AFTL敏捷柔性自動生產線
2019-4-26 來源：機械科學研究總院資深顧問 作者：陳長年
發動機制造裝備可謂第一汽車制造裝備，是現代汽車零部件集成制造技術的經典。發動機關鍵零部件的敏捷柔性自動線(AFTL)屬于第三代自動生產線，95%左右進口。從20世紀末至今，據不完全統計，已經有約200條安裝或將安裝，平均單價約2000萬美元。如，僅意大利柯馬公司2008～2010年即提供了20條AFTL。
AFTL的關鍵技術
首先是生產線的數字化設計。這要求供應商按照精益、敏捷理念，采用協同仿真技術---使用戶能夠選擇技術、經濟優化的方案。采用了這種數字化設計技術后, 其新產品推向市場的速度可加快30%，重復設計減少65%，生產規劃流程精簡40%。
AFTL還應具有可重構模塊的高速加工中心(RMT)，作為新一代加工缸體、缸蓋生產線的核心技術。其特征是：模塊化、高速化、干切削。只有模塊化才能實現可重構;只有模塊化才能大幅度降低制造和使用成本。
AFTL還需要在線檢測。為實現大批量高生產率條件下的在線精密檢測，要求檢測設備的分辨率達1μm，整個測量形貌的測量周期在數十秒以內，測點達到幾百萬個以上。目前完全依賴進口。
另外，在AFTL中柔性夾具的設計至關重要。柔性夾具設計需要精通零件制造工藝，這也是國外企業對我國封鎖的核心技術和盈利的訣竅，也是我國機床企業的軟肋。最近一汽發動機FTL招標中，德國公司一個工位柔性夾具價格約20萬歐元，與臥式加工中心價格相當!
物流系統被視為“第二類生產”，包括自動上下料、工件傳輸儲運、實時工廠物流系統，可極大提高現代發動機生產的效率和可靠性。為零庫存提供可能。先進的工廠物流系統是現代發動機生產實現精益和敏捷的關鍵。自動上下料最新發展是采用機器人(機械手)自動上下料，以便增加通用性和柔性。
在AFTL中，信息系統尤為重要，尤其是自動線CNC控制系統,其復雜程度不是只控制單個機床可比擬的。世界上只有少數幾家頂級公司有此能力，我國目前空白。
最后是兩個指標的要求，自動線可靠性技術：需要滿足整條自動線工序能力指數Cpk值≥1.67，平均無故障工作時間MTBF≥3000h的要求。
敏捷柔性自動線的基本技術要求
現代殼體類零件機械加工自動線屬于“敏捷柔性自動線”，以便滿足現代動力總成殼體類零件生產線“多品種、大產量、高效率、低成本”的需要。敏捷柔性自動線使用的機床類型為“剛柔混合”型——以高速加工中心滿足生產線高柔性要求，以數控專機滿足高效率要求，并可降低投資成本。剛柔混合程度(深度、中度、輕度)要從采用協同仿真技術的數字設計多方案中選擇。
AFTL線中集成應用以下技術：FA技術，又稱“無人或熄燈生產”技術;殼體類零件高速切削技術;干切削、MLQ切削技術;殼體類零件精密加工技術;生產線多品種工件混流技術;敏捷物流系統;生產線信息采集、分析、反饋、集成控制技術;在線檢測系統及集成應用技術。
1. 敏捷柔性自動線的高速加工工藝及裝備
(1)高速切削工藝
根據日本汽車制造業的歷史數據，汽車制造業平均每5年切削效率要提高28%，其中切削速度平均提高19%，進給速度平均提高8%;而最近幾年切削效率提高的幅度在30%以上。目前制造發動機主要零件的生產節拍已經縮短到了30～40s，比十幾年前縮短了50%。發動制造企業為提高加工效率，都進行了技術改進。如，上海大眾汽車通過使用HSK刀柄，涂層硬質合金、金屬陶瓷、CBN、PCD刀具，滿足高主軸轉速、高進給速度、高加/減速(三)的要求——只有“三高”才能實現高效加工(HPC);上海通用汽車，通過使用SECO公司的CBN300刀片進行灰鑄鐵缸體平面干式銑削，切削速度達到了1600m/min，刀具壽命提升了4倍。
(2)高速模塊式機床
用于鋁合金殼體類零件生產線主軸最高轉速一般為15000～20000r/min，工件進給最高速度40～60m/min，快速移動速度高達60～90m/min;加速度達到1.0～1.5g，換刀時間(刀-刀) 1.5～3.5s、甚至0.8～0.9s;定位精度/重復定位精度——工作臺1m以下，8μm/4μm (VDI標準)，工作臺1m以上，10μm/5μm/M (VDI標準)。關鍵工序的機床工程能力指數/工序能力指數Cmk/Cpk值≥2.0/1.67 。
