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通用汽车推进柔性化组装

供稿:工控网 2008/3/27 14:35:00

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Marty Linn 认为柔性化是如今通用汽车(General Motors)制造加工的关键所在。 因此,整车制造厂的工程师们正在研制提高短周期订单处理能力的方法。关于这个活动Linn知之甚详,因为他就是通用汽车控制、传送、机器人技术与焊接部门(CCRW)中专负责机器人技术那一块的首席工程师。在2004年初担任这个职位之前,他在白车身部门里做了两年负责先进技术的总成工程师。而再向前追溯五年左右,他则是CCRW里负责机器人技术、焊接与C-Flex的首席工程师。所有这些职位有个共同点,那就是它们都致力于提高柔性,而这正是通用汽车积极推行的一个项目。Linn说,“实际上我们一直想成为世界上最具柔性的汽车制造商。”这个计划并非简单让组装厂具备生产各种单一产品的能力,而是让某个工厂能真正地形成复合产品生产结构。为了获得这种能力,它意味着要运用到机器人。 我们使用大量机器人。Linn说,“我们在北美的每个组装厂都使用机器人人。”机器人的数量远远超过预计。既有用于车身车间里用于点焊的大型焊枪(其中包括一些弧焊),也有用于材料的处理与材料的派发。喷漆车间是高度机器人化的。通用汽车金属加工部用于装配生产的金属零件已大量使用机器人进行搬运工作。“机器人在我们的装配厂里就象日常用品一样随处可见。”Linn补充道,“实用的点焊机器人被大量应用。”但他继续指出,“在过去四年里我看到机器人越来越多的应用,比如使用7轴运动机器人来获得更高制造能力之类。”它们正在执行更具“合作性”的加工,如用一个机器人夹持零件而其它两个进行焊接。 Linn经常提到的一个目标是“消除专机设备”。换句话说,长期以来一直用于汽车装配加工的标准专用设备与夹具,正逐渐让路给机器人。事实上,Linn充满信心地称 :“我们相信我们在使用柔性机器人夹具与装备方面明显遥遥领先于世界上任何一家公司。”他特别提到了C-Flex机器人。C-Flex是指车身车间使用同一种可编程设备与机器人共同焊接多种不同型号车身镶板(包括底板、车厢盖、引擎罩与发动机隔板)的可编程设备系统。这样做的好处是给人印象深刻而且具有多样性。首先,当推出新车型时车身车间用可编程方法能节约1亿美元,而且可适用于通用汽车不断推出的新型或重大改型的轿车与卡车。在2004年共投放市场20种车型, 而北美30个工厂里为数一半的工厂同时参与了新车型开发制造工作,资金迅速得到节省。同时,C-Flex也能节约空间,车身车间节省了大约150,000平方英尺的空间面积。其可编程性还能节约时间,通用汽车已经在其许多工厂里安装了C-Flex。



