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有一種系統(tǒng)，能自動(dòng)地在工件和夾具之間替換，使得由機(jī)器人裝載的立式加工中心能快速地重新配置，以投入新的運(yùn)作或修改的運(yùn)作。在這個(gè)系統(tǒng)，機(jī)器人還可以無(wú)人值守運(yùn)行的情況下更換工件。由于有了無(wú)人值守的額外產(chǎn)能，開(kāi)發(fā)此系統(tǒng)的摩托車零件制造商終于改變了在最繁忙的時(shí)候不能及時(shí)發(fā)貨的狀況。

圖1 該系統(tǒng)中的機(jī)器人不僅加載和卸載工件，還更換軟爪工具，在貨架頂部可見(jiàn)到各種臺(tái)鉗爪套件

愛(ài)達(dá)荷州售后越野摩托離合器組件制造商Rekluse，其大部分訂單主要都出在冬季的幾個(gè)月。每年二月份，訂單量一般是剛過(guò)去的八月份的兩倍。為什么呢?因?yàn)樵诙�季，越野摩托車�?ài)好者都在想著進(jìn)行改裝。因此，Rekluse必須應(yīng)對(duì)這種每年對(duì)產(chǎn)品需求的大幅度起落。

解決高峰需求問(wèn)題似乎是顯而易見(jiàn)的。那為什么不把全年的零部件都做出來(lái)，存在庫(kù)房里應(yīng)付過(guò)冬的需求呢?公司的老板兼創(chuàng)始人Albert Youngwerth解釋說(shuō)，這解決方案是行不通的，因?yàn)橛刑�多不同的零件�?hào)，公司不可能預(yù)測(cè)到哪些產(chǎn)品可能會(huì)有更高需求。有一款特殊的離合器出現(xiàn)在名人摩托車越野賽車手的雜志簡(jiǎn)介上，那是一種促銷活動(dòng)。此外，每年都會(huì)推出新型的摩托車，這意味著Rekluse必須設(shè)計(jì)和引進(jìn)新的零件編號(hào)，以適應(yīng)新的車型。所以，根本無(wú)法做到“未雨綢繆”。

多年來(lái)，公司對(duì)需求變化的反應(yīng)很不理想，以至于舉步維艱。一個(gè)是臨時(shí)工問(wèn)題。每年中有幾個(gè)月要雇6~8名臨時(shí)工來(lái)加盟有10~12名全職員工的制造團(tuán)隊(duì)。由于這些臨時(shí)工缺乏加工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公司的業(yè)務(wù)和流程又了解不深，通常不能做好全職員工所能做的事情，Youngwerth先生說(shuō)。但更成問(wèn)題的是公司應(yīng)對(duì)訂貨高峰的其他問(wèn)題：總是不能及時(shí)做出反應(yīng)。每年，Rekluse都會(huì)因?yàn)橥七t發(fā)貨而讓一些客戶失望。

Youngwerth先生說(shuō)，他知道答案就是自動(dòng)化。如果他的工廠可以用自動(dòng)化設(shè)備而不是額外的工作人員來(lái)滿足需求高峰，那么或許有能力在低谷的月份中少用或不用這些設(shè)備。這樣做顯然可以降低人工成本，他說(shuō)。然而，當(dāng)他聯(lián)系一家制造系統(tǒng)集成商為公司的一種零件家族策劃?rùn)C(jī)器人裝載加工工藝時(shí)，他覺(jué)得價(jià)碼太高了，公司不可能為所有其他零件實(shí)施相同類型的解決方案。另外，當(dāng)該工藝的策劃完成時(shí)，該工藝卻已經(jīng)過(guò)時(shí)。由于產(chǎn)品改進(jìn)以及摩托車新車型的修改，該家族零件的設(shè)計(jì)已經(jīng)大大改變，以至于不可能再應(yīng)用到自動(dòng)化系統(tǒng)上而無(wú)需昂貴的策劃。對(duì)于Rekluse來(lái)說(shuō)，機(jī)械加工機(jī)器人自動(dòng)化的問(wèn)題，是典型的機(jī)器人解決方案所固有的和專有的特性。

他和公司其他團(tuán)隊(duì)的成員尋找解決這個(gè)問(wèn)題的方法。他們問(wèn)自己是否有不同的方法，一種用于機(jī)械加工的機(jī)器人的更加柔性的方法，是否能像在加工中心上更換虎鉗爪那樣容易地更換機(jī)器人工藝裝備?事實(shí)上，可不可以讓機(jī)器人用臺(tái)鉗爪來(lái)抓取?

