二十世紀之前,鈑金工藝主要以手工加工方式為主,進入二十世紀之后,沖壓設備和冷沖模具逐漸在鈑金加工領域得到應用。二十世紀八十年代鈑金數控加工開始出現,并逐漸沿著機械化→半自動化化→自動化→智能化的方向發展。國外對鈑金柔性生產線的研究起步較早,上世紀八十年代西方國家就已經開始使用鈑金柔性生產線,國內在鈑金加工方面的發展落后于國外發達國家,也導致鈑金柔性生產線系統與西方國家有一定差距,經歷三四十年的發展以及制造技術的不斷提升,精益生產及柔性生產系統在中國得到快速發展和廣泛應用,在未來,柔性生產線將會成為鈑金加工廠不可缺少的配置。
1、鈑金自動化
企業在實現精益化的基礎上,為了充分發揮設備潛力,常常通過改裝設備局部或配備輔助裝置,來實現生產的自動化,減少人工干預,提高生產效率。對設備進行改裝易受到機床原始條件的限制,改裝起來較復雜,往往只適合做小部分的改裝,而為設備配備輔助裝置則應用范圍更廣。
2、自動上下料+ 數控沖床
配置了自動上下料機構的數控沖床,在生產時,叉車卡板將原材料放置在待上料區,設備同步進行自動上下料、半成品下料碼垛,工人只需切斷半成品上的微連接并將其整理碼放,這種工作模式不僅減輕了工人的勞動強度,也減少了工人數量,可以做到一個人操作兩臺機器。
配置了自動化料庫和自動上下料裝置的數控沖床,在生產過程中自動化料庫能與上料機進行無縫對接,減少了人工更換原材料的操作;在人機界面上可一次編排多個不同規格板材的數沖程序,完成不同半產品的加工后,可自行將其碼垛回庫。工人負責給料庫配料及切斷微連接,中間不需要人工干預。這種配置方式同樣適用于激光切割機,如圖3所示。
自動化料庫的運行速度是由總線來直接給定的,提高了控制的時效性,定位精度高達±2mm。固泰科開發的中控排程系統能通過開放式通訊協議與西門子及三菱的PLC 聯接,這些協議具有高度的行業兼容性與集成性,能夠滿足天田、普瑪寶、通快、三菱電機、村田機械、百超迪能等主機廠家的設備對接。
3、鈑金柔性生產系統
隨著社會的進步,人們對產品的功能與質量要求越來越高,產品多樣化、訂單少量化的生產越來越普遍,傳統的單一大批量生產模式受到了日益嚴峻的挑戰。在保證質量的前提下,為了縮短產品的生產周期、降低生產成本,使小批量生產能與大批量生產相抗衡,柔性生產系統由此應運而生。
基準標點精密制造為某電梯公司設計并制造了激光切割柔性生產系統,該系統主要由GTC 中央控制管理系統、雙塔智能立體倉庫( 材料自動存儲、輸送)、激光切割機、自動上下料機械手、產品分揀單元、產品輸送線、折彎機器人、折彎機組成,如圖4 所示。
激光切割柔性生產系統,該生產線配備了上位監控管理統、倉庫管理系統WMS,可與企業ERP 系統對接,通過廠區MES 系統下發生產訂單任務,中控綜合分析各設備狀態后,通過網絡傳輸把準確無誤的加工圖紙和程序送到各加工設備,倉庫根據任務計劃完成材料配送,按訂單生產,保證了產品合格率,實現了無人化生產。同時,本系統具備電子信息顯示、智能故障診斷、維護保養預警及自動記錄、生產報表自動生成、歷史數據查詢、遠程終端監控、遠程故障診斷等功能。
生產線可以與電梯轎壁后續的自動涂膠、手動/ 自動上筋板、自動輥壓、無鉚連接、人工釘蓋、成品箱體自動下線等工序進行無縫對接,也可以根據制造任務和生產品種的變化迅速調整生產,限度地減少人員參與物料管理,提高生產效率。
4、智能鈑金柔性生產系統
