自动化带领生产力飞跃提升

来源:荣格

发布时间:2017年5月16日下午 04:05:22

本文重点介绍了石油天然气工业设备制造商GN 公司在严格遵守零件加工标准和惯例的前提下,如何通过持续不断地改进以及投资复合加工中心来完善自动化加工过程。

前两年,位于美国阿尔伯塔省艾尔德里的GN 公司,在生产制造过程中还不够重视自动化加工。但最近,为了使公司能够持续发展,GN制定了一个相当有远见的战略,即由自动化进一步带领生产力飞跃式的提升,确保公司未来在全球范围的竞争力。

GN公司可以根据客户的要求,提供精密加工的石油天然气工业设备,同时也有着行业内常规的产品线。据GN 公司总裁兼首席执行官John Pleša分析,行业整体的波动和激烈的竞争对于任何一家相关企业来说都是一种挑战。

自动化是关键

“仅仅在北美地区,竞争也是非常具有挑战性的。如果再放眼全球,工厂还要面对与低成本制造国的竞争,比如中国、印度和墨西哥等。而这时,工厂的生产力最好要比世界其他地区的工厂高出20%-30%,”Pleša 警示道,“这不只意味着企业之间将要在交货期上展开抗衡。同时,价格上也要打败竞争对手。对我们而言,自动化已被证明是实现这两个关键目标的主要因素。”

在GN公司的工厂里,有着约60台Mazak机床,可以说是GN生产的主力,其中14台是新设备。值得一提的是,还有被称为“先驱”和“尖兵”这两条完全自动化的生产线,它们是由代表Mazak 先进技术的复合加工中心和机器人构成的。

这些都有助于提高零件一致性并显著增加产量。因此,GN公司得以迅速适应具有挑战性和波动性的北美及全球的石油天然气行业,并在竞争中获得成功。

先进的加工技术

四台Mazak INTEGREX e-500复合加工中心为“先驱”生产线奠定了基础,通常用于进行长型轴类零部件的加工。这些先进的机器具有用于单一设置操作的车削和铣削主轴以及完全可编程的车床尾座,以支持安全和准确的操作。

“尖兵”生产线的10台Mazak INTEGREX i-200ST复合加工中心具有两个转动主轴、铣削主轴和下刀塔,可以为GN公司提供高效的DONE IN ONE® 零件加工生产。

这些机器还支持Mazak 新型SmoothX CNC系统,可以为工厂提供最短的加工周期,尤其是在高精度5轴联动加工的程序中。该控制系统采用了各种先进编程功能,实现了简单操作和高速、高精度加工。

GN公司的其他Mazak机床包括QUICK TURN NEXUS 450-II MY复合加工中心,带有铣刀主轴和Y轴加工功能;INTEGREX i-400ST复合加工中心,每台机器都有两个转动主轴和下刀塔;Mazak CYBERTECH TURN 5500,具有15″主轴孔,最大零件直径加工能力为32″。“与我们一样,Mazak 公司也在不断进步。他们从简单的2 轴车床和3轴铣床发展到复合加工中心,将自动化和数字化相连通,”Pleša说,“我们购买Mazak产品的主要原因之一是他们的机床技术易与自动化相结合。”所有GN公司加工的零件都在使用中起着至关重要的作用,任何零件故障都可能导致现场灾难性的后果。这就是为什么工厂要倡议“零缺陷”运作。根据Pleša的说法,自动化可以提供生产流程的一致性从而保证“零缺陷”。大多数组件由4140和4340热处理钢以及一些外来的比如铬镍铁合金、镁或其他一些行业内特有的材料制成。根据零件的复杂性,偏差可被控制在±0.015″到±0.0005″之间。

增加产能

根据GN公司精益制造经理Chamith Rathnayake的说法,他们的工厂专注于精益生产,并遵守严格的零件加工标准和惯例。

“对我们来说,除了保证零件数量,”Rathnayake说,“我们的目标还要使生产的每一个零件符合其规格参数,对一项任务的方方面面都要进行计算和确定——从每个零件的成本、偏差再到加工过程。最终实现所有设定要求,并在最短的时间内完成零件生产和交付。”

