Mazak 北美总部的一个新制造单元是一个部分机床生产单元和一个部分演示设施。它在这里提供了一个关于自动化如何同时解决技术工人短缺和供应链问题的教训。

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Mazak 已将其 iSmart Factory
概念纳入其北美总部。该概念要求工厂的完全数字化集成以及用于过程控制和操作监控的自由流动数据共享。

我们经常写关于加工车间以及这些车间所依赖的工具和技术的文章,以至于很容易忘记一个重要因素:制造这些工具的公司——包括机床供应商——面临着许多与加工车间相同的生产挑战,以及机床用户做的。

例如,马扎克几十年来一直在为其客户开创自动化解决方案,建立在 1980 年代推出的 Palletech 系统的基础上,该系统将多个加工中心连接在同一个制造单元控制器软件下。从那时起,该公司不断更新该系统,最近将其调整并应用于机床部件生产,这是该公司在肯塔基州佛罗伦萨的北美总部对自身能力进行 850 万美元投资的一部分。

在最近一次访问该工厂时,我有机会了解了这条自动化生产线,包括其称为 Mazatec 智能制造系统 (SMS) 的自动化存储和回收系统。总之,该系统代表了一个集成制造单元,旨在通过使用卧式加工中心和多任务机器以及村田机械的材料处理技术来执行无人加工。Murata 以其在材料处理方面的广泛能力而闻名,并且 - 在 SMS 的情况下 - 其垂直定向、模块化、六层堆料型系统,包括托盘、自动装载站和高速堆垛机。

机床转塔

在 SMS 单元进行精加工操作之前,将机床转塔装载到托盘上。

作为一个整体,这个单位可以最好地描述为一个机床生产单位、一个示范设施,以及一个解决方案,以解决马扎克作为制造商与其客户共享的技术劳动力和交货时间方面的相同斗争。

除了两个 Murata 储料系统外,SMS 单元的核心还包括两个可容纳 680 毫米托盘的 HCN-6800 卧式加工中心、三个可容纳高达 1000 毫米圆形托盘的 HCN-8800 HMC 和一个 Mazak Integrex E-1250五轴多任务机。每台机器都由一个工具运输机器人提供服务,该机器人将每台机器的有效工具容量扩展到 1,800 个工具。这些工具中的每一个都存储在一个通用的工具箱中或机器的单独工具库中,并且每个都配备了一个 RFID 计算机芯片,用于存储有关工具性能和预期寿命的信息。

SMS 单元中的所有东西——从两个储料器系统到机床,到冷却液箱,再到安装在每个机器外壳侧面的 Mazak SmartBox(稍后会详细介绍)——都连接到并由其控制单细胞控制器。

Mazak 的这个单元有两个目标:它使用它来生产中型加工中心产品线的主要部件。这包括炮塔底座、车架、副车架和其他几个高精度零件。

马扎克机床

肯塔基州智能制造系统单元中的一系列 HMC。

另一个目标?实现这些零件的无人化加工。按下按钮然后走开。用了几个小时。或者几天。我们通常写的许多加工设施都有同样的目标。当我与在 Mazak 监督系统的生产人员交谈时,很明显,实现这一目标的一些挑战——以及这个团队和这个系统应对挑战的一些方式——是由小型和大型机械厂共同承担的.

马扎克智能盒子

SmartBoxes 是机器边缘控件,可提供数据安全性,以简化 Mazak 机床与支持 Web 的全厂网络的连接。

那时与现在

自公司首次推出 Palletech 系统以来,Mazak 自动化生产单元的核心概念就一直存在。但是,正是该单元的 SmartBox IIoT 技术及其制造单元控制器软件的能力使其与过去几年的自己的系统区分开来。

这些 Smartbox 设备连接到每个机床外壳。它们是提供数据安全性的机器边缘控制,旨在简化机器与支持 Web 的全厂网络的连接。当结合 Murata 的自动化系统控制和 Mazak 的称为 Smooth PMC 的生产管理软件时,单元的所有组件都可以与客户的企业资源规划 (ERP) 主机和制造执行系统 ​​(MES) 互连和同步,以监控操作,根据需要查看和更改计划、发布指令、管理零件程序文件和跟踪刀具寿命。

有了这种连接,一个单元可以处理包括多达 16 台机器、6 到 240 个托盘以及多达 8 个装载站的系统配置。

炮塔?

