江蘇新瑞的柔性制造系統(tǒng)

江　宏

江蘇新瑞機(jī)床(集團(tuán))有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新瑞”)坐落于江蘇省常州市，是一家集產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷(xiāo)售和服務(wù)于一體的中高檔數(shù)控機(jī)床專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，匯集了新瑞機(jī)械、寧夏長(zhǎng)城、江蘇多棱三大品牌的十大系列產(chǎn)品，是我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品門(mén)類(lèi)較為齊全的大型機(jī)床制造企業(yè)之一。新瑞在常州和銀川分別建有兩大研發(fā)、制造基地，依托強(qiáng)大的技術(shù)力量，致力于以高新技術(shù)和前沿技術(shù)為客戶(hù)提供最佳解決方案。幫助客戶(hù)提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。2008年，新瑞實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入8億元。

在2008年舉辦的CCMT國(guó)內(nèi)機(jī)床展覽會(huì)上，新瑞自主研發(fā)、達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的柔性制造系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)系列產(chǎn)品成功推出，引起了業(yè)界的極大關(guān)注，并以“有自主創(chuàng)新、性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、造型美觀、有良好的市場(chǎng)前景”而獲得春燕獎(jiǎng)。柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成的，能適應(yīng)加工對(duì)象變換的自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)。FMS兼有加工制造和部分生產(chǎn)管理的雙重功能，因此能綜合地提高生產(chǎn)效益。截至目前，新瑞已生產(chǎn)出3套柔性制造系統(tǒng)，其中兩套在自己的工廠使用，另外一套被一家著名汽車(chē)制造企業(yè)訂購(gòu)，用于發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線。新瑞的目標(biāo)是，將柔性制造系統(tǒng)作為今后公司的主要產(chǎn)品之一推向市場(chǎng)，促進(jìn)中國(guó)機(jī)械制造行業(yè)技術(shù)水平的提升。

系統(tǒng)組成

通常，柔性制造系統(tǒng)按照成組的箱體類(lèi)零件確定工藝過(guò)程，選擇多功能臥式加工中心和立體倉(cāng)庫(kù)等自動(dòng)化物流系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，能自動(dòng)調(diào)整并實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)多種工件的成批量高效生產(chǎn)(即具有“柔性”)，并能及時(shí)改變產(chǎn)品以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。一個(gè)簡(jiǎn)單的FMS系統(tǒng)可以由物料輸送系統(tǒng)、自動(dòng)堆垛機(jī)、存儲(chǔ)系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)控加工中心(CNC)組成，其各部分的具體數(shù)量可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)量的需要靈活配置(參見(jiàn)圖1)。需加工的物料，在物料輸送接駁臺(tái)、加工裝備接駁臺(tái)和存儲(chǔ)貨架三個(gè)物流節(jié)點(diǎn)之間，通過(guò)自動(dòng)堆垛機(jī)的柔性化作業(yè)實(shí)現(xiàn)流轉(zhuǎn)。

新瑞研發(fā)的柔性制造系統(tǒng)系列產(chǎn)品以FMS63為典型代表。FMS63由3臺(tái)H63臥式加工中心和兩個(gè)工件安裝站組成；物流系統(tǒng)采用立體倉(cāng)庫(kù)(共3層貨架)配備一臺(tái)自動(dòng)堆垛機(jī)，可存儲(chǔ)、處理多達(dá)60個(gè)托盤(pán)，托盤(pán)上可裝載大量的零件與夾具。零件一次裝夾以后，F(xiàn)MS63可自動(dòng)完成銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、攻絲等多個(gè)工序，特別適合各類(lèi)箱體、殼體多孔的中小批量加工。

物流系統(tǒng)作為FMS63柔性集成制造系統(tǒng)的重要組成部分，是新瑞與德馬物流技術(shù)有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。物流系統(tǒng)中的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)線所需加工工件的存儲(chǔ)和搬運(yùn)(上下料)，其主要硬件組成和性能指標(biāo)如下：

1、貨架系統(tǒng)：分為1排×20列×3層，共60個(gè)儲(chǔ)存貨位，貨架總高6020毫米；

2、自動(dòng)堆垛機(jī)：1臺(tái)(1巷道)，具體參數(shù)詳見(jiàn)表1，巷道有效寬度1500毫米，運(yùn)行軌道總長(zhǎng)33米；

3、專(zhuān)用托盤(pán)：尺寸630×630×150毫米，托盤(pán)最大堆高1450毫米(含托盤(pán))。

除了上述硬件設(shè)備，信息控制系統(tǒng)是FMS系統(tǒng)的核心部分之一，決定了FMS系統(tǒng)能否正常運(yùn)行及效率高低。控制軟件能幫助監(jiān)控和控制實(shí)時(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)，進(jìn)行柔性化的生產(chǎn)管理?；赑C的控制軟件可幫助實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品產(chǎn)出的最大化，同時(shí)有效監(jiān)測(cè)所有生產(chǎn)活動(dòng)。加工程序可通過(guò)以太網(wǎng)下載傳到加工中心，所有的NC程序可以存儲(chǔ)到中央控制系統(tǒng)的硬盤(pán)上，并由總控系統(tǒng)進(jìn)行管理以取得最佳的結(jié)果?？刂葡到y(tǒng)還備有刀具和工件的信息文件，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)進(jìn)度表，外部交換工作臺(tái)和刀具庫(kù)管理以及遠(yuǎn)程機(jī)床狀況監(jiān)測(cè)等功能，同時(shí)也允許對(duì)通用夾具、零件數(shù)據(jù)和生產(chǎn)訂單進(jìn)行管理。

