柔性制造生产线（通用12篇）
柔性制造生产线 篇1
柔性自动化装配生产线主要负责完成大批量、多品种、多车型、多颜色混线的汽车装配。这套系统应用了自动化机器人,转接重读定位的精度在0.6mm以内,能够完成9种车型、20多种汽车产品的混线生产,并实现有效的生产管理。柔性自动化装配生产线有着极高的生产效率,每小时能够完成65辆以上车辆的装配,而目前国内现有装配线最大产能是每小时44辆车,产能提高了47.6%。这种产能已经和国际先进水平十分接近,可以不再依赖进口。
1 国内发展现状
柔性自动化装配生产线系统主要有车身存储、内饰装配、底盘装配、轮胎储运、座椅储运、分装车门、动力集成、整车装配和线间相互转挂机器人等设备,应用了包括自动识别、跟踪、在线监测、自动存储、工业现场等技术,系统不仅能够进行汽车装配操作,还能够实现对装配过程的生产调度、质量管理和柔性装配控制等功能,提高了汽车装配过程的自动化和信息化水平。
一些部门对世界汽车工业的未来格局进行了预测,认为,在2025年以后,汽车工业的产销将逐渐转移到亚洲市场,中国汽车销量将占到世界总销量的30%。汽车装配生产线的柔性自动化技术是重要的核心关键技术,实现了装备的本土化,为我国汽车生产工业提供了先进并且自主知识产权的生产设备,对我国装备制造业有着重大的意义。该系统能够改变汽车制造生产线依赖进口的情况,基础技术等还能够出口和向相关领域扩散。
但是,即便柔性自动化汽车装配生产线有着非常大的优势,但是在国内的汽车装配制造厂家中应用的仍然多为刚性生产线,应用柔性装配生产线仍然属于少数,年产在10-30万台的大型汽车总装厂的生产流水线基本上都是进口设备,目前我国的一些技术实力较强的企业如华远,开始研发柔性自动化汽车装配生产线成套设备,争取行业高端。
2 柔性自动化生产线
柔性生产线是联结多台能够调整的机床,配合自动化装置组成的生产线,有着很高的自动化和信息化水平,能够通过计算机进行管理和操作,还能够结合多种生产模式同时进行,有效的节省了生产成本,并且极大的提高了生产效率。
汽车装配柔性生产线的基本组成主要有自动加工、物流系统、信息系统、软件系统等几部分。柔性生产线技术复杂,自动化程度非常高,结合了微电子学、计算机和系统工程等技术,有着更高的设备利用率,编入柔性生产线的机床会比单机作业产量高出数倍。柔性生产的产能比较稳定,系统中往往存在几台机床同时工作,出现故障会调整降级运转,物料传送系统可以自行绕过故障机床。在柔性生产线中,零件结构过程装卸一次即可完成,加工精度高,并且形式稳定。
3 生产线组成
柔性生产线按照范围可划分为产品生产线和零部件生产线,按照生产节奏快慢能够划分为流水线和非流水线两种,按照自动化程度则有自动化和非自动化生产线两种。
汽车装配柔性生产线主要有车身存储、内饰、底盘装配、轮胎座椅、最终装配、整车检测、车门分装、发动机前桥分装、仪表等相互独立但相互关联的机床模块组成。
3.1 智能化控制
利用计算机技术和网络技术实现智能化控制。借助计算机、网络和PLC总线网络以及无线LAN网络和射频识别系统以及光电接近开关、机器视觉传感器和执行器等部分组成,对系统的智能化控制按照集中管理、分散控制的形式进行。
电控系统主要三层结构,分别为监控层、控制层、设备层,不同层次均由不同的网络结构和不同的软硬件层进行控制,实现诸如自动识别、跟踪、在线监测和柔性装配等智能化操作。
3.2 自动化执行
自动化执行是智能化控制的执行层面,由智能感知系统获得实时准确的现场信息,智能化管理以及控制系统,在网络环境中控制滑橇滚床系统、滑板系统、摩擦系统、自行单轨车系统和机器人执行指令,通过执行系统完成汽车的整个装配操作过程。
3.3 控制系统
集中管理方式需要有一个有力的管理核心。系统主要通过管理计算机、工业以太网和冗余光纤网连接现场分系统PLC,实现现场信息的采集,进而进行整个装配生产线的柔性管理。上位管理计算机借助工业以太网对现场控制器上传的有效信息进行接受,并建立管理数据库,用于系统的开发和更改,并建立交互界面,管理、监控、记录工件物流状态、质量信息和运行状态,打印报表。
3.4 螺纹柔性装配系统
螺纹联接装配方式经历了手动、半自动、全自动三个发展阶段,目前已经进入了柔性装配阶段。柔性螺纹装配系统能够进行整车螺纹联接的高精度自动化装配,这种技术中应用了伺驱动、机械传动、电力电子、智能控制、传感检测、网络通信等技术,有效的提高了螺纹联接的精度,实现了螺纹联接的自动化、集成化、网络化。
4 结束语
柔性自动化系统能够完成非常复杂的汽车装配操作流程,具有多品种、准时化和高产能的优势,能够同时完成大批量、多品种、多车型和多颜色同时进行的装配生产任务,可以作为各种车型的总装车间。这种生产线除了能够进行装配之外,还能够在适当的改造改建之后用做生产企业的涂装、焊装或者其他分类、储存的柔性系统。柔性装配生产线在汽车装配中的应用能够大程度的提高汽车装配车间的生产效率,提高了装配工作的智能化和自动化水平,提高了生产效率和生产质量,并且还能够节省能耗。汽车制造柔性自动化装配生产线融合了机器人、计算机、自动规划、软件、网络、机械等多个领域的诸多技术,在研发整合之后形成了这套柔性自动化装配生产线,为我国“掌握核心科技”,从制造大国到技术大国的转变做出了微小的贡献。
参考文献
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柔性制造生产线 篇2
这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近,更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。
32 发展效率更高的FML
多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。
33 朝多功能方向发展
由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。
4 结束语
柔性制造技术是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势,是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。届时,智能化机械与人之间将相互融合,柔性地全面协调从接受订货单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。
近年来,柔性制造作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认,可以这样认为:柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技,为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图,将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。实现了按端口、MAC地址、应用等来划分虚拟网络,有效地控制了企业内部网络的广播流量和提高了企业内部网络的安全性。
4 结 论
现实中存在许多不同类型的网络,有支持TCP/IP的,有遵循OSI标准协议的,每台机器的对应层协议都不同,对哪一层实施连接,需采用相应的网络互联设备。
汽车制造企业供应链柔性探讨 篇3
关键词：供应链；柔性；汽车制造企业
1引言
汽车的生产和消费关系到工业化的各个主要方面，汽车制造业被认为是对经济影响最大、最具代表性的产业之一。面对快速变化的市场需求，作为汽车制造业微观基础的汽车制造企业必须选择供应链柔性管理来应对。要使其能更好地进行供应链柔性管理，要先对其柔性水平进行评价。而影响以汽车制造企业为核心的供应链柔性水平的因素众多，必须立足于了解影响柔性水平的关键因素。
2汽车制造企业实行供应链柔性管理的必要性分析
2.1汽车制造业的行业特性驱使汽车制造企业推行供应链管理
汽车制造行业链相对较长、关联性相对较紧密，需要有多级供应商、部件的配套、设计研究、汽车的总装、下游的经销商、零售商和售后服务网络以及物流运营服务等一系列的协同作业。汽车制造企业是无法独立完成从零件生产、整车装配到最终把产品卖到客户手中的全过程，必须借助于汽车制造业形成的专业化的原材料供应、汽车零件加工、零部件配套、整车装配到汽车分销乃至售后服务所形成的一整条汽车制造——销售——服务供应链。
2.2汽车制造企业自身存在的问题可通过推行供应链柔性管理得到有效的改善供应链柔性水平不足是阻碍中国汽车制造企业供应链提高自身竞争力的绊脚石之一。中国汽车制造企业柔性水平不足体现在两方面：一是，汽车行业相关性行业的发展滞后于整车的发展，主要体现在，物流配送多数企业不能达到主机厂要求。根据美国汽车工业行动组（AIAG）发布的《中国汽车供应商调查报告》显示，只有四分之一的合资企业能做到及时供给，国内企业能做到此的只有该数字的一半[1]。二是，整车制造企业产能及响应性同国外汽车企业相比，不具竞争力。从汽车生产制造过程看，早在2000年，丰田的汽车厂就可以共线生产4000多种类型的汽车，8小时单线可班产500辆汽车。而截至2006年，国内汽车装配线单线班产能力一般仅能达到300辆，共线生产的车型也一般在1000种左右[2]。
2.3市场的不确定性迫使汽车制造企业推行供应链柔性管理 随着科学技术的进步和生产力的发展，顾客消费水平不断提高，加上政治、经济、社会环境的巨大变化，使得整个市场的不确定性大大增加。汽车供应链管理一直以来是国际公认的最复杂、最专业的管理。对于汽车供应链来说，面对不断增加的不确定性因素，要提高供应链效率，拓展更大利潤空间，必须以较高的响应性和有效性来增强其竞争力。要想实现较高的响应性和有效性就必须依赖于供应链柔性管理。