尋求答案

用機(jī)器人為加工中心裝載和卸載工件和夾具這一想法現(xiàn)在已經(jīng)成為Rekluse轉(zhuǎn)換工藝的“種子”。如今，廠里七臺(tái)不同的加工中心都用機(jī)器人裝載工件和夾具。在許多情況下，機(jī)器人在無(wú)人值守運(yùn)行中更換任務(wù)，作為此運(yùn)行計(jì)劃中的一部分，只需切換到不同的夾具。

Youngwerth先生現(xiàn)兼任VersaBuilt的總裁。這個(gè)公司是他建立的，旨在把這種柔性機(jī)器人系統(tǒng)推廣到其他機(jī)械加工廠。Pro Moto Billet是VersaBuilt的第一個(gè)客戶，該公司為立式加工中心購(gòu)置了機(jī)器人系統(tǒng)，而不是新型的臥式加工中心。該公司正在考慮逐步淘汰臥式加工，因?yàn)樵赗ekluse的生產(chǎn)率結(jié)果表明，在立式加工中心上由機(jī)器人更換夾具實(shí)現(xiàn)的周期時(shí)間約為90%，這比Pro Moto使用更換托盤的臥式加工中心上通常所實(shí)現(xiàn)的還要好些。

但是，比生產(chǎn)率更顯著的是對(duì)生產(chǎn)率的影響。今年，Rekluse只雇了2名臨時(shí)工，而不是6~8名。Youngwerth先生說(shuō)，今年公司實(shí)現(xiàn)了令人欣慰的生產(chǎn)里程碑。兩個(gè)冬天前，當(dāng)公司只有一臺(tái)由機(jī)器人裝載的立式加工中心時(shí)，它的發(fā)貨仍然推遲了8周。現(xiàn)在，有了7臺(tái)機(jī)器人進(jìn)給的機(jī)器。他說(shuō)，在這個(gè)剛過(guò)去的冬天， Rekluse順利度過(guò)了旺季，沒(méi)有落后。

軟爪

當(dāng)Youngwerth談到機(jī)器人看護(hù)機(jī)床系統(tǒng)往往十分“專業(yè)”時(shí)，說(shuō)了不少使它做到“專業(yè)”的東西，就是“臂端工裝”。機(jī)床需要特定的夾具固定某些特定工件，機(jī)器人也需要抓手來(lái)夾住這些工件，要求是相同的。在由Rekluse開(kāi)發(fā)、現(xiàn)由VersaBuilt銷售的機(jī)器人系統(tǒng)里，其靈活性來(lái)自一個(gè)事實(shí)，即工件的夾具和抓手是一樣的。“軟爪”——也就是說(shuō)，把臺(tái)鉗爪加工成能與工件匹配——是用氣動(dòng)或液壓的方式固定工件進(jìn)入到機(jī)床工作區(qū)域的，而這些相同的“爪”也用氣動(dòng)或液壓的方式固定在機(jī)器人的臂端。機(jī)器人每次拉出成品件時(shí)，實(shí)際上是拉出軟爪，因?yàn)闄C(jī)器人用這些爪來(lái)搬運(yùn)成品，并從附近的貨架拿起下一件。當(dāng)該系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)不同的零件號(hào)時(shí)，它可以把這些軟爪留在同一貨架內(nèi)，并到貨架上的另一個(gè)點(diǎn)取另一組爪，執(zhí)行下一個(gè)作業(yè)。