克莱斯勒集团重组了其斯特林高地装配厂 (SHAP)，以便在一条生产线上生产多种车型
面对日益利基化的汽车市场的挑战，克莱斯勒集团（密歇根州奥本山）必须增加其提供的模型数量，同时减少其资本投资。克莱斯勒制造、技术和全球企业副总裁约翰·费利斯 (John Felice) 表示，该公司计划在 2009 年提供比 2004 年多 50% 的车型。更重要的是，他们认识到需求不可预测的市场需要快速的制造响应。
克莱斯勒集团的 Sterling Heights 装配厂在其车身车间广泛使用机器人。令人惊讶的是，克莱斯勒认为灵活性的关键在于标准化。作为未来所有工厂升级的模型，柔性制造系统 (FMS) 依赖于标准化流程清单 (BoP) 的一部分，最重要的是，高度依赖现代机器人技术的标准车身车间设计。自克莱斯勒集团的 FMS 于 2000 年推出以来，它一直是其工厂现代化的模板。 Sterling Heights 装配厂、Sterling Stamping 和 Belvidere 装配厂开创了这一战略。
FMS 流程清单 (BoP) 为克莱斯勒的所有工厂提供了一个通用的制造系统，旨在推动制造质量和高效的产品设计。标准化包括通用操作顺序、尺寸策略以及机器和工具指南。
“我们采用相同的关键步骤来制造汽车、制造子组件以及汽车上的相同插入点，”克莱斯勒集团高级制造工程流程经理 Dave Taylor 在解释 FMS BoP 时说。 “如果你去 Belvidere 装配厂或 Sterling Heights 装配厂，它们看起来非常相似。”
为了设计灵活的车身修理厂模型（FMS 的另一个关键要素），克莱斯勒将目光投向了机器人。车身车间将冲压面板变成白车身，准备与动力总成、座椅和其他部件集成以完成汽车。以前，车辆专用工具组装面板并将它们焊接到严格的公差范围内。当您只生产一个模型时，这样的工具会使转换到新模型的成本很高。这种投资只有在长期生产运行时才值得。
自 1990 年代以来，机器人的提升能力已提高到最大 700 公斤，而用于汽车工作的机器人类型的价格下降了据克莱斯勒称，30%。据柯马公司副总裁 Neil Willetts 称，其他发明，例如称为 GEO 末端执行器的特殊几何设置工具，也使机器人成为柔性车身车间的关键推动者。, MI)，SHAP 的车身修理厂集成商。他说：“直到最近几年，GEO 末端执行器才被广泛接受。”
“也许最重要的趋势是客户认为机器人风险较小，伴随着开发诸如我们公司的分离技术等功能，该技术可在发生碰撞时保护末端执行器免受严重损坏，”Willetts 说。
机器人将车身面板焊接到位。克莱斯勒的戴夫泰勒认为成本安装一个机器人、灵活的车身修理厂与那些与更传统的提升和运载系统相关联的修理厂是可比的。 “真正的成本节约来自于未来的模型。我们将未来的模型放入 [柔性机器人工厂]，只需 [机器人设备] 初始投资的 10%，以及过去我们用于维修的成本的 10%超过旧型号的设备。您只需购买机械臂末端工具和末端执行器。”
ABB Robotics（密歇根州奥本山）提供了机器人，其中大部分是他们的型号 IRB 4400、IRB 6600和 IRB 7600。根据 ABB Robotics 的说法，这些机器人使用伺服控制的点焊枪执行点焊、螺柱焊、材料搬运、车轮定位、卷边、分配密封剂，并使用视觉系统使它们能够卸下零件和子组件。
“SHAP 使用的所有点焊枪都是电动伺服枪，并通过 S4Cplus 机器人控制器作为第七轴与机器人协调，”ABB 公司现场运营总监 Mike Calardo 说。 -频率直流 [MFDC] 电源控制，由机器人控制示教器编程和监控。伺服控制点焊枪和 MFDC 焊接的结合提供了更快的循环时间和更高质量的焊接。”
26 个 SHAP 机器人使用视觉系统。视觉系统定位零件并协调机器人运动以卸下材料和零件。他们认识到末端执行器需要做什么来拾取零件并将其正确放置。克莱斯勒正在研究在灵活的工厂应用中扩展其视觉系统的使用。
