融入生產(chǎn)之中

蔡司集團(tuán)

融入生產(chǎn)之中

蔡司集團(tuán)

振動(dòng)會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)并施加很大的應(yīng)力，最終會(huì)導(dǎo)致爆炸。彈性聯(lián)軸器可以使動(dòng)力傳輸無振動(dòng)，這是針對(duì)所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)的，特別是針對(duì)船舶上發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用。因此制造商VULKAN生產(chǎn)的聯(lián)軸器和齒輪系統(tǒng)的型號(hào)和品種也是相應(yīng)地多樣化發(fā)展。考慮到需要優(yōu)化其生產(chǎn)工藝流程時(shí)，他們邁出的第一步就是使用數(shù)字化設(shè)備掃描檢測超過40個(gè)品種的產(chǎn)品組件。ZEISS T-SCAN CS手持式激光掃描儀作為快速精確的解決方案被選入使用。

現(xiàn)在正是14號(hào)甲板上的午休時(shí)間。雖然船上有近1000名乘客在陽光下休閑，但是在他們的甲板下面，船上九米的螺旋槳卻一直在水中旋轉(zhuǎn)。巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)使這艘郵輪以20節(jié)的速度加速航行，而幾乎沒有任何聲音。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄驅(qū)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致不平衡扭矩從而發(fā)生危險(xiǎn)。不平衡扭矩會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，并將振動(dòng)傳遞到齒輪單元和螺旋槳。這些振動(dòng)會(huì)彼此影響而加劇振幅，并導(dǎo)致強(qiáng)大破壞力，最終可能使曲軸斷裂。不管是游船、油輪還是集裝箱船，發(fā)動(dòng)機(jī)在公海上出現(xiàn)故障就可能具有致命的危險(xiǎn)。VULKAN生產(chǎn)的高彈性聯(lián)軸器就是為了防止這樣的災(zāi)難發(fā)生。

位于Herne（德國）的公司總部，整個(gè)部門都投入到扭力振動(dòng)的計(jì)算中。現(xiàn)在所有的員工都在公司新建的玻璃幕墻大樓里進(jìn)行工作，員工們?yōu)槊克掖兄坪线m的設(shè)計(jì)方案。所有的聯(lián)軸器都包含一個(gè)金屬橡膠組合。這些組件可以抑制振動(dòng)，還可以在發(fā)動(dòng)機(jī)和齒輪單元之間進(jìn)行軸向和徑向移動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，船舶的特定設(shè)計(jì)和要求決定需要大量的橡膠混合物用于硫化。

可靠產(chǎn)品的快速流程

高彈性RATO S聯(lián)軸器的上一代型號(hào)是30年前該公司產(chǎn)品組合的一部分。現(xiàn)在這些聯(lián)軸器是VULKAN公司最暢銷的產(chǎn)品系列之一。但是，在過去幾年中生產(chǎn)成本已經(jīng)提高了很多。這就是為什么該公司要制定一項(xiàng)優(yōu)化工藝流程的計(jì)劃，并交給Andreas Ladwig作為他的碩士論文的一部分的原因。這位公司以前的實(shí)習(xí)生作為一名全職的初級(jí)精益生產(chǎn)主管在較短時(shí)間內(nèi)完成了這個(gè)項(xiàng)目。Ladwig將RATO S產(chǎn)品系列作為他的工藝優(yōu)化方案的重點(diǎn)。這類聯(lián)軸器一般包括四個(gè)不同的部分，最后組裝成一種圓盤。四個(gè)部分都包含兩種鑄件，它們用橡膠接合在一起，來達(dá)到所需聯(lián)軸器的彈性要求。存在的問題是：在實(shí)際情況下，技術(shù)圖紙和實(shí)際鑄件并不總是能夠做到100%的對(duì)應(yīng)。其結(jié)果會(huì)經(jīng)常導(dǎo)致次品的出現(xiàn)，并且員工需要投入更多的時(shí)間進(jìn)行重新加工。Ladwig認(rèn)為需要檢查RATO S系列產(chǎn)品的所有硫化工具，并根據(jù)需要對(duì)它們進(jìn)行修改。這些工具確保金屬零件在硫化機(jī)的規(guī)定位置上。因?yàn)閷㈣T件和橡膠通過壓力和熱量結(jié)合在一起的化學(xué)過程，每個(gè)工件需要八個(gè)小時(shí)，因此出現(xiàn)次品是特別昂貴的事情。

