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用于批量生产的VMC

作者：Peter Zelinski

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Parker Hannifin位于南卡罗莱纳州Beaufort的工厂，主要生产卡车发动机零件 — 用于燃油过滤、汽油过滤和冷却的单元。该工厂是公司Racor分部的一部分。为了在每个忙碌的日子生产1000多件组装好的产品，工厂必须每天要能加工近10,000件铸铝工件。对于这样高的需求，有人可能会想起采用一些传统的大批量加工方法，诸如组合机床或卧式加工中心。但是该厂的管理人员，以及其他工厂的公司经理们，最终接受了另外一种观点 — 那就是，这种应用的正确解决方案应该来源于简单而紧凑的30#锥度立式加工中心。

由操作员看管的小型立式加工中心在这个现代化工厂中每天生产成千上万个零件。(Floyd[弗洛伊德]和Allen[艾伦]这两个名字表示什么意思？在这个靠近南卡罗莱纳海岸的工厂中，所有加工中心都以飓风命名。)

Joe Juliano是工厂工程服务经理，是必须说服的人之一。当在3年前设想新的生产过程时，他极力提倡采用卧式加工中心，并且他做好了为这个方法而斗争的准备。他所读到的所有关于精益制造的信息都提示他：这种加工方式最适合Parker Hannifin在新工厂中对精益生产的偏重。立式加工中心是一种用于小批量生产的低成本机床，而卧式加工中心则是一种比较复杂的、更适合大批量和高需求生产的机床 — 或者他认为如此。但就在他有机会在丰田供应商的工厂中看到立式加工中心进行大批量零件加工时，他立刻意识到立式加工中心将多么适合他自己的应用场合。

这个应用的偏重点可以简单地加以总结。工厂需要高生产率来满足客户的需求及高响应能力来应对各种变化。立式机床可以满足生产率方面的要求，因为它们较低的单元成本让工厂可以在给定资金的情况下相对于其他方法运行更多主轴。这些机床满足响应能力方面的要求是因为，一句话，它们比较简单。它们可以很容易地进线和脱线，它们的作业可以在机床之间交换；而应要求增加另一台立式机床价格也比较便宜。

该过程中对简单性的重视不能过于夸大。作为该公司的一个“样板式精益工厂”，Racor工厂是Parker Hannifin内最突出的工厂之一 — 即便该工厂不是更自动化的工厂之一，也不是更多“高技术”工厂之一。来到每台立式加工中心的零件不是通过单次装夹就加工好的。它们从一台机床转移到另一台机床。而工件搬运装置并不自动进行这种转移，相反零件是通过工人一件一件地从一台机床搬到另一台机床的。

Juliano先生说这种方法的一个结果是，对这种过程而言工夹至少与机床一样重要。

工件装夹和搬运

工厂将所有立式加工中心分成三个单元。该公司希望保密的细节之一是该工厂所使用的加工中心的精确数量——但是数量在10~20之间。三个单元中每个加工特定的零件编号组，不同零件编号以不同的方式采用特定的机床单元。

有时候，一个零件依次进入三台机床。有时候两台机床同时运行时间比较长的第一道工序，而第三台机床单独完成时间比较短的所有第二道工序。而有时候，三台机床中有一台空闲，因为只需要两台机床来加工某个特定零件。让所有机床都进行加工不是该工厂的一个重点。满足质量要求，满足每天在变的数量和交货要求，并保持劳动力高效工作比前者更重要。

以下是加工循环的方式：一名操作员手中拿着工件走向机床。机床门打开因为前一个加工循环刚刚完成。操作员卸下当前工件，并装上下一个工件。走到下一台机床处，按一下某开关让门关闭，夹具装夹并让加工循环开始。然后操作员手中拿着部分加工好的工件到达下一台机床处。该机床的门打开，加工顺序再次开始。