技術(shù)亮點(diǎn)

整套FMS63柔性制造系統(tǒng)是新瑞及其合作伙伴沈陽(yáng)機(jī)床所、德馬公司自主開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的，使這一高端數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品成功實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。在FMS系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程中，新瑞從用戶(hù)的角度出發(fā)，特別關(guān)注生產(chǎn)效率、控制精度和產(chǎn)品質(zhì)量這三個(gè)關(guān)鍵因素。經(jīng)過(guò)不斷研究摸索，新瑞FMS系統(tǒng)在以下幾個(gè)方面取得了較大的突破與創(chuàng)新：

一是采用自動(dòng)堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的高柔性化以及與生產(chǎn)系統(tǒng)的無(wú)縫連接。自動(dòng)堆垛機(jī)作為FMS系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，維系著物料輸送系統(tǒng)、CNC加工單元和存儲(chǔ)料架三個(gè)管理節(jié)點(diǎn)的正常操作。此外，普通堆垛機(jī)的停準(zhǔn)誤差為±3mm，而柔性制造系統(tǒng)中的堆垛機(jī)對(duì)定位精度的要求更高。新瑞FMS系統(tǒng)中的自動(dòng)堆垛機(jī)是德馬公司專(zhuān)門(mén)為其開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的，最終實(shí)現(xiàn)了行走定位誤差僅為±1mm，在國(guó)內(nèi)處于先進(jìn)水平。

二是采用了RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)掌控。立體倉(cāng)庫(kù)的托盤(pán)上安裝了RFID標(biāo)簽，堆垛機(jī)上安裝了識(shí)讀設(shè)備，借此實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中所有物料的全程記錄和跟蹤。

三是管理軟件有創(chuàng)新?？紤]到普通工人的知識(shí)水平和實(shí)際需要，計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)盡可能簡(jiǎn)化，以方便應(yīng)用和維護(hù)。

流程規(guī)范

新瑞認(rèn)為，制造企業(yè)引入FMS系統(tǒng)，可以使作業(yè)流程更加可控，管理更加規(guī)范化。其基本操作流程如下：

由生產(chǎn)調(diào)度人員根據(jù)機(jī)床的加工能力形成產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃單，其中包括加工生產(chǎn)的數(shù)量、原材料的品種和數(shù)量。如果需要加工的毛坯原料已存儲(chǔ)在料架上，自動(dòng)堆垛機(jī)直接從料架上取出后送入CNC加工單元；否則，需要及時(shí)向FMS系統(tǒng)補(bǔ)料。

一個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃對(duì)應(yīng)一臺(tái)CNC加工中心，經(jīng)過(guò)一臺(tái)CNC加工中心加工的工件作為該加工單元的成品入庫(kù)。在異常情況(如設(shè)備故障)發(fā)生后，把該加工中心正在作業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)中斷，將已加工的半成品退出，管理系統(tǒng)查詢(xún)其他能夠完成這個(gè)任務(wù)的設(shè)備的狀態(tài)：如果設(shè)備狀態(tài)忙，則把該工件自動(dòng)轉(zhuǎn)入儲(chǔ)存貨位存儲(chǔ)；如有相同加工設(shè)備空閑，則把該半成品轉(zhuǎn)入到空閑的加工位繼續(xù)加工。

為了縮短CNC加工設(shè)備因更換加工工件的閑置時(shí)間，可以在加工中心接駁臺(tái)設(shè)置工件等待工位。在CNC加工中心完成一個(gè)工件加工并將加工完畢的工件送出的同時(shí)，送入下一個(gè)待加工工件。

市場(chǎng)前景

通過(guò)近一年的實(shí)踐，新瑞采用FMS系統(tǒng)的價(jià)值主要體現(xiàn)在：系統(tǒng)能按照裝配作業(yè)配套的需要，及時(shí)安排所需零件的加工，實(shí)現(xiàn)及時(shí)生產(chǎn)，從而減少毛坯和在制品的庫(kù)存量與相應(yīng)的流動(dòng)資金占用量，縮短生產(chǎn)周期；提高設(shè)備利用率，減少設(shè)備數(shù)量和廠房面積；減少直接勞動(dòng)力。在少人看管條件下可實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)的連續(xù)“無(wú)人化生產(chǎn)”；提高產(chǎn)品質(zhì)量的恒定性。