主轴箱外壳由 SMS 上的灰口铸铁铸件加工而成。这些零件将安装在出售给汽车、石油和天然气、采矿和航空航天行业客户的马扎克车床上。

当时和现在的目标都是优化劳动力并允许单个操作员控制多台机器。1988 年,马扎克公司在肯塔基州扩建工厂后,首次安装并配置了一个类似的系统,使用相同的概念,即利用堆垛机的材料侧和托盘侧为一个单元中的多台机床进料。

Mazak 的灵活制造设施经理 Rocky Rowland 在最近一次访问该设施时告诉我,SMS 的游戏规则改变者是自动存储和检索系统,它将不同类型的机器以及不同的托盘尺寸连接在一起,所有这些由单台堆垛机进料。“在旧系统中,我们有两个堆垛机、两个机架、两个导轨和两个操作系统,”他说。“所以很难控制。但现在我们已经将这些组件与新技术结合在一起,并且能够在一个系统中运行所有组件。”

Mazak 在肯塔基工厂的长期工厂经理 Kevin Sekerak 估计,他的团队在利用 SMS 单元进行可在一个周末进行的无人加工的目标方面已接近一半。当然,COVID-19 打断了他的团队朝着这个目标前进的进程,但机床新产品线的自然发展也是如此。马扎克在 2020 年中期推出的新零部件意味着转向对这些零部件进行新一批测试切割。但 Sekerak 和 Rowland 表示,周末轮班 100% 无人加工的目标即将实现。他们说,从这里到达那里所需的步骤是已知的。

排屑器

排屑器为马扎克北美总部的 SMS 单元提供服务。

一种不同的芯片

以下是 Rocky Rowland 如何解释在 SMS 单元上制造的 Mazak 机床成品零件在无人周末轮班期间的未来寿命。

所有工具,包括可以使用一个周末的工具副本,都已使用Zoller预设器进行设置。无论刀具制造商是 Kennametal、Sandvik、山高刀具还是其他品牌,刀具都配备了 RFID 芯片,存储系统使用所需的所有刀具信息。这些数据是从各种工具供应商的基于云的数据生成的,然后将其加载到 CAD/CAM 系统(Mastercam,在 Mazak 的案例中)。

工装

工具准备好服务并运行 Zoller 预设器,然后返回 SMS 单元工具配置单元。

原材料,通常是铸件,到达。一名操作员将原材料从工艺侧装载到单元的材料侧,而另一名操作员开始将零件装载到固定装置上,以进行第一和第二次操作,以确保它们为机器做好准备。冷却液盘已装满。装载了足够的托盘,可以在整个周末运行——如果您假设循环时间为 2 到 4 小时,则可能是 20 个。

当所有这些必需品都得到满足时,“Palletech 软件会说去,”Sekerak 说。“真的,到那时,所有运营商都回家了。如果我们在 Palletech 系统中有 20 或 30 个零件,机器只会一个接一个地循环通过它们。” 当下一台机器可用时,它会从网络中提取零件程序并开始加载工具。Palletech 软件随后会在零件完成时收到一个信号。排程器定位下一个零件,加载零件程序并准备好工具。该软件识别所需工具当前的位置,无论是在工具箱中还是在另一台机器中,并使用工具运输系统将其运送到正确的机器上。

当所有标准都满足时,包括用于过程检测的主轴安装探测操作,该过程再次开始,循环继续。“然后这部分等待下一个操作员在周一早上进来,无论何时,”Sekerak 说。“如果机器已经完成,操作员会将每个零件放回我们的成品材料或原材料堆垛机中,然后将其送到我们的 CMM、单元组装或油漆部门。这是一个完成的部分。”

