江苏新瑞的柔性制造系统
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作者: 江 宏
江苏新瑞机床(集团)有限公司(以下简称“新瑞”)坐落于江苏省常州市，是一家集产品设计、制造、销售和服务于一体的中高档数控机床专业生产企业，汇集了新瑞机械、宁夏长城、江苏多棱三大品牌的十大系列产品，是我国数控机床产品门类较为齐全的大型机床制造企业之一。新瑞在常州和银川分别建有两大研发、制造基地，依托强大的技术力量，致力于以高新技术和前沿技术为客户提供最佳解决方案。帮助客户提升传统产业。2008年，新瑞实现销售收入8亿元。
在2008年举办的CCMT国内机床展览会上，新瑞自主研发、达到国际领先水平的柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing System)系列产品成功推出，引起了业界的极大关注，并以“有自主创新、性能优良、质量可靠、造型美观、有良好的市场前景”而获得春燕奖。柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成的，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。FMS兼有加工制造和部分生产管理的双重功能，因此能综合地提高生产效益。截至目前，新瑞已生产出3套柔性制造系统，其中两套在自己的工厂使用，另外一套被一家著名汽车制造企业订购，用于发动机生产线。新瑞的目标是，将柔性制造系统作为今后公司的主要产品之一推向市场，促进中国机械制造行业技术水平的提升。
系统组成
通常，柔性制造系统按照成组的箱体类零件确定工艺过程，选择多功能卧式加工中心和立体仓库等自动化物流系统，由计算机进行控制，能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批量高效生产(即具有“柔性”)，并能及时改变产品以满足市场需求。一个简单的FMS系统可以由物料输送系统、自动堆垛机、存储系统和相应的数控加工中心(CNC)组成，其各部分的具体数量可根据实际生产量的需要灵活配置(参见图1)。需加工的物料，在物料输送接驳台、加工装备接驳台和存储货架三个物流节点之间，通过自动堆垛机的柔性化作业实现流转。
新瑞研发的柔性制造系统系列产品以FMS63为典型代表。FMS63由3台H63卧式加工中心和两个工件安装站组成；物流系统采用立体仓库(共3层货架)配备一台自动堆垛机，可存储、处理多达60个托盘，托盘上可装载大量的零件与夹具。零件一次装夹以后，FMS63可自动完成铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等多个工序，特别适合各类箱体、壳体多孔的中小批量加工。
物流系统作为FMS63柔性集成制造系统的重要组成部分，是新瑞与德马物流技术有限公司联合开发的。物流系统中的自动化立体仓库可实现柔性生产线所需加工工件的存储和搬运(上下料)，其主要硬件组成和性能指标如下：
1、货架系统：分为1排×20列×3层，共60个储存货位，货架总高6020毫米；
2、自动堆垛机：1台(1巷道)，具体参数详见表1，巷道有效宽度1500毫米，运行轨道总长33米；
3、专用托盘：尺寸630×630×150毫米，托盘最大堆高1450毫米(含托盘)。
除了上述硬件设备，信息控制系统是FMS系统的核心部分之一，决定了FMS系统能否正常运行及效率高低。控制软件能帮助监控和控制实时生产系统，进行柔性化的生产管理。基于PC的控制软件可帮助实现产品产出的最大化，同时有效监测所有生产活动。加工程序可通过以太网下载传到加工中心，所有的NC程序可以存储到中央控制系统的硬盘上，并由总控系统进行管理以取得最佳的结果。控制系统还备有刀具和工件的信息文件，系统动态进度表，外部交换工作台和刀具库管理以及远程机床状况监测等功能，同时也允许对通用夹具、零件数据和生产订单进行管理。
技术亮点
整套FMS63柔性制造系统是新瑞及其合作伙伴沈阳机床所、德马公司自主开发生产的，使这一高端数控机床产品成功实现了国产化。在FMS系统的研发过程中，新瑞从用户的角度出发，特别关注生产效率、控制精度和产品质量这三个关键因素。经过不断研究摸索，新瑞FMS系统在以下几个方面取得了较大的突破与创新：
一是采用自动堆垛机实现了生产的高柔性化以及与生产系统的无缝连接。自动堆垛机作为FMS系统的中间环节，维系着物料输送系统、CNC加工单元和存储料架三个管理节点的正常操作。此外，普通堆垛机的停准误差为±3mm，而柔性制造系统中的堆垛机对定位精度的要求更高。新瑞FMS系统中的自动堆垛机是德马公司专门为其开发生产的，最终实现了行走定位误差仅为±1mm，在国内处于先进水平。
二是采用了RFID技术实现数据实时掌控。立体仓库的托盘上安装了RFID标签，堆垛机上安装了识读设备，借此实现对系统中所有物料的全程记录和跟踪。