柯马为 GEO 末端执行器提供了一种特殊的分离功能，以实现稳健的操作。其他高级功能包括用于据卡拉多说，车门、引擎盖和后行李箱盖，而不是固定工具。最先进的安全光幕位于操作员装载站，与安全 PLC 控件联网，允许操作员将零件直接装载到机器人携带的夹具上。
虽然机器人可能是灵活的车身修理厂，有效地整合它们对于创建有效的车身修理厂也很重要，根据柯马的 Willetts 的说法。五年前，柯马在欧洲和北美进行了一项基准研究。根据 Willetts 的说法，他们发现纯机器人解决方案并不总是灵活车身修理厂的最佳设计。 “你可以使用很多机器人，但并不总是高效。”
“例如，在车身侧装配上，你可能需要多达五个几何设置站，你可以在其中设置关系一个程序集到另一个程序集。使用机器人焊接、处理材料以及更换工具和固定装置构成了一个复杂的系统。在 SHAP，我们使用机器人在工作站之间焊接和移动材料，并使用灵活的索引工具托盘将工具移动到焊接机器人，”Willets 说。柯马提供的工具托盘承重高达 2500 磅（1135 千克），可在五秒内完成转位。
虽然子组件是用机器人拾取和传输的，但框架线中使用了托盘系统对于员工化到站传输。柯马提供的托盘系统是一种运输车身底部的载体，然后在车身车间前进时成为车身外壳。传输速度至关重要。 SHAP 使用的柯马 Geo-Pallet 系统在不到 5.5 秒的时间内将一个满载的托盘转移 22' (6.7 m)。 “当一个零件在移动时，它并没有被焊接，”Willetts 指出，并强调了快速传输的必要性。
SHAP 的托盘系统配备了柯马提供的闭环系统。该闭环系统使用托盘和承运人 ID 取代条形码阅读器，与传统的开环控制系统相比，周期时间减少了大约 15-20%。其他优势包括消除其他系统中用于补焊的托盘升降机，以及为轻型和重型产品托盘提供共同的传输时间。这提高了系统的可靠性，因为不需要开关或升降机构。
Comau在建立高度机器人化的车身修理厂方面吸取了一些教训。 “我们为所有机器人切换系统开发机器人程序的时间比我们估计的要长。处理多个模型所需的序列组合以及夹具处理、焊接和材料处理功能的组合创建了数千个程序。它们都必须经过验证，以确保不会发生可能导致碰撞的情况，”Willetts 说。 “当你引入一个新模型时，不仅仅是为新模型编程，还要确保现有模型的程序没有改变。每次添加新模型时，您都必须了解现有模型。这种情况导致的编程量是简单线性系统的四倍。”
要使克莱斯勒的战略可行，他们的制造工厂必须最大限度地降低转换成本。 “挑战在于创造一个‘零停机时间’转换，”克莱斯勒的泰勒解释说。机器人柔性工厂概念允许在模型转换期间进行并行工作。 “工作模块足够小，机器人足够灵活，我可以为第四个模型编写机器人程序，但仍然让它运行前三个模型。”目标是在两周内将 SHAP 转换为新模型，同时不中断当前模型的生产。
为了实现 FMS 的愿景，一个信息系统可以确保每个模型都使用正确的零件对于一个灵活的工厂来说，就像机器人一样重要。复杂性可能令人印象深刻。 “一条灵活生产线上的组合现在包括左驾与右驾、天窗、敞篷车以及两门与四门的组合，”Taylor 解释说。
问题板是从ide详细说明问题的可见方式从通知到解决。“为了解决这个问题，我们开发了一个调度排序系统——一个复杂的看板拉式系统。”该软件链接来自机器控制器（包括各个 PLC）的数据，因此在创建子组件时，它们与特定的汽车相关联。该软件系统构成了所有基于e FMS 模型。
克莱斯勒集团在发布前两年就开始构建这个看板系统，审查系统可能失序的场景，并确保集成系统
灵活制造的 FMS 战略在克莱斯勒顺利实施。 “我们已经改造了 Belvidere、SHAP 和 Brampton，”制造执行副总裁 Frank Ewasyshyn 说g 代表克莱斯勒集团。 “我们正在改造温莎、南圣路易斯和北圣路易斯。
我们正在接近完全灵活。”
SHAP 的精益转型
