FMS少人化生产模式及整线效率提升

周 伟

（上海三菱电梯有限公司，上海 200245）

1 关键影响因素说明

在正常情况下，操作人员无需干涉FMS系统的加工过程。因此，只要有足够的工装夹具和加工零件，FMS系统在软硬件和数控系统上均符合少人或无人值守的生产条件。但是在实际生产过程中，有时仍然会出现意外的停机情况，因此如何应对意外停机是FMS系统实现少人化生产模式的关键。

1.1 刀具寿命耗尽

刀具寿命耗尽作为最容易引发停机的环节，在某些FMS系统软件（诸如意大利Mandelli机床公司的CswWin管理软件）设计时已经被考虑进去。软件界面上的无人化模式开关起着预测刀具寿命的作用。当无人化模式打开时，系统会预判每个即将进入设备的工件需要的刀具是否具有足够的寿命，并阻止无法加工完成的零件进入设备。另外，系统也有刀具信息筛选和运行模拟功能，使操作者有条件事先知晓有可能用尽寿命的刀具。

因为FMS系统长期坚持基于切削时间的刀具寿命管理，因此大部分批产零件均具有可预测的刀具寿命，具备实现无人生产的条件。对于部分负荷率极高的刀具，可以通过增加姐妹刀（Tool Sisters）的方式来保障生产的持续性。不过，现在大部分设备的刀库比较紧张，须控制增配姐妹刀的数量。

1.2 刀具破损状况

在加工过程中，刀具破损也是引发设备停机的潜在因素。对于大部分的小直径刀具，程序上均设置了断刀检测，而受硬件条件制约，大直径刀具和异形刀具不能进行检测。

FMS系统软件在无人模式下一旦检测到断刀，将会中断该零件的加工，将刀具设置为不可用。在此状态后，该设备会移出此零件，除了同型号零件和其他使用此刀具加工的零件以外，设备可以继续接收并加工其他零件。如果大直径刀具或小直径刀具的侧刃发生破损，设备可能无法察觉，因此在无人模式下必须警惕其可能会造成的零件批量报废。

1.3 尺寸测量报警

为保证零件上高精度加工特征尺寸的合格率，在无人化生产模式下，须尽量调用设备自身的探头进行自我检测。不过，探头自检也有增加加工时间和容易误报的弊端。一旦检测到尺寸问题，为保证零件质量，该设备只能无条件停机，在现有软硬件条件下并没有有效的技术手段能将设备自动恢复。

1.4 过载保护停机

由于刀具破损、零件毛坯或装夹的问题，机床数控轴可能会发生过载保护造成设备停机。在无人化生产模式下，过载状态同样无法自动恢复。

1.5 设备故障原因

机床机械系统的故障以及各种油、水、气供应不足均能导致停机，此类停机须有操作人员或专业人员恢复。某些机床容易出现某种特定故障，如果不加以改进，就不适合进行无人化模式生产。

2 合理选择生产模式

2.1 生产模式的选择

FMS系统对刀具异常状况的处理原则是，弃用问题刀具并调整计划以加工不涉及问题刀具的零件。因此，为最大限度保持无人值守模式的出产量，每台参与生产的设备应安排加工两种或以上零件，如此可保证该设备不会因为某个刀具个体出现问题而陷入无零件可加工的状况。

从保障某种零件产出的角度考虑，要尽量安排同一组FMS线内有两台或以上的设备具有该零件的加工能力（主要指的是刀具配置），以避免因为某台设备出现刀具异常，导致整个班次没有该零件的产出。

综合以上两点，对于现有的FMS系统而言，互相穿插、一机多能的混合生产模式相比指定设备、指定零件的专机型生产模式，更加适用于少人化生产。

此外，对于台面配置和工件装卸，混合生产模式也有一定优势。目前，车间FMS系统现行的工作模式就是混合生产，因此从有人班次到无人班次的转换不需要特别关注，台面配置也不需要额外修改。

2.2 加工零件的选择

加工时，建议尽量选择工艺稳定、精度要求较低的零件。如果高精度零件出现超差报警，该设备会一直保持停机，无人生产效率会大打折扣。因此，高精度零件的生产应该尽量向有人值守的生产班次倾斜。试制中、小批量生产和外协毛坯工艺有变化时，过载的可能性比较高，对应零件不适合采用无人化生产模式。

2.3 试点设备的选择

对于个别机械系统有长期故障的加工设备，考虑能耗和安全性，不建议投入无人化生产模式。如果该设备的台面交换系统有频发故障的现象，有可能会造成整线的停机。建议无人化生产模式开始前，将此类设备进行液压关断是最好的选择，与其共线的其他设备将不受影响。

根据上述三个原则，对于调度柔性比较大的FMS系统，混合生产是推进全面的少人化或无人化生产模式效果最好且代价最小的方式。因此，建议不要以零件的分门别类作为推进的步骤，而以人员安排作为切入点。在一定的磨合期内，可以在正常有人值守的班次安排一组设备进入准无人化生产，零件的装卸由相邻班次完成，其他线上的人员只需定时观察该生产线是否有异常即可。

3 结论

本项目FMS少人化生产模式及整线效率提升的终期成果，偏重于从FMS系统的生产组织手段和工艺技术手段的研究。将这两个研究侧重点有机结合，人们可以初步确立一个车间实现少人化生产模式的必要条件，从而指导规范车间应用少人化生产模式的基本原则。结合金工车间FMS产线的实际生产情况，从生产组织和工艺技术两个角度，制订以下若干实施少人化生产模式的应用条件和指导规范。