文/Nikki Amico

图1：ByTrans Cross自动化材料加工系统中使用了10kW高速光纤激光器。

在一个不断增长但竞争激烈的市场中，企业正在寻求用更少的资源做更多的事。换句话说，就是用更少的劳动力、更少的空间和更少的开销来提高产量。

Kinney Manufacturing公司是一家合同制造商，能够承接工程、制造、精密加工、机械加工和焊接方面的广泛业务。该公司一直在投资高功率光纤激光器和自动化解决方案，以进一步提高生产率、效率和盈利能力。

该公司使用一个10kW的光纤激光切割系统，该系统配备了全自动材料处理和自动零件分拣系统（见图1），以及机器人折弯单元和机器人焊接系统，用于其自动化加工任务。在评估新的激光技术时，人们通常会考量以下两个关键因素：（1）使用机器在更短的时间内加工更多的材料；（2）能在与旧设备占用厂房面积相同的情况下，完成上述任务。例如，用高功率光纤激光器取代低功率的CO2激光器，制造商就能够满足上诉两项要求，实现一个有效的替代计划。

下一个最重要的问题是：如何以现在的速度，将用更高功率激光切割的零件，送到下一道工序。在寻求自动化方案时，必须实现速度方面的相互匹配。在自动化零件分拣系统中，零件堆放的速度要与10kW光纤激光器切割零件的速度相当。与6kW的CO2激光器相比，该激光器在每个单位时间内，可生产多达5倍的零件，而且还能切割更厚的零件。带有双分拣头的分拣系统，能够将零件卸载到堆栈上，并立即转移到下一个下游工序，因此在加工过程中将存储工作最少化，也不存在人工分拣造成的积压问题。

那么，这一切是如何实现的呢？Kinney Manufacturing公司总裁Randy Kinney指出，“在我们的激光机上加工的所有零件中，98%都会被分类。具有类似结构的常见的装配零件或弯曲零件，可以很容易地一起被分拣，因此能够简单地把它们一起送到下一个操作工序中。”

有了正确的自动化解决方案，操作员就能做到事半功倍。Kinney说，“如果你在材料装卸系统中增加了单个零件拣选能力，那么你将拥有一个无可比拟的优势组合。现在，只需要一名操作员，就能实现装载材料、验证程序和切割顺序、验证质量，并将零件转移到下一个操作工序。在熟练劳动力短缺的情况下，这无疑是一个成功的系统。对操作员来说，这是一种更高级的操作行为，能让他们收获成长；对公司来说，它能帮助公司更好地管理劳动力成本。”

Kinney指出：“自动化使我们能够将节省下来的费用转给我们的客户，同时也能为更多的自动化解决方案进行再投资。有了自动装载、切割、分拣、堆放和机器人折弯技术，我们就有了非常灵活的系统，可以在下班时运行，而且只需很少的监督工作。”

精益思维

人们可能会问，还有什么其他因素会促使制造商考虑这类系统呢？利用精益思维，你需要尽可能少地接触零件，最好是在涉及增值时才接触零件。人工分拣零件时，没有任何增值。在系统将切割的板材堆叠起来后，通常需要大约四个手工分拣员来移动零件和材料，而且存在着一定的人员安全风险。

利用自动化零件分拣系统，就能按照下一个操作工序的要求，对零件进行实时分拣和堆放（见图2）。当分类切割后的零件堆叠完成后，可以立即实现按组或按同类零件移动到下一个操作环节。 

图2：切割后零件的分类和堆放。

通过编程提高效率

正确的编程和控制软件，能进一步提高设备的加工效率。板材上的程序化浮雕切割，使得切割后的零件可以自由地从板材上分离出来，以便进行零件分类。快速和容易制定的切割计划，有助于监测制造过程的能力提升。能够在零件层面存储分类信息是实现这些的关键。动态嵌套（Dynamic nesting）是能够在减少车间在制品（WIP）的同时进行嵌套的最佳方式。一旦程序被创建，它们能很容易地整合到控制中，并在完成后被监控。

由于提高了分类和将零件转移到下一道工序的效率，制造商可以发现将折弯自动化与标准折弯相结合的优势。由于同类零件已经分类在一起，他们可以充分利用优化折弯机的模具设置。

通用零件可以进入机器人折弯单元，而零件系列可以进入标准折弯机，因此，操作员可以同时操作或监控几台机器。如果一台标准折弯机位于两个机器人折弯单元之间，一个操作员就可以在一个班次中管理多个单元。两种类型的折弯操作都有快速的转换时间，可以在整个班次中保持流程的连续性。这允许采用单件流概念，以减少对在制品的存储需求。

折弯软件使这一过程变得快速而简单。零件被离线编程，创建有效的设置表，并为操作员确定工具。Kinney补充说：“这使我们能够充分利用现有的劳动力。在这种精益思维下，可以同时加工50至100个工件。一个平均的工具设置是3-5分钟，每班在机器人折弯单元上有5-6次设置。

下一个创新

Kinney一直在寻求下一个创新出口，以进一步提升创造增值过程的能力。例如，他指出，射频识别（RFID）技术可以在车间内实时跟踪零件，以在尽量减少零件移动的条件下，将零件运送到下一道工序。随后，RFID信息还可以用于为车间的自动导引小车（AGV）创建热图。

车间内的运输是另一项非增值支出，可以使用AGV实现自动化。这项技术可以使零件在整个车间内轻松而有针对性地移动，从而提高材料的流动效率并节省地面空间。

面向未来的再投资

企业可以通过审查制造过程中的每一个步骤，找到减少非增值时间或过程的方法。从整体上看，可以从大局上看同一过程。每个制造商可以调整流程，以创造一个非常精益的过程，在整个过程中尽可能减少非增值步骤。通过这样做，你可以从每个操作中获得最大的收益，使用更少的地面空间和更少的劳动力。所有这些都将创造更快的投资回报，并提升企业对未来进行再投资的能力。