三是管理软件有创新。考虑到普通工人的知识水平和实际需要，计算机管理系统的设计尽可能简化，以方便应用和维护。
流程规范
新瑞认为，制造企业引入FMS系统，可以使作业流程更加可控，管理更加规范化。其基本操作流程如下：
由生产调度人员根据机床的加工能力形成产品生产计划单，其中包括加工生产的数量、原材料的品种和数量。如果需要加工的毛坯原料已存储在料架上，自动堆垛机直接从料架上取出后送入CNC加工单元；否则，需要及时向FMS系统补料。
一个生产计划对应一台CNC加工中心，经过一台CNC加工中心加工的工件作为该加工单元的成品入库。在异常情况(如设备故障)发生后，把该加工中心正在作业的生产任务中断，将已加工的半成品退出，管理系统查询其他能够完成这个任务的设备的状态：如果设备状态忙，则把该工件自动转入储存货位存储；如有相同加工设备空闲，则把该半成品转入到空闲的加工位继续加工。
为了缩短CNC加工设备因更换加工工件的闲置时间，可以在加工中心接驳台设置工件等待工位。在CNC加工中心完成一个工件加工并将加工完毕的工件送出的同时，送入下一个待加工工件。
市场前景
通过近一年的实践，新瑞采用FMS系统的价值主要体现在：系统能按照装配作业配套的需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量与相应的流动资金占用量，缩短生产周期；提高设备利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力。在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”；提高产品质量的恒定性。
据悉，FMS系统在发达国家已有较多应用，它已成为自动化工厂的重要组成模块。而且，FMS的应用范围正在不断扩大，涵盖毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等诸多方面。可以说，柔性制造系统的发展空间巨大，市场前景广阔。
新瑞认为，与现在常用的机器人搬运系统、AGV等物流装备技术一样，自动堆垛机作为高柔性化的物流装备在FMS系统中的应用同样有很好的市场前景。据悉，新瑞研发FMS系统的构想始于2005年。2007年形成了产品，进入系统调试阶段；2008年新瑞在常州建起的新工厂和宁夏长城工厂各引入了一套FMS系统。当时，新瑞正在规划建设新工厂，面对高端数控机床生产管理异常复杂、专业人才紧缺的状况，想通过引入高效的物流系统尽可能提高生产的自动化程度，从而提高生产效率，减轻操作人员的劳动强度。除了满足自身需要外，新瑞计划待FMS柔性制造系统应用成熟后，将其作为整体产品销售，逐步向汽车、军工等行业推广，使之成为企业的新的经济增长点。
据新瑞公司介绍，目前，国外自动化工厂单元化、模块化的发展趋势明显，以便于迅速复制。而这也正是新瑞FMS柔性制造系统先进性的体现：既可以压缩投资规模，控制风险；又可以满足多批量、小规模生产，柔性化高，便于更新。
可以说，对技术和市场的深入了解与把握正是新瑞看好FMS柔性制造系统的根本原因。
传统观念认为，机械行业属于劳动密集型产业，管理、技术比较落后，自动化程度低，工人的劳动强度大，生产环境恶劣，产品质量很难保证。国内工厂通常没有专门的物流管理，没有采用自动化立体仓库，物料存储占用较大空间，造成空间浪费，一般采用普通搬运小车或者吊车实现简易的物料搬运，整个生产效率不高。如今，随着生产控制系统、计算机软件与硬件水平的提高，采用自动化控制和先进的物流技术设备，可以实现整个生产系统的模块化管理，不仅解决了现有的仓库管理混乱和库存不足的问题。而且生产效率得以大幅提高，今后还可以借助RFID技术实现对每一步加工的追溯管理，实现产品的在线检测，使产品质量控制更为严格。同时，企业生产能力的可扩展性也大大提高，只要事先做好系统接口，今后随着生产的需要添加机床即可，消除了场地制约的瓶颈。
另外，长期以来，我国机床行业发展比较缓慢，由于进入门槛较低，导致行业陷于低端混战的局面。其实，机床行业作为国家的基础工业，是国家综合实力的体现，近年来开始受到高度重视，市场潜力巨大。因为现代制造业的发展离不开先进的装备制造业，而机床是装备制造业不可或缺的加工工具。
新瑞的目标是做大做强装备制造业，力争成为全国机床工业第一品牌。目前，新瑞正抓住资源集聚整合的机遇，通过调整产品结构，研发像FMS系统这样可以完全替代进口的高端产品，意图避开价格战，打开自己的特色市场。据悉，新瑞计划在5年内投入10亿元人民币进行企业重组，其中大部分资金用于生产和工艺改造，力争在3至5年内建成国内数控设备领域数一数二的核心品牌，将常州打造成中国一流的数控机床研发制造基地。
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