重复,重复,重复。

“我们希望用这个系统做的是无人操作,”罗兰说。可能的计划包括两班倒,而第三班和周末则无人值守。“当劳动力处于溢价状态时,当您考虑熄灯并保证自己有好的零件下线时,这是非常强大的东西,”他继续道。“因此,期望这条生产线是一个集成的自动化系统,可以与我们的调度方来回交流,并能够生产符合打印规格的零件。姑且这么说吧——雇佣一个技术水平较低的操作员比找到一个有 18 年经验的高级机械师更容易。他们只是不在那里。我们必须查看该变量并将其放置到位:

佐勒预调器

一名操作员在 Mazak 的肯塔基工厂使用 Zoller 预调仪。

双重客户

在那之前,Sekerak、Rowland 和他们的团队通过测试切割零件来继续过渡。Sekerak 指出 Palletech 系统已经提高了效率,包括在无人操作期间机器利用率达到 92%。“对于机床来说,这是巨大的,”他说。“我们预计这些机器的利用率如果不是更好的话。这只是保持这些主轴运转的问题。”

大型工具箱和重型工具存储。工具运输机器人。集成网络连接和过程监控。所有这些都是实现 Mazak 系统旨在提供的那种无人加工的必要条件。

机床机器人

Mazak 的肯塔基工厂经理 Kevin Sekerak 和 Mazak 的工具运输系统。

再加上与安装在每台机器上的 SmartBox 接口的芯片集成工具——值得一提的另一层自动化。

当操作员命令工具运输系统从蜂巢或机器中取回工具进行维护时,他们会将工具带回 Zoller 预设站。另一位操作员为每个工具一个一个地服务,然后将其加载到预调器中。它读取工具芯片,测量工具并将测量信息加载到工具芯片上。然后操作员可以自由地将工具放回系统中。

“对于刀具补偿,没有人在机器上打出数字,然后可能会出错,”Sekerak 说。“这都是芯片数据的一部分。Zoller 提供了通过芯片到机器上的数字,因此不会造成混淆。”

总而言之,所有这些技术和它所代表的巨额投资对于构成美国制造业务大部分的小型、夫妻店机械店来说似乎是遥不可及的。所以我问凯文·塞克拉克:谁可能没有意识到它可以从这个系统的某些版本中受益?

“如果我必须说最后一点,那就是:这是一个模块化、可扩展的系统,”他说。“有很多客户可以在较小的规模上使用 Palletech 的一台机器和六个托盘。对于一家只有一个操作员并继续通宵运行并仍然充分利用那台机器的商店来说,这可能已经足够了。商店目前正面临海外送货问题。这只是世界正在经历的事情,无论是港口拥堵还是海外集装箱的交付问题。你猜怎么着?这可能是一场全球性的流行病,可能会关闭该供应链。苏伊士运河。你给它命名。我们正在尝试提供广泛的范围,无论是入门级机器还是高度先进的技术,但最终我们' 只是试图为我们的客户提供解决方案。我们喜欢把客户带到这里,他们可以看到我们正在肯塔基州建造整台机器。我们正在引进原材料,我们正在引进轴承,我们正在加工铸件,我们正在制造金属板并为金属板涂漆。我们正在组装材料并运行我们的主轴并在这里建造一台完整的机器。我们的客户正在与同样的问题作斗争,并就在美国制造是否仍然有利可图提出同样的问题。但我们在这里用他们可以使用的机器来做这件事。” 重新加工铸件,我们正在制作钣金并为钣金上漆。我们正在组装材料并运行我们的主轴并在这里建造一台完整的机器。我们的客户正在与同样的问题作斗争,并就在美国制造是否仍然有利可图提出同样的问题。但我们在这里用他们可以使用的机器来做这件事。” 重新加工铸件,我们正在制作钣金并为钣金上漆。我们正在组装材料并运行我们的主轴并在这里建造一台完整的机器。我们的客户正在与同样的问题作斗争,并就在美国制造是否仍然有利可图提出同样的问题。但我们在这里用他们可以使用的机器来做这件事。”

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