用托盘和机器人推信封

柔性加工单元的范围和要求正在增加

随着技术工人短缺等问题的出现，自动化制造流程不断从“拥有”发展为“必须拥有”，灵活的制造系统配置不断以令人兴奋的新形式出现。

显然，COVID-19 大流行促使制造商加速将机器人添加到托盘系统中。但这并不是 FMS 最近采取的唯一有趣的转变。

“与过去相比，如今灵活的制造系统可能意味着非常不同的事情，”马萨诸塞州萨德伯里的 Methods Machine Tools 的自动化经理 Zach Spencer 解释说。“过去，每个人都习惯于使用托盘​​交换系统来实现最大的灵活性他们的机器。这些托盘池允许客户在各种托盘上安装各种工件夹具，并在无人看管的情况下运行他们的机器。

“今天，灵活的自动化可以采取多种形式。这可以是任何地方，从托盘机器、移动托盘的机器人（例如我们的 Plus-K 和 Plus-K60 自动化系统）到更复杂但仍然易于使用的系统（例如用于设置零件的灵活视觉系统）。”

对于那些刚接触自动化游戏的人，Spencer 说要简单地开始。

“我们通常建议从一个更小、更简单的系统开始，以便让他们熟悉自动化——在实现巨大飞跃之前先适应它。对我们来说，这种更小或更智能的系统类型可能意味着要管理一台机器而不是多台机器，并且只进行一批运行而不是一次处理大量不同类型的工件。”

大小解决方案

由于托盘自动化业务是 Fastems 的“心脏”，这家芬兰公司处于新兴自动化趋势的最前沿。 Fastems 解决方案销售总监 Mika Laitinen 表示，大流行加速了在 FMS 设置中添加机器人来装载和卸载零件。

Fastems 美国中部区域经理 Christopher Rezny 补充说，在同一系统中越来越多地添加了其他辅助操作。例如，无论零件是车削还是加工，都必须清洗。此外，必须对零件进行检查——无论是单独检查还是在运行大约 100 个之后进行。还可以执行去毛刺和自动夹具装载操作，并且与自动导引车 (AGV) 系统的连接可以保持材料流入操作。

最初设计用于卧式加工中心。 Fastems FPC（用于柔性托盘容器）系统，可扩展为最多服务四台机床。

“这是第一次，至少在芬兰，这种发动机缸体将使用 AGV 在这种类型的机床中自动装载和卸载，”因为该系统是在没有堆垛机的情况下建造的。 AGV 将加工托盘从一个位置移动到另一个位置，以进行清洗、检查、去毛刺和精加工。 “我们还有子装配任务来执行某些最终加工操作。我们有存储空间。因此，我们拥有与传统的基于堆垛机的 FMS 相同的元素，但现在一切都在一个层次上”，因为组件重量。

Laitinen 继续说，在这种情况下，使用 AGV 代替起重机是理想的选择，因为加工时间很长（几个小时），因此使用较慢的装卸车来更换托盘没有问题。

运行时和机器人

无论托盘系统是线性的还是旋转的，无论是单机还是多机设置，FMS 的风格都适用。

在 DMG Mori，其 LPP 或线性托盘池，以及更基本的 RPS 或旋转托盘系统，可以找到多种配置的家。

对于 LPP，“加工车间的典型最佳位置是 24 到 36 个托盘、两到三台机器和两个装载站，”DMG MORI 位于加利福尼亚州戴维斯市的制造工厂的开发总经理 John McDonald 说。装载站进出物流，托盘池系统中排着长队，机器日夜不停地工作。”

与此同时，RPS 是“单机单托盘系统”，McDonald 继续说道。 “其中通常有 5 个托盘，我们一直到 21 个托盘。这些非常适合排队工作。您没有那么多零件组合，或者您将其与某种快速更换夹具结合起来，这样您就可以改变您的工作设置。”