據(jù)悉，F(xiàn)MS系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家已有較多應(yīng)用，它已成為自動(dòng)化工廠的重要組成模塊。而且，F(xiàn)MS的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，涵蓋毛坯制造、機(jī)械加工、裝配和質(zhì)量檢驗(yàn)等諸多方面。可以說(shuō)，柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展空間巨大，市場(chǎng)前景廣闊。

新瑞認(rèn)為，與現(xiàn)在常用的機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)、AGV等物流裝備技術(shù)一樣，自動(dòng)堆垛機(jī)作為高柔性化的物流裝備在FMS系統(tǒng)中的應(yīng)用同樣有很好的市場(chǎng)前景。據(jù)悉，新瑞研發(fā)FMS系統(tǒng)的構(gòu)想始于2005年。2007年形成了產(chǎn)品，進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)試階段；2008年新瑞在常州建起的新工廠和寧夏長(zhǎng)城工廠各引入了一套FMS系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)，新瑞正在規(guī)劃建設(shè)新工廠，面對(duì)高端數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)管理異常復(fù)雜、專(zhuān)業(yè)人才緊缺的狀況，想通過(guò)引入高效的物流系統(tǒng)盡可能提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，從而提高生產(chǎn)效率，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。除了滿(mǎn)足自身需要外，新瑞計(jì)劃待FMS柔性制造系統(tǒng)應(yīng)用成熟后，將其作為整體產(chǎn)品銷(xiāo)售，逐步向汽車(chē)、軍工等行業(yè)推廣，使之成為企業(yè)的新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

據(jù)新瑞公司介紹，目前，國(guó)外自動(dòng)化工廠單元化、模塊化的發(fā)展趨勢(shì)明顯，以便于迅速?gòu)?fù)制。而這也正是新瑞FMS柔性制造系統(tǒng)先進(jìn)性的體現(xiàn)：既可以壓縮投資規(guī)模，控制風(fēng)險(xiǎn)；又可以滿(mǎn)足多批量、小規(guī)模生產(chǎn)，柔性化高，便于更新。

可以說(shuō)，對(duì)技術(shù)和市場(chǎng)的深入了解與把握正是新瑞看好FMS柔性制造系統(tǒng)的根本原因。

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，機(jī)械行業(yè)屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，管理、技術(shù)比較落后，自動(dòng)化程度低，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，產(chǎn)品質(zhì)量很難保證。國(guó)內(nèi)工廠通常沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的物流管理，沒(méi)有采用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，物料存儲(chǔ)占用較大空間，造成空間浪費(fèi)，一般采用普通搬運(yùn)小車(chē)或者吊車(chē)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的物料搬運(yùn)，整個(gè)生產(chǎn)效率不高。如今，隨著生產(chǎn)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件與硬件水平的提高，采用自動(dòng)化控制和先進(jìn)的物流技術(shù)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的模塊化管理，不僅解決了現(xiàn)有的倉(cāng)庫(kù)管理混亂和庫(kù)存不足的問(wèn)題。而且生產(chǎn)效率得以大幅提高，今后還可以借助RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)每一步加工的追溯管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的在線檢測(cè)，使產(chǎn)品質(zhì)量控制更為嚴(yán)格。同時(shí)，企業(yè)生產(chǎn)能力的可擴(kuò)展性也大大提高，只要事先做好系統(tǒng)接口，今后隨著生產(chǎn)的需要添加機(jī)床即可，消除了場(chǎng)地制約的瓶頸。

另外，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)機(jī)床行業(yè)發(fā)展比較緩慢，由于進(jìn)入門(mén)檻較低，導(dǎo)致行業(yè)陷于低端混戰(zhàn)的局面。其實(shí)，機(jī)床行業(yè)作為國(guó)家的基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)家綜合實(shí)力的體現(xiàn)，近年來(lái)開(kāi)始受到高度重視，市場(chǎng)潛力巨大。因?yàn)楝F(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)先進(jìn)的裝備制造業(yè)，而機(jī)床是裝備制造業(yè)不可或缺的加工工具。

新瑞的目標(biāo)是做大做強(qiáng)裝備制造業(yè)，力爭(zhēng)成為全國(guó)機(jī)床工業(yè)第一品牌。目前，新瑞正抓住資源集聚整合的機(jī)遇，通過(guò)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，研發(fā)像FMS系統(tǒng)這樣可以完全替代進(jìn)口的高端產(chǎn)品，意圖避開(kāi)價(jià)格戰(zhàn)，打開(kāi)自己的特色市場(chǎng)。據(jù)悉，新瑞計(jì)劃在5年內(nèi)投入10億元人民幣進(jìn)行企業(yè)重組，其中大部分資金用于生產(chǎn)和工藝改造，力爭(zhēng)在3至5年內(nèi)建成國(guó)內(nèi)數(shù)控設(shè)備領(lǐng)域數(shù)一數(shù)二的核心品牌，將常州打造成中國(guó)一流的數(shù)控機(jī)床研發(fā)制造基地。