圖1：航空工業(yè)東方是航空工業(yè)機載的下屬企業(yè)。
長度33米，集成14臺設(shè)備，全自動化排產(chǎn)與生產(chǎn)……一走進陜西東方航空儀表有限責任公司(以下簡稱航空工業(yè)東方)的廠區(qū)，映入眼簾的這條超大規(guī)模、高度智能化的柔性產(chǎn)線令人慨嘆。作為航空工業(yè)航電系統(tǒng)下屬企業(yè)，肩負著多項國家軍事裝備工程任務的重點機載設(shè)備生產(chǎn)商，航空工業(yè)東方一直在產(chǎn)品質(zhì)量上有著顯著優(yōu)勢，而其自籌資金大力投入智能制造更是為持續(xù)走在行業(yè)前列蓄足了動能——該條生產(chǎn)線憑借在設(shè)備、夾具上的大膽創(chuàng)新，柔性、智能、數(shù)字化的前瞻設(shè)計，被譽為我國航空工業(yè)智能化升級的典型代表之一。
圖2：航空工業(yè)東方的柔性生產(chǎn)線總長33米，集成了13臺加工中心和1臺清洗設(shè)備，可實現(xiàn)自動排產(chǎn)生產(chǎn)，目前已經(jīng)能夠同時生產(chǎn)6-8種不同類型零件，設(shè)備利用率提升了40%以上。
“從針對零件銑削加工的智能單元，到涵蓋多個生產(chǎn)工序的智能產(chǎn)線，再到如今覆蓋40余種不同零件、按工藝流程全要素以MES系統(tǒng)整合線內(nèi)線外數(shù)十臺套加工、檢測設(shè)備的柔性生產(chǎn)網(wǎng)絡，經(jīng)歷了多次方案迭代，我們的技術(shù)團隊才最終完成了該條生產(chǎn)線的設(shè)計、調(diào)試與投入運行。”航空工業(yè)東方副總經(jīng)理張海東介紹說道。
新需求與舊生產(chǎn)模式的矛盾
航空零件結(jié)構(gòu)復雜、品種多、精度高、批量小，往往需要技術(shù)工人與自動化設(shè)備“打配合”，這樣的生產(chǎn)方式對技術(shù)工人的操作水平要求高，人工成本大且加工效率低。在航空工業(yè)東方廠內(nèi)，這種高需求與舊生產(chǎn)模式之間的沖突也曾每天上演：過渡依賴人工，加上頻繁換刀、裝夾找正、機器停機等造成的時間浪費，讓廠里的設(shè)備利用率僅為30%左右，嚴重影響交付時效。由此，航空工業(yè)東方?jīng)Q定搭建一條柔性產(chǎn)線來提高生產(chǎn)率。
作為資源與產(chǎn)品在多品種、多平臺、多設(shè)備間變化流轉(zhuǎn)的關(guān)鍵接口，也是貫穿整個生產(chǎn)鏈的重要工序，裝夾系統(tǒng)的改造優(yōu)化是整個工程的重點。要知道在原有的生產(chǎn)模式中，零件的每次裝夾固定都需要操作人員在機床內(nèi)部人工找正，然后用壓板壓緊;產(chǎn)品換型時頻繁地換裝、找正、固定，不僅增加設(shè)備停機時間，還極易影響定位精度、降低產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。
此條柔性線當前主要用于加工多品類液壓殼體零件。同時，基于對產(chǎn)線使用機器人上下料、自動化排產(chǎn)的需求，航空工業(yè)東方的技術(shù)團隊提出應用零點定位系統(tǒng)來重構(gòu)工裝的對接技術(shù)，在多方比較后，選擇了與在航空制造領(lǐng)域有著豐富經(jīng)驗的德國雄克公司合作。