克莱斯勒和美国汽车工人联合会为 SHAP 建立了新的组织模式，同时推出了 Sebring 敞篷车并升级了灵活制造设施。以 SHAP 已有的一些精益制造原则为基础，这个被称为“智能制造”的新模型包含了关键的缺失元素，特别是生产线工人的团队结构。
“这是一个巨大的变化对于运营而言，这对管理层来说是一个巨大的变化，对生产线上的员工来说也是一个巨大的变化，”克莱斯勒集团制造执行副总裁 Frank Ewasyshyn 说。长期以来，团队模型一直是精益制造系统的标志，这是 Ewasyshyn 提到的一个事实。它在SHA的介绍P 似乎释放了工人的一些潜能。
“以前，我们只有一项工作要做，”SHAP 瓶盖装配团队负责人 Patrice Lance 解释说。 “现在我们有七份工作，我们团队中的每个人都轮流担任。”这种团队理念要求每个工人都具备更高水平的专业知识。更高水平的专业知识为设施提供了响应需求高峰或意外缺勤所需的灵活性，从而提高了吞吐量。
除了使用团队外，SHAP 的新方法还使用了更多可见的指标并引入了问题板。衡量安全、质量、交付、成本和士气 (SQDCM) 的指标突出显示，并由每个团队在 5 分钟的会议中进行讨论。 “问题委员会确保您得到所需的关注，”UAW 发布负责人 Ron Hicks 说。根据 Hicks 的说法，就连当时担任 CEO 的副董事长兼总裁 Thomas W. LaSorda 也曾一次访问问题板nt 正在为 Sebring 敞篷车的发布做准备。 “如果没有这个问题板，我们仍然会苦苦挣扎，”他说。
所有这些工作的结果如何？ “这是我们有史以来最顺利的发布会之一，”克莱斯勒集团高级制造工程流程经理 Dave Taylor 在谈到 6 月 4 日宣布的 Sebring 敞篷车发布会时说。
Karmann Spider Fixture h2>
克莱斯勒赛百灵敞篷车的敞篷车顶采用三件式架构。虽然提供了许多优势，例如节省空间，但该架构使得装配质量特别困难。
“这是一个复杂而敏感的零件系统。虽然满足个别公差可能并不困难，但我们需要控制公差叠加，”克莱斯勒敞篷车顶篷供应商 Karmann USA（普利茅斯，密歇根州）副总裁 Hendrik Loetter 说。他指出，大约有 400活动顶篷零部件，年产量目标高达 50,000 件。解决方案必须快速且可重复。
进入 Karmann Spider 夹具。 “Spider Fixture 是 Karmann 和克莱斯勒之间的集成工具，”Karmann Manufacturing LLC（密歇根州普利茅斯）的副总裁兼制造总监 Volker Rodeck 说。 “我们用它来控制敞篷车顶和车身之间接口点的尺寸。”敞篷车顶制造工厂有一个 Spider 固定装置，克莱斯勒 SHAP 工厂有一个该固定装置的镜像。 Karmann 工厂的 Spider Fixture 降低到构建夹具上，将零件固定到位时将其设置为标称精度。在紧固零件时，夹具在组件跨度内保持刚度，从而控制公差叠加。 Karmann 制造了用于 Karmann 工厂和克莱斯勒的固定装置，包括所有 s
工作人员使用 SHAP 的镜像 Spider 夹具作为标准量具，确保在装配敞篷车顶之前车身界面处于公差范围内。激光以 0.001 毫米的精度测量单个点，以确保夹具公差在 ±0.2 毫米内。它为生产线工作人员提供红色/绿色指示。如果指示灯为红色，工人可以在车身外壳上进行调整，以确保玻璃、主枢轴支架和浮板接口在与顶部配合之前处于公差范围内。当调整使这些接口达到公差范围内时，夹具上的指示灯变为绿色。
“SHAP 的 Spider Fixture 是一个‘主’顶部，”SHAP 的 UAW 发布负责人 Ron Hicks 解释道。 “在下一站，我们将实际放在顶部。
“我们没有停靠站。这辆车从头到尾都没有停下来，”希克斯说。夹具的另一个特点是它存储数据长达六个月，以便克莱斯勒工程师可以审查数据并根据需要调整流程和公差。
本文首次发表于 2007 年 9 月版的《制造工程》杂志。
