| 车削加工的自动化帮助车间更有效地提高了零件的生产效率。 |
图1 与龙门式机器人配套使用的双轴车床，在车间的自动化生产历程中，迈上了一个新台阶 |
图2 自动化生产可以让加工车间以更高的效率生产，图示为汽车、航天和能源等领域应用的轴承圈 |
现在，为什么有许多加工车间在考虑采用自动化生产呢？理由很多。对于某些加工车间来说，来自于低成本地区的压力在不断增加，迫使他们必须降低直接劳务成本。对于另一些车间来说，由于他们缺少技术熟练的工人，因此鼓励他们使用机器人装卸机床上加工的工件。也许采用自动化生产的原因与劳务成本之间没有直接关系。一个质量问题的出现就会使人们对机器人技术特有的高质量重复精度引起高度的关注。不管是白手起家，还是从传统的生产上过渡，许多加工车间可以从自动化生产中获得很多益处。然而，如何确切地实现自动化生产的观念还不是很清晰。 许多车间的领导者们宁愿采取安全、渐进的方式实施自动化生产，他们确信，最理想的方法是购置一套能适合于加工一系列零件的系统，而且每次可以在一套加工单元内尽量完美地加工这些零件。在投入生产前，这种方法可以让加工车间测试自动化生产的概念，进一步完善有关零件的存放、提交和编程等方面的问题。 C.N.C. Machine Products公司选择了一条捷径，采取了一开始就全面实现零件自动化生产的方式。 该加工车间由Greg Scheurich先生领导，公司的业务是为全球工业界的客户们生产轴承内圈和外圈。车间最近安装了几台采用机器人上下料的双轴车床(图1)，从美国富士机床公司(位于伊利诺斯州的Vernon Hills地区)引进，帮助C.N.C公司达到了精益生产的目的，使其可以与国外的制造商同台竞争。同时，公司也完成了其加工车间的另一轮自动化改造任务。 在业务中实现自动化
过去，Scheurich先生的主要职责是负责刀具的销售，由于周旋于当地的加工车间之间，很多企业请他推荐他认为有资格和能力加工各种零件的车间。作为中间厂商，Scheurich先生介绍其客户与销售商接触。一天，该地区的一家主要的轴承供货商建议Scheurich先生购置一些机床，开始经营他自己的轴承圈加工业务。 从公司成立开始，Scheurich先生就很明显地感觉到，他必须找到一个自动化加工的战略，他说：“因为这是我的第二项业务，我们确实不想离弃我们的主要业务，因此必须采用足够好的自动化技术。”自从1988年创建以来，公司几经扩建。第一个加工车间只有不足500m2的占地面积，第二栋建筑就达到了近1000m2。而现在所建的第三个厂房已经达到了5000m2。 1988~2000年，公司的业务发展很快，但也经历了许多艰难曲折的道路。2000年，公司采用了新的策略助其继续增长，并使其具有更好的预见性。Scheurich先生承认，原先，他并不打算应付来自于自动化方面的某些挑战，这些错误的观念主要来自于以下三个方面的考虑。 - 自动化付出的代价太高
- C.N.C.公司从购置第一套机器人单元起，到目前为止其业务只开展了几年的时间。据Scheurich先生回顾，当时有一个销售商打来电话，说过些时候将给他提供一台卧式主轴对置式双轴车床，该机床上配有可装卸工件的龙门式机器人装置。当时购置一台单轴数控车床约需80000美元，因此要支付320000美元购买自动化车床似乎有点力不从心，只是为了双轴，却需要付出四倍的价钱！正当一个潜在的客户上门来访的时候，那位销售商也恰好在车间里，于是Scheurich先生让这位销售商根据客户所需的零件数量做出一个报价。价格是有竞争性的，经计算机床的费用在5年内就可付清，于是最后Scheurich先生决定购买这台机床。