用这种方式使用人力、用机械方式进行工件转移是否成本很高？对于工件转移真正采用机械方式的情况，答案可能为肯定的。工厂将在未来评价其部分工作的自动化。但是，每名操作员的价值超出了仅仅移动零件的价值。加工单元中所有的雇员都负有除了这些单元以外的职责。并且在这些单元内，雇员的功能之一是对每个完成的零件进行视觉检测。快速看一看而确认一切都看起来正确是工厂质量控制体系很重要的成分，而工人的留意是实现这一步特别有用的工具。

但是，为什么不至少在每台机床处采用一个工件交换器，以便在加工循环运行一个工件的时候装上另一个工件呢？

Juliano先生说这个问题的答案存在于简单性中。该工件交换器将成为又一个必须维护的装置，以及又一个有可能发生故障的元件。取而代之，工厂选择的解决方案是安装可以快速上料和夹紧的工夹，从而循环之间的延迟很短。

液压工夹通过位于北卡罗莱纳州Morganton市的Master Work-Holding公司提供。对于Racor工厂的每个零件，夹具由放置在一个标准副板上的现成工夹元件组成。这个副板装有空气和液压连接歧管，从而夹具没有任何管道暴露在外。每个夹具包括一个定位传感器，用于确认装上了正确零件，还有一个机械式刀具破损传感器，在每个加工循环开始前它会伸出以触摸刀具。加工中心上的工作台足够宽，因此可以在每台机床上安装两个用于不同零件号的夹具。

由于可以节省时间，因此工夹是该过程一个重要部分。液压夹具含有确认已经装上正确零件的定位传感器。由一个机械式刀具破损传感器在每个循环开始前触摸刀具。

这里大部分立式加工中心都是“兄弟”，不但在字面上如此而且在图形上也如此。许多30#锥度的“兄弟”牌机床是由 Yamazen(山善)公司安装的(几台由NTC建造的40#锥度加工中心也一样)。山善公司是位于伊利诺斯州Schaumburg市的精益制造系统集成商，当时是它负责带Juliano先生去看丰田供应商的。那里的过程，如在Racor工厂中的过程一样，依赖于许多相同的加工中心。这种冗余提供了很宽的自由度来将零件和程序从一台机床转移到另一台机床，并且它甚至提供了将机床本身元件进行转移的自由度。在Racor工厂的工具室内，是一台不那么关键的兄弟牌机床，它无须每日操作。在一两种情况中，当更换件还在途中而未到达时，该机床已经贡献出了一些关键零件以便让某个兄弟牌的“兄弟”继续切削。

采用立式

Juliano先生总结了为什么工厂选择立式而不是卧式加工中心或回转组合机床的原因。他说，首先，简单性最终转换成了时间和成本方面的节省。机床越简单，在发生问题时，对它维护而让它重新恢复操作就越快。

另一个原因是柔性。该工厂预计每4年进行一次重大设计变更，同时还可能随时进行生产转换或者进行微小的设计变更。对于粗加工生产率，回转组合机床是工厂的最佳选择。但是，工厂人员担心回转组合机床无法让他们快速实施工艺变更。

通过对比，卧式加工中心的强项在于自由使用“墓碑”式夹具来一次设置大量工件或零件。Juliano先生说，如果工厂必须维护大量专用夹具的组合，或者如果工厂必须大范围进行无人看管操作，则这个强项将很有价值。但是上述两种情况在这种应用场合中都没有发生。同时，卧式机床价格比较高，而主轴的数量则与立式的相同。

以每个主轴的成本来衡量，立式加工中心充分展示了自己的优点。依据Parker Hannifin的估算，针对该应用场合而购买所有得到全部装备的立式机床所花费的相同量的资金将只能买到4台同样配置的卧式机床，或者回转组合机床方式的六个主轴。

每个主轴的低成本特别有用，因为工厂的这个工艺过程正在上升。并非工厂所有资金都可以立即兑现。在早期，工厂可以购买数量足以让合理开发的过程到位并在所有资金到位之前开始生产的主轴(也就是足够数量的加工中心)。

