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多品种、单件、小批量生产和少品种、大批量生产解决方案的新发展
作者:管理员    发布于:2021-03-25 08:56:57    文字:【】【】【】浏览 (250)
摘要:机械工业在进入20世纪以后,存在着两种生产类型:即多品种、单件、小批量生产和少品种、大批量生产。前者约占到机械工业总产值的70-85%左右,是机械工业的主体。

机械工业在进入20世纪以后,存在着两种生产类型:即多品种、单件、小批量生产和少品种、大批量生产。前者约占到机械工业总产值的70-85%左右,是机械工业的主体。

小批量,一般指一次投料小于100件的批量,进行轮番生产。代表性的行业有航空、航天工业、船舶工业、建筑机械工业、机床工业等。大批量生产的典型代表为汽车工业,而汽车工业的新车型和发动机等试制以及主要为大批量生产服务的模具工业仍属于单个小批量生产。

这两种类型金切加工的解决方案迥然不同。本文从历史进程的角度,结合IMTS 2006展出的新技术作以下的概述。

多品种、单件、小批量生产

1.传统的解决方案是手工操作的普通机床加上针对具体产品的专用工艺装备(以下简称工装)——专用刀具、量具、夹具、钻模、镗模等。对效率或精度的要求越高,专用工装的数量越多;设计、制造这些专用工装的投入越大,一种产品的生产准备周期越长。尽管普通机床可适应产品品种的变更而具备“柔性”,但专用工装设计制造的负担限制了这种解决方案的柔性。

2.1946年发明了计算机。1952年将计算机技术和当时新创的伺服驱动技术应用于普通机床,诞生了现代的数控机床。在这之后,经历了近30年的发展,克服了电子设备不可靠、编程异常困难和价格极为昂贵等缺点,直到上世纪70年代末、80年代初,数控技术才成熟到可以大规模应用于生产的程度,真正成为多品种、单件、小批量生产的解决方案。

由于

(1)换一个程序就可以加工另一种零件,从而具备适应品种频繁更换的柔性。

(2)机床自动按事先编制的程序运转,免除人工的介入而实现了自动化。自动化不仅提高了效率,而且提高了精度和精度保持性,从而可大幅减少为提高效率和精度的专用工装,节省设计制造专用工装的投入和缩短了生产准备周期,从而更进一步提高了它适应品种更换的柔性。与此同时还具有高效、高精的优势,成为一个较为理想的解决方案。这是金切加工历史上一个重大的突破;解决了近200年来多品种、小批量生产不能自动化的难题。

3.机械零件金切加工,一般要经过在多台不同类型机床上进行不同工种工序加工后,才能完工入库。据统计,零件在不同类型机床上实际的加工时间,仅仅只占到整个过程时间(in-process time,从原材料开始加工到最后完工的时间)的5%左右,而有高达95%左右时间耗在工序间运输,存放和等待加工上。普通机床只能在“5%”上“做文章”,而数控机床还可在缩短“95%”上有所作为。那就是实现“工序集中(成)”(Operation Integration),即将多种类型机床的功能集中(成)到一台机床上,也即走向“复合化”,来大幅度地缩短过程时间.具有这种功能的机床,中国和日本称之为复合化机床,欧美称为多任务机床(Multi-tasking Machine)或多功能机床(Multifunction Machine).复合化虽不是新概念,但目前世界风行,原因是新出现的新型车铣中心的神通广大,可加工从小巧精密的医疗器械的零件到原材料为整体的钢棒,铝块的大型复杂零件.

