為中國2025打造柔性自動化生產線——CCMT2016展品評述

中捷機床有限公司　鄒 月

為中國2025打造柔性自動化生產線——CCMT2016展品評述

中捷機床有限公司鄒 月

2015年5月19日，國務院正式印發了《中國制造2025》。這是黨中央、國務院總攬國際國內發展大勢，站在增強我國綜合國力、提升國際競爭力、保障國家安全的戰略高度做出的重大戰略部署，其核心是加快推進制造業創新發展、提質增效，實現從制造大國向制造強國轉變。

《中國制造2025》提出，堅持“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優先、人才為本”的基本方針，堅持“市場主導、政府引導，立足當前、著眼長遠，整體推進、重點突破，自主發展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實現制造強國的戰略目標。而此次在上海新國際博覽會中心舉辦的第九屆中國數控機床展覽會（CCMT2016）上，很多機床廠家也是圍繞這一發展趨勢，推出了新的產品來迎合當今的國內市場。

本屆展會的主題是“新環境、新格局、新作為”，意在新經濟環境下，以積極主動之精神，探索尋求發展之路，實現新作為，再創新輝煌。

此次展會展出較多的便是智能化柔性加工單元和生產線，不論是德國的EMAG還是日本的FANUC，或者是國內的知名機床廠家，都在為中國2025打造智能工廠做出一步步的創新和規劃。

一、國外典型柔性生產線廠家介紹

1.德國EMAG埃馬克

EMAG埃馬克此次展出的是TRACKMOTION自動化系統的齒輪生產線，可以說是整個德國展廳中最惹眼的一道亮點。整個生產線從加工到檢測都是由快速道化輸送系統和3臺機床的主軸自動抓取完成。工件的水平傳輸速度和垂直抓取速度分別達到 150m/min和25m/min。整線結構緊湊，具有很高的柔性和效率，適用于齒輪特別是汽車工業變速箱齒輪的批量生產。這是EMAG在亞洲市場的首次展出，這條自動化生產線提供了齒輪 （直徑200mm，最大模數4mm） 從毛坯-精車-滾齒加工的全套交鑰匙解決方案。生產線由2臺VL2倒立式車床、1臺VL4H立式滾齒機和集輸送帶、轉換器和翻轉器功能為一體的TRACKMOTION自動化系統組成。EMAG產品向來以高效、高穩定性、高精度而著稱，而質量的保障更是灌輸到每一位EMAG員工的精神意識當中。按照精益生產的理念，生產過程中對質量的檢驗與控制應該在每一道工序中進行，保證及時發現質量問題。如果在生產過程中發現質量問題，根據情況，可以立即停止生產，直至問題解決，決不讓一個環節的問題流向下一個環節。也正是因為這樣，EMAG這次展出的TRACKMOTION自動化生產線，在每一道工序完成后都會有一個探針進行測量，可以隨時檢測出工件的尺寸及合格率。

圖1　EMAG展出的生產線

圖2　VL2倒立式車床

圖3　VL4H立式滾齒機

圖4　探針檢測工件尺寸

2.日本FANUC發那科

此次FANUC展出的是智能機器人模型裝配生產線，此生產線秉承了FANUC一貫的顏色，依舊將黃色作為他們的主打色彩，總是讓參觀人員眼前一亮。

從圖5中可以看出，整個生產線從取料——送料——安裝都是由機器人完成。下面詳細介紹一下整個生產線的具體生產過程及機器人的作用和運動方式。

圖5　FANUC展出的機器人模型生產線

圖6　儲存機器人模型零件的貨架

圖7　運送機器人模型零件的機器人

圖7主要展示的是機器人輸送零件的過程，在機器人的下方是用來橫向行走的軌道，兩軌道中間用帶有花紋式的不銹鋼板將其蓋住，以方便工人在安裝維修時踩踏。在軌道側方有拖鏈連接至機器人，以便電線和液壓管路隨著機器人一起走動。

圖8　機器人正在從擺放雜亂無章的零件中取件

圖9　FANUC LR Mate 200iD 機器人正在進行裝配

圖10　FANUC LR Mate 200iD機器人正在進行零件擺放

圖8主要展示的是機器人的取件過程。此機器人具有緊湊的結構和優越的動作性能，利用整體視覺系統，識別散亂堆放的零部件并快速精準地取出，從而完成高速拾取功能的作業；即便在被加工件出現裝配位置錯位的情況下，也能校正后精準作業。

