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众所周知,赛车项目对起关键因素的发动机制造商有着特殊的要求,也因此对相应的测量技术提出了严苛的要求。这些与发动机相关的部件通常需要经过12道甚至更多的加工工艺,整个过程还具有不断变化的特点,因此大量工作集中到了初始样品的制作和过程的测量中,这无疑为制造商带来了难题。
鉴于这些高要求且复杂的质量要求,Pankl Racing Systems公司位于奥地利穆尔河畔的布鲁克(Bruck)工厂,使用ZEISS 坐标测量机取代了其原有的手动测量设备,因而节省了高达80%的测量时间。
当Sebastian Vettel和Fernando Alonso将他们的一级方程式(F1)赛车驶上赛道时,所有的细节将在决定胜负的赛车过程中发挥关键的作用。“战斗”早在他们坐在方向盘后面之前的很长一段时间就已经争分夺秒地开始了——真正的比赛始于发动机和驱动系统制造商的制造阶段。其中一家制造商就是Pankl Racing Systems公司。该公司为参加所有国际性的赛车比赛的各个赛车队开发制造发动机和传动部件,其中包括F1、LeMans24小时车队、NASCAR和MotoGP车队(摩托车界的最高赛事),同时在布鲁克工厂里加工生产发动机的零部件。
数以克计
“ 更轻、更可靠、质量更好”,Pankl发动机系统公司质量保证部的负责人Mario Pichler先生的说法也正是对这种不断增长的需求现状的精准评价。赛车发动机的部件正在不断挖掘制造商的最大制造潜能——多少转rpm、多大的点火压力、最大扭矩是多少,以及钻孔直径和空程值是多少……
一般情况下,这些数据都源于一张技术规格表,在这张表上设计师标注比赛过程中发动机部件所适合的各个参数。
Pankl的工程师负责设计这些钛连杆或铝活塞部件,不仅要使这些部件尽可能轻,而且还要能够足以承受赛道上的极端作用力。“我们的工程师努力使部件达到最好的效果,重量和持续性之间往往一线之隔,”Pichler说。
测量,测量,还是测量!
赛车的至高要求不仅针对设计和生产,而且也针对测量技术。首先,精确到几微米的精度要求是推动技术可行性必不可少的条件。第二,必须进行大量的测量工作。加工量少到80件甚至30件,而对零部件的要求不断变化是赛车中司空见惯的。因此,在布鲁克生产基地的工程师们常常在一天中要面对15个新零件的初始样品质检。在进入生产线之前,Pankl公司要对这些样品进行多次测量。不断进行随机抽检,并在加工过程中进行全部测量。
例如,一个连杆需要10-15个加工工艺,在每一个步骤中都要进行测量。几年以前,在Pankl公司执行这些过程测量时,还是依靠人工测量设备,例如游标卡尺、快速检测和高度尺,以及千分尺和轮廓测量系统等。“人工检测不仅花费大量的时间,而且测量的精度在很大程度上还是取决于操作人员的技术能力和经验,”Pichler回忆说。因为每个人在使用工具时,都有着细微的差异,所以使用手动测量设备得到的结果会因人而异。因此Pankl公司管理和质量保证部门考虑使用自动测量机,其首要目标就是希望通过检测过程中的测量自动化来提高检测速度并保证高重复精度。
“ 即插即用 ”
Pankl决定尝试使用ZEISS的DuraMax三坐标测量机进行测试。
结构紧凑的测量机设计专为取代生产中的手动测量设备。机械振动和18-30℃之间的温度变化对它都不会造成影响,占地面积仅一平方米。即使精度低到2.4μm,虽不如Pankl公司测量实验室中使用的ZEISS PRISMO SACC坐标测量机那么精确,但也大大优于手动测量。DuraMax同样可以运行ZEISS CALYPSO测量软件,布鲁克生产基地有8 名测量技术员具有操作其它ZEISS设备的经验, 因此能够熟练掌握该软件的运行。“DuraMax对我们来说简单得可以即插即用,”Pichler说。测量技术员将已有的测量程序传送至该机器,就可以开始测量第一批工件并开始测试操作。当然,让许多生产工人相信自动测量机可以取代他们信赖的手动装置还需要时间。“但是,仅使用了两个星期后,他们就一般不开这些自动测量机了。所以我们作出决定——我们要保留它,”Pichler如是说。