“在調(diào)研之前，我們就已經(jīng)接觸過零點定位系統(tǒng)，對其在效率、精度提升上的優(yōu)勢有一定了解。雄克公司是零點定位系統(tǒng)的行業(yè)領(lǐng)先者，其產(chǎn)品的高精度、高夾持力，都是我們所需要的。更重要的是，我們希望通過雄克技術(shù)團隊豐富的行業(yè)經(jīng)驗與定制化服務，讓產(chǎn)線可持續(xù)優(yōu)化、讓潛能發(fā)揮到最大。” 張海東說道。
智能裝夾是自動化生產(chǎn)的必要基礎(chǔ)
“雄克已幫助國內(nèi)多個客戶打造過多條柔性生產(chǎn)線，根據(jù)我們的經(jīng)驗，項目實施中，夾具的通用性、可擴展性、以及過程穩(wěn)定性對產(chǎn)線的運行起著至關(guān)重要的作用。”雄克中國項目負責人，產(chǎn)品應用經(jīng)理程訓杰表示。航空工業(yè)東方的挑戰(zhàn)更勝一籌，不僅要連接多個品牌的機床，并且對夾具的精度要求極高。對于雄克而言，需要提供容納全局的整套解決方案，不僅僅是標準件。因此在項目初期，雄克技術(shù)人員做了大量基礎(chǔ)性工作。鎖定智能化生產(chǎn)與快速換型的目標，設(shè)計了針對性的夾持方案——零點快換系統(tǒng)+虎鉗。
該產(chǎn)線中所集成的14臺設(shè)備都配置了帶有兩個雄克VERO-S零點快換模塊的基座，通過零點快換系統(tǒng)的快速定位、自鎖夾緊等功能，能夠在數(shù)秒內(nèi)對工件托盤或機床中配有拉釘?shù)墓ぜM行夾持。模塊自帶的夾緊檢測功能，以及小于0.005mm的重復定位精度，更為產(chǎn)品加工時的安全性、產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性提供了可靠保障。在實際加工中，裝夾操作可以在機床外完成，無需停機的優(yōu)勢進一步提升了機床利用率、提高了加工品質(zhì)。
圖3：航空工業(yè)東方柔性生產(chǎn)線中所集成的14臺加工中心都配置了帶有兩個雄克VERO-S零點快換模塊的基座，并針對具體零件在工件托盤上安裝了虎鉗工具，以實現(xiàn)工件的快速裝夾、換裝，從而確保了產(chǎn)線的順暢運行，并提升了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。
零點快換系統(tǒng)成功的關(guān)鍵在于標準化接口。在配合生產(chǎn)線運行時，它可作為機床和夾具之間的接口，即插即用，大大節(jié)省機床裝夾時間;在配合機器人使用時，它又變成工件與機器人的接口，實現(xiàn)自動上下料需求;在產(chǎn)品換型時，接口仍然通用，對于機床而言，零點模塊就是夾具的固定接口，產(chǎn)品的換型對零點以下部分沒有任何影響。
柔性線能實現(xiàn)自動傳輸、高效運行，很大程度是因為其能將原本用于物料/工件流轉(zhuǎn)的“非有效加工時間”轉(zhuǎn)變成用于生產(chǎn)的“有效生產(chǎn)時間”。零點快換系統(tǒng)解決了流轉(zhuǎn)中接口不一的問題，虎鉗則用來解決更為細致的工件夾持問題。
“東方航空儀表生產(chǎn)線選擇的是雄克的KSC高精度手動虎鉗，夾持范圍廣，適合產(chǎn)品尺寸變化較大的夾持需要，并且KSC虎鉗配套全密封主軸，適用于復雜環(huán)境的加工，比如粉塵、切削液、鋁屑等環(huán)境，這些優(yōu)勢特別適合東方航空儀表的加工需求。”程訓杰介紹說，“產(chǎn)品毛坯時在機外裝夾到虎鉗上，虎鉗和產(chǎn)品組合后變成一個整體，經(jīng)由上料工位、粗加工機床、半精加工機床、精加工機床、清洗機，可一直流轉(zhuǎn)到工序結(jié)束，直至工件下線。機床端的零點配置是一樣的，機器人的抓取端設(shè)計也是一樣的，雄克零點快換的標準接口是構(gòu)成這樣一條柔性線的基礎(chǔ)。大幅提升了效率，維護也很簡單。”
