要想在大批量发动机制造领域取得成功，需要将精密加工、可靠性、智能工程及最重要的自动化技术做到极致。
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位于美国玛丽维尔的川崎汽车制造公司，每年生产数十万台曲轴箱，用于割草机或拖拉机。川崎汽车制造公司制造工艺工程师Shannon Walter及其团队，将成为首次成功证明以上论点的人。其精密加工自动化成果，极大地促进了川崎公司树立的最高目标之一——质量——的达成。
在一个挤满流行品牌的消费市场上，质量可不是个小要素。Walter说：“客户每年都希望能订到更多的发动机，因为我们的质量久经市场考验，赢得了市场的高度赞誉。”客户也确实得到了更多发动机。他补充说：“2022年我们将再次打破自己的年度生产记录。这样的产量增长，还促使川崎在200英里外密苏里州的布恩维尔开设了第二家工厂。”
这家公司成立于1989年，是美国唯一一家专门制造川崎发动机的企业，拥有约1000名员工，超过83613平方米的制造空间，以及数量惊人的470台数控机床——从卧式加工中心(HMC)和立式加工中心(VMC)到车床和清洗机——众多领先品牌应有尽有。
川崎汽车制造公司制造工艺工程师Shannon Walter(左)以及维修工程师Gary Wilmes(右)，站在格劳博公司自动化生产线装载站前。
川崎汽车制造公司玛丽维尔工厂运营的另一个优势是垂直整合，其(从曲轴箱压铸工序开始的)95%的产品，都是在工厂内制造和组装的，确保了对所有发动机部件(曲轴箱、气缸盖、轴、盖和飞轮)制造从头到尾的控制。
成长的烦恼
即使最高效的制造业务也无法避免需求增加、劳动力短缺以及客户缩短交货时间所带来的挑战。尽管川崎汽车制造公司采取了一周七天三班倒的运营模式，也必须面对这些问题。在开发新的加工方案之前，为满足需求，公司每年必须把近20万个曲轴箱的制造任务外包。为了节约成本，保持质量标准和消除停机时间，公司需要找到一种更有力的方式来解决这个问题。
“我们设定了一个目标。我们的首要愿景就是消除操作时间和错误，完全控制质量，”Walter说，“我们成立了一个6人委员会来评估各种选择。无一例外，他们都决定向着完全自动化进军。”
Walter表示，机器人一开始就在委员会候选名单上排在前列，主要是因为川崎汽车制造公司现有的(半自动化)数控加工线由8台机器(多托盘HMC、VMC)组成。其中，有2个机器人单元专为每个完整班次里的1名员工提供服务，因为这位员工需要手动装载重达8.6-12.7公斤的铝制曲轴箱。“我们分析了这项加工任务及其造成的问题，比如在没有完全自动化的情况下，很容易发生质量问题及零件位置错放造成的停机，”Walter解释说，“为了达到目标，我们需要一个完全自动化的解决方案，来消除停机时间，同时它还需要与半自动化生产线至少相等的速度精准地加工发动机。”
4台格劳博G500 5轴数控加工中心，排成两列加工单元，配上格劳博公司设计、制造的自动高架装载龙门架，在川崎公司位于密苏里州的玛丽维尔工厂，负责生产曲轴箱。
要实现制好每台发动机的目标，需要在几分钟内制成许多孔、气缸，完成钻孔、钻头、攻丝和面铣等诸多加工要求，川崎汽车制造公司明白自己需要一种动态技术，于是就向拥有全面自动化技术的先进数控加工中心制造商——格劳博公司——求助。
精度和速度
面对川崎汽车制造公司提出的苛刻要求，格劳博公司评估了既要缩短周期时间，同时还要确保质量、消除停机时间的最佳方法。格劳博团队进行了深入分析，确定与其在2条生产线上配备8台机器，由1名员工手动装载零件——这道工序问题重重——不如在2条生产线上配备4台机器，并配一台定制的高架龙门，自动为整条生产线以及每台机器上料。这个解决方案甚至可以改善川崎汽车制造公司的制造周期。