1959年美国Keaney & Trecker公司在数控立式铣床上,增加刀库和可自动换刀的机械手,发明了“加工中心”(Machining Center)。更换一种不同类型的刀具即可实现不同类型工序的加工。加工中心将铣、钻、镗、锪、攻螺纹等工序集中在一台机床上,从而实现复合化。它不仅省去工序间的运输,存放和等待时间,而且是在一次定位装夹的条件下完成多种工序,省去多次定位和装夹时间,还免去了由于多次定位装夹而带来的误差,大大提高了零件的加工精度。这是机床复合化历史上第一次飞跃。

加工中心的出现,对金切加工业影响极为重大和深远。早在上世纪八十年代末期,在日本机床年产值中,立、卧式加工中心占到25%以上,已成为今日机床年产值中和一个国家数控机床拥有量中第一大品种。一家Job Shop(西方零活分承包商)有一台加工中心和一台数控车床,就可承接绝大多数的零件金切加工合同。

普通车床用千亿体育网址wx17 com方刀架手工转位来实现换刀。数控车床采用可转8、10、12、16等不同刀位数的转塔刀架来实现换刀。上世纪70年代末出现可在转塔刀架的一个或几个刀位上,安装能驱动刀具作回转运动的刀架,称之为动力刀架(Driving Tool, Rotary Tool, Live Tool,……)(图1),可夹持铣刀、钻头、铰刀、丝锥等刀具。这样可以在车床上实现铣削,以及非中心孔的钻削、铰削、攻螺纹等多个工序,称之为车削中心(Turning Center)。这是复合化历史上的第二次飞跃。典型机床如1981年得奖的Mazak公司的Quick Turn系列.车削中心和以后出现的车铣中心均新增了Y轴,实现方法之一和其作用见图2。

到上世纪80年代中期,欧洲市场上出现了具有双主轴(两主轴对置)的车削中心(图3)。工件在第一主轴加工完毕后,第二主轴向左移动,夹住工件后退回原位对工件第一主轴的夹持端进行加工(由于两主轴严格同步回转,工件“移交”时勿须停车),从而实现了工件的全部加工(Complete Machining),也即工件无需运至另一台机床进行加工,这是复合化的最高形式,具有突破的意义.“全部加工”与日本Mazak公司最近提出的“一台清”(Done in One)是同一个含义,不过前者仅限于小尺寸的回转体零件。这是复合化历史上第三次飞跃。Mazak公司1987年开发的Multiplex就是这类机床的典型代表。

车削中心转塔刀架上的动力刀架,受空间限制,不可能具有较大的功率和较高的转速,因而不能满足铣削负荷较大的加工要求。于是在上世纪90年代,出现了取消转塔刀架,代以具有大功率、高转速的铣轴(Milling Spindle)(图4),以及配套的刀库和换刀的机械手。实质上等于将一台立式加工中心与一台卧式数控车床”合并”(图5),称之为车铣中心(Turning/Milling Center)。此时实现车削工序有两种做法:一是刀库中装有带锥柄的车刀,铣轴作B轴分度后锁定进行车削;二是在主轴下方设置一个转塔刀架。1997年Mazak公司首次在EMO(。欧洲机床展览会)展出的INTEGREX-H系列机床就是这类机床(车铣中心)的典型代表.

车铣中心的另一种实现方法是,将一台立式车床和一台立式加工中心“合并”(图6),Mazak公司的INTEGREX-V系列就是这类机床的典型代表。

车铣中心的出现是复合化历史上的第千亿体育网址wx17 com次飞跃。尽管实质上它只是车削中心铣削功能的增强,但它能解决大型零件全部工序或几乎全部工序的复合加工,而这些零件往往多是关键性零件。所以对金切加工领域的影响仍旧十分巨大。如Mazak的卧式车铣中心系列(该公司名称为INTEGREX Multi-tasking Machine, INTEGREX多任务机床)可加工直径范围为Ф600~Ф920 mm,长度为1.5~6 m;奥地利Weingartner公司的卧式车铣中心系列(图7)(该公司名称为Multi Purpose or Multi Product Machining Center,多用途或多产品加工中心,简称为MPMC)可加工最大直径为Ф600~Ф1 500 mm,最大长度1~12 m。据称加工对象为大型船用柴油机曲轴,大型空气压缩机、汽轮机、发电机轴、泥浆泵、螺杆泵、大型挤压机、注塑机的螺杆等。Mazak立式车铣中心系列(INTEGREX V series)可加工最大直径范围为Ф730~Ф2 350 mm,最大工件高度1~1.8 m。可加工火箭发动机壳体,船用螺旋浆等。

