江蘇新瑞的柔性制造系統

江　宏

江蘇新瑞機床(集團)有限公司(以下簡稱“新瑞”)坐落于江蘇省常州市，是一家集產品設計、制造、銷售和服務于一體的中高檔數控機床專業生產企業，匯集了新瑞機械、寧夏長城、江蘇多棱三大品牌的十大系列產品，是我國數控機床產品門類較為齊全的大型機床制造企業之一。新瑞在常州和銀川分別建有兩大研發、制造基地，依托強大的技術力量，致力于以高新技術和前沿技術為客戶提供最佳解決方案。幫助客戶提升傳統產業。2008年，新瑞實現銷售收入8億元。

在2008年舉辦的CCMT國內機床展覽會上，新瑞自主研發、達到國際領先水平的柔性制造系統FMS(Flexible Manufacturing System)系列產品成功推出，引起了業界的極大關注，并以“有自主創新、性能優良、質量可靠、造型美觀、有良好的市場前景”而獲得春燕獎。柔性制造系統是由統一的信息控制系統、物料儲運系統和一組數字控制加工設備組成的，能適應加工對象變換的自動化機械制造系統。FMS兼有加工制造和部分生產管理的雙重功能，因此能綜合地提高生產效益。截至目前，新瑞已生產出3套柔性制造系統，其中兩套在自己的工廠使用，另外一套被一家著名汽車制造企業訂購，用于發動機生產線。新瑞的目標是，將柔性制造系統作為今后公司的主要產品之一推向市場，促進中國機械制造行業技術水平的提升。

系統組成

通常，柔性制造系統按照成組的箱體類零件確定工藝過程，選擇多功能臥式加工中心和立體倉庫等自動化物流系統，由計算機進行控制，能自動調整并實現一定范圍內多種工件的成批量高效生產(即具有“柔性”)，并能及時改變產品以滿足市場需求。一個簡單的FMS系統可以由物料輸送系統、自動堆垛機、存儲系統和相應的數控加工中心(CNC)組成，其各部分的具體數量可根據實際生產量的需要靈活配置(參見圖1)。需加工的物料，在物料輸送接駁臺、加工裝備接駁臺和存儲貨架三個物流節點之間，通過自動堆垛機的柔性化作業實現流轉。

新瑞研發的柔性制造系統系列產品以FMS63為典型代表。FMS63由3臺H63臥式加工中心和兩個工件安裝站組成；物流系統采用立體倉庫(共3層貨架)配備一臺自動堆垛機，可存儲、處理多達60個托盤，托盤上可裝載大量的零件與夾具。零件一次裝夾以后，FMS63可自動完成銑、鏜、鉆、擴、鉸、攻絲等多個工序，特別適合各類箱體、殼體多孔的中小批量加工。

物流系統作為FMS63柔性集成制造系統的重要組成部分，是新瑞與德馬物流技術有限公司聯合開發的。物流系統中的自動化立體倉庫可實現柔性生產線所需加工工件的存儲和搬運(上下料)，其主要硬件組成和性能指標如下：

1、貨架系統：分為1排×20列×3層，共60個儲存貨位，貨架總高6020毫米；

2、自動堆垛機：1臺(1巷道)，具體參數詳見表1，巷道有效寬度1500毫米，運行軌道總長33米；

3、專用托盤：尺寸630×630×150毫米，托盤最大堆高1450毫米(含托盤)。

除了上述硬件設備，信息控制系統是FMS系統的核心部分之一，決定了FMS系統能否正常運行及效率高低。控制軟件能幫助監控和控制實時生產系統，進行柔性化的生產管理。基于PC的控制軟件可幫助實現產品產出的最大化，同時有效監測所有生產活動。加工程序可通過以太網下載傳到加工中心，所有的NC程序可以存儲到中央控制系統的硬盤上，并由總控系統進行管理以取得最佳的結果。控制系統還備有刀具和工件的信息文件，系統動態進度表，外部交換工作臺和刀具庫管理以及遠程機床狀況監測等功能，同時也允許對通用夾具、零件數據和生產訂單進行管理。

技術亮點

整套FMS63柔性制造系統是新瑞及其合作伙伴沈陽機床所、德馬公司自主開發生產的，使這一高端數控機床產品成功實現了國產化。在FMS系統的研發過程中，新瑞從用戶的角度出發，特別關注生產效率、控制精度和產品質量這三個關鍵因素。經過不斷研究摸索，新瑞FMS系統在以下幾個方面取得了較大的突破與創新：

一是采用自動堆垛機實現了生產的高柔性化以及與生產系統的無縫連接。自動堆垛機作為FMS系統的中間環節，維系著物料輸送系統、CNC加工單元和存儲料架三個管理節點的正常操作。此外，普通堆垛機的停準誤差為±3mm，而柔性制造系統中的堆垛機對定位精度的要求更高。新瑞FMS系統中的自動堆垛機是德馬公司專門為其開發生產的，最終實現了行走定位誤差僅為±1mm，在國內處于先進水平。

