有效的维护和升级使机床高效运转

发布时间：2010-04-06 作者：Don Trotter, Siemens

　　与很多制造商一样，航空航天元件供应商寻求着一种提高生产力及改善艰难时期底线结果的方法。位于堪萨斯州威奇托市的Spirit AeroSystems公司是Boeing及其他飞机制造商的主要供应商，且数十年来一直如此。改造/机械车间运营的设备经理Ed Fenn以及他的改造及机械车间专家团队创造了一种系统程序，以对用于工厂制造大量飞机部件的大型多坐标机床上的控制器、电动机、驱动器以及其他元件进行预防维修及持续升级。如此，Spirit便可节省购买新机床的资金，并从生产力的提高中获得效益。
　　Fenn的团队在其领导下，从1982年开始已经执行了逾275项不同机床的改造工作。Fenn最初在Boeing创建了这个团队，并一直在那里工作，直到它脱离Boeing独立形成Spirit公司。他说，“我在Sony待了5年，了解到他们的管理方式，发现他们始终非常重视过程标准及质量。加入Boeing公司后，发现它在持续质量改进 (CQI)上非常完善，这使我在机械评估过程系统化的方法上有了更深入的思考。”Fenn自豪地指出，这种过程改革是“从煤到钻石的质变，这正是现今我们公司的过程系统所经历的变化。”
　　他认为，这样的过程是一种基层标准的发展，是由其团队中的关键人物所引领的。机械技术员Rich Henley、电气技术员Mike Spencer与Ed的助手Nicole Jay共同工作，全力维护着过程的先进性。如今，这家工厂的所有575台机床都处在预防维修程序的监控之下。这个程序对所有的机械参数进行紧密监控，直到下一次设备更新或完全检修的日子来到。这样，Spirit通过提升其机床的性能，节省了数百万的经费开销。　　

Ed Fenn说：除非我们每个人，包括经营者在内，都能通力合作，否则改造计划将难以完成。
　　来源：Spirit AeroSystems

　　维持机床运转
　　Several Cincinnati (现为MAG/Cincinnati)机床安放在Spirit公司的车间内，是用以制造飞机大型金属部件及诸如引擎机舱等原料输送部件的主要设备。Siemens Acramatic控制器原为高级Sinumerik 840D CNC平台的先驱，现在被安装在大部分的机床上。这些机床能对绝大部分由各种等级的铝、钛以及设备用钢制成的金属部件进行加工。
　　“当我们对设备控制器进行定期升级，同时对机床的发电机、驱动装置、传动箱、轴、译码器以及轴柱进行加固之后，我们发现所有的机床都提高了生产效率。”Fenn说，“这是使用了新控制器的结果。它具有更快的处理速度、更高的精度调节驱动、线性的电动机及可利用的编码器技术。说实话，我们很少向供应商求助，因为我们能利用现有的技术来维护庞大的信息资料库。”
 
　　没有直段部件
　　Spirit公司是业内首家采用NURBS（非均匀有理B样条，一种曲面物体的建模方法）控制来增进机械精确度的公司。NURBS控制是变换刀尖方向(TRAORI)的基础，此过程系统可用于航空航天部件制造中的精密体积补偿加工。由于一个典型的金属飞机部件几乎没有什么直段部分，则需要采用极其精确的五轴同步转换来加工工件表面。这确保了to-spec零件能拥有可接受的完工特性，并能实时对其精度进行改良和监控。Fenn说，正是Spirit主导了这项技术的实现。现在，Spirit所有的Cincinnati以及Henri Liné (现在为 Forest Liné) 五轴和六轴机床都采用了这项技术。这些机床都由Fenn的团队进行了改造，有些甚至改造过多次。
　　在提及近来其团队在改造中几乎总会采用的CNC 技术时，Fenn说道，“在Spirit的一些最大型的设备上，例如用以将机身与翼梁和骨架嵌合起来的Brtje打铆机，所有的坐标轴以及Siemens Sinumerik 840D辅助设备控制功能都发挥了作用。” 其他设备，例如打铆机、液压机、遥控物料输送设备，以及PLCs和其他的控制传动装置也都采用CNC技术进行了改造。
　　创建用于评估的运行模拟程序时，Fenn通常使用诸如WebEx和pcAnywhere等在线工具来进行监测以及与供应商进行沟通。这使他的团队能事先对改造议案中所涉及的设备及过程的最佳解决方案进行确定。　　

