航空工业中的灵活高效生产

作者：Matthew Grasson    来源：Aerospace Manufacturing and Design杂志

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 设想新改建的装配车间才刚投入生产，又有新的传闻：现有生产模块将削减30%，且将增加一个完全不同的模块。类似的情形就精益化生产原则而言，绝对是个噩梦，然而却是汽车制造业普遍存在的情况。不仅如此，当目标生产效率越高，对设备的专门化程度也要求越高。杜尔公司开发出的FAStplant模块化装配系统，为总装车间提供既独立于平面布置又可重构的物料输送，其本意是为帮助汽车制造商应对上述富有挑战性的生产需求。然而在汽车业的多个成功应用之后，FAStplant被创造性的应用于航空制造。 工程回顾 洛克希德马丁航空公司（Lockheed Martin Aeronautics Co.）是一个善于采用创新方法增加产能的公司。二战期间，该公司引用汽车制造业的观点改造了航空生产。基于F-35联合战斗机项目对降低成本的要求，工程师再次对装配过程中采用输送机优化物料流产生了兴趣。因此，他们在机翼装配中，采用架空吊链输送系统在各装配站间传送已部分组装好的机翼。面对一个自建成后70多年来不断改造的厂房，Lockheed的工程师迫切需要的是一个设备精简的输送解决方案。FAStplant正是这样的产品，它对产品和流程变化的伸缩性大、适应性强、且拥有可靠性高易维护的TTS双小车系统。 模块化特性 FAStplant采用模块化概念设计，具有高度灵活性。各部件采用标准接口，使得车间平面布局可轻松调整，就像搭积木一样简单。如果Lockheed公司要在某处新增工作区域，或重设工艺流程，那么移动现有模块，或者增加新的模块都是轻而易举的事，无需了解新旧设备各自的接口情况。 模块化概念同样适用于小规模车间。FAStplant无需为每一次的应用做单独细节规划，它原本就是为减少特殊零件而设计的。尽管因为采用模块化概念而使得客户将为它的一些卖点付出额外的成本，且这些卖点并非每次都能派上用场，但相比而言，采用FAStplant可获得更好的规模经济效益，降低零件的时间管理成本。 模块化也体现在控制系统设计上。尽管只有一个PLC控制器和主控制柜，但各模块都是独立的。控制程序被分成多块，称为技术模式。当新的模块添加进来，相应的技术模式也增加到程序中，系统即可开始工作。模块以菊花链形式同临近模块连接，而非各自同总控板连接。VFD屏和内建IO接口的开关通过过程现场总线连接，用于侦测运载小车位置。 尽管用于驱动输送机的基础控制功能都配备有悬挂装置，但FAStplant能通过人机接口提供更多更先进的功能。杜尔公司EcoScreen软件提供直观的用户友好型显示和控制。在一个典型的应用中，PLC将协调多个单元的同步性。输送速度通过编程实现平稳加速和减速。 工业考量 大多数传输设备和基础设施都是在空中操作，且有独立支撑柱，因此FAStplant得以在地面和架空传输系统间取得平衡。生产区域通常备有独立工作台、货架、垃圾站等，所以支撑柱轨迹对车行道、走道的影响不大。输送机下方区域可采用特殊的C型加载杆起吊，其他所有的地面区域起重机均可通过。 不同于其他类型的制造，航空制造节拍时间（总装线上每个步骤的允许操作时间）相对更长。对早期的装配线而言，可达性比速度快更为重要，因为工件在进入下一工作站之前，有大量的工作需要完成。在过去，对部件的传送也是采用一台起重机或者多莉拖车，但费事费时。相关部件、测位仪、专用设备等等都需要提前安排。在此之前，工作台、工具箱也必须搬走以清空道路。随着生产效率的提高，生产线改造效果显著，类似FAStplant这样的输送解决方案因而展示出巨大的吸引力。 而在其他行业的生产制造中，每个装配站的节拍都很短，经过轨道区域具有一定的危险性。因此专用的轨道区域是必须的。即使设备占用了地面，甚至阻塞了通道，只要能简化部件的移入移出，也仍然是可接受的。当然也可以将输送机安装在一起，这样工人们就可以在部件四周走动，但安装的花费相当高。更多的时候，部件必须放在转台上，这样不用穿过输送机轨道也能触及部件的各面。 从地面就能接触到架空输送机变得越来越容易，但如果是空中物料输送系统，那么建筑结构必须大到足以承受输送机以及输送物件的重量。 航空制造厂房由于很经常的进行高空装配，因此对厂房高度、长度都有特别要求，尤其是采用架空输送机的厂房。此外，对于无法实现横跨厂房地面输送的情况，还是得采用垂直起吊。 输送机技术 Lockheed公司选用了TTS双小车输送机系统，它简洁、稳定、易维护。不同于其他输送机在热弯钢梁上采用淬火钢滚轮，TTS在铝轨上使用的是聚合物滚轮。铝金属表面处理和聚合物滚轮相配合，使移动平滑无声。而传统的架空输送机则不同，锥形钢管滚轮不断的同轨道摩擦，产生轧屑，散落在工作区域。为减少轧屑带来的损害，可能会采用接屑盘作为一个补充解决办法。由此可以看出，TTS双小车系统的铝轨道和聚合物滚轮组合是清洁、安全、无需额外保护的。 Lockheed公司没有要求任何设备辅助运载小车，如供电设备驱动。这种情况下，TTS系统同样具有优势，它通过置于轨道上方的正时皮带驱动小车，且保证在线上的任一点，小车上的两个弹簧推头总有一个是同皮带相连的。这样的驱动系统包容性强，当小车从一个皮带上转换到另一皮带上时，速度或者同步方面的小差异不会造成大的影响，TTS系统几乎无需维护。所有的轴承都是密封且免维护的。皮带驱动增强了系统可靠性，因为它比摩擦轮、链条还不容易磨损。摩擦轮对张力变化很敏感，张力大会停止，张力小表面层会滑落。因此检查链条确保适当的张力和润滑是必要的，否则故障后重新运转起来需要做大量工作。TTS输送机很少需要更换皮带，即使更换，也非常简单。 在某些应用中，杜尔为FAStplant配备了电动单轨小车系统（EMS）。EMS采用的也是铝轨，但每辆载运小车只搭载一台车辆。相对而言，对载运小车依赖性比较小的输送系统，这样的组合富有经济效益和运营效益。由于发动机需要用电，因此有一些附加设备把电力传输到小车上，在过去项目中，这是由感应接收装置和机械母线实现的。新系统由于维护少，杜尔已开始采用感应功率传输系统。即使在母线传输电力的情况下，通过感应接收装置通信也非常普遍。 工作站起重机 除了增加起重机的可达性，F-35战斗机机翼部分组装线还经改造以使用更小的起重机，适用于每个装配站。索道直接装在钢结构上方，支撑输送机的钢结构比较低，使得空起重机吊钩能够通过，确保了起重机能用于工作站的任一边。在某些装配线是平行的场所，就需要一个连接桥使得起重机能移动到另一条线上。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/5/2013)