3汽车制造企业供应链柔性水平分析
供应链柔性是供应链面对不确定时的变化能力，这是一个多因素的概念。因此，对供应链柔性水平的研究，应从多个角度切入。本文将整个汽车制造企业供应链看成“黑箱”，判断以汽车制造企业为核心的供应链是否达到一定的柔性水平。由于任何一家企业运营的最终目的都是为了能够最大限度地满足市场的需求。因此，判断汽车制造企业供应链达到柔性与否的标准，就以汽车制造企业是否在正确的时间，将正确的产品，以正确的数量，正确的质量送到正确的顾客手中作为评价依据。
3.1时间柔性 时间柔性体现于整车订货提前期、整车准时交货比率。它反映了汽车制造企业供应链对顾客需求的响应速度。整车订货提前期的长短并非由单个汽车制造企业决定，而是供应链上各节点企业是否达到同步、协调运行共同决定的。撇开顾客对汽车品牌偏好的因素不谈，整车的订货提前期，成为决定汽车制造企业竞争力的重要因素之一。整车准时交货比率相对于整车订货提前期的“快”而言，更注重于“准”。要保证整车的准时交货比率，要求供应商、制造商、零售商、客户之间在及时、准确信息引导下，实现整条供应链上产品流的通畅。
3.2产品柔性 产品柔性体现于现有整车种类、预开发新车种类、整车价格。它反映了汽车制造企业供应链现有整车可供顾客选择的维度有多大，根据技术发展及市场需要开发新车的能力、同一档次的车子整车的价格优势。汽车市场呈现个性化要求，汽车产品品种多样化，新车型不断推出，单一品种大量长时间生产已不复存在。为此，汽车制造企业供应链系统的机器设备具有随产品变化而加工不同零件的能力，可满足及时快速调整更换车型的要求，不需要更换设备。再者，汽车制造企业要达到产品柔性中的预开发新车种类多样化，还必须做到加强车型设计能力。此外，尽管顾客对质量、品牌等因素的考虑日益增加，价格不再是影响销售的最重要因素了，但价格仍然影响着人们的消费，特别是在市场不大稳定时，经常出现“持币待购”的现象，此时企业的价格策略能发挥很大的作用。
3.3数量柔性 数量柔性体现于整车缺货比率、整车平均延迟订单比率、整车平均提前交货比率、整车平均等待订单比率。它反映了汽车制造企业供应链根据外部环境变化，整合内部资源，对汽车市场变化的响应程度。即，基于顾客需求，有效的增加或减少总的整车生产数量的能力。数量柔性通过防止在某种整车需求突然增加情况下的缺货现象的发生来直接影响顾客对汽车制造企业供应链的知觉。
3.4质量柔性 质量柔性体现于整车安全性、整车操纵性、整车舒适性、整车经济性、整车环保性。它反映了汽车制造企业供应链所提供的产品的含金量。现今，顾客被动接受企业提供产品的“卖方市场”时代已一去不复返了。日渐成熟的消费者越来越关注产品的性价比、多元化的选择空间和全方位服务。这一点在汽车市场上显得尤为突出，汽车不是一般消费品，是一种一次购买花费较大，同时需要长期维护保养的产品。顾客在购买时，会对汽车的品牌、款式、质量、价格、售后服务等多种因素进行综合性考虑。
3.5顾客柔性 顾客柔性反映的是顾客对汽车制造企业供应链满足程度的主观感受。汽车制造企业供应链顾客柔性，即顾客满意度评价应从最终顾客的需求出发，顾客的满意度包括整车售前服务、售中服务、售后服务。在汽车产业里，产品的技术差异已经越来越小，服务水平的差异越来越大。与以往单一呆板的服务模式不同，时刻适应消费者的口味，赢得消费者依赖的特色服务模式越来越受到消费者的青睐。因此，各大汽车生产和销售厂商无不把追求高质量、独具特色的服务体系作为竞争的手段，从售前服务、售中服务及售后服务三个方面着手把握好顾客的满意度。
4结束语
经济全球化的背景下，汽车制造业的竞争凸现为以品牌为特征的各个汽车制造企业供应链之间的竞争。一条具有持续竞争优势的汽车制造企业供应链应以最终顾客的需求为起点，以能够在正确的时间，将正确的产品，以正确的数量，正确的质量送到正确的顾客手中，致力于提高顾客对汽车品牌的满意度来获得较高的利润水平和更大的市场份额，从而使供应链上的各节点企业达到“共赢”的状态。
参考文献：
[1]美国汽车工业行动组（AIAG）调研报告．中国汽车供应商调查报告[R]．2004．5．
柔性制造生产线 篇4
火工品,素有“热兵器心脏”之称。正因为如此,世界各国都高度重视火工品的科研生产及制造技术的改进。
国内的火工品生产技术来源于原苏联,大多采用手工与独立设备混合生产模式,从20世纪80年代开始,国内火工品生产开始不断进行技术革新,取得了一定成果,部分生产工艺及装备得到了较大改善,安全性及生产效率有了一定提高,但生产线专用性强,生产线和产品生产都是一对一的方式,造成了生产线利用率低下,场地占用率高。当产品改进或淘汰后,生产线再利用较难。不适应现阶段武器装备制造多品种、小批量的生产模式。同时,我国目前火工品装配整体水平不高,主要还是采用简单机械并辅以人工的生产方式,存在较大的安全隐患。
国外(如欧美等发达国家)的火工品生产线一般都是能适应多种不同产品的生产,柔性化程度高,只需要更换相应的模具和修改对应的参数就可实现产品的切换。这样的好处不仅减少生产场地,节约了大量的资金,更重要的是由于场地和设备的减少,同时操作人员大大减少从而导致了安全隐患的减少。
通过国内外生产现状对比,不难发现,我国火工品生产线设计理念和技术水平同世界发达国家均存在不少差距,主要问题还是设计理念相对落后,缺乏柔性制造理论。
2 必要性分析
针对当前国内火工品装配生产线生产方式单一,产品适应率低下、场地占用率高、人员操作密集、危险隐患多等问题,以及现在火工品主要以小批量、多品种生产方式,因此在火工品制造中采用柔性化制造方式是必然的,原来的单一化生产模式已不再适应当前复杂的生产方式需要,通过表1,可以明显看出柔性化自动生产线相对原有的单一化生产线的优势。
表1 新老火工品生产线对比分析
3 柔性化制造需求分析
虽然火工品种类繁多,但是其装配工艺基本大同小异,主要包括装药、压药、收口、退出等关键工序,以某针刺火帽为例,主要流程如图1所示。
图1 某火帽装配工艺流程
通过图1火帽的装配工艺流程可以看出,不同火工品装配的区别主要在以下方面:
1)工装、模具尺寸不一致;
2)装药量及药剂物理特性有区别;
3)压药、收口力有区别;
4)装压药工序不同。
上述4点为火工品制造的主要区别,所以要实现火工品柔性制造,生产线必须要能够实现工装模具快速方便更换、装药量及压药压力可以自由调节、并且生产线设备可以根据不同产品的实际生产工艺过程进行动态组合的功能。
4 实施方式
4.1 工装模具快速更换
通过对火工品装配工艺流程和工艺参数的分析,设计出采用同一生产平台,通过更换工装和控制程序、更改工艺参数,实现不同产品生产的柔性化火工品自动装配柔性生产线,从根本上解决了当前火工品装配制造过程中多品种、小批量生产模式问题。
4.2 装药药量调整
a)群模式装药
对于流散性好、密度均匀的药剂一般采用群模式计量板定容式装药,对于不同的装药量可以通过更换计量板来实现装药量的调整,如图2所示。
设备由装药料斗、振动机构、计量板加药机构等组成。工作时首先装有工件的模板传输到该工位,计量板加药机构中的计量板动作,完成加药。
图2 群模称装药机机械结构原理图
振动机构在计量板装药和放药时振动辅助药剂流动;装药料斗中存药量控制在安全规定药量范围内,一般不超过200 g,并设置有药量检测机构实时检测药剂消耗量。当料斗内药剂存量低于下限时,设备自动通知操作人员进行药剂增补。补药时,人工将药杯放置于抗爆间内的补药平台上。启动补药动作,隔爆门自动关闭,称装药上方的多自由度自动补药机械手动作夹持住药杯完成补药。
b)单发装药模式
对于流散性差、敏感度高的火工药剂,在装药过程中一般都是采用勺型装药的方式进行装药,勺型装药机结构如图3所示。
1—防爆步进机构;2—加药旋转机构;3—药勺摆动机构;4—药勺旋转机构;5—盛药碗;6—药碗旋转机构;7—刮药机构
图3 勺型装药机结构原理图
工作原理及过程如下:药碗旋转机构带动药碗作匀速转动,其目的是防止药勺在舀药时划出药坑,影响加药。药勺摆动机构带动药勺进行舀药,刮药机构将药勺表面的浮药刮掉,确保药剂计量准确。然后加药旋转机构动作带动药勺运动到模具上方,药勺旋转机构动作带动药勺翻转,将药剂倒入模具,完成加药。对于不同产品生产,可通过更换药勺来实现装药药量的调整。
4.3 压药压力、收口力调整
在火工品制造过程中,压药和收口设备结构和原理大致相同,只是对应的模具不同。
a)群模式压药、收口机构设计
对于压药精度要求相对低的群模式压药,一般采用群模式压机,其结构如图4所示。
图4 群模压药机原理图
设备由机架、压头、升降机构、气液增力缸、压力分配器等组成。工作时首先装有工件的模板传送到位,气液增力缸动作驱动升降机构下降,压头分别进入工件内腔压药并保压。压力传感器进行压力值实时采集,控制系统对压力进行开、闭环结合控制,确保整体压力一致性。多个压头与升降机构之间有压力分配机构,可以均衡多个压头的压力。
b)单发压药、收口机构设计
对于压药收口精度要求高的火工品装配,为了达到压药密度和压药深度的要求,必须保证压药的压力,采用全闭环全数字气液伺服技术,并对压合过程中的压力实现在线实时检测和控制。其硬件原理框图如图5所示。
图5 伺服位移和压力控制器原理框图
由图5可知,全闭环全数字液压伺服系统是由执行元件液压缸、本安型油压传感器、D/A转换接口和A/D转换接口组成。其压力控制框图如图6示。
图6 全闭环全数字压力控制框图
由图6可知,通过对输出压力值的设定,可以实现压力的精确控制,从而实现对不同产品的压药收口。
4.4 设备智能动态组合