这类机床还可提供一些选件,如第二主轴,实现全部加工;镗杆库安装不同长度的内孔镗刀;安装齿轮或蜗轮滚刀,滚切带轴的齿轮或蜗轮;激光表面淬硬装置和磨削轴,实现淬硬和后续的磨削等等。

这类车铣中心的最大优势是用于新产品试制。Mazak公司曾在国际展上表演过,在卧式机床上用一根大直径整体棒料,车铣加工成发动机的一根曲轴的成品(图8);在立式机床上,用一个大尺寸铝块、铣镗钻等成一个发动机的缸体(图9)。尽管材料利用率极低,但加工均只耗费了几个小时,替代了传统的从设计锻模或铸造用木模开始的10几个星期的周期,为试制赢得了极为珍贵的时间。

近年来,车铣中心还向加工以棒料为原料的小尺寸形状极为复杂的零件(多为医疗器械)方向发展。实质是将车床主轴箱放在立式加工中心的工作台上,如图10所示。配置有相应部件,可以不需第二主轴就实现对工件夹持端的加工。做到“全部加工”,即Done in one。

 

为缩短过程时间(“95%”时间)和提高精度的复合化,经过上述加工中心,车削中心,双主轴车削中心和车铣中心的千亿体育网址wx17 com次飞跃,业已达到接近顶级的水平,今后的方向是不断提高与IT融合及智能化水平和不断在细节上进行改进和优化。

重型机床和超重型机床的工件重达几吨”倒”机床甚为困难,复合化更是必然的选择.所以,重型立车带铣轴,磨轴,水平铣轴,高速钻孔电主轴以及落地镗床,龙门铣床配转台,磨轴作车削,磨削用等等,也实现了”一台清”(Done in One).由于这些早已是常规,人们并不把它们当作复合化机床.

4.单件,小批量生产的机加工车间,一般不开第三班,第二班也开得不充分,若以全年时间为100%,则由此损失了约40%的时间;由于每周的双休日和其它节假日关门又损失了约28%的时间。此两项共损失了68%的时间,结果是单件,小批量生产的机加工车间,在全年中仅有32%的时间是开动的。向68%的时间(人休息时间)要生产力和赢得极为宝贵的时间,来缩短交货期或新产品进入市场期(Time-to- Market)是现代金切加工解决方案的一个重要内容,这就是开发“长时间无人看管加工”(untended or unattended machining)又称“无人或熄灯生产”(unmanned or lights-out production)。

数控机床本来就是自动“操作”的。人的任务只是“看”和“管”。“管”是准备好程序、原材料(或待加工件)、刀夹具;进行上下料、处理产生的切屑和管理好完工品等。“看”是“监控”,就是及时发现问题和处理问题。只要准备足够一定”长”时间的程序,待加工工件和刀具(包括准备好替代正常磨损后的刀具及不正常破损的刀具的备用刀具。一般数控系统中均有刀具寿命管理功能,启动此项功能,到设定刀具寿命时间强迫换刀而不需去测量刀具的磨损度;而对刀具的破损,有些数控系统可进行自动检测)以及数控系统具有完善的自动监控自诊断和报警系统,探测或自诊断出的故障的自动修复或修复不了的自动停车报警,确保不损坏工件和机床,再加上上下料,切屑和完工件管理的自动化等条件下,就可实现“熄灯生产”。

如果这个无人看管的”长时间”是8-10小时,就可以在开两班的条件下实现24小时的不中断生产;如果提升到16-18小时,就可实现人工作8小时,机床工作24小时;如果这个”长时间”一次性可达到64小时以上,则周末双休日可不停产.目前世界上已有一批企业的一些车间实现了不同长短的长时间无人看管加工.