测量时间减少了80%
DuraMax帮助Pankl公司实现了进行自动化测量的目标:“在过去我们通过手动测量, 现在有了DuraMax就完全进行自动测量了,”Pichler说。这使得Pankl公司节省下了80%的测量时间,大大减化了测量次数和工具切换。在以前,按照测量计划,一个连杆的轮廓铣必须执行大约80个特性测量。就像Pichler所指出的,“ 在使用DuraMax之前,我们需要六种不同的量规和一个测高计,还要有五个不同的夹具,才能完成所有的工作。测量过程需要1小时20分钟。现在一名工人将工件夹紧在一台ZEISS DuraMax测量机上,按下按钮,探针自动测量工件,并能记录所有必要的数值。”——这仅需15分钟。在赛车制造过程中,由于实际的规划涵盖众多的工艺步骤和大量的初始样品检查,这为Pankl公司节省大量的生产成本。
DuraMax的引进还为Pank公司带来另一个好处,那就是在测量实验室和生产中得到的结果都值得信赖。在这之前,Pankl公司只在测量实验室内对某些重要尺寸在坐标测量机上进行在线测量。其余的都是手工记录,因而受许多因素的影响,如生产工人不同的测量方法等。在极个别的情况下,只能在最后的检查中才能发现与理想尺寸的偏差,而在错误发现之前,已经为后续的生产过程投入了大量的时间和金钱。
今天,DuraMax在每个项目的早期阶段就可以为产品提供大量的质量安全保证。能够实现这样的生产规划,唯一可行的措施就是坐标测量机的使用,就象量规一样,是最适合应用于生产环境中的。
在生产线中直接使用
“这不是地震,而是我们的连杆消磁系统,”当建筑物摇晃了一下时,Pichler对参观人员解释说。
因此一台能够承受机械振动的测量机,可以专门用来取代手动测量设备。“对于在生产车间进行的在线测量来说,这是非常必要的,”Pichler说。在此之前,因为对某些随机抽样测量来说,由于采用人工测量设备不够准确,在测量实验室中对工件的测量需要等待很长的时间才能进行,因而非常耗费时间成本。
现在,几乎不存在在线测量必须在测量实验室中进行这一说。“ 今天, 我们使用DuraMax测量一切可以测量的物件。因此,在质量保证中大大减轻了我们工作中的繁琐步骤,并已经完全消除了等候时间。”在测量技术员和机器操作员之间,需要一些准备和明确的责任分配。今天,测量技术员准备夹紧工件的夹具,这样机器操作人员才能准确了解他们该如何在坐标测量机对工件进行定位。测量技术员使用离线测量站生成测量程序。在此基础上,生产人员自己就可以执行更多的在线测量,他们只需选择程序,然后按下启动按钮。
使用ZEISS DuraMax所获得的丰富经验,促使Pankl公司购买了另外四台这种紧凑型的测量机,其中两台只用于连杆生产。除了赛车零部件的小批量生产,Pankl公司最近开始越来越多地生产豪华汽车如Ferrari、Porsche、McLaren和Mercedes上大量使用的连杆和其它零部件。
机电数控压装系统掀起降本旋风
随着中国经济开始着手重组以及其制造业从数量向质量转型,无疑为中国迈向智能制造提供了基础。2016年中国依然保持着世界最大汽车市场的地位,以令人震惊的逾2,800万辆汽车的销量超越美国,连续八年蝉联全球第一,这印证了中国对全球汽车制造商的重要性。
在自动连接和压装过程中,奇石乐机电数控压装系统相较传统系统展现出显著的优势:它们能在削减能源成本、提高工厂的产能利用率,以及提高全线生产成本效益等方面起到关键的作用。
此外,汽车市场将稳定增长,尤其是中国GDP和收入的强劲增长带来了消费能力的提升。即使正增长放缓,对全球汽车制造商来说,中国仍将是一个巨大的市场。鉴于此,当地和海外生产商之间的竞争正日益加剧。而德国汽车制造商们正通过采用前瞻性创新,提高效率的同时,也为中国在环保、降本的课题上带来参考。
