柔性制造系統(tǒng)（FMS）是由加工設(shè)備、物料運儲裝置和控制系統(tǒng)組成的自動化制造系統(tǒng)，它包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。
A330neo的Trent 7000與新型吊掛
2016年，意大利設(shè)備制造商MCM為空客A330neo、A350機(jī)型建立了一套專門用于加工中大型鈦合金零件的柔性制造系統(tǒng)，文本將做一下簡要介紹。
技術(shù)難點
MCM公司為空客設(shè)計這套生產(chǎn)系統(tǒng)的旨在大幅提高用于A320neo、A330neo和A350飛機(jī)的發(fā)動機(jī)吊掛主結(jié)構(gòu)、鈦合金框梁類零件生產(chǎn)線的自動化程度和生產(chǎn)效率。
發(fā)動機(jī)吊掛的基本結(jié)構(gòu)-航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng)整理
第一個技術(shù)難點是零件尺寸大，要充分考慮到長度最大達(dá)4380 mm，質(zhì)量在164-500 kg之間的各類鈦合金零件。這些加工對象尺寸和質(zhì)量體現(xiàn)了該柔性制造系統(tǒng)（FMS）的技術(shù)復(fù)雜性。
A330-800鈦合金吊掛 圖片來自空客官方
除此之外，還有一個主要難點就是如何在相對較小的現(xiàn)場空間合理布局FMS里的尺寸較大的六個加工中心。
簡介視頻
MCM的FMS線視頻
MCM公司為空客提供了一個由六個鈦合金專用的大扭矩加工中心（Jet-Five）組成FMS系統(tǒng)?？傮w尺寸：80米長，15米寬，考慮到設(shè)備、可換工作臺、裝卸站和維護(hù)系統(tǒng)的尺寸，系統(tǒng)實際占用的面積（1200平米）非常小。
整體布局
FMS可以高效的將這六臺Jet-Five連接起來。
圖片來自MCM資料
圖片展示了FMS的布局：6臺Jet-Five、10個垂直托盤存儲位置、2個裝/卸站，運輸裝置和傳送帶。
圖為航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng)根據(jù)MCM官網(wǎng)資料整理
該系統(tǒng)的布局通過垂直移動的托盤來實現(xiàn)空間的優(yōu)化，且托盤在加工中是垂直的。為了便于將工件裝/卸和固定到托盤上，兩個裝/卸站可傾斜至90°，能夠?qū)⑼斜P和工件從水平位置切換到垂直位置。
圖片來自英國《航空航天制造》
由于零件尺寸較大，需要使用托盤來輔助完成工件的傳送和裝夾，運輸裝置可同時運輸兩個托盤，并且總共有10個垂直托盤存儲位置以實現(xiàn)最佳的布局方式，這個設(shè)計有效地緩解了各零件加工工時不同帶來時間及空間的浪費問題。
FMS的這種翻轉(zhuǎn)配置減少了占用的空間，并提供了出色的動態(tài)容量，最多只需要8分鐘就可覆蓋了操作員與和最遠(yuǎn)機(jī)器之間的距離。
加工中心
這次為空客設(shè)計的FMS系統(tǒng)選用Jet-Five五軸臥式加工中心，在2001年推出的，它專門用于加工鈦和輕合金材料的大型結(jié)構(gòu)件。該機(jī)器憑借其多功能性，可應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是航空航天領(lǐng)域。
Jet-Five加工中心由于其巨大的尺寸成為龍門式機(jī)器（更大的占地面積且不能夠高效清理廢屑）的經(jīng)濟(jì)有效的替代品。
圖為航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng)根據(jù)MCM官網(wǎng)資料整理
每臺加工中心中有兩個軸用于換刀，另外三個軸用于托盤移動和通過FMS運輸系統(tǒng)進(jìn)行裝卸。