“我们希望在实现最高速度的同时还能实现高精度。格劳博公司邀请我们到他们位于美国俄亥俄州布拉夫顿的制造厂，参观其生产线运行能力，它能将周期时间缩短到比我们的目标快5%以上。我们没想过他们能做到，但令人惊讶的是他们做到了，这给我们留下了非常深刻的印象。”Walter说。
排成一列，完全自动化
2016年底，第一条格劳博生产线在玛丽维尔工厂安装完毕，川崎汽车制造公司开始了曲轴箱的生产。这条新生产线由4台G500数控加工中心组成，分为两列单元，配上格劳博自动高架装载龙门架，在生产线的起始处设了一个装载站，在终点处也设了一个站，负责珩磨曲轴箱、做泄漏测试以及清洗曲轴箱。采用这种设置，只需1名工人即可。
这项工艺在消除停机时间、提高发动机产量方面成效斐然，因此川崎汽车制造公司在第二年又订购了第二条格劳博生产线。从那时起，川崎公司每年都会增加一条新的生产线，以满足其对发动机不断增长的需求。目前，这些生产线在这家工厂巨大的占地面积中占比10%左右。
现在，川崎公司不再采用1个工人手动装配8台机器、2个单元的半自动生产线设置，而是由1个工人负责2条生产线。这大大减少了人工装载，同时极大地提高了精准成品零件的产量，且不会停机。
Walter说：“自这些生产线安装以来，格劳博公司让我们无需外包就能满足客户需求，每年节省了500多万美元。其中，最主要的收获是减少了劳动力和停机时间，提高了质量。因为减少了人工设置次数，我们每年节省了超过16万美元的劳动力成本。通过消除因零件放错位置而造成的停机时间，我们每年的利润额外增加了3.2万美元，节省的费用中，还没包括避免了像主要机器部件损坏等情况的成本。”
格劳博公司还帮助川崎汽车制造公司解决了劳动力问题。Walter说：“我们一直在努力为玛丽维尔工厂招聘并留住足够的工人。格劳博生产线帮助我们既跟上了曲轴箱产量需求的步伐，又在曲轴箱加工区减少了50%的人力，作用重大。”
专为速度而设计
这套系统的核心是格劳博公司强韧的紧凑型G500五轴数控加工中心，在这家公司位于布拉夫顿占地37,161平方米的工厂中制造而成。这些机器具有快速的主轴加速时间，2.6秒的快速换刀节拍时间以及自动龙门装载系统，是高产量、全天候运行的理想选择。利用水平主轴设计，轴上的轴承是与主轴一起移动，在整个Z轴行程中保持恒定的铣削条件，切屑会从被加工的零件上掉落。切屑控制和排空也以其他方式得到了进一步加强。例如，零件是在排屑机的正上方加工的，而换刀是在工作区之外进行的，这消除了换刀时的切屑干扰。此外，在刀具插入主轴之前，刷子会清洁刀柄，冷却液冲洗系统会将切屑推出工作区并通过输送机排出。
“在我们这样的加工任务中，这些功能至关重要，停下来清理堆积的切屑是根本不可能的，”川崎汽车制造公司维修工程师Gary Wilmes说，“在生产线的其他区域继续运行时，甚至可以锁住一台机器，同时保持液压和气动柜开放，便于维修。”
信任+服务=牢固的合作
“我们对格劳博公司在设备安装过程中提供的支持非常满意。我们对西门子控制器很陌生，而格劳博的员工在我们需要帮助时表现出色，”Walter说，“在处理我们在格劳博生产线上遇到的每个问题或要求时，格劳博项目经理和服务工程师的态度都令我满意。”
“此外，由于他们的工厂在美国，一旦机器需要维修，我们都不必等待。他们的全面服务能力非常好。我们发现98%的问题都可以通过他们的远程诊断服务来解决。”Wilmes补充说。
营业执照公示信息