有以下两种形式来实现无人看管加工:

①单机 带多托盘站(Multi-station Pallet Pool)的加工中心就是典型例子。加工中心的加工对象大多数是加工耗时较长的箱、壳、板类工件,6个以上托盘的工件,有可能够机床8小时以上加工。美国Haas公司2006年推出的新产品EC-400PP型卧式加工中心(图11),就是与6托盘站连成一体的标准产品。

②多台机床组成的柔性制造单元(FMC)和柔性制造系统(FMS)(图12及13)

FMC与FMS的共同特点是,A、托盘数目较多(与上述单机比)。B、托盘的运输均采用有轨小车或有导轨的滑板。上世纪80年代曾用过无轨感应引导小车,现已淘汰不用。回转体类零件一般用多关节机器人或龙门式机器人进行工件传送和上下料。不同之处是,A、FMC的规模较小,且均是由功能不同的机床组成。B、FMS一般含有功能相同的机床,因而其控制器含有如何使全局最优的生产计划调度软件。

当前发展趋势是不断走向完善、可靠和价廉。让更多的客户,从“68%”的时间中挖潜和降低成本和缩短交货期。

5.在单件、小批生产的条件下,按照Mazak公司的说法,一台数控机床一般平均只有25%的时间在切削、在创造价值,即有效时间(Uptime)的比重很小,无效时间(Downtime)却占到了75%。如何减少Downtime,有两种做法:

①从机床结构上来减少Downtime

如一些加工中心采用与机床连成一体的转旋180°的机构来交换托盘(图14)。据此将完工后的托盘“交换”至加工区域以外,把安装好新工件的托盘“交换”至加工区域里,来减少Downtime。众所周知,加工中心的上下活(含定位夹紧)耗时较多,如此“交换”,效果显著。因此,不少公司将其作为标准产品。在上世纪80年代,曾有独立的180°交换托盘机构的商品出售来与已保有的加工中心配套使用。还有一种做法是:设立两个固定的工作台,一个在加工,另一个在装夹活.如图15所示.在2006年的IMTS上,有千亿体育网址wx17 com主轴的数控车床展出(图16及17)。与加工中心180°托盘交换做法类似,将两主轴移至加工区域之外,进行上下活,让上下活时间与另两主轴加工时间重叠。实现零上下活时间(Zero Loading Time)

②从将机床联网和优化计算机软件上来压缩生产准备时间。

Mazak公司认为75%(Downtime)损失,主要来自生产准备的不周,其中程序的编制,优化、验证和准备及管理刀具耗时最大;其次来自生产计划不优化和急件插入时产生的混乱造成的停工待料;再其次来自上、下不通气,生产管理部门不及时了解变化了的情况。为此,该公司除卖机床外,还可向用户提供称为“智能生产控制中心”(Cyber Production Center,以下简称CPC)的生产网络控制软件。CPC包含4个模块:a.MATRIX CAM模块——程序编制、优化、仿真验证及管理;b.工具管理模块(Tool Management)-----通过网络全面管理所有刀具的数据.;c.计划调度模块(Scheduler)-----当有急件插入时,立即迅速排出最优的计划,作为工厂生产管理系统(ERP-企业资源规划)的最底层模块;d.机床监控模块(Machine Monitor)——在线监控机床的运转,及时沟通情况。据该公司称,运行CPC可以将Uptime从25%提高至65%,也即提高2.6倍,一台数控机床等价2.6台,效果惊人。据该公司报导,已有不少用户运行了CPC,都取得了极好的效益。Mazak公司自身的Uptime更是创造了纪录。其在华企业LGMAZAK的Uptime高达76%,创造了中国机床业的纪录.日本本部的Uptime高达97%,创造了世界机床业的纪录。

数控机床Uptime很低的现象较为普遍,确实与生产准备和生产管理的水平有关。但是,作为机床制造商的Mazak公司,把服务扩展到生产管理领域的事例还是极个别的,除日本Oknma和森精机公司可提供类似的服务外,还没有发现第千亿体育网址wx17 com家。而随机床提供相应的CAM(编程及检验)软件的机床公司较多,特别是那些机床功能或结构有特色的公司,它们拥有更适合其机床的诀窍(Know-how),一些商业CAM软件性能不如它们,可更好发挥其机床的作用。个别厂家如前面提到的奥地利Weingatner公司甚至还提供某些大型螺杆的CAD软件。

Mazak公司另一个为生产管理服务的例子,就是倡导和从机床方面保证“逐台按单台份零件(装配)成套投料”加工,因为只有这样,零件(装配)成套的周期最短,也即可尽早开始装配,最大缩短交货期和加快流动资金的周转。图18所示,在数控车床上按单台份成套顺序加工.在多托盘的加工中心上,最容易实现按单台份成套加工。