基于飞机元件的特殊规格及复杂曲线，此产业中的CNC机床需要具备先进的编程能力来加工出这些轮廓。
来源：Spirit AeroSystems

　　勇于技术创新
　　Boeing一直非常积极地鼓励其零部件供应商和设备制造商在过程改进策略中使用这项技术。Fenn将每台机床的必要文件都备份在CNC存贮器上，操作员可以随时对任何设备的文件进行访问。Fenn认为，这个方法填补了一项关键需求缺失的空白。
　　“除非我们每个人，包括经营者在内，都能通力合作，否则改造计划将难以完成。我的团队对各个领域，从控制设置到电气柜环绕通道，甚至到给部件装凸缘等，都很了解，知道对于一台机械来说，什么方案可行，什么方案不可行，这对工作很有帮助。”Fenn说。
　　他提及一家工厂中三台同样机床的重大改造结果。其中一台机床是新造的，另一台是由外部承包商进行改造的。而Fenn和Spirit成员对第三台进行了改造，他们不需要获取任何外部协助，仅仅利用制造者、控制供应商、其他厂商，尤其是Spirit机械操作员之间通过交流而形成的共识来形成解决方案。
　　Spirit对机床振动及热特性等性能进行严格监控，为CBM研究小组工程师收集用于评估的数据。整个1111.9万平方英尺的园区内共设置了逾25000个监控点。这一监测程序在Spirit引进最新技术时特别有用，例如为波音787生产机身及其他机身构架的复合纤维贴片机。Spirit的纤维贴片机被安装在洁净的室内环境中运行，生产用于航空航天工业的复合材料部件。这座庞大的机床需要浇注610立方码的混凝土来作为基底，然后再在安装好的机身周围建筑楼房。

　　比重新购买更节省
　　一台大型机床的典型改装可能花费100万美元或更多，但也只需购买一台新机器所需成本的30~40％。“我们保留钢件，然后替换其他所有部件，” Fenn说。他指出，最近对Henri Liné五轴机床的Z-坐标轴进行改造，大约花费了购买一台新机器所需价格的50％。他认为，改造设备的性能与新机器一样好。Spirit改造团队的目标，是令一台改造后的机器能在顶峰状态下运行10年，但技术的发展或机械损坏可能将时间缩短。 “控制技术在过去的20年里发展得如此深远，速度如此之快，若我们墨守将这里的运行设备在固有时间模式里进行改造，将是愚蠢的。”
　　作为改造过程的先驱，Spirit团队也从事各种辅助研究，进行软件开发，考虑合适的CNC控制方案，甚至对设备底座的材料合成进行研究，以加强设备稳定性，减少震动。
　　如果一台设备的改造费用超过了购买新设备的费用，团队将制定出采购方案，并通过公司采购协议来购买。对于Spirit来说，调度机床的停机时间非常重要，因为建造飞机机身需要对多个部门的协同合作进行精细整合。
　　当改造项目的预算最终完成之后，Nicole Jay便制作出成本、时间、材料、劳动力、质量检查以及竣工期限的流程表。一个部门40名工作人员将每周举行状态例会来对项目进展进行监测。　　

机身组装需要宽广的室内空间。整个车间有1.1千万平方英尺的面积。
　　来源：Spirit Aerosystems

　　庞大的支持团队
　　为了配合改造工作，还配备了机械加工车间、电机/泵修理车间、制造/焊接车间以及校验区。此外还有装卸转运设备，能将大型机械在车间之间传送。Fenn说，他的团队成员对自身在最复杂的硬件和软件领域，以及重金属加工制造领域的工作能力相当自信，不会让客户失望。最近，他们设计了一个对电气柜内I/O模块进行标注的系统，大大简化了维修团队繁冗的工作量。
　　该部门还提供所有的文件备份、软件确认、环境影响数据、报警代码序列、产品生命周期管理数据以及维修记录备份。
　　在整个航空航天产业，复合材料技术正在对诸如机械制造商、车间运转和控制人员产生巨大而迅猛的影响。Spirit并不例外地成为了先进复合材料成型及加工领域的领军人物。改造团队在此间起到了关键作用，它对一台25年工龄的Cincinnati机床进行了改造，使之能对支持复合结构的硬金属部件进行加工。改造内容包括新的控制系统、冷却系统、液压系统以及全新的操作站。该团队还与Ingersoll合作，改造出第一台Ingersoll纤维贴片机，这台机器生产了首系列波音787除机翼和骨架之外的整个复合材料机身。
　　Fenn说，“我们开发员工的潜能，并从错误中吸取教训。我们唯一担心的是想象力不够。在与规则进行调和的过程中，往往能产生更好的系统。”
　　翻译：肖红练