圖9和圖10主要展示的是FANUC LR Mate 200iD 機器人的工作狀態。該機器人是最新型多功能6軸小型機器人，本體輕量化至25kg，手腕部位最大負載提高至7kg；通過展示其高速高負載的運動特性，推動其在IT行業內的應用拓展。對于機器人上下料系統，機器人對無定位工件的自動柔性搬運系統的工作原理，就是利用高清晰攝像頭（vision系統）實現對無定位工件的準確位置判斷。在機器人收到信號后，機器人裝上為工件定制的專用手爪可靠地抓取工件，在與機床進行通訊得到上料請求后，最終完成機床的上下料。通過2D照相機來檢出、取出，再通過3D立體傳感器校正工件偏差，并利用一體機電腦實時顯示視覺拍攝圖像。

FANUC iR Vision 2DV視覺系統主要是通過視覺系統軟件設置，建立視覺畫面上的點位與機器人位置相對應關系。對工件進行視覺成像，與已標定的工件進行比較，得出偏差值，即機器人抓放位置的補償值，實現機器人自動抓放。加工工件只需放置于上下料滑臺無定位裝置的托盤上，待加工工件可以在托盤上移動±2cm以及旋轉±30°。

3D視覺定位技術解決了定位面有偏差的工件上料位置變化問題。由于加工工件為毛坯件，機器人抓取工件后，上料的定位孔位置會發生變化，甚至工件上料時的平面度也有變化。2DV是通過攝像頭計算平面變化量，3DL是通過攝像頭和激光綜合計算空間變化量，實際上是2DV與激光技術的綜合應用。該技術的應用大大增加了系統設計的可行性，尤其是在遇到定位面有偏差的工件設計時。使用機器人服務加工中心組成柔性加工生產線的自動化方式逐步得到廣泛采用，從而在提高生產效率、減少人工成本、保障作業安全、提高生產品質等方面起到了顯著作用。視覺系統，識別散亂堆放的零件并快速精準地取出。

圖11　FANUC機器人工作進度顯示屏

FANUC為打造更可靠性機器人做了一次又一次的努力，在2015年的FANUC座談會中，東京大學的石川教授和早稻田大學的菅野教授詳細地講述了未來FANUC機器人發展狀態：

（1）從零停機時間的觀點來看，機器人無論出現什么情況也不應停止運動，但今天看到的機器人在使用視覺傳感器時一定會停下來。如果能夠使用適配機器人運動狀態下的高速視覺傳感器，那么即使機器人不停下來也能完成檢測，而且由于反饋也是在通用高速下完成的，因此在這個時間間隔內還能進行所有的控制。今天看到在三維測量時的圖案投影也有些慢。我們幾年前就注意到這一點，正在研究僅需1ms，視覺傳感也僅需1ms，高精度的三維形狀測量就能在一至數毫秒的時間內完成。

（2）現在許多企業開始考慮安全性及協同作業的問題。為了讓日本的機器人領先世界一步，需要研發出即使接觸、碰撞也能繼續工作的機器人。在這種情況下，罩板的材料、執行機構和傳感器等所有的技術都必須進入新的開發階段。今年展示的區域傳感器在環境方面的應用特點是：人員走近且要進入該區域時機器人就會停機，因此不需要護欄，如果能改變機器人周圍的環境，考慮視覺等方面的傳感器，人與機器人工作場所的建立方法和設計理論等，或許機器人與人能夠更加接近地協同工作。

3.日本YAMAZEN山善

本次CCMT中，山善集團攜手22家廠家聯合出展，并為來場客戶帶來了由山善集團自主研發改裝的整套自動化聯動模擬流水線。整套生產線是由2臺兄弟S500，安川機械手，瀧澤TCN-2100組成的一條在現場進行實際加工的成品流水線。其中兄弟2臺S500Z1機床間運用了由山善集團自主研發的工件自動轉向駁接技術。該短接半自動化裝置可以將放在Z軸的工件，由小機械手自動夾起轉向后放入傳送帶，在設備完成加工后再將加工完的工件夾起放入傳送帶從而達到無時間及距離損失的最短加工路徑。同時改傳輸加轉向設備可以駁接多臺設備。

圖12　2臺兄弟S500和瀧澤TCN-2100

①搬送裝置：防塵、防水，適用于高速加工。

②放置裝置：可定角度旋轉。

③工件放置臺與機床設備無縫連接，安全穩定。

山善集團研發的本套轉向駁接技術不單單可以運用在單個設備上，也可連接運用于多臺設備間。本套改造方案致力于為各位客戶構筑高品質、低成本的“柔性生產線”。本套改造方案能廣泛適用，同時在整套短接自動化設備的性能上都有很大的提升，在變種變量生產中也可靈活對應。