二是采用了RFID技術實現數據實時掌控。立體倉庫的托盤上安裝了RFID標簽，堆垛機上安裝了識讀設備，借此實現對系統中所有物料的全程記錄和跟蹤。

三是管理軟件有創新。考慮到普通工人的知識水平和實際需要，計算機管理系統的設計盡可能簡化，以方便應用和維護。

流程規范

新瑞認為，制造企業引入FMS系統，可以使作業流程更加可控，管理更加規范化。其基本操作流程如下：

由生產調度人員根據機床的加工能力形成產品生產計劃單，其中包括加工生產的數量、原材料的品種和數量。如果需要加工的毛坯原料已存儲在料架上，自動堆垛機直接從料架上取出后送入CNC加工單元；否則，需要及時向FMS系統補料。

一個生產計劃對應一臺CNC加工中心，經過一臺CNC加工中心加工的工件作為該加工單元的成品入庫。在異常情況(如設備故障)發生后，把該加工中心正在作業的生產任務中斷，將已加工的半成品退出，管理系統查詢其他能夠完成這個任務的設備的狀態：如果設備狀態忙，則把該工件自動轉入儲存貨位存儲；如有相同加工設備空閑，則把該半成品轉入到空閑的加工位繼續加工。

為了縮短CNC加工設備因更換加工工件的閑置時間，可以在加工中心接駁臺設置工件等待工位。在CNC加工中心完成一個工件加工并將加工完畢的工件送出的同時，送入下一個待加工工件。

市場前景

通過近一年的實踐，新瑞采用FMS系統的價值主要體現在：系統能按照裝配作業配套的需要，及時安排所需零件的加工，實現及時生產，從而減少毛坯和在制品的庫存量與相應的流動資金占用量，縮短生產周期；提高設備利用率，減少設備數量和廠房面積；減少直接勞動力。在少人看管條件下可實現晝夜24小時的連續“無人化生產”；提高產品質量的恒定性。

據悉，FMS系統在發達國家已有較多應用，它已成為自動化工廠的重要組成模塊。而且，FMS的應用范圍正在不斷擴大，涵蓋毛坯制造、機械加工、裝配和質量檢驗等諸多方面。可以說，柔性制造系統的發展空間巨大，市場前景廣闊。

新瑞認為，與現在常用的機器人搬運系統、AGV等物流裝備技術一樣，自動堆垛機作為高柔性化的物流裝備在FMS系統中的應用同樣有很好的市場前景。據悉，新瑞研發FMS系統的構想始于2005年。2007年形成了產品，進入系統調試階段；2008年新瑞在常州建起的新工廠和寧夏長城工廠各引入了一套FMS系統。當時，新瑞正在規劃建設新工廠，面對高端數控機床生產管理異常復雜、專業人才緊缺的狀況，想通過引入高效的物流系統盡可能提高生產的自動化程度，從而提高生產效率，減輕操作人員的勞動強度。除了滿足自身需要外，新瑞計劃待FMS柔性制造系統應用成熟后，將其作為整體產品銷售，逐步向汽車、軍工等行業推廣，使之成為企業的新的經濟增長點。

據新瑞公司介紹，目前，國外自動化工廠單元化、模塊化的發展趨勢明顯，以便于迅速復制。而這也正是新瑞FMS柔性制造系統先進性的體現：既可以壓縮投資規模，控制風險；又可以滿足多批量、小規模生產，柔性化高，便于更新。

可以說，對技術和市場的深入了解與把握正是新瑞看好FMS柔性制造系統的根本原因。

傳統觀念認為，機械行業屬于勞動密集型產業，管理、技術比較落后，自動化程度低，工人的勞動強度大，生產環境惡劣，產品質量很難保證。國內工廠通常沒有專門的物流管理，沒有采用自動化立體倉庫，物料存儲占用較大空間，造成空間浪費，一般采用普通搬運小車或者吊車實現簡易的物料搬運，整個生產效率不高。如今，隨著生產控制系統、計算機軟件與硬件水平的提高，采用自動化控制和先進的物流技術設備，可以實現整個生產系統的模塊化管理，不僅解決了現有的倉庫管理混亂和庫存不足的問題。而且生產效率得以大幅提高，今后還可以借助RFID技術實現對每一步加工的追溯管理，實現產品的在線檢測，使產品質量控制更為嚴格。同時，企業生產能力的可擴展性也大大提高，只要事先做好系統接口，今后隨著生產的需要添加機床即可，消除了場地制約的瓶頸。

另外，長期以來，我國機床行業發展比較緩慢，由于進入門檻較低，導致行業陷于低端混戰的局面。其實，機床行業作為國家的基礎工業，是國家綜合實力的體現，近年來開始受到高度重視，市場潛力巨大。因為現代制造業的發展離不開先進的裝備制造業，而機床是裝備制造業不可或缺的加工工具。

新瑞的目標是做大做強裝備制造業，力爭成為全國機床工業第一品牌。目前，新瑞正抓住資源集聚整合的機遇，通過調整產品結構，研發像FMS系統這樣可以完全替代進口的高端產品，意圖避開價格戰，打開自己的特色市場。據悉，新瑞計劃在5年內投入10億元人民幣進行企業重組，其中大部分資金用于生產和工藝改造，力爭在3至5年內建成國內數控設備領域數一數二的核心品牌，將常州打造成中國一流的數控機床研發制造基地。