全新的开始

该过程是在一幢现有的楼房中安装的。除此之外，工厂是全新的。

Juliano先生以前在该厂房中工作，那时用于生产飞机零件。这些零件是生产时间比较长的大型零件，是在大型机床上生产的。但是，后来工厂被关闭，设备被售出，在一年多的时间里，Juliano先生在空空如也的厂房里露面，仅仅通过这种方式表示自己这是在工作。生产车间的人员正准备过渡。单单是清扫(如果精益制造意味着洁净，那么过滤器制造甚至更干净)就花了6个多月的时间来完成。

正是在该过渡期间，进行了关于如何装备新厂房的讨论。Juliano先生和工厂经理Brian Hook是积极的参与者。两人都说确认立式加工中心在该过程中的价值最大的障碍不在于分析，而在于文化上。这个教训可能是他们从经验中获得的印象最深刻的一次。

每个机构都有自己的传统。有设备方面的传统，还有思维方面的传统。公司可以实施而进一步促进自己成功的最重要的一些工作是推翻假设，而不仅仅是建造产品。对于那些与Parker Racor厂有关的人而言，该工厂的过渡涉及了挑战、追求和争论。一句话，在这里发生了很有价值的工作，即使在工厂没有机床时也如此。

这个工厂启动了比大多数其他试图进行过程改善的工厂更自由的传统。该工厂获得了从零开始设计某过程的机会，而不是适应业已到位的设备和过程。此外，该工厂从一开始就被看作是一个样板式精益制造厂，意味着它要给Parker Hannifin的其余工厂做榜样，展示如何实施精益制造。但是即使在这方面，看到一个与公司传统方法如此不同的解决方案中的价值，然后说服所有股东关于该解决方案的价值，被证明是一个长期、出于意料之外并且偶尔令人感到灰心的过程。

MQL的价值

采用更少的冷却液。产生更少的冷却液处理和冷却液处置费用。这些是最少量润滑MQL(Minimum Quantity Lubrication) 的主要优点，对不对？

可能不是。对于Parker Racor工厂，MQL的更大价值可能在于空间节省方面。

该工厂正在试验减少冷却液。在相同零件上进行相同操作的两台机床提供了优异的测试个案。在这些机床之一继续采用标准溢流冷却液时，其他现在采用MQL。溢流冷却液已经被直接传送到刀尖的油/气混合物所替代。

冷却液的开支在这里很高。当典型批量的成品从单元之一运走时，一般湿工件要带走18盎司的冷却液。而MQL可以避免这种损失。

工程服务经理Joe Juliano说，但是还可以将每台加工中心的冷却液箱尺寸减少至少一半。

然后某些单元可以重新布置，从而可以更好地从通道接近它们。更重要的是，当今只能以直线布置的大型单元那时可以以半圆方式布置。这样可以减少操作员对每个零件的行走时间，从而可以对每个工序节省几秒钟时间。

另一个好处将是安全。大多数被每批零件带走的冷却液会滴到地面上，造成安全方面的隐患，必须不时进行擦拭。
Juliano先生说，MQL看起来在切削中表现良好。工厂对刀具寿命进行测量表明在MQL和溢流冷却液之间没有任何差异。
问题是切屑的排出。尽管在采用溢流冷却液的加工中，工件上很少有切屑，但是在采用油/气冷却的场合切屑却堆积起来，工厂对这个问题处理得如何将决定它对其余的机床是否采用MQL。

被罚者包厢

这里是Parker Racor工厂过程一个非常古怪(但同时又非常严肃)的成分。

安全是工厂的基本偏重点之一。没有按计划要求进行的过程任何部分都将触发报警，直到解决这个问题为止，而这个原则同样适合工厂的安全要求。

违背安全规则之一的雇员(例如没有佩戴保护眼镜)必须在“被罚者包厢”中呆一段时间。这个除了一本安全文件合订本外什么也没有的包厢位于车间中一个显著的位置。因行为不当而坐在这里的雇员必须复习安全文献，同时有一个信号标在时刻旋转以引起其他雇员对该包厢的注意。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/21/2005)


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