山善集團自身并不是做設備的，而是做設備代理的，換句話說就是一個代理商。但是這位代理商不單單是把每個設備隨意地賣給客戶，而是根據客戶的需求，將所有他們代理的設備進行了組合安裝。就拿這次展會上的生產線來說，總共有三臺主要設備，兩臺兄弟S500，1臺瀧澤TCN-2100，這兩家的設備系統并不是一致的，而為了滿足客戶，山善電氣設計人員將兩種不一樣的系統進行了連接，使客戶在使用時，只有一種系統在執行。而兩種機床的連接方式，是使用工件自動轉向駁接技術，這是由山善機械設計人員完成的結構上的改變，而傳送帶也是代理的日本另一家設備。整個生產線就是通過山善自己的設計團隊完成，完全得到了客戶的認可和好評。同時，山善擁有自己的售前、售后服務人員，服務質量甚至超過了所代理產品廠家的服務質量，使客戶省去了為某一臺設備出了故障而去找原設備生產廠家所帶來的不必要麻煩。這種商業模式可以說是銷售模式，是每一個企業應當借鑒和揣摩的。

二、國內典型柔性生產線廠家介紹

4.北一機床

面對當前“新環境、新格局、新作為”的機床工具行業發展和行業市場的時代特征，北一機床著眼“制造智能化”，為用戶提供“數字化工廠”，全面展示公司在智能化制造領域的探索成果。在此次展會上，北一根據企業的理解與實踐，通過“數字化工廠”將全面展現“智能化生產調度”與“全自動物流系統”的理念，通過立式加工中心組和RV減速器偏心軸試件加工機床組，以及MAR-500H臥式加工中心和XKR40雙擺轉臺五軸加工中心的組合來詮釋北一打造“數字化車間”的理念與實力。

立式加工中心組主要包括XHAE788精密立式加工中心與MXR-460V立式加工中心，憑借機器人智能抓取和AGV小車自動巡航運輸，完成機床與工裝庫/刀具庫/工件庫間的自動化智能交互。

此生產線能有效解決自動化單元的工件裝夾和產品快速換型問題，通過模塊化的方式有效解決車間生產的標準化。同時，用戶在小終端通過簡單的操作，可以進行合理安排，實現機床生產數據的管理，進行生產資源調配。

RV減速器偏心軸試件加工機床組主要由LBR-370數控車床與B2-K1026型隨動式數控偏心軸磨床組成，此條生產線選取了用在工業機器人減速機上的一個關鍵零件——RV減速器偏心軸作為實切零件，先利用LBR-370數控車床進行車削工序，然后再轉到B2-K1026隨動式RV減速器偏心軸磨床進行磨的工序。生產線上的2臺機床由機器人銜接，負責工件的抓取、上料，連貫完成偏心軸零件的自動轉換工序和車、磨加工，實現由計算機控制的自動化生產。

MAR-500H臥式加工中心采用精密坐標鏜床式T型整體式床身，通過有限元分析方法設計的鑄鐵厚壁床身，床身三點支撐定位保證機床穩定可靠。主軸采用日本原裝內藏式大功率高速度電主軸，可以保證主軸結構更加簡單可靠，同時大大降低運轉噪音。主軸前軸承采用一個高精度雙列圓柱滾動軸承和兩個成組高精度止推球軸承，可承受強力切削、重力切削的傳統布局。安裝BT50刀柄，主軸功率20/15kW（10分鐘/連續），最大扭矩可達466N m。

MAR-500H臥式加工中心廣泛用于汽車制造、機床制造、發電動力機械、磨具等機械加工行業的應用，高速可靠的完成中小型箱體、閥體及各種復雜加工中的鉆、銑、鏜、攻絲等工作。

XKR40雙擺轉臺五軸加工中心主要用于各種燃機、壓氣機葉輪和小型模具、特型箱體等形狀復雜的零件高效五軸加工，是航空、航天、汽車、模具等行業必不可少的設備。這種機床是目前用途最廣、技術最先進的五軸聯動機床。

以上所有加工組、機床、機器人、AGV小車均實現信息集成，同時通過網絡可實現機床加工、上下料及物料運輸的自動化管理與調度。用戶可以通過一個大顯示屏實時觀看整個“數字化工廠”的運行狀況。

5.華中數控

此次展會華中數控展出的是手機殼自動生產線，如下圖所示：

圖13　3C加工智能工廠展示

此生產線分為幾個單元：

（1）1拖4CNC加工單元

設備由1臺機器人實現對4臺CNC加工上下料，前面兩個機臺加工產品的正面工序，然后機器人夾手把正面加工好的成品取出后通過機器人夾手再自動削面放到后面2臺CNC機臺進行反面工序的加工。加工完成后，放回輸送線上的料盤內。

