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對于機械車間而言，從頭開始設計一個自動化單元會令人望而卻步。假如選錯了設備，不僅會從一開始在結合不匹配部件上步履維艱，還會在為延長該單元壽命而持續所做的調整上浪費大量時間。但是，如果選擇正確，就必將會發動一場制造過程的變革，即通過減少安裝、增強質量、重復性以及提高能力來提高生產力。

為了尋求實現這些利益的方法，Whelen工程公司發現了由Lang Technovation設計的自動化解決方案，并對安裝于北美的首個德國公司的多工位托盤系統進行了投資。目前結果表明，制造商現已有2個完全滿足需求的自動化單元，并可以進行一周7天每天3班輪流倒運行。Lang還意識到此安排的一個附帶利益是Whelen能夠提供反饋信息，這樣能幫助該公司直接通過地域市場前沿獲得系統設計的提高。Lang基本上都是從Alpha級車間獲得Beta級信息。

圖1 Whelen工程公司購買了首批Eco-Compact20自動多盤裝載機/卸載機，該裝載機由歐洲原始設備制造商Lang Technovation制造并銷往美國

照明自動化

Whelen公司是該國最大的緊急指示燈照明系統的制造商之一，其產品主要應用于治安消防部門，同時也為航空、大規模的通告和汽車運動等市場提供服務。其總部設于美國Connecticut州的Chester，主要進行電路板生產和航空產品組裝。該場地已經獲得了美國聯邦航空管理局(FAA)的認證。所有制造業生產均在Charlestown的校園內進行。該校園內的6棟教學樓均用于機加工、制造以及變壓器建立、制模和金屬薄片工程。

2011年，Whelen開始著手進行自動化單元的建立以用于對某一特殊零件的加工，當時對該零件進行了大量生產。依靠其內部的工程技術人員而非某家外部系統集成公司，Whelen創建了一個包含一臺軋機、一個單獨的車床和一個用于裝載和卸載機床的機器人。然而，事情并非如計劃那樣的順利，要想運行此項目，不僅需要花費6個月的時間來啟動并運行系統(部分原因歸咎于機器人配線、編程和校正方面的困難)，每當一個新零件經過此單元時，該機器人都還要進行再次編程。經過兩年半的操作后，主要由該單元委托生產的零件需求量急劇下降，因此單元被拆除，其組件塊也應用到其他各個方面，發揮著不同的用途。

不管怎樣，對于Whelen而言，其首次“自產”自動化單元算是一次寶貴的學習經驗。而此次經驗也為進一步考慮此類系統作為生產其他系列的零件提供了充分的價值證明。

為了再次尋求建立單元的有效方法，生產機械車間經理Jeff Kochis開始研究除機器人以外的可獲得的自動化類型。其目的在于找到那些操作簡便、可靠且價格實惠的類型。Lang在美國的運營點位于Wisconsin州的Hartland，主要提供零點夾緊、工件夾緊和沖壓系統服務，同時Lang也生產自動化設備，盡管該設備還未得到北美國家的批準使用。Kochis也調查了來自于其他原始設備制造商的自動裝載機，但很快還是被Lang系統的設計深深地吸引住了。該系統包含一個封閉的且擁有20個工位的自動托盤變化系統，其特色主要在于分度傳送帶的設計，該設計占據空間小且無人照管制造和自動化制造更是堪稱完美。因此，當他聽說公司計劃在2012年芝加哥的國際制造技術展覽會(IMST)上向美國市場引進Eco-Compact 20托盤轉載機時，他和同事立即抓住了這個親眼見證Lang自動化的寶貴機會。

“那時剛看到它的一霎，我們就清楚地知道這就是我們一直在尋找的。”Kochis先生回憶道，“我在酒店的房間里給Lang發電子郵件，詢價并確定他們最快什么時候能送貨。”

Whelen的熱情使得Lang加快了保險商實驗所對機器的批準程序。一切證件準備就緒后，在美國出售的首臺Eco-Compact 20自動托盤裝載機于2013年初運達Charlestown，與Whelen新加工單元的剩余部分進行結合。

圖2 該Eco-Compact20型號為封閉式，其足跡相對較小且僅需2根電線就能將其連在機床上。每次最多可同時加載20個托盤在傳送帶上，且零件更換無需使用額外的程序

系統集成

等待Eco 20到達的期間，Whelen正忙于把該單元部件的余下部分整合在一起，其建在帶直達主軸的冷卻劑VF-5SS超速五軸立式加工中心的周圍。該單元還配備有多個Royal除霧器，一個Koma TN-201五軸耳軸和一個用于檢測破損刀具的雷尼紹探頭。每更換一次刀具后就要進行此檢測，其中加工零件需要使用7～25個刀具。該單元的配置也使Lang產品賦予了特色，例如：Makro-Grip工件夾緊系統、快速點零點夾緊系統以及Clean-Tec芯片風扇，該風扇能使托盤在卸載之前從機床外殼處被清洗干凈。

Eco 20進入車間的那一天，Kochis先生和其同事、值班主管Jason McNeil以及程序員Keith Chadwick立即開始熟悉起來。然而操作人員手冊是德語版本的，他們中無一個會讀或會說。“作為這個國家首個Eco 20，當地無人能對其操作，所以我們不得不聯系德國的Lang技術人員來為我們解答疑惑。”Kochis先生說道，“但是該系統的直觀性使得之前的這些問題不再成為實際問題。事實上，該機器是在星期二送達的，我們在那個周末之前就使用該機器制造了一些零件，比之前花了整整六個月才得到配備有運行機器人的首個單元快得多，令我們倍感驚訝。