随着柔性自动化生产线被用于替代专机设备,通用汽车研发的 C-Flex系统在车身车间里节省了大量成本。 但是,仍然有亟需安装机器人的地方。他解释道,“例如,底盘总成在用大型昂贵的专机设备。我们希望对它进行机器人化,提高柔性并消除依赖于一种车型的专机设备资本投资。” 多重计划投资。在历史上,应用柔性设备真正的遇到的阻碍之一是机器设备的投资依赖特定的计划。虽然有针对后续计划使用柔性设备的机会,但假设目标是控制计划A的费用,那如果多花费那么一点钱却能同时对计划B有益,到底做不做呢?Linn 承认那的确存在争论。他指出,“到目前为止,我们确立使用机器人已有时日。”Linn解释道,“通用公司财务人员根据项目分配资金的方法是先对多重项目进行一个总投资,然后通过各个项目的完成收入偿还总投资成本。” 再利用是使用机器人的综合内容之一。当然,Linn 承认工程师们都喜欢使用最新与最好的设备。但是柔性设备通常服务于快速变化的用途场合并完成某项任务。所以当广泛的再利用机器人时,并不每次都有效。“当我们结束计划时,我们仍然购买新的机器人与设备。由于有效载荷与负载比的弱势,机器人在一些应用里没有优势而败北。所以我们必须对它们进行整修与更换。虽然在一些新的计划里我们进行了再利用,但是我们同时也外出采购新的机器人来取代再利用的那些机器人。” Linn说,他们已经对包括Fanuc、ABB、KUKA与Comau在内的机器人供应商进行标准化。我们全世界的工厂里都有这些供应商的产品。但这并不意味着他们对来自其他设备供应商产品的新技术不感兴趣。“对于人和技术,不管它是供应商的一个产品还是新的技术构想,我们都有一个适当的批准过程。我们仔细检查并进行商业应用与工程分析。如果它能解决所有问题并确实值得这么去解决,我们就批准它的使用。在我们对它真正标准化之前,我们将购买设备并在工厂里进行试验。”他继续说道,没有使用某种产品并不意味着他们对能提供竞争优势的该种产品不感兴趣。 通过计算达到预定目标。Linn 说,“在99.9%的应用类型里,我们进行离线编程,这完成得非常好。从集成观点看,使我们陷入困境的事情是建模不当-软管、电缆掉落的到处都是,这个没能很好地建模。我们只能终止进入,不接触任何关键接触点,并确信我们没有钩住夹头上的电缆。”甚至只有通过将机器人配备上集成外罩,才能将零部件随处掉落的问题最小化。当然,离线编程正是通用汽车所致力开发的数学驱动产品与工艺的重要部分。Linn说,“特别对于制造领域,我们希望离线完成制造过程与计划里的每件事情,不断验证以保证每个部分正常作用,最后能将它顺利下载到车间进行运用。现在最头疼的事情是不能建立好的模型。” 有趣的是机器人本身并不让他们头疼。Linn称,“尽管机器人曾因为某些小故障(真实的或想象出来的)而被笑话,但机器人的可靠性却不断使人感到吃惊。机器人已成为工厂所有部门内最为可靠的设备。”如果将他们的相对复杂性、性能与柔性结合在一起来看的话,不可否认,真的是一种了不起的成就。


随着致力于生产更多优质而低成本的轿车与卡车,通用汽车正认真贯彻一种让机器人扮演重要角色的生产策略。针对更快的铝合金焊接的机器人系统 Panasonic 工厂自动化公司(Elgin, IL)工业部门经理Tim Nacey注意到汽车里的铝合金焊接应用数量在过去几年里不断上升。对此,Panasonic无疑相当感兴趣,因为在过去的20年里,这个一直是他们所乐意见到的。最近,他们开发了名为MIG Force推挽式记录进给系统,该系统特别设计用于优化铝合金MIG 焊接,该系统可提供以5 m/min进行盖板焊接和以2 m/min进行盖板圆角焊接的能力。该系统运行于公司内的G系列机器人。该系列机器人之所以能与这个系统相匹配,其主要原因在于它们装备了64位RISC控制器,这使得机器人的控制器不仅能控制机器人自身的运动,还能控制焊丝进给系统与波形程序(这有别于独立控制的传统弧焊系统)。Nacey解释道,为了获得快速、高质量的弧焊,必须协同控制焊丝进给速度、脉冲波形与机器人的运动。 焊丝进给系统具有拉直焊丝的行星滚轮装置,所以当焊丝走到焊接处时并不会弯曲,因此更为精确。重要的是,该进给系统能与曲率检测电路相协调,这个在使用小直径焊丝时,非常重要。同时,该系统有助于保证可靠的起弧,这在需要完成叠焊时更显重要性(例如在电弧不断反复触发与停止的时候)。如果有电机载荷的变化,那表明有焊丝弯曲的可能性,控制器能在弯曲发生前关闭焊丝进给系统。 由于铝合金的特性,热量会从焊点传递到正被焊接的铝合金,因此焊接过程很不容易控制好。后果之一便是会造成焊接点的改变。通过在不降低焊接速度的前提下调节电流数值来控制波形的方法,Panasonic系统很好地解决了铝合金焊接的这些问题。 Nacey指出,当有些人在考虑使用混合激光系统进行铝合金焊接时,Panasonic系统则能以其十分之一的价格来达到其80%的焊接速度的能力。

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