FMS少人化生產(chǎn)模式及整線效率提升

周 偉

（上海三菱電梯有限公司，上海 200245）

1 關(guān)鍵影響因素說明

在正常情況下，操作人員無需干涉FMS系統(tǒng)的加工過程。因此，只要有足夠的工裝夾具和加工零件，F(xiàn)MS系統(tǒng)在軟硬件和數(shù)控系統(tǒng)上均符合少人或無人值守的生產(chǎn)條件。但是在實際生產(chǎn)過程中，有時仍然會出現(xiàn)意外的停機情況，因此如何應(yīng)對意外停機是FMS系統(tǒng)實現(xiàn)少人化生產(chǎn)模式的關(guān)鍵。

1.1 刀具壽命耗盡

刀具壽命耗盡作為最容易引發(fā)停機的環(huán)節(jié)，在某些FMS系統(tǒng)軟件（諸如意大利Mandelli機床公司的CswWin管理軟件）設(shè)計時已經(jīng)被考慮進去。軟件界面上的無人化模式開關(guān)起著預(yù)測刀具壽命的作用。當(dāng)無人化模式打開時，系統(tǒng)會預(yù)判每個即將進入設(shè)備的工件需要的刀具是否具有足夠的壽命，并阻止無法加工完成的零件進入設(shè)備。另外，系統(tǒng)也有刀具信息篩選和運行模擬功能，使操作者有條件事先知曉有可能用盡壽命的刀具。

因為FMS系統(tǒng)長期堅持基于切削時間的刀具壽命管理，因此大部分批產(chǎn)零件均具有可預(yù)測的刀具壽命，具備實現(xiàn)無人生產(chǎn)的條件。對于部分負荷率極高的刀具，可以通過增加姐妹刀（Tool Sisters）的方式來保障生產(chǎn)的持續(xù)性。不過，現(xiàn)在大部分設(shè)備的刀庫比較緊張，須控制增配姐妹刀的數(shù)量。

1.2 刀具破損狀況

在加工過程中，刀具破損也是引發(fā)設(shè)備停機的潛在因素。對于大部分的小直徑刀具，程序上均設(shè)置了斷刀檢測，而受硬件條件制約，大直徑刀具和異形刀具不能進行檢測。

FMS系統(tǒng)軟件在無人模式下一旦檢測到斷刀，將會中斷該零件的加工，將刀具設(shè)置為不可用。在此狀態(tài)后，該設(shè)備會移出此零件，除了同型號零件和其他使用此刀具加工的零件以外，設(shè)備可以繼續(xù)接收并加工其他零件。如果大直徑刀具或小直徑刀具的側(cè)刃發(fā)生破損，設(shè)備可能無法察覺，因此在無人模式下必須警惕其可能會造成的零件批量報廢。

1.3 尺寸測量報警

為保證零件上高精度加工特征尺寸的合格率，在無人化生產(chǎn)模式下，須盡量調(diào)用設(shè)備自身的探頭進行自我檢測。不過，探頭自檢也有增加加工時間和容易誤報的弊端。一旦檢測到尺寸問題，為保證零件質(zhì)量，該設(shè)備只能無條件停機，在現(xiàn)有軟硬件條件下并沒有有效的技術(shù)手段能將設(shè)備自動恢復(fù)。

1.4 過載保護停機

由于刀具破損、零件毛坯或裝夾的問題，機床數(shù)控軸可能會發(fā)生過載保護造成設(shè)備停機。在無人化生產(chǎn)模式下，過載狀態(tài)同樣無法自動恢復(fù)。

1.5 設(shè)備故障原因

機床機械系統(tǒng)的故障以及各種油、水、氣供應(yīng)不足均能導(dǎo)致停機，此類停機須有操作人員或?qū)I(yè)人員恢復(fù)。某些機床容易出現(xiàn)某種特定故障，如果不加以改進，就不適合進行無人化模式生產(chǎn)。