结论:

综合以上对多品种、单件、小批生产解决方案的叙述,可得出以下几点结论:

1、当前,在产品技术含量不高的条件下,采用普通机床加专用工装,似乎仍是可选的。对产品技术含量稍高,采用普通机床作为辅助,不是挑大梁(指加工关键零件),仍不失为一个可行的方案。

2、数控机床经过半个世纪的发展,已有多种提高效率的途径。既可通过提高速度,如提高主轴转速、工作进给速度、空行程速度、换刀速度等;又可以通过复合化缩短“95%”的过程时间;通过长时间无人看管加工从“68%”(人休息时间)时间中挖掘潜力和缩短交货期;又可通过从机床结构上设法将上下料移至工作区域外进行,以提高机床的uptime;还可通过优化编程、强化计算机刀具管理和生产管理,来缩短“75%”的停机待“料”(含程序、刀具、工件等)的Downtime;还可推行零件单台份成套加工等等,不象传统普通机床时代,似乎只有提高速度一条路。正因为如此,在单件、小批生产条件下,一般只有在切削有色金属,钻小孔和用立方氮化硼(CBN)刀具切削淬硬钢时才用高主轴转速。一般工作时不使用高主轴速度,用高速付出的代价(如较短的刀具寿命等)不完全值得。现在,不少厂家可提供两种主轴最高转速(一高一低)的机床,由用户根据实际情况选择,不象过去一个时期的盲目追求高速了,而是通过其他途径来提高效率。

当前,千亿体育网址wx17 com国大多数用户对挖掘68%的时间潜力和缩短交货期不够重视.因此,千亿体育网址wx17 com国拥有的FMC,FMS的数量很少.世界上以日本的拥有量最多.

3、车铣中心,特别是大型车铣中心的出现,将复合化提升到一个接近顶级的水平,但似乎不是唯一的解决方案。当前,有由标准、价廉、结构简单的数控车床和加工中心组成的柔性制造单元(用龙门式机器人作工件传输)来完成一个零件的全部加工,也实现了Done in one,只是这个one,不是一台机床,而是一个单元。不过,对大型回转体类零件,车铣中心方案似乎仍是唯一的。

4、从Mazak声称采用CPC软件可将25%的Uptime提高到65%。可见对已有的数控机床联网管理,即强化车间编程和刀具计算机管理,以及采用计算机的计划调度是何等的重要!目前,国内市场上可提供车间网络管理软件的厂商很多,这方面的一些国产软件业已运行多年,具有较多的经验。无线网络技术日益成熟,其他网络设备价格也大幅降低。推行数控机床网络管理的好时机业已到来。否则,让价格高昂的数控机床一天开动时间很少是多么的可惜呀!

 

5、从复合化发展、特别是那些大型车铣中心的发展的过程可以看出,很多新技术是适应特殊生产的需求才出现的。如加工大型船用柴油机曲轴的需求增多,推动了大型车铣中心的发展。用户,特别是有特殊需求的用户订货时,不是指明要某种型号的机床,而是提出典型零件的图纸及加工的技术要求以及其生产纲领(年产量、单件加工工时、成本要求等),要求机床厂商提出最优的全面解决方案(Total Solution),这样既可全面满足用户自己的需求,客观上又可推动社会的技术创新。国外多数用户是这样做的,值得国内用户效法。

少品种、大批量生产

1、传统解决方案一言以蔽之是:专用机床组成的自动生产线和组合机床组成的自动生产线。前者对付回转体类零件,如发动机的曲轴和凸轮轴;后者对付箱体类零件,如发动机的汽缸体、汽缸盖和变速箱。小零件采用自动化的单机,包括单主轴单机和多主轴多工位单机等。

2、到了上世纪70、80年代,上述传统方案就开始难以延续下去。由于人们消费观念改变追求多样化、新颖化,以及技术飞速进步使得产品更新换代加速。结果是,在大批量生产的同时,要求频繁变换品种,也即不仅要求高效,还要求柔性(Flexibility)和敏捷性(Agility),即快速地实现柔性。

