?。這些投資包括Makino綜合加工中心(MMC2)——一個具備四個A99E 臥式加工中心的系統(tǒng)和一個具備六個A81 臥式加工中心的系統(tǒng)。

Chandler稱：“回想這些年進(jìn)行的投資，覺得給出值得。想想在我們周圍的工廠相繼關(guān)門、遣散員工時，而我們只需要切斷很多機床的電力。我認(rèn)為在此期間，我們的團隊真正開始看到了投資帶來的好處，并相信我們正在朝著正確的方向發(fā)展。我們的生產(chǎn)方式像很多其他工廠一樣，每臺機床旁配一個操作員，節(jié)省了50%的人力成本。”

隨著生產(chǎn)力在衰退后逐漸恢復(fù)，SEW經(jīng)歷了每年500?000個變速箱的快速需求增長，但需要在保證每周工作五天的條件下滿足需求，同時不增加雇員。那么唯一的方式就是采用新型自動化系統(tǒng)。

新型加工單元具備一個高架龍門式機器人，可以為六個A81 臥式加工中心服務(wù)。每個機床固定裝置包括一個用于加工原材料的位置，和一個用于加工半成品的位置。在卸載/加載期間，龍門式機器人采用負(fù)載機器人車上的視覺系統(tǒng)安排零件，以將零件加載在固定裝置上。

為了保持自動單元持續(xù)運行，采用叉車不斷運送未加工零件。這些零件成箱送至兩個區(qū)域，臺座式機器人將使用視覺系統(tǒng)定位并從箱子中拿出零件。未加工零件會被呈給一個單獨的視覺系統(tǒng)，在將其放置在專用的未加工材料臺之前，確認(rèn)其型號正確，然后由龍門式機器人取走。龍門式機器人將成件從各機器運走，放置在專用的成件臺上，然后由臺座式機器人取走。臺座式機器人將零件呈給標(biāo)記系統(tǒng)，在此獲得二維矩陣碼。然后，機器人將零件送往視覺系統(tǒng)，確認(rèn)矩陣碼。

在下一階段，成件被轉(zhuǎn)移至一個工位，其中包含較小的臺座式機器人。在此，零件將經(jīng)過氣吹工序，移除殘留的液體和雜質(zhì)。一旦清理干凈，機器人將各零件轉(zhuǎn)移到坐標(biāo)測量機，在此經(jīng)過檢查和確認(rèn)，然后運輸?shù)匠杉渲?。叉車會將裝滿的成件箱從單元移走，準(zhǔn)備運輸。

單元由兩個HMI管理，設(shè)計有定制的控制屏幕，使操作員可以便捷地選擇零件類型、激活/失能功能，選擇檢查頻率和類型，并查看當(dāng)前的系統(tǒng)信息狀態(tài)是否與其用途相符。另外，控制界面將提供警告和有關(guān)系統(tǒng)警報的信息，并指導(dǎo)如何解決問題。

SEW系統(tǒng)在設(shè)計上大量運行兩種不同編號的零件，同時在編程中具備一定的靈活性，可以容納六種其他類型的零件。有多個機器人在公共區(qū)域執(zhí)行任務(wù)，所以由單元控制器管理復(fù)雜的系統(tǒng)合作。

系統(tǒng)安裝在預(yù)定時間內(nèi)完成，SEW單元在首次生產(chǎn)中就達(dá)到最高性能。

圖3 通過投資自動化，SEW位于萊曼的工廠可以增加十倍產(chǎn)量，同時持續(xù)滿足13 μm的孔公差，將位置公差保持在20~30 μm以內(nèi)

制造工程技術(shù)員Melvin Story稱，“我們相信Makino機器以及其工程師創(chuàng)建的工序的可靠性。零件質(zhì)量對我們來說是沒有商量余地的，所以可靠性和精確性非常重要。A81機器一直滿足我們的13?μm孔徑要求，并將位置公差保持在20~30?μm以內(nèi)。因此，每年的報廢率不到1%，包括任何鑄造缺陷。”

操作員在Makino的總部參加培訓(xùn)，幫助其了解單元控制器，使其能夠以高度自信有效管理系統(tǒng)。Makino的項目工程團隊隊長Paul Woodbury稱：“在開發(fā)HMI時，我們的團隊力求簡易性，通過標(biāo)準(zhǔn)化菜單和通知應(yīng)用使其便于操作員快速確認(rèn)和解決問題，平衡美感和功能，以實現(xiàn)最佳性能。”

通過對復(fù)雜自動化系統(tǒng)的長達(dá)十余年的探索，在安裝首個自動化單元后，SEW位于萊曼的工廠生產(chǎn)輸出已經(jīng)增長十倍，人力僅增長6%。這不僅幫助工廠在艱難的經(jīng)濟時期保留了高技能員工，還減少了產(chǎn)品成本，為未來創(chuàng)造更高的利潤提供了條件。