自动化超越想象

        有了CNC
加工中心，你只需点击“循环开始”键，然后在后面站着就可以了。想象一下吧，假如整个加工车间都在以这种方式工作。 想象一下吧，当客户的几何图形一到达加工厂，一系列加工步骤立即开始运行，却根本无需人或只需少许人照管，而几个小时之后成品便能完工出厂。

        

        现在来谈谈Richard Sweat先生，他是拥有9名员工的加工厂的业主，这个加工厂每天加工和外运50～75个不同工件，工厂加工的每一个工件都像雪花一样独一无二，具有独特的3D几何形状，与任何车间将要加工的其他零件都不相同。任何工件都能在几何图形文件到厂后48小时内完成加工并送至客户手中，如果图形文件能在当天下午五点之前到厂，整个流程甚至能缩短到24小时。

        

        Southeastern Radiation Products公司 (简称SRP) 制造用于癌症治疗的“组织补偿件”。这些部件对于放射治疗仪的功用相当于过滤器或透镜。有了它们，医院对放射治疗仪的控制等级比以往大大提高。

        

        Sweat先生在放射治疗物理学领域工作了8年。他之所以转行成为机加工工厂的业主，是因为他在改良的扫描和制模技术方面看到了商机，该技术已开始被医院采用。现今的测量技术已经可以沿着周围健康骨骼和组织的精确位置和密度准确确定癌瘤的3D坐标。这些数据为放射头的金属配件的设计提供了可能，放射头利用金属厚度的变化改变放射的强度，产生与患者的生理情况相匹配的放射场。Sweat先生甚至为这种专用机器零件创造了一个商标，叫做“数字式加强型铝制补偿/强度调制器”，简称“十进”。

        

        如果想设计更为敏感的零部件将非常困难。急需治疗的患者正急等着该零部件，所以每张订单都无比紧急。并且几乎没有出差错的余地，因为加工的差错或两个订单标签的互相贴错都会给病人带来严重的后果。这些要求大大限制着这个行业的规模，因为要想得到更多订单，必需扩大规模，但这样却会引起太多的潜在误差或延长交货周期。简而言之，这个行业无法升级。或者更准确地说，只要工厂继续以合同型加工厂通常的工作方式运作，这个行业就无法升级。

        

        对于要提高销售额的公司，需要从员工现有的工作时间中赢取更多的价值。这就需要一个自动化流程把工件传送到车间，在这个过程中人员的涉入要尽可能大量减少。自动化加工已经不是挑战，卓有成效的CNC加工中心就能胜任。而取而代之的新的挑战是对必须在加工中心开始工作之前执行的信息任务进行流水作业。

         在补偿件成品的这个特写镜

头里，注意部件表面是如何

出现象素化的。这是一个医

院提供的粗略的数据矩阵的

效果。FDA的规则要求模型

与零件必须严格相对应，所

以同样的粗略矩阵也必须出

现在加工表面上.用CAM软件

复制这些颗粒，需要对软件

供应商施以特殊要求，该类

软件供应商专门为模具厂家

提供类似处理方案，包括将

这种颗粒混合起来软件要求.

        现今，流水线工艺已经被广泛采用。订单以电子邮件形式发送并被自动记录下来，然后自动打印出图纸。制模和编程功能的自动化程度已经如此之高，以致于在每项工作中CAD/CAM只花费5到10分钟的时间。货物一装船，电子邮件确认信和货物追踪号就会传送给客户，公司任何人无法关闭这个循环流程。这个系统接近于独立工厂的无人涉入系统，或者是最大可能的接近于无人涉入。

        

        此项流水作业的成功之所以值得研究，至少有两个原因。其中之一是它能为其它希望使自己的信息任务自动化的工厂提供了模型。

        

        但是更根本的是，SRP公司的例子告诉我们自动化的应用如此广泛。这家工厂设法使各种细小和“模糊”的工作自动化，而这些工作原本看起来似乎并不能被自动化。换句话说，这暗示着自动化能超越你的想象。

        

        今天，人员对工作流程涉入的减少，使得这个流程不仅可升级，而且可再生。Sweat先生正在设想在别处某地复制同样的工厂。事实上，他已经开始筹划启动该项计划。对于一个依赖快速交货的行业来说，如果工厂坐落在不同地区，这种便利将能带来巨大利益。 

        

nextpage        文件翻译

        

        流水线工艺不是一下子成型的，而是步骤性发展的。第一个步骤是文件翻译，与自动化并非直接相关，但任何一家工厂具备编程能力都是非常必要的。

        

        描述组织补偿件几何形状的数据文件到达工厂时，通常都不能识别，因为这里没有IGES格式。根据不同的放射仪的制造工艺，数据会有约五种不同的格式，坐标通常以厘米为单位，原点位置经常使用non-Cartesian方案来确定，例如球面坐标。

        

        Camcad Technologies公司发明了一个翻译器，把这些文件转变成模型，使之能在CAM中使用。Camcad公司是SurfCAM的分销商，也是后处理器和有关制造类软件自动化的供应商。Sweat先生继续经营工厂来完成该工作步骤后的所有工作流程。

        

        CAM自动化

        

        本文中的照片显示了典型的组织补偿件的形状。病人身体情况对放射量需求的变化，要求零部件厚度也随之有流动性变化，得到的即是图中所示的复杂而且看起来很随机的3D形状。 

         