不同的火工品装配除了装药药量、压药压力等工艺参数不同外,装配的工序也不尽相同。对于不同工序火工品的装配生产,通过将生产线设备进行自由组合,以及通过人机界面设定设备工作状态,从而实现不同工序火工品之间装配生产。图7是以5装5压火工品装配生产线为例,说明设备智能动态组合的优越性。
图7 某火工品装压药流程
通过图7可以看出,通过参数设置,生产线可以实现所有装压药工序≤5的火工品生产,上述设备通过排列组合计算,一共有P1010种排列组合方式。
根据生产的工艺与环境和实际生产的需要,每台单机均采用独立的控制系统以及物流传输系统,同时提供相应的数据IO接口,生产线中的单机可实现单台生产和多台自由组合生产,以实现不同产品的生产需要。控制结构原理图如图8所示。
图8 单机控制原理图
为了适应小批量多品种生产的现状,更换不同的产品进行生产时,由于工艺规定的不同,必须对设备不同的组合或者是单台设备进行生产。当重新组合专机搭建新的生产线的时候,必须要考虑各个专机的生产一致性和协调性,首先要对每台单机的工作时间进行统计,将工作时间最长的单机作为系统基准节拍时间,其他单机工作时间作出相应的补偿,其原理图如图9所示。
由于生产线的生产模式是流水生产模式,当生产线上的某台单机发生故障的时候,必须及时通知故障单机前面所有单机停止生产,以避免生产线上的在制品的积压如图10所示。
图9 单机节拍补偿原理图
图1 0 系统故障处理流程图
所以每台专机在设计控制系统时,必须要考虑同其他专机的数据接口,以保证专机之间的数据通讯,其原理如图11所示。
图1 1 单机数据交换
为保证生产线每台设备都可以单独进行使用,生产线每台单机分别采用独立的控制系统。控制系统采用PLC触摸屏方式,其本机自带的开入、开出点,配以模入输出模块,负责对现场仪表信号的采集和执行机构的执行,并将生产状态反馈回人机界面。控制器安装在各专机的防爆控制盒内,通过操作操作面板上的按钮实现对各专机的控制,这样的装配方式实现了机械设备和控制系统集成在一起,便于设备的运输和搬运,避免设备移位时需要重复接线。
人机交互界面包括控制柜面板和手动操作盒。控制面板上有触摸屏、电源开关、模式选择旋钮、启动按钮、停止按钮、急停按钮、报警指示灯、运行指示灯、停止指示灯、电源指示灯等,方便现场人员对生产过程进行监控。手动操作盒上有启动按钮和停止按钮,方便人工移动调试。模式选择旋钮有两个状态选择:调试和生产。当选择在调试位置时,系统不进行上料有无弹壳的判断,直接连续运转,也可以进行点动和单次操作。当选择在生产位置时,系统按照工艺要求进行不合格品剔除和生产条件监控、故障停机。
现场传感器、气缸和电机等输入输出信号通过控制器本机I/O点和扩展I/O点连入至CPU模块上。
5 结语
通过模具快速更换、装药药量自动调节、压药及收口力调整以及设备智能动态等方法,可以快速实现生产线生产产品的切换,实现了柔性制造,解决了目前我国火工品制造存在的生产线产品生产单一化、利用率低下,场地占用率高、人员密集、自动化水平落后、安全隐患大、以及当产品改进或淘汰后,生产线再进行利用较难等问题。
摘要：针对目前国内火工品生产厂家在火工品装配过程中,存在生产线专用性强,生产线和产品生产都是一对一的方式,造成了生产线利用率低下,场地占用率高、同时当产品改进或淘汰后,生产线再利用较难,不适应现阶段武器装备制造多品种、小批量的生产模式等生产现状的问题。进行分析论证、总结出了一种可以实现多种火工品生产柔性化装配生产线。该生产线通过工装模具快速更换、装药精度、压药压力快速调整以及设备布局快速切换等方法来实现多品种、小批量的火工品自动化装配生产线,填补了国内空白,提高了我国火工品的装药装配水平。
关键词：柔性制造,火工品装配,排列组合生产模式
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柔性生产和传统生产的比较 篇5
随着信息技术的飞速发展，企业面临经营环境不断变化的挑战，市场竞争的全球化、顾客和市场需求的多样化和不确定性、产品寿命的缩短、价格竞争的加剧等等都给企业现存的生产方式提出新的、更高的要求。为了在残酷的竞争中生存和发展，企业就必须研究一些低成本并且能够快速反应的制造方法，柔性制造（或柔性生产）就是这些
方法的总称。因此，与其说柔性制造是一种生产方式，还不如说是一种全新的制造理念。
二、传统生产面对的瓶颈问题和产生原因
1、产品切换时间长：“现在生产的产品品种越来越多，用在换线的时间越来越长，因此生产效率低，库存量也大。”
2、客户要求灵活性增加：“现在的客户都是提早两天发指示，第三天就要出货，两天时间根本就出不了产品，只能增加产品库存来满足客户的需要？”
3、批量小批次多：“我们每台机器的最小生产批量是200公斤，而客户的订单却越来越小，有时候甚至是1、2公斤，这样的订单每做一次就会增加剩余库存，而且越积越多，只能增加仓库来应对。”
造成传统生产的这些瓶颈问题的原因是多方面的：
首先，是这个世界的变化太快，随着人民生活水平的提高，人们日益追求个性化的产品和服务，消费观念也随时在调整，因此市场需求瞬息万变，这就必然出现了产品多样化的细分和批量小批次多的生产需求特点。
其次，在传统生产阶段，由于科学技术还不够先进、市场需求单
一、经营观念落后，直接导致的结果是生产设备自动化程度不高，功能单一，可根据不同产品特点和不同工艺调整设备的弹性不大，常常出现大型专用设备面对小批量生产的尴尬现象。
再则，还有一个更重要的原因：即信息化技术利用程度不高。在传统生产中，大部分的生产管理工作是用手工帐目操作完成的，对于数据信息的管理、物料的管理、生产工艺的管理都处于比较落后的手工管理阶段。这样，一方面，在生产管理上太依赖于个别熟练人员的存在；另一方面，在市场瞬息万变的时候，需要去更改生产基础数据信息（例如bom）、生产工艺、库存管理等各方面的信息所需要的时间很长，无法满足变化的速度。同时，由于手工帐目信息不易共享，因此在企业的内部存在着较大的沟通障碍，这也会降低企业的效率。在20世纪90年代初，国内许多的国有企业被迫改型或者倒闭，其中一个很重要的原因就是由于设备老化，在产品转型和更新换代上缺乏有效的措施，而随着技术的快速发展，那些在五六十年代的主导产品已经被淘汰，因而不得不退出市场。在那个时代，其中一个最典型的例子是晶体管技术替代了电子管技术，从而使计算机技术得到了迅速的发展。（题外话：这些变化还导致了大批失业工人的产生，原因是大批的技术工人已经习惯于原来的手工技能操作，对自动化设备却一无所知，使得英雄无用武之地。）
传统生产由于上述在生产组织上存在的问题，因而其制造成本很高，在生产过程中更是产生了极大的浪费。
有人说21世纪企业之间的竞争是成本的竞争。在面对技术成熟度越来越接近，可替代产品的越来越多样性，一个企业要想长远发展，维持股东利益，唯有在成本上取得竞争优势。目前的家电行业、汽车行业价格战无不打得如火如荼。自从日本丰田汽车公司在20世纪60年代实行jit生产方式以来，零库存管理、存货控制就被成为了一个控制成本的基本观念和方式。而传统生产方式恰恰在库存控制方面存在着先天的不足。同时由于传统生产方式在产品成本的会计方法上也比较粗放，使产品的定价与成本产生偏差，直接影响了企业的正确利润核算，严重的还可能导致企业的错误战略决策。所以说，当面对客户需求变化的时候，以增加库存和增加成本为代价来满足客户需要的话，企业的生存终将受到挑战。
三、柔性生产要解决的问题
通过上面的讨论，我们已经知道，在传统生产方式中存在的问题有：生产多种产品、切换时间、小批量多批次、制造成本控制、成本核算方式、设备投资成本等。柔性生产要解决的就是上述这些问题。柔性制造的理念就是要实现小批量多品种生产；中间库存减少。
因此，柔性制造总的趋势是生产线越来越短，越来越简，设备投资越来越少；中间库存越来越少，场地利用率越来越高，成本越来越低；生产周期越来越短，交货速度越来越快；各类损耗越来越少，效率越来越高，从而大大地降低生产成本，强化企业的竞争力。
四、柔性生产的实现方式
在制造业中，存在着八大浪费：即制造过多的浪费、制造不良的浪费、加工本身的浪费、动作的浪费、待工待料的浪费、沟通的浪费、搬运的浪费、库存的浪费。柔性生产方式如果能够有效消除这些浪费，那么也就达到了解决问题的目的。制造过多和库存的浪费体现在
库存管理方面；动作的浪费、搬运的浪费体现在一些没有产生附加值的动作上，现代作业观念认为，每一个作业动作都应该产生附加价值，否则就是一种成本浪费；制造不良的浪费是指质量成本及重工工时（rework）的浪费；沟通的浪费是指互相扯皮导致的效率损失。为了实现柔性生产的弹性，在生产系统设计上可以采用多种形式相结合的方式。
1、设备投资的柔性：为了避免大型专业化设备面对小批量多批次的尴尬，现在越来
越多的企业开始采用台桌式工作台代替大型的流水线，这样，一方面可以减少企业初期的设备投入资金，另一方面，增大了企业应变的能力，降低了企业的生产成本。例如：上广电在2002年开始在上海金桥开发区导入大屏幕等离子电视（pdp）生产的时候，采取的就是这种生产模式。但是这种方式也存在着搬运浪费的缺陷。
2、用自动化输送线：当采用自动化输送线的时候，可以减少搬运和中间库存的浪费。但是也存在着两个问题需要解决好，一方面是线平衡必须设计好，即每个站位的平均工时要相等，否则就会造成局部的堵塞，从而影响全体的生产速度，成为效率的瓶颈；另一方面是必须贯彻全员质量管理的观念（tqc），每个员工对自己接受的半成品和送出的半成品负责，并且严格按照标准作业流程（sop）操作，否则，就容易在某个环节出现质量问题，导致整体的返工损失。
3、动化程度的提高：自动化程度的提高可以显著提高生产效率，但必须保证自动化设备的可编程性，这样才能实现生产的弹性。为了适应自动化程度的提高，必须要保证研发的设计成熟度水平以及生产管理系统的完善。