- Scheurich先生承认，他并不确定车间能否使机床运行足够长的时间以支付该机床所需的费用，因为有许多事情可能会出现意外。“除了电子数据表上所显示的以外，我的内心却告诉我相反的意见。”实际上，出现在Scheurich先生面前的现实情况是，机床的费用还没到5年就很快付清了。从初期投资费用考虑，虽然自动化机床要比非自动化机床需付出更高的代价，但从长远考虑，它在提高生产能力和效率方面的优势是显而易见的，它可以为公司带来更高的利润和更大的产量。
图3 Gary Hoofnagle先生(左)和Greg Scheurich先生确信，自动化生产帮助了人类，同时人类也带动了自动化生产 |
- 自动化会造成工人失业
- 有些车间改用自动化生产来降低零件生产成本中的直接劳务费用。采用机器人确实可以减少直接劳务费用，但C.N.C.公司改用自动化生产的主要目的是为了提高生产能力，
- Scheurich先生说：“在我们的机床实现机器人自动化生产以后并没有造成工人失业现象。有一段时间，我们车间的人员数量甚至还超过了全额使用时的人数，同时，客户的需求很快多了起来。”车间实现自动化生产意味着其操作人员可以有更多的时间来检测零件。
- 加工车间的副总裁兼生产经理Gary Hoofnagle先生确信，自动化生产能够使车间不断发展壮大，但如果没有专业人员，车间的发展也是不可能的。自动化生产帮助了人类，人类也带动了自动化生产。他确信，人类总是要比机器聪明得多，他们能够适应不同的环境条件，但机器要比人类更能胜任重复的操作任务。他说，当两者适当地组合在一起的时候，其结果就是成功而有效的自动化生产(图3)。
- 自动化加工只适合于大批量生产
- C.N.C.公司购置第一台自动化机床的原因是因为其与一家稳定的供货商签订了几单合同，每年总计为他们加工250000个轴承圈。然而，多年的自动化生产经验使该公司从多品种、小批量的订货生产中获得了丰厚的利润，尽管每年的数量只有5000个。从那时候开始一直到现在，情况没有任何变化，事实证明采用新的机床是正确的，当然对于批量较少的某一系列零件而言，Scheurich先生还是愿意接受单一零件号的大批量零件加工。在自动化生产方面所作的改进可允许他接受一个三年合同的订货量，批量在5000~100000件之间，从中他仍可获取较高的利润。
- 虽然有些加工车间还在设法保留原来的机床，因为需要偿清债务，但C.N.C.公司却采用了不同的方式。从一开始，Scheurich先生就计划他们的机床只使用5年的时间。今天，他可以使这一期限延长到7年或8年，因为在机械性能和电气设计方面的发展延长了这类机床的使用寿命。公司定期地采用新机床代替旧型号机床进行生产，以最大限度地发挥机床的剩余价值，并保持机床的加工精度。这为日常例行的工艺审核提供了一个机会，而且使有关人员能够掌握最新的技术。在这一车间里，开发人才是使自动化生产更加灵活和提高利润的关键。
自动化的优越性
该车间从一开始采用自动化生产以后，其所体现的一个优越性就是车间的生产率得到全面提升。据Hoofnagle先生预计，几台由一名操作员管理的单轴非自动车床，其主轴的利用率视操作员而定，一般为50%~65%。另一方面，采用两台自动机床(4根主轴工作)的生产安排方式，其主轴的利用率可达80%~90%。
图4 这一简单的倾斜式滑道可将零件传送给操作员进行检验。该倾斜式滑道可使零件按顺序排列，如果需要，还可作必要的调整 |