最终，为给定商店提供正确的 FMS是优化无人值守运行时间的一种。他说，这一切都是为了在一天中获得更多的工作时间和更多的“走动”时间让员工执行其他任务。

当然，FMS 的另一项工作是做更多的工作。 “我有客户敲我的门，说，‘这是一个要竞标的工作，有一个要竞标的工作。’我看到让大多数人感到压力的是，‘我真的可以实施这件事吗？’我们的私有技术参观和基于教育的活动向这些客户展示了这些工具如何实际协同工作以实现无人值守的运行时间。”

DMG Mori 的 LPS 4 软件于 2021 年推出，是该公司的第四代自动化系统管理软件。有了它，制造商可以通过直接连接到 ERP 来消除一些材料管理步骤。例如，如果客户订购 500 块 6061 铝块来生产水泵，McDonald 解释说，“一旦您创建了该水泵作业，您的 ERP 系统就可以推动托盘池系统对接下来要生产的产品的需求.我们已经删除了有人将数据从 ERP 输入到 LPS 4 软件的手动链接；我们已经通过连接这两者来关闭这个循环。并非所有客户今天都准备好开始使用该级别，但一些效率更高的商店却这样做了。”

麦当劳指出，DMG Mori 说明了其 FMS 可以做什么，它在自己的机加工车间运行一米长的 LPP，其中包含三台机器。 “它有一个零件清洗站、机器人装载、液压夹具和材料托盘。我们正在戴维斯工厂加工我们制造机器的铸件。操作员将铸件装载到材料托盘上。几乎所有这些铸件都必须吊装；它们太重了，任何人都无法举起。它们被吊装在一个看起来像叉车托盘的托盘上。零件放置在那里，然后进入托盘架。材料托盘进入机器人负载本身，以及夹具托盘。因此，机器人拾起零件并将其装载到夹具上，然后通过液压夹具固定零件。然后零件进入加工中心。

“一旦操作完成，它就会进入零件清洗；清洁零件以去除胶带孔中的任何碎屑或砂砾。我们的客户更进一步，我们已经集成了测量机和激光打标单元。此外，一些客户将 LPP 与我们的集中式刀具管理系统结合使用——因此，不仅工件而且机床库中的刀具都会自动更换。通常，我们会看到 OEM 实施这些类型的单元。”

斯宾塞说，Methods 也正在服务于从简单的托盘交换系统到带有托盘管理控制的机器人解决方案的演变。

“我们开发和部署的一个非常成功的系统是我们的 RoboDrill Plus-K 系统，”Spencer 解释说。 “该系统使用 FANUC RoboDrill 和 FANUC 机器人来维护它。在机器人方面，一次最多可以在系统中存储 60 个工件。该系统具有嵌入在机器控制中的托盘管理功能，允许操作员为可以存储零件的各种 60 个工位设置特定的程序编号。这种灵活的系统还允许在机器上扩展工具，这对于在 60 个不同的工作站中处理各种类型的零件时非常有帮助。”

并且，斯宾塞补充说，高混合、小批量生产并没有被排除在外。在这些情况下，“我们通常会推荐更严格的解决方案。对于任何自动化或机床销售，我们都会尝试向客户展示他们商店的投资回报率计算，以帮助批准设备的销售。我们尽我们所能为客户赢得 18 到 20 个月的投资回报。”他补充说，该公司的 Plus-K 系统专为高混合/小批量工作量身定制。

“我们凭借灵活的系统在医疗行业取得了巨大成功。我认为其中一个主要原因是医疗行业需要高度混合类型的应用。我的意思是，在需要制造不同类型的零件之前，他们通常可以运行小批量（一次最多 10 个零件）。这非常适合一种更灵活的解决方案，可以非常容易地从一个部件号更改为下一个部件号。”

对于跟踪和追溯要求，他继续说道，“我们提供的单元控制器可以帮助客户通过系统跟踪零件。单元控制器可以监控设备的正常运行时间、警报状态和历史记录以及机器使用情况。这些系统通常具有 QR 码、条形码或 RFID 扫描功能，允许操作员在运行生产时扫描进出单元的零件。这些信息通常存储在单元本地的数据库中，可以复制到客户的服务器上。”

激光角度

位于明尼苏达州布鲁克林公园的 Prima Power Laserdyne 北美销售经理 Dominic Rickard 表示，当激光切割和焊接进入方程式时，FMS 的定义略有不同。