第一，设计的产品在生产之前要得到充分的验证，使批量生产的产品不会出现设计性的不良；
第二，产品设计成熟后应当立即生成完备的技术数据信息，例如产品物料清单（bom）；
第三，标准作业指导书（sop）要形成电子化管理；
第四，管理信息系统成熟应用，各种生产信息和数据能够在销售、采购、物管、生产、研发、品保部门之间获得共享；
第五，全员质量管理的贯彻；质量管理不仅仅要求品保部门控制好进料检验、制程品质、出货检验，还要求在工序的各环节进行质量控制（in process quality control）。
在以上五个条件的支持下，如果企业面对不同产品的切换时，由于自动化设备可以快速更换备用程序，库房可以提前按照mis系统中的bom备好该产品的物料，作业指导书也分不同机种备好，随时可检索出来更换，则理论上生产线可以随时进行机种变更的切换，保证连续生产，从而不会造成切换时间的损失。在这种情况下，允许不同机种在同一条生产线上顺序生产，只是需要加入识别标记。（注：此处所指的机种指同一类产品的不同型号）。但是，在全员质量管理贯彻不好的情况下，一旦出现质量问题，由于不能及时结束工单，则将出现非常多的在制品（wip）。
在面对小批量多批次的问题时，管理信息系统的应用则更为有效。例如导入erp系统，销售部门把预测需求输入系统，系统可以根据bom、物料采购周期等进行自动运算，输出物料需求计划（mrp）的报告，物管员、采购员可以依据这个报告结合实际工单的变化情况进行调整，从而实现jit生产方式，达到了很好的库存管理目的。为了使存货管理的成本更低，现在许多企业又开始导入供应商管理存货（vmi）系统，vmi的核心处理方式是物料到厂之后先不入存货帐目，由供应商负责管理，直到生产实际领用时才计入企业的生产成本，因此，企业可以不再关注进料的存货管理，而把重心放到wip的管理和出货速度的管理上。
除了上述谈到的一些柔性生产的管理方式之外，现在比较流行的观念是细胞化生产方式，这是对柔性生产理念更高层次的诠释。
所谓细胞化的生产方式就是把传统的大批量生产方式分割成一个个小的生产单元，这些小的生产单元每个都可以独立完成某个或几个产品的独立生产任务。这样的优越点有两个：一个是规模小（生产线短，操作人员少），另一个是标准化之后的小生产细胞可以简单复制。由于这两个特点，细胞生产方式能够实现（1）简单应对产量的变化，通过复制一个或以上的细胞就能够满足细胞生产能力整数倍的生产需求；（2）减少场地占用，细胞是可以简单复制的（细胞生产线可以在一天内搭建完成），因此不需要的时候可以简单拆除，节省场地；（3）每一个细胞的作业人数少，降低了平衡工位间作业时间的难度，工位间作业时间差异小，生产效率
高；（4）通过合理组合员工，即由能力相当的员工组合成细胞，可以发挥员工最高的作业能力水平。如果能够根据每一个细胞的产能给予相应的奖励，还有利于促成细胞间的良性竞争。另外一个显著的优点是能够使成本核算更加准确。细胞生产线的形式是多样的，有o形，也有u形，有餐台形，也有推车形等等。
柔性化生产还有一人生产方式：我们看到过这样的情形，某产品的装配时间总共不足10分钟，但是它还是被安排在一条数十米长的流水线上，而装配工作则由线上的数十人来完成，每个人的作业时间不过10、20秒。针对这样一些作业时间相对较短、产量不大的产品，如果能够打破常规（流水线生产），改由每一个员工单独完成整个产品装配任务的话，我们将获得意想不到的效果。同时，由于工作绩效（品质、效率、成本）与员工个人直接相关，一人生产方式除了具有细胞生产的优点之外，还能够大大地提高员工的品质意识、成本意识和竞争意识，促进员工成长。
《钢桶柔性生产线技术》浅析 篇6
【摘 要】本文介绍了钢桶柔性生产线技术原理，重点阐述了关键设备-卷边机和桶身联合成型机的柔性化设计方案，描述了该技术在金属包装行业的应用效果并对其未来发展做了展望。
【关键词】钢桶生产线 柔性化设计原理 卷边机 桶身联合成型机
【Abstract】This article has introduced the principle of Steel Drum Flexible Production Line； especially explained the flexible designing scheme of the Key Equipment， which are curling machine and barrel body joint molding machine； and also described the application effect of this technology in metal packaging industry； finally， it predict the future development of this technology.
【Key words】Steel drum production line principle of flexible designing curling machine barrel body joint molding machine
引言
傳统的钢桶生产线的单一性、专用型特性，已不适应现代化工业生产模式的需要。为了适应钢桶行业多品种、多规格生产的需求，通过建立钢桶生产线柔性化设计分析计算模型，实现钢桶生产线的柔性化设计，达到在一条生产线上可生产多品种、多规格型号的钢桶的目的。企业可根据需求调整生产的规格和产量，提高企业应变能力，实现可持续发展和灵活变化。
1 钢桶柔性生产线技术原理
1.1 技术原理
为适应钢桶不同规格的材质、料厚、直径、容器高度、开口形式等结构参数的变化，依据建立的钢桶生产线柔性设计分析计算模型，在生产线上包括个单机（包括桶身联合成型机、折边机、胀筋整形机、擦桶机、卷边封口机、卸桶机等）和输送及上下料机构（机械手）中设置必要的调整环节，运用PLC及单片机等控制技术对动力部件的工作位置、作用尺寸、工作压力、运动速度、循环程序等功能参数进行快变、快换或快调，实现钢桶生产线的柔性化生产。
1.2 设计思路
实现生产线的快速（4小时内）可调整即柔性化，在生产线具备柔性化功能的同时，还要操作简单、实用和方便。具体是在柔性化生产线上的生产设备和工件输送机构（机械手）采用轴向和径向可调或可换的总体和部件设计，凡涉及被加工工件结构和作用尺寸的零部件设置有螺纹副调整机构、T型槽位移调整机构、长槽位移调整机构、铰链接机构、销定位或止口定位互换装置、半瓦连接互换装置、分体式结构互换装置、交换齿轮互换装置等零部件调整和更换环节，在机械、液压、气动等动力系统的作用下，通过控制系统的集中控制，对各项参数进行迅速调变。
2 卷边机及桶身联合成型机的柔性化设计
2.1 卷边机的柔性化设计
根据产品的直径、长度和料厚，迅速对机床运动速度、压力和位置进行调整，以适应多品种钢桶的轮番生产。床身有四柱式导轨、对称式座板和焊接式底座连接构成框架式支承导向系统，具有好的刚性。为了具有“柔性”性能，该机床设置一下调整环节：按照GB325-2000国家标准规定80升—230升以及320升的要求，封口盘的轴向位置可调整范围为615mm-1050mm；卷边轮的径向位置调整范围为415mm-700mm；卷边机进给速度在2.6mm/min-1060mm/min范围内无极调速；工件的旋转速度设计为：低速区段在270r/min，高速区段在340r/min，根据产品进行转换；封口盘轴向压力设计为在280kgf-3800kgf间无极调整；卷边进给力：在630kgf-7300kgf间无极调整。
为了实现以上调整功能，主轴采用机械双速传动；进给、封口采用液压传动。自动控制系统根据新品种的材料厚度和材质对机床液压系统工作压力、运动速度、材质塑性变形以及保压时间等参数作出调整。借助于封口盘、卷边轮等的互换性，实现柔性化生产功能。在实现机床具备柔性化功能的同时，还考虑到操作简单、方便。
2.2 桶身联合成型机的柔性化设计
该机床是在一台设备上自动完成桶身折边、波纹、环筋三道工序，为实现柔性功能，机床设计有统一的更换不同规格的成型工具定心安装尺寸。机床挤压行程、工件夹持定心直径、挤压力以及挤压速度等参数可进行无级调整。机身采用四柱式导柱的框架总体布局，以提高机床支撑导向系统的刚度。成型工具采用滚动楔铁胀压机构和挤压折边模具设计，实现桶身多条波纹旳逐一顺序次无干涉连续胀压。多种规格桶身的成型工具采用不需要更换的统一工具模芯。本机床全部动力采用液压传动，叠加阀和直流湿式电磁换向阀，构成多动力部件抗干扰集中控制系统，采用定量泵的变量化恒功率控制系统设计和自动计时全量卸荷以降低系统的发热。
结语
钢桶的柔性生产技术是当前金属包装行业适应市场动态需求及产品不断迅速更新的主要手段。实践证明，应用柔性自动化生产系统可提高生产率1倍-4倍，新产品试制周期和费用减少1/3-1/2。从而可缩短制造周期和交货期，加快产品更新换代，大幅度降低成本，提高企业对市场变化的应变能力和竞争能力，给企业带来明显的经济效益。钢桶的柔性生产线从2005年起已在广东、福建、江苏、陕西、四川等地成功应用。投入生产以来，运行稳定、可靠，柔性化生产带来的经济效益显著。2013年又在江苏扬州建设成一条柔性的中、低水平放射性核废物贮运容器自动化生产线，它采用了柔性生产技术，满足了我国多规格核废物容器的自动化生产的要求，实现了核废物容器制造产业化，使核废物容器制造标准达到先进的行业水平；质量和产品性能处于国内领先；推动核废物容器在核电站的应用，并通过核废物容器的应用而减少再生废物，从而保护环境，有利于核能的发展和应用，经济效益和社会效益显著。
实践证明：钢桶的柔性生产技术具有很好的推广价值；采用的创新设计理念值得同行参考。
参考文献
[1]杨文亮，辛巧娟.《钢桶制造技术》.科学工业出版社，2007年.