上世纪50年代出现、80年代初成熟的数控技术,帮了自动化单机和专机组成的自动线的大忙。数控技术替代了难以设计制造的凸轮,替代了调整费时的(液压、电气)档块,从而使各种各样的专用机床具有柔性和敏捷性,即可以快速简便地适应工件参数变换和品种更换,“线”的控制也更为容易。尽管组合机床也应用了数控技术(采用了可编程逻辑控制器——PLC,Programmable Logic Controller),使行程、进给速度、动力头速度的调整和控制具备了柔性,但其主体——专用多轴箱的设计制造周期长,即柔性问题难以解决。

因此,大批量生产具备柔性的难点,是在箱体类零件加工上,也即在寻找替代传统组合机床的方案上。

3、上世纪80年代,英国和徳国一些厂商开发了可换多轴箱加工中心。做法是除保有刀库外,还增加了一个多轴箱库,能容纳多个多轴箱,象换刀一样换多轴箱。另一方案是象数控车床的转塔刀架一样,设计制造了转塔式多轴箱,转塔每转一个位置就换了一个多轴箱(图19).

这种方案只解决已有的多品种生产的问题,而对未来的设计参数变更和产品更新换代,则与传统组合机床一样无能为力。

4.也在上世纪80年代,出现了”柔性生产线”(FTL,Flexible Transfer Line).它由”三轴单元”(3-Axis Unit)的加工中心作为模块(图20)构成.这种模块X,Y,Z三轴的运动均在主轴側完成.工作台置于生产线上,工件的传送与组合机床生产线完全一样.实质上是以单主轴的加工中心单元替代组合机床的动力头加多轴箱,因而具备柔性和敏捷性.这是目前仍在使用的解决方案.

5.仍是在上世纪80年代,出现了双主轴和三主轴(图21)的加工中心,相应地也有两个和三个刀库及机械手,可同时加工两和三件完全一样的工件.但限于主轴间的距离不能太大,只能加工小型工件.在这届IMTS 2006上,Cross Huller Ex-Cell-O Lamb公司展出了新的SPECHT 550 Duo型双主轴加工中心.据称,在大批量生产中西欧比北美更为钟爱双主轴机床,认为比两台单主轴机床性价比高,占地面积和冷却液省.

6、世界上第一台采用直线电机作为机床进给传动的高速加工中心于1993年在徳国Ex-Cell-O公司诞生.除主轴高速外,直线电机将空行程速度提高到90~120 m/min、加速度达1~3 g的惊人水平。这种方案的思路是以单主轴的高转速、高速位移定位和快速换刀的顺序加工来替代组合机床低转速的同时(平行)加工,使得生产率大幅度提高,尽管在整体上效率还比不上组合机床,但具有组合机床所没有的柔性和敏捷性,是目前受到欢迎的解决方案。

7.上世纪90年代,美国提出了“可重构机床”(Reconfigurable Machine Tool,以下简称RMT)的概念。这种机床既是高效的,又能经简易调整后可适应设计更改和品种变换。例如,当前千亿体育网址wx17 com缸和八缸发动机是由两条刚性生产线生产的。当油价涨时,千亿体育网址wx17 com缸汽车畅销而八缸车滞销;油价跌时,情况相反。结果总是:一条生产线吃不了时,另一条生产线能力放空。设想由RMT构成的生产线可同时生产4缸和8缸发动机,无论油价涨跌,生产能力均能得到充分的利用。RMT仍处于科研阶段,尚未有成熟产品问世。

8.日本森精机(MORI SEIKI)公司的NX系列机床,声称是“紧凑和可重构”(Compact and Reconfigurable)。它是结构简单的三种模块:立、卧式加工中心和立式车削中心(图22),用来组成汽车零件加工生产线(图23)。立、卧式加工中心有两种规格,其X/Y/Z行程分别为150/150/220和300/350/350 mm。最大工件重量分别为30和200 kg。这三种模块的宽度均为680mm,因而重新布置时,不同模块可相互置换.其“可重构”的概念与上述的不同,它要移动模块。这种方案的实质,与前述的FTL相同。