對(duì)40個(gè)產(chǎn)品型號(hào)進(jìn)行數(shù)字化改造優(yōu)化過程的核心部分是評(píng)價(jià)硫化工具和鑄件。后者由子公司和供應(yīng)商完成，然后在VULKAN做進(jìn)一步處理。Ladwig解釋說：“我們的RATOS系列產(chǎn)品有40個(gè)型號(hào)和規(guī)格。使用滑規(guī)捕獲這些產(chǎn)品的幾何形狀需要我們幾年的時(shí)間。”因此公司正在尋找一種更快、更準(zhǔn)確的方法。測量實(shí)驗(yàn)室在另外一個(gè)大廳里，并且已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，硫化工具太重，將其搬運(yùn)到測量實(shí)驗(yàn)室非常不容易。Ladwig一位屬于工藝優(yōu)化部門的同事提出了一個(gè)建議：他在一個(gè)內(nèi)部交易會(huì)上看到一款3D測量技術(shù)的激光掃描儀。他的提議使得Ladwig很好奇，他正是需要那種能夠使鑄件和工具數(shù)字化、并且能夠使它們的實(shí)際狀況與現(xiàn)有的技術(shù)圖紙準(zhǔn)確一致的裝置。之后他和他的同事對(duì)多臺(tái)激光掃描儀進(jìn)行了測試，最終他們更加偏愛他的同事最初建議的設(shè)備：ZEISS的T-SCAN CS激光掃描儀。“有了這臺(tái)設(shè)備，可以快速完成掃描并且可以保證獲得完整的數(shù)據(jù)，”Ladwig說。手動(dòng)測量設(shè)備還有另外的好處：因其是可移動(dòng)的，而且比他和他的同事測試過其他產(chǎn)品更穩(wěn)固，因而最終打動(dòng)了工程師。一開始他們決定先租幾個(gè)月激光掃描儀進(jìn)行試用，以便確定該設(shè)備是否是最合適的選擇。

全部實(shí)時(shí)顯示

“速度和極高的精度從一開始就打動(dòng)了我，”在硫化部門工作的員工Ralf Redecker說。他是在VULKAN使用激光掃描儀執(zhí)行數(shù)字化任務(wù)的員工。經(jīng)過為期兩天的培訓(xùn)課程，他自己已經(jīng)可以捕獲第一個(gè)硫化工具：“我是訓(xùn)練有素的畫家和漆匠。我對(duì)我自己手的動(dòng)作掌控游刃有余。”他確實(shí)如此輕松地指揮ZEISS T-SCAN CS在工件表面上移動(dòng)，就如同他在若無其事地?fù)]動(dòng)著畫筆一樣。現(xiàn)在Redecker還幾乎不需要測量設(shè)備提供聲音和光學(xué)顯示。當(dāng)紅色激光束擊中表面上的綠色光點(diǎn)時(shí)，該設(shè)備與工件的距離處于最佳狀態(tài)，并且每秒的捕獲次數(shù)高達(dá)330次。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，激光儀以點(diǎn)云的形式捕獲工件的形狀，每秒達(dá)210,000個(gè)點(diǎn)。ZEISS colin3D數(shù)據(jù)捕獲軟件根據(jù)這些點(diǎn)去生成工件的3D模型。在實(shí)時(shí)掃描過程中，3D模型逐漸顯示在監(jiān)控器上。因此，Redecker可以準(zhǔn)確地看到他掃描過的部位并且可以無任何間隙地對(duì)工件進(jìn)行數(shù)字化處理。這位漆匠直接在生產(chǎn)車間進(jìn)行測量，離硫化機(jī)不遠(yuǎn)。他將RATO S聯(lián)軸器部件放在一個(gè)臺(tái)鉗上。然后在現(xiàn)場測量這些重達(dá)5噸的工具。除了手動(dòng)激光儀和運(yùn)行數(shù)據(jù)捕獲軟件的計(jì)算機(jī)，該系統(tǒng)的第三個(gè)部分是一個(gè)光學(xué)跟蹤儀。ZEISS T-TRACK CS+放在一個(gè)離工件兩米遠(yuǎn)的支架上，通過使用集成的紅外跟蹤儀記錄激光掃描儀的運(yùn)動(dòng)。這是相機(jī)通過一個(gè)虛擬的坐標(biāo)系統(tǒng)中的激光掃描儀記錄捕獲到的點(diǎn)的方法。這個(gè)原理允許操作者在不使用參考點(diǎn)的情況下，可以在室內(nèi)的任何位置執(zhí)行測量，只要操作者位于光學(xué)跟蹤儀的范圍之內(nèi)即可。