[2]杨文亮.《钢桶生产线的设计》.钢桶，2013年4期.
[3]胡云星.《基于PLC的柔性生产线送料机械手系统设计》.机械工程与自动化，2011年6期.
[4]李秀，姜澄宇，王宁生.《柔性生产线信息管理系统关键技术的实现》.南京航空航天大学学报，2000年2期.
[5]盛军.《柔性生产线控制系统》.航空制造技术，2001年1期.
柔性工装与焊接制造 篇7
1 焊接工装在施工过程中需要注意的一些事项
焊接工装的特点是装配焊接工艺和焊接结构和焊接顺序决定的, 其主要有以下一些注意事项:
(1) 在焊接过程中, 当零件因焊接加热而伸长或因冷却而收缩, 为了减少焊接变形和焊接应力, 允许某些零件在某些制定的方向上是自由的, 有些零件利用定位装置定位即可, 不需要全部刚性固定。
(2) 在焊接进行装配时需要根据一定的顺序逐步进行, 其定位和夹紧也是根据相关的要求和加工工艺进行。
(3) 焊接产品出于施焊方便或更好的控制变形的原因, 装配和焊接两道工序可能是先装完再焊接, 也可能是边装边焊接, 装配焊接完成产品成为了一个大的整体, 结构更加复杂。
所以作为焊接施工所需要使用的工装需要满足实用性、经济性、可靠性、艺术性的原则, 明确产品加工的相关要求, 根据要求拟定相关柔性工装的方案, 进行必要的分析。
2 工装柔性化组合的模式
通过长期的应用和实践, 将工装单元划分为主体, 支撑模块, 夹紧装置, 定位模块, 导向模块等几大类, 各种工装总体上均为规格化不同系列的上述单元组合而成, 一般主体为工作台, 工作台承载能力高, 刚性稳定, 它的五个面上有各种均匀化的安装孔和T型槽等;支撑模块为组合式工装的结构单元, 在工装中起上下连接的作用, 如各种角铁、方箱、角尺等;夹紧装置用于保证组对各零部件之间的相对位置在焊接过程中不发生变化, 如快速夹具等;定位模块用于组对各零部件之间位置尺寸的定位, 导向模块用于夹具元件相对位置发生变化时变位导向作用。
3 柔性焊接工装的特点
柔性组合式焊接工作有如下几个特点:
(1) 模块化和柔性化, 所有模块, 进行了标准化和系列化的设计, 且他们之间相互匹配, 可以根据不同的需求进行不同的组合, 几乎可以达到任何专用夹具同样的定位和夹紧能力。
(2) 精度高, 工作台面和各种功能模块按照特定的尺寸精度加工配套, 任意孔的孔间距按照特定的尺寸要求和精度要求加工, 这种精度要求将会反应在所需加工产品的精度要求的基础上。
(3) 广泛性, 经过多年的发展, 各种功能的模块能够直接采购或者通过专业的生产厂家结合公司内部生产产品的特点定制各功能模块, 且很多模块都是有专利设计, 如快速夹具等。
(4) 立体三维, 模块中的各种方箱、角铁、角尺、拉杆、顶杆、连杆等可用于三维空间的拼接, 便于生产各种类型的立体结构。
(5) 多样性, 各类工装夹具模块的设计可以根据加工产品的类别进行专业定制, 如加工铝合金产品, 因为要求铝合金要和铁隔离开, 所以工装各模块在设计过程中可以采用铝合金或不锈钢材质。
4 柔性焊接工装的要求及作用
对于焊接工装夹具, 就是将焊件准确定位和可靠夹紧, 便于工件进行装配和焊接, 能够保证焊件结构精度方面要求的工艺装备, 柔性焊接工装的作用可以简单概括如下:
(1) 准确可靠的定位和夹紧。
(2) 有效防止变形。
(3) 工件处于最佳的施焊部位。
(4) 可以配合其他结构使用 (如翻转机构等) 。
其设计要求如下:
(1) 工装夹具具备足够的强度和刚度;夹具在生产中投入使用时要承受焊接带来的多种力的作用, 所以工装夹具应具备足够的强度和刚度。
(2) 夹紧装置要适用和可靠;夹紧时不能破坏工件的定位位置和保证产品形状、尺寸符合图样要求, 既不能允许工件松动滑移, 又不使工件的拘束度过大而产生较大的拘束应力。
(3) 组合后焊接操作要灵活可靠;使用夹具生产应保证足够的操作空间, 使操作人员有良好的视野和操作环境, 使焊接生产的全过程处于稳定的工作状态。
(4) 便于焊后的拆卸和重新组装;操作时应考虑制品在装配定位焊或焊接后能顺利的从夹具中取出, 还要制品在翻转或吊运使不受损害。
(5) 便于制造、安装和操作, 便于检验、维修和更换。
5 柔性焊接工装使用状况和行业的发展
中国工业正朝着“工业4.0”的目标发展, 焊接工艺装备在装备制造业中使用越来越广泛, 经过这几年的发展焊接工装夹具技术正朝着高精度、高效率、模块化、通用化和经济性的方向发展, 精密组合焊接工装系统凭借其在技术和生产应用方面的优异特点成为未来重点发展趋势, 相信他们将会和中国的整体工业水平一样朝着自动化、智能化和信息化的方向发展。
结语
通过实施工装柔性化的应用, 有效的解决了工装重复利用率低下、转产工装准备工作量大、周期长、费用高等问题, 为制造企业应对市场的敏捷、变化、高效、低成本提供了强有力的技术和质量支持, 随着市场需求的不同以及多品种、小批量产品的越来越多, 工装柔性化将在加工制造企业发挥越来越重要的作用。
摘要：随着社会经济的发展和加工制造业激烈的市场竞争, 对企业的产品研发、工艺准备、生产组织等环节的响应速度提出了更高的要求, 本文介绍了工装柔性化应用的意义, 工装制造的模式及对焊接的影响。
关键词：多样,柔性化,组合,工装,焊接
参考文献
[1]American Welding Society and Edison Welding Institute.Economic and Productivity of Welding[R].Heavy Manufacturing Industries Report.
桥壳总成的柔性制造技术 篇8
为解决汽车中后桥壳制造中多品种产品质量和产能不稳定性问题, 本文结合公司现有成熟品种桥壳的加工工艺和生产设备, 对比分析多品种桥壳总成与现有基本型桥壳的加工工艺, 采用成品垫压板焊接等新工艺、结合现有工艺对产品设计结构进行优化和对现有加工线技术装备进行柔性化改造, 实现差异化桥壳与现有成熟加工产品加工工艺统一, 提高了现有生产线的柔性化加工能力, 节约了生产成本。
现状分析
公司现有桥壳加工线是按斯太尔桥壳工艺布局设置, 拥有专用机床17台, 通用普通机床20台, 生产线工艺布局只能加工生产斯太尔桥壳及其变型产品。新开发的CK 4BZ桥总成是公司根据市场需求开发的一种达到国家先进水平的轮边减速双桥, 为了抢占市场先机急需批量生产。其中桥总成最关键零部件中后桥壳总成的金属切削加工产能成为整个产品开发推广的瓶颈。斯太尔桥壳和CK 4BZ中后桥壳总成加工工艺流程对比见表1, 可见CK 4BZ中后桥 (见图1) 主要加工部位的轴头、桥壳主减定位面及孔与现有桥壳品种有较大的不同。
根据工艺分析可知, CK 4BZ中后桥壳总成在现有的桥壳加工线上无法加工, 若要形成批量生产则需专门投资一条生产线。为此公司组织核心技术力量, 通过对多品种桥壳总成与现有基本型桥壳的加工工艺、定位基准和方式进行对比分析, 统一桥壳定位基准和尺寸, 对现有加工线工装夹具进行柔性化改造, 解决多品种产品质量和产能不稳定性问题, 使重型汽车车桥的产能和质量能进一步提升, 为企业的跨越式发展打下坚实的基础。
工艺方案
1.粗镗两头端面、内孔、倒角工序工艺优化
斯太尔桥壳盘面孔为圆形, CK 4BZ桥壳盘面孔为多边形, 通过对机床定位夹具进行优化, 改进镗内孔组合专机内孔定位装置 (见图2) , 实现专机生产。
为适应斯太尔桥壳生产线的加工, 统一定位基准, 对CK 4BZ中后桥壳总成增加轴头工艺定位内孔、倒角与斯太尔桥壳轴头内孔尺寸相同 (见图3) , 并设计和购置了组合专机的专用刀盘和刀具, 以满足后续工序定位。
2.车两轴头各道外圆工序工艺优化
CK 4BZ中后桥总成轴头螺纹退刀槽为较深凹槽结构 (见图4) , 加工时数控车床成型刀片后角易划伤加工面。通过工艺论证和试验, 数控编程时将退刀槽优化为R角过渡不影响螺纹加工刀具的退刀 (见图5) , 实现了CK 4BZ中后桥总成在斯太尔加工线上数控双头车加工。
3.铣弹簧垫压板平面工序工艺优化
由于桥壳垫板、压板加工和焊接尺寸不同, 无法在生产线上专机加工, 需普通铣床加工, 通过设计专用工装夹具 (见图6) , 经反复试验确定合适的焊接参数, 改变桥壳弹簧垫压板焊接后加工, 解决焊接误差实现桥壳弹簧垫压板的成品焊接, 使不同品种桥壳使用成熟加工工艺和加工线的生产设备, 使批量生产成为可能。
4.磨轴头上外圆、R和锥面工序工艺优化
斯太尔桥壳磨轴头两档外圆是在数控磨床上采用成组砂轮同时磨削, CK 4BZ桥壳两档外圆由于间距不同无法加工, 通过工艺改进对机床夹具进行调整, 对一成组法兰盘进行改造 (见图7) , 实现了CK 4BZ桥壳的数控磨床加工。
C K 4B Z中后桥总成两端轴头轴承档需磨削, 由于两端外圆过渡圆弧分别为R 1 6和R12, 加工时需更换不同R角砂轮, 只能在普通磨床上磨削, 无法在加工线数控磨床上加工。通过技术论证, 将φ100g6外圆过渡圆弧R16更改为与斯太尔桥壳轴承档外圆过渡圆弧相统一的R12, 工布优化前后如图8和图9所示, 工艺优化后实现了CK 4BZ桥壳在数控专用磨床的加工, 加工节拍由30min/件缩短为10min/件, 装夹由四次减少为两次, 外圆同时磨削, 两档外圆同轴度得到了提高, 节约了采购不同R角砂轮的费用。
性能指标分析
工艺优化后的CK 4BZ桥壳实现了生产线批量加工生产, 对工艺不通用工序改进, 改进效果如表2所示。
(单位:min/件)
CK 4BZ中后桥壳总成工艺优化前初步估算加工成本为880元/件, 工艺优化后目前加工成本为640元/件, 单件可节约成本240元/件, 桥壳柔性化制造技术优化前后在近一年半的节约成本对比见表3。