对于每一个组件,GN公司都会从始至终标记并追踪它们。任何缺陷都可以快速被追溯,谁生产了这个零件,谁测量了它,是谁装的箱,甚至是谁发的货。所有这些都可以精确到具体的某一天甚至某个时间,这样就能确保相同的错误不会重复两次。

“先驱”(Pioneer)和“尖兵”(Frontier )生产线改善了零件设置和周期时间,同时还为GN公司提供额外的全自动化制造能力。但是,对于工厂来说最关键的是,这两条生产线基本上消除了生产过程中任何必要的人为介入,从而大大降低了零件与零件之间发生错误和偏差的概率。

GN公司之所以将生产线命名为“先驱”,主要是因为它是一种全新的制造石油和天然气工业设备的方法,同时,“先驱”生产线也是GN 公司在其重要自动化项目中的首次尝试。

“先驱”生产线的四台Mazak机床为GN公司实现了产能翻番,等同于另外八台非自动化机床全天候运作。该单元将人力需求降低了75%。实行三班制,每周五天,通常一次运行八个小时或以上,没有任何人为干预。

自动化加工流程

所有必要的加工,测量/质量控制(QC)和零件的去毛刺都在“先驱”内进行。 因为这四台Mazak复合加工中心,使得GN公司可以在一个设置和两个操作中完成零件加工。另外,如果需要,工厂可以快速轻松地将整个生产线切换到其他零件的制造中。

GN公司的制造主管,“先驱”生产线项目的负责人Adam Jarantowski表示,将生产线内某个特定的零件加工过程实现自动化是一种挑战——主要是因为他们需要的零件和加工的过程非常复杂。

Jarantowski解释说:“要用尽可能少的操作来完成自动化过程和零件加工,绝对需要复合加工中心。如果没有Mazak,生产零件就不仅仅是四台机器可以完成的,还会需要一些额外的操作。”

“先驱”生产线使用两个Fanuc机器人。其中一个负载为600公斤,搭配轨道装载和卸载Mazak 机床,另一个较小的机器人在零件测量站工作。嵌入式坐标测量机(CMM)测量零件并将结果数据反馈到机床中以进行即时偏移调整,并且对生产线中完成的零件进行100%检查。

目前,“先驱”生产线处理4140 热处理钢零件,这需要两个操作台以及两台机床,这样两个零件可以同时完成。该单位选用一组特定的零件,并且每台Mazak 机床都能够运行这些零件来搭配变化。

因为GN公司在其INTEGREX e-500s上选择了160个刀具库,工厂可以使用三套相同的工具装载每台机器,并且可容纳钻杆长达24″长,零件直径大到35.5″。富足的工具允许该生产线持续运转并完全实现自动化生产。在不中断生产线的前提下,操作员还可以在机器背面更换磨损的工具。

GN公司为所有“先驱”生产线的工具使用预调器和射频识别(RFID)芯片/标签。 一旦工具被设置,它的特定信息就会存储在Mazak 机器读取和使用的标签中,可以自动进行必要的偏移调整。据Jarantowski表示,单元生产不会错过任何一个节拍。

可持续发展

GN公司的生产助理Alex David负责公司的“尖兵”生产线。他表示成功的关键是能够在Mazak 机床上通过单一设置来完成零件生产。“尖兵”生产线全天候运行,在大多数情况下都是无人操作,仅由一个操作员确保原材料供应。

像“先驱”生产线一样,GN公司的全自动化前沿生产线也依赖于Mazak复合加工技术。“尖兵”名字代表其首次使用多功能装载机器人。每个INTEGREX i-200ST都有自己的机器人来加载和卸载零件,并将它们移动到坐标测量机(CMM)进行在线测量。

该单元的坐标测量机为Mazak提供了生产过程中的偏移信息,并在零件完成后立刻对其进行检查。如果零件超出偏差,则将它们移至质量控制部门进行评估以确定原因。

GN公司的工厂经理Juan Roubaud表示,Pleša进一步加强了GN公司持续进步的动力,尤其是在先进的制造技术方面。Roubaud已经在GN公司任职超过13年,他说,这些年来,零件变得越来越复杂。将它们放在独立车削中心和铣床上加工,效率很低,周转时间极长。本着不断进取的精神,GN公司率先采用复合加工技术。而如今,这正是推动公司自动化进程的催化剂。