（2） 數字化體倉庫

由立體倉庫和倉庫機器人組成，一共33個倉位分3層。倉庫每個倉位都有自感應器，用于檢測倉位是否有料盤，倉庫機器人沿導軌運動，從倉庫內取放料盤。此數字化立體倉庫整合了機器人上下料、機器人夾具以及機器人自動化線上的整體控制，以達到自動上下料目的，可以調整各項參數，帶有記憶功能，且有故障警示以及系統參數顯示功能。

（3） 基于RFID的數字化自動流水線

數字化自動流水線由坯料輸送線、成品輸送線、RFID系統、擋料機構、頂升機構、料盤轉移機構等部分組成，保障鉆攻中心、清洗機、視覺檢測等物料流通的需求。使用RFID系統在線實時跟蹤物料信息，實現物料的定點投送及混流生產。

（4）超聲波清洗機

機器人把CNC加工單元加工好的成品放入清洗機內部工裝板上，清洗機把工件下沉、蓋子合上后，清洗機啟動清洗程序開始對工件進行表面油污和切削清洗、吹干，為下一道工序或檢測做好準備。

（5） 自動檢測單元

機器人把加工好的成品放入三坐標工作臺的冶具上，三坐標收到有料信號后，起動三坐標測量機對工件進行形位公差的檢驗和測量，判斷該工件的誤差是不是在公差范圍之內，再把測量出來的數據傳輸到總控系統的數據庫內。

（6）AGV小車

AGV小車作為物料運輸的載體，可通過長距離投料和收料，實現物料的有效配送和成品收回。在控制系統的統一指揮下，組成一個柔性化的自動搬運。用無線網絡通信系統來實現AGV車的調度與生產物料系統（MES）。

目前，智能手機已進入市場普及階段，市場競爭焦點也已從內部性能創新轉移到外觀設計創新，最明顯的體現是“核”戰升級步伐有所減慢，而金屬外殼的設計則逐漸成為外觀創新的一個重要的發展方向。從3C行業的發展趨勢來看，外觀革新的首要途徑是機殼的金屬化。相對于平板及筆電等終端設備，手機中的金屬機殼比例還比較低，隨著無線通信屏蔽問題的逐漸解決，未來金屬機殼在手機中的應用將具更大的潛力與空間。

華中數控敏銳地撲捉到3C行業加工市場發展動態，利用其自主開發的高速、高精度、高可靠的H8系列數控系統優勢，通過與珠三角地區鉆工中心裝備制造商的密切合作，成功打入前景廣闊的東莞3C市場。3C行業用戶對手機金屬機殼加工的要求在于獲得加工表面高光潔度和精度，需要機床連續運轉不停機，對機床的可靠性要求極高，最關鍵的是高速通過拐角又不能產生振動。華中數控針對用戶這一特定需求，派出工程技術人員來到用戶加工現場，與用戶一起聯合攻關，經過反復測試，不斷優化加工軟件算法，同時配合華中數控最新研發的LDD伺服電機，加減速性能提高了1.5倍，最高轉速達到4500r/min，一舉攻克了3C加工技術上的難點，獲得用戶對國產數控系統的高度信任。

6.大連機床

大連機床此次展出的是DZHX001臥式加工中心生產線，這條生產線也是長安汽車發動機缸蓋柔性生產線的一部分，能實現多品種缸蓋零件的混流輪番生產，完成汽車發動機缸蓋從毛胚到成品包括粗、精加工在內的全部加工內容，高精度、高效率、高柔性，智能化與自動控制相結合。生產線加工設備為高速、精密臥式加工中心單元（HDL-50），工件輸送采用桁架機械手自動上下料，生產線年產汽車發動機缸蓋可達20萬件，生產節拍≤1.2分鐘，工序能力指數CPK值≥1.33，整線技術指標達到國際先進水平。

這段時間景花廠沒一個人提出辭工，工作都很投入。八十個人等米下鍋啊，王義山多次告催，說車間沒活干了，員工們閑著了。他的話像一根鞭子，抽在我和阿花的身上，我們馬不停蹄往外跑，為八十名員工打工。跑了老客戶，又找新客戶，丟了大客戶，撿起小客戶。阿花那張俏麗的臉是一張惹人注目的名片，無須開口，先給了人家幾份好感。我的技術也是一張漂亮的名片，給景花廠贏來了技術和質量上的口碑。人家有訂單呢，多少會分一點，沒訂單呢，人家只有聳聳肩。