结语
经对比分析, 缩短差异化桥壳批量生产周期≥45%、提高设备利用率和降低成本≥30%、提高生产节拍≥45%、降低生产能耗≥20%, 充分说明了安凯公司利用创新技术提高了产品生产效率, 降低了生产成本, 大大提高了产品的竞争优势。
机械制造业的柔性化变革 篇9
“柔性制造”是相对于“刚性制造”而言的。传统的“刚性”流水生产线主要追求单一品种的大批量生产。“柔性制造”是满足消费者个性化、多样化需求最坚实的支撑。在卖方市场环境下, 企业生产什么消费者就只能购买什么。而今消费者所需要的不仅仅是一种标准化商品, 而是个性化需求的满足, 这在客观上需要柔性制造系统的支撑。同时“柔性制造”是降低生产成本、提高经济效益的有效手段。由于柔性制造是一种智能型的生产方式, 它将高科技“嵌入”到制造设备与制造产品中, 实现硬设备的“软”提升, 并提高制造产品的性能和质量, 因而不仅能提高劳动生产率, 而且能提升产品的附加价值;另外, 柔性制造还是一种市场导向型的生产方式, 它要求制造厂商与顾客实行互动式的信息交流, 及时掌握顾客对相关产品的需求信息, 严格按照顾客的意愿和要求组织生产, 因而能消除制造商生产的不确定性, 同时使各制造商之间避免因过度竞争而造成两败俱伤的现象, 从而使各制造商减少损失, 提高经济效益。要适应柔性化的变革, 机械制造业的企业需要在以下四个方面下功夫:
1. 转变企业管理方式, 实施柔性管理, 保证柔性制造系统高效运行。
常言道:“三分技术, 七分管理”。柔性制造需要柔性管理。柔性制造方式的实施必然要求变革传统的管理思想、管理组织和管理方法。首先, 要树立与柔性制造系统相适应的柔性管理思想, 这是实施柔性制造的先决条件。柔性管理思想的核心是“人性化和个性化”, 它注重平等尊重、主动创新、远见和价值控制等思想观念。其次, 应增强组织机构的柔性。组织机构设置是否合理、是否具有柔性, 将直接影响到企业对外部市场需求的反应能力和决策能力。目前大部分制造企业的组织结构层次多, 信息传递的渠道长、环节多、速度慢, 不能适应柔性制造对信息传递快速准确的需要, 因而必须采取项目型、虚拟型、有机型等柔性组织形式, 以增强组织结构的柔性和活力。再次, 采用柔性的管理方法。柔性制造是一种新的先进的生产方式, 这在客观上要求采用诸如动态计划、弹性预算等柔性管理方式, 以获得以变应变的效果。
2. 全面采用柔性化技术。
柔性制造所采用的关键技术包括: (1) 计算机辅助设计。未来CAD技术 (计算机辅助设计) 将会引入专家系统, 使之具有智能化, 可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术, 该技术是直接利用CAD数据, 通过计算机控制的激光扫描系统, 将三维数字模型分成若干层二维片状图形, 并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描, 被扫描到的液面则变成固化塑料, 如此循环操作, 逐层扫描成形, 并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起, 仅需确定数据, 数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。 (2) 模糊控制技术。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能, 可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整, 使系统性能大为改善, 其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注。 (3) 人工智能、专家系统及智能传感器技术。专家系统利用专家知识和推理规则进行推理, 求解各类问题 (如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等) 。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合, 因而专家系统为柔性制造的诸方面工作增强了柔性。以知识密集为特征, 以知识处理为手段的人工智能 (包括专家系统技术必将在柔性制造业 (尤其智能型) 中起着日趋重要的作用。 (4) 人工神经网络技术。人工神经网络 (ANN) 是模拟智能生物的神经网络对信息进行加工、处理的一种方法, 也是一种人工智能工具。在自动控制领域, 神经网络将并列于专家系统和模糊控制系统, 成为现代自动化系统中的一个组成部分。
3. 形成柔性化的系统。
柔性制造的关键是对客户的需求作出快速反应, 因此, 需要以整个系统的优化为起点, 对企业的业务流程进行重新构造, 使之具有更大的灵活性和更强的适应性。为了实现制造系统的柔性, 在积极应用以上柔性化技术的基础上, 机械制造企业应加大力度构建柔性化制造系统。 (1) 加工系统。柔性制造系统采用的设备由待加工工件的类别决定, 主要有加工中心、车削中心或计算机数控车、铣、磨及齿轮加工机床等, 用以自动地完成多种工序的加工。磨损了的刀具可以逐个从刀库中取出更换, 也可由备用的子刀库取代装满待换刀具的刀库。车床卡盘的卡爪、特种夹具和专用加工中心的主轴箱也可以自动更换。 (2) 物料系统。物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸, 以及完成工序间的自动传送、调运和存贮工作包括各种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机等。储存和搬运系统搬运的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等;储存物料的方法有平面布置的托盘库, 也有储存量较大的巷道式立体仓库。 (3) 计算机控制系统。计算机控制系统用以处理柔性制造系统的各种信息, 输出控制CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息。通常采用三级 (设备级、工作站级、单元级) 分布式计算机控制系统, 其中单元级控制系统是柔性制造系统的核心。柔性制造系统的信息控制系统其结构组成形式很多, 比如群控方式的递阶系统。第一级为各个工艺设备的计算机数控装置, 实现过程的控制;第二级为群控计算机, 负责把来自第三级计算机的生产计划和数控指令等信息, 分配给第一级中有关设备的数控装置, 同时把它们的运转状况等信息上报给上级计算机;第三级是主计算机, 其功能是制订生产作业计划, 实施整个系统运行状态的管理, 及各种数据的管理;第四级是全厂的管理计算机。 (4) 系统软件。系统软件用以确保柔性制造系统有效地适应中小批量多品种生产的管理、控制及优化工作, 包括设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、系统管理和监控软件。性能完善的软件是实现柔性制造系统的功能的基础, 除支持计算机工作的系统软件外, 更多数量的软件是根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件, 大体上包括控制软件 (控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统) 、计划管理软件 (调度管理、质量管理、库存管理、工装管理等) 和数据管理软件 (仿真、检索和各种数据库) 等。 (5) 模块化制造。为了保证系统工作的可靠性和经济性, 可将其主要组成部分标准化和模块化。加工件的输送模块, 有感应线导轨小车输送和有轨小车输送;刀具的输送和调换模块, 有刀具交换机器人和与工件共享输送小车的刀盒输送方式等。利用不同的模块组合, 构成不同形式的具有物料流和信息流的柔性制造系统, 自动地完成不同要求的全部加工过程。
4. 构建柔性化供应体系。
要进行柔性化变革, 仅靠单个企业是难以实现的, 必须有供应商、零售商的配合, 进一步形成与柔性制造相适应的供应链体系。从流程的角度看, 贯穿供应链全过程的供应、制造、物流以及相应的信息系统都应具备一定柔性。除以上所述的制造系统柔性外, 还要有: (1) 供应链物流系统柔性。在外部环境条件变化的情况下, 以合理的成本水平, 采用合适的运输方式, 在合适的时间和地点收集和配送合适的产品或服务, 以满足顾客及合作伙伴的需要。 (2) 整个供应链的信息系统柔性。由于供应链在其整个生命周期运作过程中具有动态性, 期间会发生供应链各个层面的重组或重构, 信息子系统应能够相应地调整以适应变化。柔性信息系统具有可重组、可重构、模块化、可扩展以及热插拔的特性等。 (3) 供应系统战略柔性。整个供应链企业应根据顾客或合作伙伴的需要改变供应计划, 以便提高服务水平及合作水平。具有供应柔性的供应链能够适时调整生产计划, 改变零件或产品的产量、种类或组合, 以满足合作伙伴或顾客的需要。
柔性制造生产线 篇10
目前,对于满足市场品种多、批量小、有特色的需求,传统的制造技术已经满足不了这种符合顾客个人要求和功能的产品需求。现代科技的进步尤其是电子数字化生产技术的应用,对生产制造行业来说无疑打开了一扇新的发展大门,微电子技术、计算机网络通讯技术的进步更使得制造技术日渐成熟。文章对柔性制造技术的基本概念、研究现状等问题作以简单介绍,同时对柔性制造技术的作用和未来发展趋势进行了阐述。