以上鈑金柔性生產系統的不足之處在于,料庫最多只能有兩個出口供料,當料庫需要給兩個以上的加工子系統提供材料時,用大型多列料庫是的解決方案,該解決方案由圖6所示的三個基礎功能系統構成,其現場應用如圖7 所示。
5、加工子系統
根據工藝要求,加工子系統由1#、2# 生產單元(配有自動上下料的數控沖床),3#、4# 生產單元(配有自動上下料的沖剪復合機),5#(配有自動上下料的自動剪板機和自動折彎機)組成。
6、物流子系統
該系統由物料輸送小車、各輸送機構、機器人構成,如圖9 所示。固泰科開發的智能大型料庫對存儲的物料進行管理,通過物料的出入庫掃碼,將倉庫的實時信息顯示在電子看板上,實現了倉儲智能管理。堆垛機在X 方向的行走速度范圍為0 ~ 120m/min,貨叉在Y 方向的運行速度范圍為0 ~ 30m/min,在Z 方向的提升速度范圍為0 ~ 75m/min。PLC 系統全線采用總線控制,減少了設備的走線及PLC 擴展模塊的使用量,提高了控制的時效性及穩定性,滿足了子系統為多臺設備同時提供材料的需求。
7、信息子系統
信息子系統由總控制中心、分級控制器及端口、外圍設備和控制裝置的軟硬件構成,。信息子系統通過各個子系統之間的信息連接,實現對整個系統的管理,從訂單管理、技術準備、智能生產工藝流程到零件與成品庫存管理、質量控制、發貨及貨款回收等環節確保系統正常工作,各部分協調一致。它對電子信息顯示、智能故障診斷、維護保養預警及自動記錄、生產報表自動生成、歷史數據查詢、遠程終端監控、遠程故障診斷等過程均實現了可視化管理。
8、智能鈑金柔性生產系統優勢
智能鈑金柔性生產系統的六大優勢為:⑴高柔性。系統可實現具有一定相似度的不同產品的生產加工,能滿足多品種、小批量的生產要求,對臨時需要的急件可以隨時插單生產,不會干擾到系統的正常運行。⑵設備利用率高。一組機床編入系統后,系統會對資源進行優化配置和調度,備料、輸送、上料等多個工序可同步進行,充分提高了設備的利用率,生產效率比單機分散作業提高數倍。⑶在制品少。系統可有效調配產品的加工工序,限度地縮短產品加工、等待時間,在制產品數量至少減少60%。⑷質量高。零件裝卸一次即可完成所有加工,減少人員操作環節,通過自動檢測、反饋數據實現實時管理,能及時發現問題并予以處理,提升產品質量。⑸產品應變能力高。物料裝置具有可調性,系統平面布局合理,便于增減設備,滿足市場需求。⑹場地使用面積少。板材倉庫直接放置在車間并與設備相連,不需設置獨立的倉庫,實現了物料的智能調度。
9、鈑金智能工廠、云平臺未來發展趨勢
云端智能制造系統以工業設備互聯為基礎,應用AI、大數據等技術,通過任務驅動實現多角色實時協同,對企業生產制造進行智能推薦與預測。隨著工業4.0 時代的到來,智能制造已經成為全球制造業的重要趨勢。人口紅利的逐步消失,使鈑金企業迫切需要找到一種全新的生產模式,通過物聯網連接產品生命周期的所有階段,從原料采購到生產再到交付乃至進入客戶企業,整個過程都能實現可視化管理。
智能化、物聯化為智能工業云平臺打下良好基礎,智能工業云平臺將物聯網、云計算、大數據、移動互聯等技術與工業深度融合,讓鈑金工業變得更環保、更節能、更,必將塑造企業發展的新模式,催生工業經濟的新業態。
10、結束語
隨著科技的發展以及市場要求的不斷提高,鈑金加工將會朝著自動化、精益化和多樣化的方向發展,對自動化設備的柔性及通用性需求也不斷升級。為應對客戶的需求,解決方案兼容了不同品牌主機設備,滿足了鈑金企業自動化變量生產及柔性化需求,大幅度降低了企業初期投資成本。