机电压装系统引领潮流
近年来,机电压装系统正日益取代生产中常用的液压或气动工艺,成为批量生产中更为有效的选择。该系统能够广泛用于汽车工业及其零部件制造企业。包括变速箱总成、动力总成的一般应用(如压装,缸盖间的阀导和阀座或发动机总成),底盘悬挂和车桥总成、转向系统总成,以及汽油泵和柴油泵的生产线。得益于伺服驱动器,数控系统能够实现极高的可重复性。压配过程可以用优异的精度控制 - 精确定位,恒定和精确的速度和精确定义的压入力使其既可测量又可重复,这也保证了产品的高质量。不仅如此,次品都能被及早的检测和分离出去,不再进入到下一步的加工。综上所述,机电压装系统极大地帮助了生产线全面提高产能。
不仅仅带来产能的增加
对于规模批量化生产的汽车工业和零部件制造企业而言,机电数控压装系统相比液压和气动可以降低能耗,表现出相当高的整体效率。一般,传统的液压技术所需要的能耗是机电技术的4.4倍,气动压装过程则需要10倍甚至更多的能耗。与液压系统相比,机电解决方案可节约77%的能源,相对于气动应用,其能源的节省能够高达90%。
maXYmos 系列产品提供友好和直观的操作界面以及统一的操作原理,基于这些特点,机电数控压装系统的安装和调试均非常的简单快捷。
不仅如此,机电压装系统极低的保养和维修支出为生产赢得了时间,这也就意味着工厂产能得以提升。采用机电压装技术,就不必再更换或处理液压油——对于液压系统则是不可避免的任务。同时,也不存在气动过程中潜在泄漏的风险。而在应用压缩空气的情况下,还可能带来高的额外费用——即便是孔径仅为1毫米的泄漏都可能导致制造商每年1,100美元的损失。机电压装系统的用户则可以完全节省液压油和压缩空气的费用,对于特定应用而言,极低的维护成本还意味投资成本能在不到两年的时间里快速摊销。
制造商越来越倾向于选择能够在同一产线进行不同的压装,与之相呼应的是,机电技术带来非常实际的利益——它可以快速地设置和灵活地应用于不同的测量范围,不同的组件因此可以在同一台机器上进行生产。鉴于此,工厂不需要再为更多的组装设备增加成本。
连接过程中的总体拥有成本(TCO)
纵观工业界,总体拥有成本(TCO)原则是决定是否采购新设备或新工厂的关键因素。从长远的目标来看,要提高生产竞争力,就不能只单一考虑采购成本。而是需要进行TCO分析:要全面的了解成本结构,包括在采购之前,采购期间以及之后所有直接或间接的成本。除了实际的购置成本, TCO分析还包括了诸如维护和能源消耗方面的成本。
通过将TCO原则应用到采购决策中,可以找到最佳的价格和盈利解决方案,这一原则也适用于工业制造中的连接及压装过程。在节能、减低维护和次品费用方面,长期使用机电数控压装系统的成本利用效率可以比传统的液压和气动技术高出数倍。
着眼于未来,提供完全的质量保证
为了使制造商可以充分利用上述提到的节能优势,奇石乐(Kistler)机电数控压装系统还集成了力传感器和高性能力位移评估,提供终端到终端的监测和记录,通过友好的可视化用户界面及直观的操作,制造者可以尽早检测到次品从而优化生产,maXYmos NC系统协同数控压装模块以及IndraDrive 伺服驱动器,可以对压装和装配过程进行控制、监控、评估并生成历史的XY 曲线文件。高度的过程监控则能优化生产周期并实现工艺可重复性最大化。精准的定位确保始终如一的精确结果。
多样的测量和评估模块的接口能满足几乎任何的需求。面板上提供所有常用接口确保产品能够灵活的应对不断变化的传感器或现场总线类型的需求,从而带来降低备件库存等巨大的优势。
当谈及能源效率和成本效益,机电压装系统已经成为了最新的业界标准。特别是在汽车及零部件产业,奇石乐机电数控压装系统的使用,最大程度的减少了次品率。并且在提供100%的质量保证的同时,降低了批量生产的整体成本。二十年前,液压、气液或气动连接模块和驱动缸是最前沿的技术;但如今基于TCO原则,奇石乐带来的机电数控压装系统热潮,无疑将掀起新一轮的旋风,不失为应对未来挑战的最佳投资选择。