2 基本概念
柔性制造技术主要包括柔性系统和柔性制造技术两个主要概念。
2.1 柔性系统
何为柔性系统呢?可分为两方面进行表述:首先,超强的外部适应力是柔性系统最重要的特点,适应能力的衡量以系统对新产品要求的满足程度为准;其次,系统对内部变化具有良好的适应能力,这一能力主要以系统在正常状态下与系统在有干扰的状态下生产期望值的比值为衡量标准。对比刚性系统,柔性系统的适应性更强。刚性生产也是自动化生产模式,但是其只能够单一的进行一种产品的大批量生产。其特点是产品生产效率高、设备利用率高、成本低廉;但生产线所加工产品的零件中种类单一,只适合大批量生产并不适合多品种、小批量的生产。
随着科技进步,大批量生产的时代已逐渐被适应生产的多种类、动态化生产所替代。目前开发周期短、生产成本低、产品质量高是制造自动化系统应当具备的,它们也决定了该系统的生存能力和竞争能力。因此,柔性系统在当今制造业种已具有非常重要的地位。
柔性系统主要包括:机器柔性、工艺柔性、产品柔性、维护柔性、生产能力柔性、扩散柔性和运行柔性等。这些特性保证了柔性系统所应具备的多种类、小批量生产的能力。
2.2 柔性制造技术
所谓柔性制造,即通过自动化柔性制造系统进行不同形状、不同种类工件的制造,其技术总和变为柔性制造技术。由于生产技术相对密集,因而属于密集型技术群,其制造系统更加重视柔性,能够实现中小批量多种类的产品加工。
柔性制造技术按规模大小可划分为:柔性制造系统(FMS)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造线(FML)、柔性制造工厂(FMF)四类。
2.2.1 柔性制造系统(FMS)。
FMS是由2台以上的数控机床组成,该数控机床要求具有自动换刀、自动换件的功能,同时FMS的核心设备是加工中心,同时配有自动物料传输和管理系统,并通过计算机进行统一控制。具有实时监控能力,能够实现不同种类零件的自动加工。
2.2.2 柔性制造单元(FMC)。
FMC可看作是一个小型的FMS,它包含FMS的功能,但是规模最小,只有1~2台加工中心、数控机床、物料运送装置等组成,其主要特点是可适应多种产品的加工,具有很高的灵活性、自动化程度高。
2.2.3 柔性制造线(FML)。
FML介于品种少且批量多非柔性自动生产和品种多批量较少FMS之间。数控机床以及加工中心等是其加工的主要设备,并且根据实际需要会使用专用机床,并且相比较FMS的物料运输柔性,其物料运输柔性要求不高,但生产率FML更高。最具代表性的FML生产有连续分散型生产控制和离散柔性制造系统。目前我国已经推广并使用该技术,因而FML技术在我国已经趋于成熟稳定。
2.2.4 柔性制造工厂(FMF)。
FMF是由多条FMS组合在一起的,同时拥有自动化立体长裤,通过计算机系统进行控制,被加工产品从订货、设计、加工、装配到检验、运送等环节全部具备的完善FMS。FMF的自动化程度高,能够实现生产系统的柔性化及自动化,具有世界先进的生产水平,是最先进的自动化应用技术之一。其代表是智能制造系统,特点是能够实现共产柔性化及自动化。
3 柔性制造技术的发展与应用
柔性制造技术在上世纪70年代末开始走出实验室,成为一些先进企业生产线上的主要设备。我国于1985开始进行柔性制造技术的有关研究,经过多年的努力和研究,该技术得到了极大的重视和发展,目前该技术主要应用在汽车行业和制造业等行业。
作为机械制造业重要装备的机床的发展,是人们一直所关注的。在上世纪50年代,随着计算机技术的发展,机床的控制信息流也出现了突破性发展,进而诞生了数控机床新一代应用数字化技术进行柔性自动化控制的机床。数控机床的优点在于优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能。因此,企业的制造系统现代化的关键在于数字化技术,在发展信息技术支持的前提下,利用数控技术,促进制造装备及其控制运行过程的自动化、网络化和智能化的。在经济全球化条件下,企业对不确定性市场环境的适应能力会得到显著的提高,对机械制造企业重构和改造也起着重要作用。
目前,随着柔性化生产制造不断地渗透,为了适应当代社会密集型制造要求,柔性生产制造已经得到了广泛的认可。并且在实际的生产中,柔性制造实现了小批量多品种自动加工,并解决了生产中的诸多难题,能够更加快速的适应产品的生产要求,因而在生产厂家中得到了认可,尤其在汽车零部件加工制造领域,该技术发挥了巨大的优势。
我国已成为世界上柔性自动生产线应用最热和进口最多的国家,目前已经安装超过100条生产线。其主要优点是:大大缩短交货周期,产量得到有效提升;能完成加工多样化,可实现批量生产、降低库存费用和提高设备利用率;在操作上,可实现动态调度。除生产柔性外,汽车产业中还包括产品柔性和市场柔性等。
4 柔性制造技术的发展趋势
4.1 FMC的推广
由于FMC和FMS在经济效益也很接近的情况下,FMC所需的投资相对较少,因此对于条件受限的企业更加适合,目前我国很多厂家对于FMC技术极为认可,并将其作为自身发展的重点项目。
4.2 FML生产效率更高
很多生产企业生产的产品批量大,但是品种相对较多,例如汽车加工制造行业,其对FML制造系统的要求更高,通过实践,FMS制造厂吸取了大量经验,会对FML进行进一步改进,进一步降低其成本,将通用加工中心换成成本更低的专用数控机床。
4.3 多元化技术改进
FMS在未来不仅仅是单一的加工系统,而是向着功能更加多元化的方向发展。
5 结束语
制造行业为了适应当前社会的生产要求,其设备以及生产控制系统越来越多的向着智能、高效、柔性、集成的方向发展。因此在构成以及应用方面,FMS将向着多元化的灵活方向发展,并且吸取了实际生产经验后,FMS也会进一步开发小型生产系统,相对于大型FMS,小型FMS在投资,运行和成功率等方面都相对更好。成为制造业先进设备的主要发展趋势和面向未来的先进生产模式。
参考文献
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柔性制造生产线 篇11
关键词：汽车底盘件；焊接工艺；生产线设计
作为汽车整体结构中的重要一环，汽车底盘件的质量优劣将会直接影响到汽车的安全性能。汽车底盘件对焊接技术的要求十分严苛，生产线上的任何失误均有可能引发严重后果。机器人焊接自动化程度高，具备良好的柔性，可按照不同指令完成各类规格产品的焊接工作。为充分发挥出机器人的柔性特点，提高生产效率与质量，充分结合汽车底盘机器人柔性焊接生产线的设计要点，对其进行不断的优化与改良很有必要。
1.机器人焊接生产线的设计要点
1.1机器人焊接生产线的工作需求
机器人生产线的组成部分主要包括机械系统与控制系统两大板块，机械系统涵盖机器人焊接防护房、两套专用夹具、机器人本体以及一系列周边设备；控制系统则主要涵盖机器人控制系统、周边设备识别与控制系统、人机界面等。在对机器人焊接生产线的相关设备进行设计时，应对机器人焊接生产线的工作需求进行充分考量。从焊接生产线的工作需求来看，设计出的机器人焊接生产线不但要能够顺利完成生产活动，还要确保具有一定的柔性特点，同时能够为焊接产品的质量提供可靠保障。
1.2机器人焊接生产设计注意事项
1.2.1焊接机器人生产线机械系统的设计
考虑到前车架工件焊接长度长，工作量大，易在焊接过程中，产生大量热能，因此，夹具设计的合理性十分关键，倘若夹具设计不够合理，焊接后的成品非常容易发生变形，产品尺寸精度明显会发生改变。所以，夹具设计是机器人焊接生产设计中的重要环节。在对焊接夹具进行设计时，需要格外注意这几个方面的内容：①通过标准化、模块化设计，实现电控气动加紧定位。②于长焊缝的定位夹紧部位，使用整体铜材，采取通水冷却的方式，进一步增强生产线的散热能力。③使用具有自动锁定功能的压紧气缸。④提高总成夹的刚性，以满足生产线对压紧力的需求。另外，为避免焊接成品发生变形，提高产品尺寸的精度，机器人生产线应采取双机器人协调的方式，同时进行焊接活动，尽量减少误差。为提高机器人工作的安全性，可在机器人生产线四周添加防护措施，在机器人与回转台间设置弧光挡板，以减轻对其他操作者的干扰。
1.2.2焊接机器人生产线控制系统的设计
主控系统可充分利用PLC控制技术，并设置远程操控装置，以实现对机器人生产线一体化控制。PLC选择SIMATIC S8-500，利用Profibus DP总线，和夹具上两个ET500S远程模块相连。在这样的系统环境中，现场接线数量明显减少，系统稳定性明显增强。另外，ET500S具备热插拔与延伸性特点，能够大大简化系统后期维护保养工作。同时，ET500S极高的自动识别功能，能够实现对系统各环节的动态检测，一旦系统中的任一环节出现故障均能尽快发现。PLC程序使用的是结构化方程编制，每一个子程序均具备特有的功能。在生产不同规格的汽车底盘件时，仅需通过适当调整便能实现。同时各类不同规格产品的生产动作完成后，可永久储存，在有需要的时候可调处历史记录直接使用。
2.机器人焊接生产线的优化
2.1柔性方面
经优化后的机器人焊接生产线具有极强的互换性特点，通用性强，能够在短时间内根据生产需求，调整生产模式，最大化满足多元化产品的生产需求。工装夹具与安装支座的连接更加标准化，水、电、气均采用的是快装接头，能最大化提高生产效率。此外，机器人本身具有极强的互换性特点，柔性强，能够自由转换。焊接生产线中，设有一个公用底板，底板上各方向均具有规格为8t的叉车搬运孔，有效提升了搬运的便捷性。采取柔性控制，在调整夹具的过程中，系统会对人工选择进行识别，识别通过则自动转换焊接程序，识别不通过则出现更换提示，要求工作人员重新选择，有效提高了工作的精确度。