圖為正在換刀，圖片來自MCM官方
鈦合金和其他難以加工的材料的去除過程需要大切削力，因此需要配置高效的潤滑冷卻系統(tǒng)。配備的Lubri冷卻系統(tǒng)的最大壓力為80 bar時的流速為100 l/min，該系統(tǒng)的冷卻液箱容量為3500l。
圖片來自MCM官方資料
刀庫位于機(jī)器上方，刀具通過專門的提升系統(tǒng)從刀具裝/卸站裝載到刀庫，此外，電器柜也位于機(jī)器的上方，這充分優(yōu)化了生產(chǎn)現(xiàn)場的占地空間。
控制系統(tǒng)
整個FMS系統(tǒng)由MCE（MCM的IT部門）開發(fā)的jFMX軟件進(jìn)行監(jiān)控，可以實時管理系統(tǒng)的所有資源。
jFMX可提高系統(tǒng)的自動化水平，使其具有優(yōu)化資源和柔性制造所需要的靈活性。它與企業(yè)的ERP系統(tǒng)相互連接，并能夠?qū)崟r積累、管理和監(jiān)控大量數(shù)據(jù)，空客可以利用這些數(shù)據(jù)來確定系統(tǒng)的狀態(tài)，并準(zhǔn)確定位加工出現(xiàn)操作偏差的開始。
圖為jFMX監(jiān)控系統(tǒng)，圖片來自MCM官方
jFMX提供對所有系統(tǒng)功能和資源的實時協(xié)調(diào)和管理，它還提供有關(guān)整個FMS的生產(chǎn)力、效率和資源可用性等一系列信息，即工業(yè)4.0的基本原則。這些信息有助于了解生產(chǎn)趨勢、優(yōu)化資源以及最大限度地減少機(jī)器停機(jī)時間。
FMS的設(shè)備利用率大幅提高，其原因一是計算機(jī)把每個零件提前都安排了加工設(shè)備并預(yù)置了加工程序，一旦機(jī)床空閑，即刻將零件送上加工。二是由于送上機(jī)床的零件早已裝卡到位（裝卡工作是在單獨的裝卸站進(jìn)行），因而機(jī)床不用等待零件的裝卡。
圖片來自MCM官方
系統(tǒng)不需工人去操縱干預(yù)。工人的工位主要是裝/卸站，大幅度減少了工時費用，并且由于減少了零件的裝卡次數(shù)，顯著地提高了零件的質(zhì)量。
FMS憑借其內(nèi)在的靈活性，能適應(yīng)由于市場需求變化和工程設(shè)計變更所出現(xiàn)的變動。當(dāng)一臺或幾臺機(jī)床發(fā)生故障時，F(xiàn)MS具有能降級運轉(zhuǎn)的能力，即采用了加工能力有余度的設(shè)計，并使物料傳送系統(tǒng)有自行繞過故障機(jī)床的能力，系統(tǒng)仍能維持生產(chǎn)，而且還可以插入備件和急件制造任務(wù)。
圖片來自MCM官方
以上是一個新型柔性線的案例。其實柔性線不但可以新引進(jìn)設(shè)備，也可以對現(xiàn)有設(shè)備根據(jù)產(chǎn)品特點進(jìn)行階段性的改造，使之都具備柔性化生產(chǎn)能力，這種手法也稱之為Add-on自動化。目前，國內(nèi)真正具備柔性生產(chǎn)能力的工廠還處于稀缺狀態(tài)。希望此案例可以給大家以參考。
擴(kuò)展：MCM與中國
2014年，浙江日發(fā)精機(jī)并購MCM，收購了其80%的股權(quán)。2016年收購了剩余股權(quán)，將MCM變?yōu)槿Y子公司。自并購以來，MCM已經(jīng)承接了南方動力和成飛等項目。另據(jù)新近報道，2018年成飛集團(tuán)引進(jìn)了“五坐標(biāo)立臥轉(zhuǎn)換加工中心”及“五坐標(biāo)臥式加工中心”項目中標(biāo)供應(yīng)商，包含機(jī)床與附屬裝置等的合同總金額1.58億元（加工中心類產(chǎn)品約10套）。
本文參考了MCM官網(wǎng)資料以及空客官方資料。
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