具有可重構模塊的高速加工中心(RMT)，作為新一代加工缸體、缸蓋生產線的核心技術。其特征是：模塊化、高速化、干切削。目前，這類加工中心的最新發展是，主運動普遍采用電主軸，進給運動普遍采用直線電機。普遍運用三坐標模塊式和箱中箱結構。
同時要求帶有斷刀檢測、機內自動測量、自動補償系統、對刀裝置等。
2. 敏捷柔性自動線的智能物流系統、信息系統
(1)智能物流系統
由原材料處理、存儲、上下料裝置、機床間工件傳輸裝置組成。在單臺數控機床配備工件庫或原材料庫和自動上下料裝置(含機械手、機器人)的條件下，即在與物料存儲與傳送及其自動控制集成的條件下，構成柔性制造單元(FMC)。在多臺數控機床配備自動上下料與物料存儲和傳送及與生產計劃調度用計算機集成的條件下，構成柔性制造系統(FMS)。在不含計劃調度系統和工件單向流動時，組成柔性生產線。
(2)智能物流部件——無人搬運小車AGV(Automatic Guided Vehicle)
AGV顯著特點的是無人駕駛，AGV上裝備有自動導向系統，可以保障系統在不需要人工引航的情況下就能夠沿預定的路線自動行駛，將貨物或物料自動從起始點運送到目的地。
AGV的另一個特點是柔性好，自動化程度高和智能化水平高，AGV的行駛路徑可以根據倉儲貨位要求、生產工藝流程等改變而靈活改變，并且運行路徑改變的費用與傳統的輸送帶和剛性的傳送線相比非常低廉。AGV一般配備有裝卸機構，可以與其他物流設備自動接口，實現貨物和物料裝卸與搬運全過程自動化。此外，AGV還具有清潔生產的特點，AGV依靠自帶的蓄電池提供動力，運行過程中無噪聲、無污染，可以應用在許多要求工作環境清潔的場所。
AGV在自動生產線的應用————色塊
AGV在制造業的生產線中能夠高效、準確、靈活地完成物料的搬運任務。并可由多臺AGV組成柔性的物流搬運系統，搬運路線可以隨著生產工藝流程的調整而及時調整，使一條生產線上能夠制造出十幾種產品，大大提高了生產的柔性和企業的競爭力。
1974年瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配廠為了提高運輸系統的靈活性，采用基于AGVS為載運工具的自動轎車裝配線，該裝配線由多臺可裝載轎車車體的AGVS組成，采用該裝配線后，裝配時間減少了20%，裝配故障減小39%，投資回收時間減小57%，勞動力減小了5%。目前，AGV在世界主要汽車廠，如通用、豐田、克萊斯勒以及大眾等汽車廠的制造和裝配線上得到了普遍應用。
(3)智能信息系統
主要包括生產線控制、刀具更換、工裝及附具更換、工件調度、自動編程、自動監控、自動補償、工件質量自動檢測、刀具磨損或破損后的自動更換和自動報警等。要求具有CAD/CAM功能，遠程生產線管理和維護、故障診斷和自動修復功能等。
車間智能制造管理系統(manufacturing execution system，簡稱MES)是美國在20世紀90年代初提出的，旨在加強MRP計劃的執行功能，把MRP計劃同車間作業現場控制，通過執行系統聯系起來。這里的現場控制包括PLC程控器、數據采集器、條形碼、各種計量及檢測儀器及機械手等。MES系統設置了必要的接口，與提供生產現場控制設施的廠商建立合作。
MES對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理，對工廠事件及時做出響應、報告、跟蹤及處理，對生產狀態的快速響應使MES能夠優化工藝流程，提高管理效率，有效地指導工廠的生產運作過程。
MES是企業CIMS信息集成的紐帶，是實現車間生產敏捷化的基本技術手段;是近10年來在國際上迅速發展、面向車間層的生產管理技術與實時信息系統。MES可以為用戶提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造業環境，幫助企業減低成本、按期交貨、提高產品質量。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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