2.2安全性方面
为提高机器人焊接生产线的安全性，经优化的机器人焊接生产线设立封闭机器人焊接防护放，并配备了焊接烟尘净化装置，有效减少了烟尘对机器人生产活动的影响。韩解放均设有自动卷帘门，在焊接环节中自动关闭，以免焊接弧光或火花对人体或机器设备造成损害。于卷帘门的上设置到位开关，方便工作人员更为清楚地掌握卷帘门的工作动态。另外，在门的开关部位设置位置锁，以免装置出现松动，卷帘门异常活动等现象。于自动卷帘门外侧设置安全光柵，在生产线正常运转的情况下，当检测到有人进入工作环境内或夹具操作环节有人，机器生产线将自动暂停。
3.案例分析
以某越野车底盘构件为例，某越野车底盘构件形状为“口”字型组焊接构件，冲压件材料厚度3～5mm。材料具有极强的回弹性，不易成型。组焊件各零部件配合间隙要求最高不可超过1mm。考虑到产品机构较为复杂，因此在生产过程中，要求各配件孔位尺寸精度偏差最高不可超过0.5mm。结合前车架总成焊接的工艺特点，将该底盘构件分级呈A部横梁总成、B部横梁总成以及左右纵梁总成三部分，各部分总成分别焊接后在进行整个底盘构件的总成焊接。为避免变形，增强总成刚性，提高产品尺寸精度，底盘构件左右纵梁总成与A部横梁总成焊接前，均对各组成部件进行了点定，并将焊接流程为：首先对A部横梁总成、左右纵梁总成以及B部横梁总成进行拼焊；然后进行支架与底盘件的总成焊接。结合焊接件的特点，工艺上选取的是工件预留变形焊接量，利用调整机器人焊接生产线的控制程序，提高了焊件受热的均匀性，有效降低了变形风险。完工后部件尺寸精度均满足使用标准，经初步评估鉴定为合格产品。
4.结束语
综上所述，在机器人焊接生产线的辅助下，汽车底盘件的生产效率与质量均获得进一步的提升。机器人焊接生产线的设计是提高产品生产效率与生产质量的关键，作为汽车底盘件生产的发展法相，机器人焊接生产线具有良好的应用前景。今后，有关该课题的研究还应进一步跟进，争取通过对机器人焊接生产线的不断优化，促进汽车底盘件生产工艺的不断进步。
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柔性制造生产线 篇12
随着环境保护意识的加强,对能源和排放的要求越来越高,市场需求变化的不断加剧,发动机制造企业的产品更新换代加剧。批量生产中以组合机床和专用机床为主组成的专用生产线逐步被以加工中心为主的柔性生产线取代。而传统的加工中心在工序设置时多以工序集中为原则,即零部件一次装夹,尽可能多地完成加工内容,从而造成了流程中各工序的加工时间不一,使工序间的衔接脱节,生产节拍的设定无法实行。因此在工艺设计过程中,提出了平衡性原则,即工序间的加工时间基本一致,使整个生产流程顺畅无卡滞。
我们以某新型缸盖的工艺设计为例,阐述在工艺设计过程中实现工序平衡性的必要性和相关原理,将工序时间引入工艺设计的过程中,从而能根据实际的设备和工艺装备情况制定出合理的工艺流程。某型缸盖示意图见图。1
1 新型缸盖的加工内容及工时
1.1 工艺流程
新型缸盖的工艺流程按本厂的工艺习惯有以下主要加工方面:
毛坯检验—→划上下平面线—→上下平面加工—→划十字中心线—→罩壳面孔系综合加工—→燃烧室面孔系综合加工—→四周面综合加工—→工序检验—→补充加工—→清理—→清洗—→完工检验。
1.2 主要工序加工内容及所需工时
对缸盖的加工内容进行统计和工时核算见表1(所需工时为走刀时间,不包含上下料、机床换刀等辅助工时)。
从工时统计分析中可以看出不同的主要加工部位所需工时不统一,差别较大,部分卡滞工序将极大地影响到整个生产流程的顺畅。
在保证产品质量的基础上,将加工内容合理地分配到不同的加工中心来承担,高效稳定地完成加工内容。
2 工序分类和性质
2.1 工序的分类与性质
大量采用加工中心组成的柔性生产系统,采用不同的工艺装备调整零部件在工作台上的安装状态,使不同工序在同一台设备上或不同设备加工同一工序成为可能,因此可以将零件工序分别赋予不同的工艺属性,分为以下4类。
开始工序:零件进入加工工序,包括毛坯检验和划线等工序。开始工序从零部件毛坯状态起始,主要确定零部件的粗加工基准。
关键工序:关键工序加工的内容主要为各种基准面、孔,包括加工基准、定位基准和测量基准等。
关键工序承担着基准部位的加工,只有完成基准的加工,后续工序才能定位、安装和裁量,因此具有严格的前后顺序,只有关键工序加工完成,其后的并行工序才可进入加工。
并行工序:并行工序相互之间没有严格的前后关系,在关键工序加工完成后可以进行交叉作业,甚至可以拖后到结束工序进行。
结束工序:零件进入完工工序,包括钳工的补充加工、清理、清洗等扫尾工作以及检验。该工序完成后零件即可进入装配状态。
2.2 零部件工序特点和分布情况
柔性生产系统中的工序,具有典型的双金字塔结构,随着关键工序的逐步加工完成,并行工序的数量急剧增加,工序安排的灵活性逐步加大,甚至可以进行拖后越级加工,并行工序的数量到达峰值后逐步回落。因此以关键工序作为工序排列的“节点”,将整个工序流程分为不同“层次”,见图。2
需要注意的是,并行工序中如果相互间具有装配关系的加工内容需在工序安排中作统一处理,即在同一工序中加工完成。
2.3 某型缸盖关键工序和并行工序的确定
针对以上分析,某型缸盖的工序或者说加工内容可以进行如下划分,见表1。
从表1中可以看出,某型气缸盖的加工定位基准比较统一:在面基准和孔基准完成后,定位方式统一采用“一面两销”定位。因此在关进工序K3完成后,其后的加工工序均可以作为并行工序。由于部分加工内容具有严格的装配关系,不能作为单独工序存在。如并行K3-1和K3-2,K3-7,K3-8和K3-9等工序,在工序安排时必须作为同一工序安排加工。
3 工艺设计中的平衡性解决措施
根据批量生产年度纲领和现有的设备情况,要求单班生产60件以上,核定每件单道工序时间不能超过0.15,并以此作为依据对缸盖的工时进行限定。
3.1 工序设计平衡性考虑因素
在进行工序平衡性设置过程中,对于平行工序,因其具有较强的灵活性,并且所需的工时较大,需要考虑的因素很多,主要包括以下几点:
a.加工内容相互间是否具有严格的装配或空间关系,如果两者之间具有严格的装配或空间关系,需要一次定位夹紧完成。
b.加工部位的定位和夹紧方式对刀具和机床进给方式的影响。
c.机床的刀库容量是否满足加工部位所需刀具种类和数量。
d.重载切削(包括粗加工等)是否产生对轻载加工(包括精加工等)影响,如粗加工的应力变形、对定位结构的冲击造成定位不准等,因而需进行粗精加工分开。
e.尽量将相同的结构安排在同一工序,减少换刀时间,提高加工效率。
3.2 缸盖加工工序分析
根据上述工序安排原则,对某型缸盖的工序进行分析,同时对工序进行划分和设备确定:
a.上下平面的加工包含两道关键工序,其中部分工序的加工时间超过0.15,由于采用的是数控立车进行车削加工,一次装夹完成多件缸盖的加工,单件工时少于0.15,符合限定要求。
b.罩壳面孔系加工需安排6台加工中心进行,由于刀库容量限制,单台加工中心不可能完成全部的加工内容,因此需对每台加工中心指定加工内容。
其中安装螺栓孔和定位销孔之间具有严格的安装关系,因此只能在一次装夹内完成,两者之间工时合计0.25,需安排两台加工中心同时加工。
燃烧室面的加工:非单独工序加工时间核定需4台加工中心承担工序加工。
四周面加工考虑四周面刀校加工时对设备和工艺装备的冲击比较大,精度要求较低,其安排单独的设备承担。
通过以上分析,共需24台加工中心组成柔性生产线来承担某型缸盖的加工,加工效率较低。
4 提高单道工序加工效率的措施
柔性生产系统的加工效率,因其工序设计过于集中等原因,一般加工效率较专用机床组成的生产线低40%左右。为提高加工效率多采用以下措施:
4.1 工序拆分
工序拆分,以所需工时较大的加工内容的工时为限制条件,对承担加工的机床进行工序平衡性核算,将集中安排在单一设备上的工序尽量拆分,由多台设备共同承担,确保每台设备发挥最大效益。
4.2 尽量多采用组合刀具
组合刀具的大量采用,可以极大提高加工中心的加工效率:
减少换刀时间,组合刀具将同一结构加工所需的刀具组合在一起,取消了不必要的换刀时间。
缩短走刀时间,将空行程时间压缩至最短。
例如护套孔的加工刀具,未采用组合刀具前,需14把刀具,而采用组合刀具后只需3把刀具,工时由0.20 h减少到0.05 h,提高效率80%以上。
4.3 结构设计时尽量采用标准结构,采用统一刀具加工
采用统一的结构设计,不仅可以减少刀具数量,缩短换刀时间,而且可以针对统一结构设计专用的组合刀具,进一步减少提高加工效率:如对螺孔而言,对同一标准螺孔的底孔规定长度,则可以设计专用的“底孔钻+孔口倒角”刀具,一次完成钻底孔和孔口倒角工序,缩短加工时间近1/3。
4.4 采用随动夹具,缩短零件的定位、装夹时间
箱体类零件的定位基准要求统一,为随动夹具的施行提供条件,因此在柔性生产系统中大量采用随动夹具不仅可以保证加工质量,而且减少零件的装夹时间,提高加工效率。据统计资料介绍,采用随动夹具可以提高加工效率25%以上。
5 结束语
柔性生产系统的工艺设计不仅需要利用其较高的加工精度和高柔性,而且应充分考虑其生产的平衡性,避免因工序过分集中带来的人为生产瓶颈。
在工艺设计中,需要充分考虑零部件加工内容间的相互关系,特别是具有装配关系的加工内容一定要安排在同一工序进行加工完成,避免多次定位带来的形位误差。
参考文献
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