2 合理選擇生產(chǎn)模式

2.1 生產(chǎn)模式的選擇

FMS系統(tǒng)對刀具異常狀況的處理原則是，棄用問題刀具并調(diào)整計劃以加工不涉及問題刀具的零件。因此，為最大限度保持無人值守模式的出產(chǎn)量，每臺參與生產(chǎn)的設(shè)備應(yīng)安排加工兩種或以上零件，如此可保證該設(shè)備不會因為某個刀具個體出現(xiàn)問題而陷入無零件可加工的狀況。

從保障某種零件產(chǎn)出的角度考慮，要盡量安排同一組FMS線內(nèi)有兩臺或以上的設(shè)備具有該零件的加工能力（主要指的是刀具配置），以避免因為某臺設(shè)備出現(xiàn)刀具異常，導(dǎo)致整個班次沒有該零件的產(chǎn)出。

綜合以上兩點，對于現(xiàn)有的FMS系統(tǒng)而言，互相穿插、一機多能的混合生產(chǎn)模式相比指定設(shè)備、指定零件的專機型生產(chǎn)模式，更加適用于少人化生產(chǎn)。

此外，對于臺面配置和工件裝卸，混合生產(chǎn)模式也有一定優(yōu)勢。目前，車間FMS系統(tǒng)現(xiàn)行的工作模式就是混合生產(chǎn)，因此從有人班次到無人班次的轉(zhuǎn)換不需要特別關(guān)注，臺面配置也不需要額外修改。

2.2 加工零件的選擇

加工時，建議盡量選擇工藝穩(wěn)定、精度要求較低的零件。如果高精度零件出現(xiàn)超差報警，該設(shè)備會一直保持停機，無人生產(chǎn)效率會大打折扣。因此，高精度零件的生產(chǎn)應(yīng)該盡量向有人值守的生產(chǎn)班次傾斜。試制中、小批量生產(chǎn)和外協(xié)毛坯工藝有變化時，過載的可能性比較高，對應(yīng)零件不適合采用無人化生產(chǎn)模式。

2.3 試點設(shè)備的選擇

對于個別機械系統(tǒng)有長期故障的加工設(shè)備，考慮能耗和安全性，不建議投入無人化生產(chǎn)模式。如果該設(shè)備的臺面交換系統(tǒng)有頻發(fā)故障的現(xiàn)象，有可能會造成整線的停機。建議無人化生產(chǎn)模式開始前，將此類設(shè)備進行液壓關(guān)斷是最好的選擇，與其共線的其他設(shè)備將不受影響。

根據(jù)上述三個原則，對于調(diào)度柔性比較大的FMS系統(tǒng)，混合生產(chǎn)是推進全面的少人化或無人化生產(chǎn)模式效果最好且代價最小的方式。因此，建議不要以零件的分門別類作為推進的步驟，而以人員安排作為切入點。在一定的磨合期內(nèi)，可以在正常有人值守的班次安排一組設(shè)備進入準(zhǔn)無人化生產(chǎn)，零件的裝卸由相鄰班次完成，其他線上的人員只需定時觀察該生產(chǎn)線是否有異常即可。

3 結(jié)論

本項目FMS少人化生產(chǎn)模式及整線效率提升的終期成果，偏重于從FMS系統(tǒng)的生產(chǎn)組織手段和工藝技術(shù)手段的研究。將這兩個研究側(cè)重點有機結(jié)合，人們可以初步確立一個車間實現(xiàn)少人化生產(chǎn)模式的必要條件，從而指導(dǎo)規(guī)范車間應(yīng)用少人化生產(chǎn)模式的基本原則。結(jié)合金工車間FMS產(chǎn)線的實際生產(chǎn)情況，從生產(chǎn)組織和工藝技術(shù)兩個角度，制訂以下若干實施少人化生產(chǎn)模式的應(yīng)用條件和指導(dǎo)規(guī)范。