FMS少人化生產模式及整線效率提升

周 偉

（上海三菱電梯有限公司，上海 200245）

1 關鍵影響因素說明

在正常情況下，操作人員無需干涉FMS系統的加工過程。因此，只要有足夠的工裝夾具和加工零件，FMS系統在軟硬件和數控系統上均符合少人或無人值守的生產條件。但是在實際生產過程中，有時仍然會出現意外的停機情況，因此如何應對意外停機是FMS系統實現少人化生產模式的關鍵。

1.1 刀具壽命耗盡

刀具壽命耗盡作為最容易引發停機的環節，在某些FMS系統軟件（諸如意大利Mandelli機床公司的CswWin管理軟件）設計時已經被考慮進去。軟件界面上的無人化模式開關起著預測刀具壽命的作用。當無人化模式打開時，系統會預判每個即將進入設備的工件需要的刀具是否具有足夠的壽命，并阻止無法加工完成的零件進入設備。另外，系統也有刀具信息篩選和運行模擬功能，使操作者有條件事先知曉有可能用盡壽命的刀具。

因為FMS系統長期堅持基于切削時間的刀具壽命管理，因此大部分批產零件均具有可預測的刀具壽命，具備實現無人生產的條件。對于部分負荷率極高的刀具，可以通過增加姐妹刀（Tool Sisters）的方式來保障生產的持續性。不過，現在大部分設備的刀庫比較緊張，須控制增配姐妹刀的數量。

1.2 刀具破損狀況

在加工過程中，刀具破損也是引發設備停機的潛在因素。對于大部分的小直徑刀具，程序上均設置了斷刀檢測，而受硬件條件制約，大直徑刀具和異形刀具不能進行檢測。

FMS系統軟件在無人模式下一旦檢測到斷刀，將會中斷該零件的加工，將刀具設置為不可用。在此狀態后，該設備會移出此零件，除了同型號零件和其他使用此刀具加工的零件以外，設備可以繼續接收并加工其他零件。如果大直徑刀具或小直徑刀具的側刃發生破損，設備可能無法察覺，因此在無人模式下必須警惕其可能會造成的零件批量報廢。

1.3 尺寸測量報警

為保證零件上高精度加工特征尺寸的合格率，在無人化生產模式下，須盡量調用設備自身的探頭進行自我檢測。不過，探頭自檢也有增加加工時間和容易誤報的弊端。一旦檢測到尺寸問題，為保證零件質量，該設備只能無條件停機，在現有軟硬件條件下并沒有有效的技術手段能將設備自動恢復。

1.4 過載保護停機

由于刀具破損、零件毛坯或裝夾的問題，機床數控軸可能會發生過載保護造成設備停機。在無人化生產模式下，過載狀態同樣無法自動恢復。

1.5 設備故障原因

機床機械系統的故障以及各種油、水、氣供應不足均能導致停機，此類停機須有操作人員或專業人員恢復。某些機床容易出現某種特定故障，如果不加以改進，就不適合進行無人化模式生產。

2 合理選擇生產模式

2.1 生產模式的選擇

FMS系統對刀具異常狀況的處理原則是，棄用問題刀具并調整計劃以加工不涉及問題刀具的零件。因此，為最大限度保持無人值守模式的出產量，每臺參與生產的設備應安排加工兩種或以上零件，如此可保證該設備不會因為某個刀具個體出現問題而陷入無零件可加工的狀況。

從保障某種零件產出的角度考慮，要盡量安排同一組FMS線內有兩臺或以上的設備具有該零件的加工能力（主要指的是刀具配置），以避免因為某臺設備出現刀具異常，導致整個班次沒有該零件的產出。

綜合以上兩點，對于現有的FMS系統而言，互相穿插、一機多能的混合生產模式相比指定設備、指定零件的專機型生產模式，更加適用于少人化生產。

此外，對于臺面配置和工件裝卸，混合生產模式也有一定優勢。目前，車間FMS系統現行的工作模式就是混合生產，因此從有人班次到無人班次的轉換不需要特別關注，臺面配置也不需要額外修改。

2.2 加工零件的選擇

加工時，建議盡量選擇工藝穩定、精度要求較低的零件。如果高精度零件出現超差報警，該設備會一直保持停機，無人生產效率會大打折扣。因此，高精度零件的生產應該盡量向有人值守的生產班次傾斜。試制中、小批量生產和外協毛坯工藝有變化時，過載的可能性比較高，對應零件不適合采用無人化生產模式。

2.3 試點設備的選擇

對于個別機械系統有長期故障的加工設備，考慮能耗和安全性，不建議投入無人化生產模式。如果該設備的臺面交換系統有頻發故障的現象，有可能會造成整線的停機。建議無人化生產模式開始前，將此類設備進行液壓關斷是最好的選擇，與其共線的其他設備將不受影響。

根據上述三個原則，對于調度柔性比較大的FMS系統，混合生產是推進全面的少人化或無人化生產模式效果最好且代價最小的方式。因此，建議不要以零件的分門別類作為推進的步驟，而以人員安排作為切入點。在一定的磨合期內，可以在正常有人值守的班次安排一組設備進入準無人化生產，零件的裝卸由相鄰班次完成，其他線上的人員只需定時觀察該生產線是否有異常即可。

3 結論

本項目FMS少人化生產模式及整線效率提升的終期成果，偏重于從FMS系統的生產組織手段和工藝技術手段的研究。將這兩個研究側重點有機結合，人們可以初步確立一個車間實現少人化生產模式的必要條件，從而指導規范車間應用少人化生產模式的基本原則。結合金工車間FMS產線的實際生產情況，從生產組織和工藝技術兩個角度，制訂以下若干實施少人化生產模式的應用條件和指導規范。