在这种情况下，机床支配操作员工作，而不是相反的情况。机器人从工件库中取出毛坯件或轴承圈，并将其安装到车床的卡盘之中。在加工完成以后，机器人将成品从卡盘上取下，然后放到机床另一端的小型传送带上(图4)。零件的成形生产线可使成品按顺序排队。在进一步完善工艺的变化时，这是非常有用的，可作为操作员的工作排序，这样每一个零件都不会错过检验，然后被送交热处理部门。操作员总是以满负荷的工作台和空空如也的卸料台而感到自豪。Hoofnagle先生说：“这就是他在龙门式机器人上料的车床上所看到的工作情况。” 为了帮助解决因备料库缺料而中断工作计划的问题，Scheurich先生需要做的一件事情就是要保证使工作现场的备料库能够提供充足的备料。Scheurich先生将备料当作一项事业来对待。当机会来临的时候，他会买进这些备料，在有需要的时候，他就卖给自己或其他的客户。当缺少材料而被迫停产的时候，这种做法可帮助其生产线继续运行。 除了提高工作中心的生产率以外，采用设计精良的自动化生产还有利于提高生产能力。当自动化生产工艺变得更加自然和值得依赖时，机床在下班后的无人化操作时间可以进一步延长。加工单元中增加其他机床，可以使直接和间接劳务成本分摊到更多的零件上，从而使生产成本逐步下降。在最好的加工车间里，不可能看到每周工作40h甚至80h的情况。他们看到的可能是工作168h(不是指操作员，而是指机床的工作时间)。要使机床达到这一水平的加工性能，第一步就是要相信机床一定能够准确地完成工作任务。 自动化生产还有一个令人感兴趣的优点：提高质量度量学水平。因为机床每次都完全重复同样的动作，这一过程会很快造成表面缺陷。如果机床的设计没有某种特殊功能，那么机床就无法完成操作员无意中希望帮助满足这些条件而想做的任何微小工作，如每次必须将切屑断裂的方式考虑进去。在人工上料的机加工单元中，想要解决切屑形成“鸟巢”的问题并不太难。这被看作是一项永无休止的工作，无论如何，操作员可以在安装工件的时候，清理刀具。C.N.C.公司采取了创新，最近安装的富士TNW-3500R型机床将通过主轴的冷却液和经过编程的气流结合在一起使用，从而达到清洗零件和冲洗卡盘的目的。他们也利用翻转工位使零件从一个操作到另一个操作的过程中翻转几次。这样，在翻转过程中就可以使遗留的切屑从工件上落下。可在主轴上满足零件更换要求的机床一般没有这种功能。 劳动力短缺的底线在哪里？
除了这些优越性之外，自动化生产的其他优越性也逐渐显露。对某些公司来说，目前出现的问题主要是劳动力短缺，每天，所需的操作员数量与市场上所能提供的操作员数量之间的缺口在不断扩大。像Tooling U公司这类机构可在网上提供培训资源，帮助弥补这个缺口。还有许多机床制造商投入了一定的时间和资金，帮助用户培训具有最佳操作技术的工作人员。如果有一天，在一个公开的职位上没有一个人才可聘用的时候，那将会出现什么情况呢？根据劳动部最近的统计，从现在到2015年期间，大约将有4000万“临时工”退出市场，而能够进入该市场的替代人员只有1100万。通过使用自动化生产来解决劳动力严重短缺问题，以满足未来的需要。 不要出现差错
Scheurich先生和Hoofnagle先生提醒，在决定采用自动化生产前，应考虑和注意手工作业问题。在某些情况下，手工作业是很不可靠的，无论如何需要更新，不要以为手工作业非常适合自动化生产。如果需要的话，在决定采取进一步措施前，应评估自动化生产工艺。调查在机械、夹具和刀具进给和转速方面所取得的一切改进成果，为自动化生产的成功创造最好的机会。利用机床控制系统的一切先进特点，如刀具寿命的管理、冗余刀具的配置和工艺过程中的检测。Hoofnagle先生说：“在C.N.C. Machine Products公司，自动化生产开展得很好，因为加工的零件与生产工序配套，而采用这些设备的生产工序也进行得很好。”