這一效果立竿見影

在幾周之后，Redecker已經(jīng)使用激光掃描儀完成了對(duì)多個(gè)工具和首批鑄件的數(shù)字化。當(dāng)他在硫化部門捕獲數(shù)據(jù)時(shí)，Ladwig則負(fù)責(zé)進(jìn)行評(píng)估。他接受了一次有關(guān)如何使用ZEISS的INSPECTplus檢測軟件的培訓(xùn)課程。 掃描和CAD模型是否對(duì)應(yīng)，如果對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)程度如何等都可以通過程序可視化顯示出來。它也可以顯示掃描數(shù)據(jù)與理論工件之間的偏差。在這個(gè)標(biāo)稱/實(shí)際比較中，紅的區(qū)域表明材料過多，藍(lán)色區(qū)域則表示材料太少。按照這位機(jī)械工程師說法，操作該軟件并不復(fù)雜：“該軟件的工作就像一個(gè)稍加修改的CAD程序。你會(huì)立即看到結(jié)果。”在ZEISS T-SCAN CS租賃期即將結(jié)束的時(shí)候，他們做出了購買該設(shè)備的決定。優(yōu)化工作繼續(xù)向前推進(jìn)：Ladwig和他的同事將CAD模型與掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，然后對(duì)“舊”的CAD模型進(jìn)行了修改。鑄件供應(yīng)商給他們送來了新的圖紙和CAD模型，作為模具制作的一個(gè)模板他們一直使用至今。他們將“新”鑄件通過激光掃描對(duì)初始樣品進(jìn)行測試。該方法也仍在使用：Redecker對(duì)初始樣品進(jìn)行掃描，Ladwig使用ZEISS INSPECTplus軟件創(chuàng)建檢測報(bào)告。有了這個(gè)軟件，供應(yīng)商可以立即知道鑄件與標(biāo)稱幾何尺寸的對(duì)應(yīng)程度。“速度快得令人難以置信，”Ladwig說。“如果Ralf在早晨進(jìn)行掃描，我有時(shí)間在下午進(jìn)行分析，那么我們就可以在一個(gè)工作日內(nèi)完成該組件的初始樣本測試。而在過去這個(gè)過程我們需要幾周的時(shí)間。”

極少次品

在40多種RATO S系列產(chǎn)品的初始樣品測試接近完成的時(shí)候，對(duì)硫化工具的數(shù)字化和改造工作早已完成。成功的工藝優(yōu)化已經(jīng)開始大顯身手：聯(lián)軸器零部件的次品數(shù)量以及返工所需的時(shí)間和精力都大大的減少。過去，在優(yōu)化和返工之前，為了使尺寸正確，工作人員必須重新安裝鑄件。現(xiàn)在，VULKAN完全省略了這一步。Ladwig自豪地宣布說，“我們已經(jīng)使產(chǎn)品系列的零部件進(jìn)入了生產(chǎn)環(huán)節(jié)。”但對(duì)于他和他的同事Redecker以及他們的激光掃描儀來說工作才剛剛開始，因?yàn)檫@僅僅是RATO S的開始。產(chǎn)品線和聯(lián)軸器的種類就像世界海洋船舶的種類一樣多。Ladwig其他部門的同事們也已經(jīng)開始對(duì)激光掃描儀的潛能顯示了極大的興趣。在不久的將來，針對(duì)ZEISS T-SCAN CS的操作，公司將對(duì)更多的員工進(jìn)行培訓(xùn)。

VULKAN集團(tuán)

該公司成立于1889，一直以家族式管理的VULKAN集團(tuán)已經(jīng)運(yùn)營有超過125年。今天，該公司擁有約1,200名員工，遍布全球20個(gè)不同的地點(diǎn)。VULKAN聯(lián)軸器是公司效益最好的三個(gè)部門之一。其重點(diǎn)是在航運(yùn)和發(fā)電系統(tǒng)中的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。挑戰(zhàn)：如果不使用阻尼聯(lián)軸器，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞傳動(dòng)軸。這就需要有一個(gè)由動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)、偏移補(bǔ)償和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)阻尼組成的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的產(chǎn)品。而該產(chǎn)品就是這個(gè)家族企業(yè)的核心競爭力之一。50多年來，VULKAN聯(lián)軸器已經(jīng)應(yīng)用到世界各地的各種類型的船舶上。

ZEISS T-SCAN CS 總結(jié)

在開發(fā)ZEISS T-SCAN CS激光掃描儀的時(shí)候，快速、直觀、精確就是ZEISS 3D掃描儀專注的重點(diǎn)。最后得到的是一個(gè)具有極高動(dòng)態(tài)的手動(dòng)設(shè)備，能夠僅通過一次性設(shè)置捕獲不同的顏色表面，數(shù)據(jù)速率每秒高達(dá)21萬個(gè)點(diǎn)。這表示在整個(gè)6.3立方米的測量范圍內(nèi)，測量的不確定性僅為0.1。設(shè)備的人性化設(shè)計(jì)，其約為一公斤的重量，也使操作者能夠毫不費(fèi)力地到達(dá)工件難以進(jìn)入的部位。手動(dòng)掃描儀通過ZEISS T-TRACK CS+光學(xué)跟蹤儀加以輔助。跟蹤儀在空間內(nèi)跟蹤激光儀的運(yùn)動(dòng)，記錄在虛擬坐標(biāo)系統(tǒng)中捕獲的點(diǎn)。這樣操作者可以在跟蹤儀的范圍內(nèi)任意選擇測量區(qū)域。ZEISS colin3D數(shù)據(jù)捕獲軟件使用捕獲的點(diǎn)云生成工件的3D模型。□