“用于 3D 激光加工的灵活制造系统意味着提供可以支持多种激光加工的系统，即激光焊接、激光钻孔和 3D 激光切割，”Rickard 解释说。 “系统需要支持制造需求并适应未来的业务需求。”

这种适应性将包括支持：

--今天成交量小，未来成交量大。

-- 一系列材料，从低碳钢、不锈钢和铝到特种材料。通过电子和程序控制从一种辅助气体切换到另一种辅助气体很重要。

--从一种制造工艺到另一种制造工艺的快速变化——从焊接到切割再到钻孔，反之亦然。例如，他说，“LASERDYNE 系统可以在一到两分钟内从 3D 激光切割切换到 3D 焊接。”

此外，他建议，基于激光的 FMS 必须向制造/运营监控系统提供实时参数和过程信息，并且还必须记录和存储这些信息以供将来参考和分析。

“从我们的角度来看，系统或机器的大小与灵活性无关，”Rickard 说。 “系统的大小取决于客户要进行激光加工的零件。 LASERDYNE 系统旨在支持制造灵活性，无论购买的是小型系统还是大型系统。”

Rickard 解释说，Prima Power Laserdyne 的最新产品是其 LASERDYNE 811 系统，它以多种方式支持灵活的制造理念。

“首先，同一系统支持零件组合多、产量低的制造商，或者订购系统制造单个零件多年的制造商。其次，客户可以在系统安装时或将来随时集成自动化。该系统是模块化和可调节的。第三，该系统可以是独立的设备，也可以是制造单元的组成部分。”

他说，该系统对一位客户来说是一个福音，他是汽车、食品加工和家居用品市场的分包商。该客户希望扩展其处理能力并缩短各种 3D 金属零件和几个圆柱形零件的零件到零件时间。此外，客户希望减少零件夹具切换时间。

“我们为客户提供的 LASERDYNE 811 带有一个用于激光切割 3D 零件的两位分度台 [转盘]。此外，我们提供了一个通用的夹具接口，因此操作员可以轻松地在转盘上切换零件夹具。为了支撑圆柱形零件，我们提供了一个使用相同零件夹具接口的转台，以便客户可以轻松添加和移除转台。添加转台与添加和移除零件夹具相同。

“结果是客户可以在高 SKU 组合中进行激光加工并缩短零件到零件的周期时间，从而降低总体成本，提高工厂产量，缩短最终用户的零件交货时间，并使客户能够继续在不降低质量的情况下具有竞争力。”

Rickard 解释了 FMS 的发展如何对其公司的成功至关重要。

“出于必要，Prima Power Laserdyne 是 3D 激光加工的早期先驱。为了取得成功，我们需要提供灵活的制造系统。在创业初期，出售一次性机器非常困难。客户坚持认为系统需要灵活。可以说，FMS 是我们 DNA 的核心部分。

“多年来，该系统的激光源从 CO2 激光器开始，迁移到 Nd:YAG 系统，再到现在的光纤激光器系统。随着激光源的每次变化，可以激光加工更多数量的材料。随着时间的推移，我们设计并改进了我们的系统，通过更换光学激光链末端的喷嘴来支持焊接、钻孔和切割。”

另一个变化是该公司在其系统中引入了 SPC 和 MTConnect。 “使用 SPC，制造商可以记录所有过程和机器参数以进行分析或记录保存。使用 MTConnect，制造商可以实时传输参数，提供实时过程监控。最后，该系统可以实时控制机器的各个方面，包括激光器的逐脉冲控制。实时控制使控制器能够支持七个或更多轴，并简化了自动化与 LASERDYNE 系统的集成。”

Ultimately, he concluded, “the general manufacturing sector and contract manufacturers are the leading edge when defining and needing FMS. This group of customers needs the ability to adapt their manufacturing processes.

Typically, this group supports a variety of products and customers. The livelihood and success are dependent on how quickly and efficiently they can adapt to the work available with the market. Every market sector has an up and down cycle. If one market sector is down, the speed at which the manufacturer can adapt to the growing market sector can mean the difference between growing the business and going out of business.”