Whelen團隊所遇到的另外僅有的一個挑戰就是對Eco 20拾放定位的調整，不論是哪一種自動系統類型都必須進行該工序。Kochis先生回憶起人工將Lang裝置的機械手臂進行定位，與此同時操作員將坐標軸鎖進系統控制器中。在Haas立式加工中心內所進行的調整極其小，需要將機器工作臺轉變為自動門的編程，以便于在中途和Lang機械手臂會合。機器人編程和Lang系統編程的最大區別在于Eco20編程僅需撥入一次，因為其僅涉及到托盤的拾起而無需考慮安裝在上面的東西。機器人則不同，任何零件幾何結構的變化或每個工序操作中的變化都會導致其再次編程，而這主要是由于機器人夾緊工件的方式所引起。

“Lang裝置不在乎托盤上有什么，無論是長度為40萬in或為12?in(1?in=25.4?mm)的物品，”他說道。“也不用去管工件的形狀或尺寸，只要與機床門完全吻合，這一切就會進行地非常順利并不需作任何調整。”

以下概述了該單元如何在所有零件就位的情形下發揮作用。鋁板錠為12?ft的棒條，由超快的Wells自動化帶鋸機切割成不同長度的等截面。然后將數字標度沿著底座印在鋁板錠截面上，截面由Lang應急液壓機上的老虎鉗夾住。使用該標度能快速且準確地對老虎鉗內的鋁板錠進行定位。接著人工將鋁板錠截面運至該單元最前面連接Lang裝置的容器內，將外殼處20個夾具全部拆下固定至由Whelen機械車間設計和制造的某一工作臺的鋁夾具中。

圖3 鑒于Makro-Grip工件夾具主要依靠4個銷進行就位，矩形毛坯沿其底部都印有作為應急按鈕的標記

與其將托盤加載至外殼內造成接收4角定位座酚醛(塑料和纖維)板內孔下陷，應將每塊托盤于1?min內加載至工作臺上。此外，Lang老虎鉗僅夾住了毛坯底座0.118?in處。幸虧齒完全符合沖壓機的壓痕，這使得模具能接觸到更多的表面，從而通過購買更少的坯料達到節約費用的目的。常規工業用老虎鉗需要0.25～0.5?in或更多的坯料。

一旦Lang裝置裝載完畢，就要等待來自機床準備接收夾具的信號。Kochis先生認為Haas與Lang機器之間的交流僅由兩個“脈沖“構成：一是該機床需要裝載時，二是其準備進行卸載時。大多數Whelen機器的零件都只需兩項操作，其中第二項包括去毛刺、工件底座以及暴露表面的終加工。這一過程可通過再次裝載帶有經基本加工零件相同的單元或依靠設備的可用性將其移至附近的三軸立式加工中心的方式進行。

至于工件尺寸，Kochis覺得10.5?in的寬度為最大尺寸，且能被裝載至20夾具的傳送帶上。對于較大的零件而言，只有極少的夾具能進行裝載和隔開以便于Lang裝置根據具體情況選擇每隔一個夾具或每隔三個夾具的操作。這主要是為每個工件約24?in的最大寬度所進行的考慮。

圖4 Whelen公司主要委托Haas/Lang自動化單元對該零件即航空警示燈進行機加工。從下至上：矩形毛坯，機加工后的工件和底座移開后的完工部件

支撐底線

任何嘗試將不同牌子的機器加入到某個完美運轉的單系統中的人應該會認識到此單元的開發和集成完全符合Whelen的要求。因此，該車間已經建立了一個與首個單元一致且完全相同的第二個單元。依據Kochis先生所言，這兩個部分之間最大的區別就在于第二個單元是在Eco 20調試后還要進行半小時運行。

Kochis先生繼續列舉一些Whelen此次投資所獲得的利益。首先這與重復性有關，因為客戶不需要對相同零件間進行任何改變，尤其是通過簡單的視覺比較就可以對其進行識別的改變。一旦對一個單元的參數進行了設置，其結果就會完全一致。在此等式中的另一個因素還包括盡量對“機器內部”進行去毛刺操作，這是一個持續的過程。若由兩個不同的人進行人工即時去毛刺操作也會得到顯著的區別。

另一個利益與生產力有關，其是導致更為健康底線的直接原因。Kochis先生作了如下比較：“我們從Lang處購買的一個單元所需的所有沖壓、工件夾緊及自動化設備價格相當于為首次單元購買一個機器人所需的價格，而該價格同樣也約等于大多數公司每年支付給一名有經驗的工程師的酬薪，包括其一周40?h的工作福利。因此通過自動化操作，我們支付相同的價格卻能得到更快更精確的生產，一般而言，一周7天，一天24?h都在進行。甚至停工期的小幅度增加也得到了恢復并轉而制造出更多的零件。以一班制為例，一名員工需要花半小時吃午餐，每班中間需休息兩次，每次15?min。而該公司每天實施三班倒政策，與自動化單元相比就相當于損失了3?h的生產力。

圖5 從Rego-Fix公司獲得的清潔之星“球形冷卻劑”和刀庫十分吻合，其能通過主軸冷卻劑對托盤上的碎屑和機加工后的工件進行清理

圖6 雷尼紹公司的工具探針能對每一個完成其自身機器周期的工具進行檢查，且可由工具庫中的任意工具代替

圖7 在此情況下，某一鈍的鉆孔機會造成出屑槽內鋁合金的積累，而這種情況在使工具失效或損壞工件之前發現

“Whelen公司因使用兩個Lang裝備的加工單元而大獲成功。因此，其計劃在不久的將來會設計和安裝更多的單元，通過“利用較少的資源做更多的事”來不斷提高生產力。”Kochis先生如是說。