        但是该种形状并非其唯一的主要特征，另外一个重要特征是刻上的识别号，正是这个识别号使得组织补偿件与它匹配的唯一患者一一对应。SRP公司将医院给出的一个ID数字串与它自己内部的ID数字串相结合，组成该识别号码。这两个结合在一起的数字串被标在零件某些表面平滑区域的CAD模型中，该类平滑表面一般远离具有明显3D特征的零件区域。

        

        放置序列号这个环节正是那些表面看起来不用实行自动化，而其实急需自动化的例子之一。ID数字串输入简便，程序员放置数字串也不难。相比来说，使该环节自动化具有一定挑战性。因为它要求编制出运算方法，使机器能象人眼那样本能而直觉地识别出零件表面。但是如果不开发出该环节的自动化，编制和放置ID标签将始终是一项被大家视为相当棘手的步骤。使任何步骤自动化都旨在从人手中将至关紧急的任务解放出来，哪怕是某些时候的一项小任务。

        

        公司CAM工作自动化的另一个领域是定义一个加工方案的程序库。起初这个程序库只是作为帮助程序员构思的一个辅助工具，但最终它能自动分配方案。

        

        程序库的普及起始于Sweat先生和Camcad人员间的一系列交谈。他们仅仅是灵机一动，问道：“生产制造这些零部件可能涉及的每一步操作是什么？”还有：“是什么规则决定了这些操作所需的工具和参数？”

        

        最初这些信息是以Excel数据表的形式收集的。这些文件成为了工艺改进的基础，使工厂可采用试切来评估所选的方案。这样方案便得以不断改进。今天那些优化了的方案都储存在数据库中，而该数据库通过软件与CAM软件联接起来，从而实现CAM的自动化。 

        

nextpage        创建数据库

        

        Camcad发明的软件现在能用两种重要方法实现CAM编程的自动化。它能根据零件的几何形状从机加工数据库中输入参数并选择刀具。但是首先，它将不同的3D形状添加到一个补偿件的标准部分之上，来确定该补偿件的立体几何形状。这个标准部分是一个磁碟状圆盘，它的尺寸和孔的类型与相应的放射仪相匹配。除了分配加工方案之外，CAM自动化能将这些标准部分从数据库中调取出来与这些形状组合在一起。该自动化直接的效果是人员对每个工件的编程时间减少到仅5～10分钟。

        

        后处理器

        

        下一个步骤之所以涉及到后处理器，只是因为此时公司恰好采购了该新设备。

        

        该工厂到目前为止都固定从Mazak这家供应商采购其所需的CNC设备。然而，工厂已明白必须废弃其使用的某些基本型号。尤其是购买卧式加工中心已被证明是一个不明智的选择。尽管卧式加工中心处于最佳工作状态的时候，能使用石制夹具将许多零件在一个循环中加工完成。但实际操作时，在SRP公司必须开始切削工件之前，它很少能等到足够的指令完成该石制夹具。公司随后意识到立式机床更为合理，便将Mazak公司的“Nexus”垂直加工生产线进行了标准化。公司已经购买了8台这样的设备。

        

        Camcad 在提供高品质的后处理器中起着重要作用，因为创建NC码的过程其实代表着一个链接，该链接在运行时显然不应有人员的涉入。而公司的流水线工艺并不允许为这种必须手动编辑代码来修改的小故障留出任何多余时间。

        

        订单自动化

        

        目前，工厂已准备好从CAM编程的自动化转移到其他与信息相关的步骤的自动化。输入订单是另一项要开发的功能，这项功能对于用心工作的员工来说很简单直接，但要实现自动化却挑战不小。

        

        SRP公司的订单以电子邮件形式传送，几何图形数据即存储于邮件的附件之中。以前，每张订单都由手工打开和输入。而今天，当文件到达时，专用软件会即时扫描信息，例如医院的名字，放射治疗仪型号和病人的ID数字串。该软件也能检查出重复的订单，以防相同的订单重复发送两次。当软件查找到所需的所有信息后，就开始为生产车间创建并打印出图纸。

        

        有时软件不能找到所需信息。对于软件不能处理的订单，也无需积存，雇员可以进行手工处理。这些问题有可能就象输入用户名或者设备型号那样简单，当然另外有些问题也可能类似将首次交易的客户录入系统之中之类的问题。

        

        换句话说，自动化并没有完全排除人的照管，事实上也并不需要如此。这个订单输入系统的成功不在于处理每一个订单，而是处理好大多数的订单，从而使得雇员能把他们的时间只花在确实需要人员判断的，数量相对较小的那些订单上。

        

        实施所有的步骤大约需要3年的时间。下一个步骤仍在计划之中，打算使QA（质量保证）文档工作自动化，该自动化可根据加工中心探测器的探测结果实现随后的CNC检验的数据输出。

        

        Nine employees run 50 to 75 separate jobs per day. To get more value out of the small staff and meet 1-day lead times, this shop was determined to automate those steps that had the most potential to slow the process down. These steps dont occur at the machine tool but instead at those points wher knowledge or information is applied-steps such as order entry, programming and simply sending the work to the shop floor. Automating tasks such as these involved the development of custom software.