9.在单件、小批生产条件下,工序集中(复合化)可以缩短过程时间,是优等的解决方案。在大批量生产条件下,与之相反,工序越分散,设备(机床)投入越大,可取得单位时间产量越大的效果。组合机床自动线就是按工序分散的原则组成的。现在将高速加工中心应用于大批量生产,在生产流程(Production Process)上,是象组合机床自动线那样,按串联(或顺序)流程(Sequential Process)应用,还是发挥其具有的工序集中优势,按并联流程(Parallel Process)应用,即多台加工中心同时平行地从头到尾,工序集中地加工同一种工件,下文将予以分析.

并联流程的优点是:

①柔性和敏捷性较高,还可以按需同时加工多种变型产品。

 

②生产能力易扩展,只需增加机床台数即可;还可通过开动机床台数的多少,来适应市场需求的波动。

③一台机床出故障,不会造成整条生产线停产。

缺点是,产品质量难以控制,众多零件的某一工序是在多台机床上完成的,存在着多条变量流(Streams of Variation);发现缺陷,难以跟踪找到发源地,也即跟踪性(Traceability)差。

串联流程的优缺点,与并联流程的正好相反。

当前的趋势是,两种流程混合使用,称为混合系统(Hybrid System).有以下几种做法:

①在一个工厂范围内,对近期设计不会改变的零件如汽缸体加工,采用串联流程,如组合机床生产线;对近期设计会频繁改变的,如汽缸盖采用并联流程,例如多台加工中心.

②对同一类型零件,如汽缸体,对近期设计不会改变的参数的粗、精加工均采用串联流程,如组合机床自动线;然后或在此之前,以并联流程的方式加工设计会变化的参数,或加工变型产品如4缸,6缸缸体;或加工与其它部件(如传动箱等)联结的不同的安装平面等。

③若全部使用加工中心,也可以不全部实行并联流程,而是组成多个并联流程的生产单元(Cell),一般每个单元含3~14台加工中心。在单元内实行串联流程。这样,可方便地实行多种变型产品的同时生产,可以一个单元生产一种变型.加工中心用于串联流程,势必形成工序分散;这有利于简化刀具及其它生产准备工作的管理。虽然增加了工件在机床间传输的时间,但可与主轴定位与换刀时间重叠,对效率影响不大。加工中心用于工序分散,刀库容量可减少。前述森精机公司的“可重构“加工中心,多种型号的刀库容量分别只有8、10、13和16。

④若全部使用组合机床,也可以不全部采用串联流程。有这样一个实例,某公司原计划使用一条年产60万件的较短循环周期(High-cycle-rate)的组合机床生产线,后经仔细斟酌,用三条年产20万件的循环周期较长、可靠性更高的组合机床生产线替代。这样只需要更动三条线中某一条或两条就可生产变型产品;还可简化刀具、在制品等管理。此外,还可得到较高的OOE(Overall Operational Effectiveness),即故障、检修发生的频率较低,且其影响面较小。在大批量生产条件下,特别是采用串联流程时,高可靠性有时比高速更重要.

10.最近Cross Hüller Ex-Cell-O Lamb公司开发出据称兼有组合机床和加工中心特性的XT525型组合中心(意译,原名为Transfer Center),如图24 所示。工件安装在具有C轴,即具有回转功能的夹具上,夹具可作X、Y、Z轴运动。所有刀具轴采用U型布局,环绕工件,由工件移向各刀具轴进行加工。刀具轴包括铣轴、多主轴头、车刀等。据称,这种机床的优点为:比组合机床轴少,因而结构简单可靠;比加工中心效率高,因为省去了换刀时间,此外,初始和维护费用低,占用车间面积小,安装费用低,工件自动传输要求较低等。

结论:综上所述,可以得出:

1.现今大批量生产既要求高效,又要求具有柔性和敏捷性.其最大难点是在于加工箱体类零件。

2.当前较好的解决方案是由组合机床或/和高速加工中心组成的串联与并联混合的混合流程。在流程中优先采用组合机床,其次为高速加工中心。

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