圖14　DZHX001臥式加工中心生產線

圖15　正在加工的發動機缸蓋

HDL50主機：首次出展的新一代臥式三坐標加工中心單元，數控系統采用FANUC 31i系統，機床堅穩持久的剛性主結構，經由工程力學的反復仿真與優化，設計合理，結構穩定可靠，達到了剛性倍增而質量精簡的工程需求。三向進給系統采用了高速滾珠絲杠、大電機驅動等先進技術，配合高品質的直線滾動導軌的應用，使得本機床具有高速度、高效率、高精度的一流品質。該機床可廣泛適用于板類、盤類、箱體類、殼體類以及精密零件的加工，零件一次裝夾后可加工完成銑、鏜、鉆、擴、鉸、攻絲等多種工序，既適用于工序集中零件的多品種中小批量加工，又適于組成柔性加工自動線，用于各類機械零部件的大批量生產，尤其適用于汽車發動機行業。

圖16　桁架機械手自動上下料

在國際機床業巨星云集的背景下，大連機床代表中國機床的尖端力量，攜工業機器人、DMTG-a數控系統和系列化的設備、智能生產線、汽車行業專業設備、鉆攻中心、立臥式加工中心、車銑中心、數控機床等尖端技術精彩亮相，全面展示了其“智能化時代制造專家”時代風貌。

7.昆明機床

昆明機床此次展出的是FML800柔性制造單元，是昆明機床專為汽車領域用戶生產制造的。FML800智能制造單元以工作臺寬度為800mm的雙工位精密臥式加工中心KHA80/2為基礎，配以1臺自動傳輸線、20個工位的雙層立體倉儲庫和上、下料裝卸站組成的智能制造單元。

該智能制造單元系統由計算機實現自動控制，能對加工和運輸過程匯總所需各種信息自動采集、處理、反饋，并通過工業計算機或其他控制裝置（液壓、氣壓裝置等），對加工單元（機床）及傳輸設備（傳輸小車）實行分級控制的系統，完成對加工單元和物流系統的自動控制和作業協調，可實現主機不停機，并完成工件的裝夾及上、下料工序，滿足多品種、變批量精密箱體類、盤類、雜件類、模具類零件的加工。

該智能制造單元集高剛性、高速性、高效性于一身。機床獨特的設計可有效提高機床的整體剛度，確保機床的運動精度和強力切削性能；60m/min的快速移動速度（X、Y、Z）、1g（9.8m/s2）的加速度，配備雙托盤交換站，極大地提高了零件的生產效率，降低產品成本，并有效地提高批量零件的加工精度，可使用戶獲得較好的經濟效益。

三、柔性生產線未來發展趨勢

隨著科學技術的發展，人類社會對產品的功能與質量的要求越來越高，產品更新換代的周期越來越短，產品的復雜程度也隨之增高，傳統的大批量生產方式受到了挑戰。這種挑戰不僅對中小企業形成了威脅，而且也困擾著國有大中型企業。因為，在大批量生產方式中，柔性和生產率是相互矛盾的。眾所周知，只有品種單一、批量大、設備專用、工藝穩定、效率高，才能構成規模經濟效益；反之，多品種、小批量生產，設備的專用性低，在加工形式相似的情況下，頻繁地調整工夾具，工藝穩定難度增大，生產效率勢必受到影響。為了同時提高制造工業的柔性和生產效率，使之在保證產品質量的前提下，縮短產品生產周期，降低產品成本，最終使中小批量生產能與大批量生產抗衡，柔性自動化系統便應運而生。

未來競爭的核心不是商品也不是商家，而是消費者，只有滿足消費者的個性化需求才能留住消費者。今年年初，總理在政府工作報告中指出，努力改善產品和服務供給。鼓勵企業開展個性化定制、柔性化生產、培育精益求精的工匠精神，增品種、提品質、創品牌。

所謂“個性化定制，柔性化生產”，就是通過互聯網實行“預售”模式，在生產商品之前，企業先發布供應信息，接受消費者的個性化定制，接到客戶的訂單后，再安排生產加工。這對于企業和消費者來說，都是雙贏的模式。

個性化定制完全打破了庫存，是真正的消費者交了錢我們再生產，廠家根據消費者的需求來滿足，按需生產的。所以品牌運作成本遠遠降低，消費者可以用相對便宜的價格，買到物美價廉的商品。現在企業不僅實現了自身的成功轉型，還打造出一套柔性生產的整體解決方案。未來企業的目標是成為整體解決方案提供商，來幫助更多的中小企業實現轉型升級。□