張海東補充道：“靈活性、可流動性的工裝方案，是柔性生產(chǎn)線高效率的基本條件，也是產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)自動排產(chǎn)、生產(chǎn)的關(guān)鍵。”在航空工業(yè)東方對產(chǎn)線的精準定位、高效管理，以及在包括雄克智能裝夾產(chǎn)品在內(nèi)的眾多高精度、高可靠度設(shè)備協(xié)同運作的保障下，目前該條柔性線已經(jīng)能夠同時加工6-8種不同類型零件，機床利用率相比之前提升了40%以上，效率幾近翻倍。
“零點定位系統(tǒng)實現(xiàn)了工藝基準與測量基準的統(tǒng)一，從而為柔性生產(chǎn)線的精度控制提供了基準統(tǒng)一的解決手段。零點定位和高精度虎鉗的組合在小批量多品種零件加工中，實現(xiàn)了工裝的柔性和復用，這是符合前沿發(fā)展趨勢的、極具實用性的解決方案了。”來自南京航空航天大學的李亮教授對航空工業(yè)東方的這一智能裝夾手段給予了充分的肯定。
數(shù)字化智能制造的精密布局
除了生產(chǎn)操作本身的自動化，該條柔性線的高度智能還體現(xiàn)在諸多方面。基于零件工藝的自動排產(chǎn)：不同于傳統(tǒng)加工工序的排產(chǎn)方式，航空工業(yè)東方技術(shù)團隊基于自身對零件工藝的深度把控，將排產(chǎn)的重點落實在零件各個特征，這一決策在提升加工效率的同時也確保了加工品質(zhì);全數(shù)字化網(wǎng)絡：不僅是線內(nèi)的設(shè)備，航空工業(yè)東方利用MES系統(tǒng)等將線外的多臺設(shè)備與線內(nèi)貫通連接，形成了一個規(guī)模龐大的數(shù)字化網(wǎng)絡，實現(xiàn)了生產(chǎn)管理層面的智能化;線邊庫：柔性線內(nèi)創(chuàng)新集成了一個用于存放未完成零件或已加工完成零件的線邊庫，以應對急單、插單情況，也提升了生產(chǎn)線的靈活度、敏捷性……
據(jù)介紹，柔性線還在不斷的升級完善中，在該條線上加工近40種零件外，還計劃將質(zhì)量控制系統(tǒng)等集成在內(nèi)，這一過程也離不開工裝產(chǎn)品的支撐。“我們的工裝方案也在隨著柔性線的發(fā)展不斷完善，例如針對航空產(chǎn)品質(zhì)量高需要隨時檢測的需求，我們會將工裝方案拓展至檢測環(huán)節(jié)，用零點定位系統(tǒng)高精度的定位功能，將生產(chǎn)與檢測工序間原本繁瑣的換裝、找正時間進一步壓縮。”程訓杰補充介紹道。
“高柔性的智能化生產(chǎn)線在零件精度高、結(jié)構(gòu)復雜且批量小的航空制造領(lǐng)域并不多見，當航空工業(yè)東方技術(shù)團隊找到雄克尋求裝夾解決方案并介紹產(chǎn)線時，我們也被航空工業(yè)東方這種敢于創(chuàng)新的精神所鼓舞。”程訓杰感嘆道，“無論是細節(jié)處的專注、對每一個定制化裝夾方案的優(yōu)化驗證，還是大方向上的遠見，對于‘數(shù)字化智能制造’的精密布局，我們都為能與如此優(yōu)秀的團隊合作，能參與這樣一條具有跨越性意義的航空制造項目而倍感榮幸。”