圖1：航空工業東方是航空工業機載的下屬企業。
長度33米，集成14臺設備，全自動化排產與生產……一走進陜西東方航空儀表有限責任公司(以下簡稱航空工業東方)的廠區，映入眼簾的這條超大規模、高度智能化的柔性產線令人慨嘆。作為航空工業航電系統下屬企業，肩負著多項國家軍事裝備工程任務的重點機載設備生產商，航空工業東方一直在產品質量上有著顯著優勢，而其自籌資金大力投入智能制造更是為持續走在行業前列蓄足了動能——該條生產線憑借在設備、夾具上的大膽創新，柔性、智能、數字化的前瞻設計，被譽為我國航空工業智能化升級的典型代表之一。
圖2：航空工業東方的柔性生產線總長33米，集成了13臺加工中心和1臺清洗設備，可實現自動排產生產，目前已經能夠同時生產6-8種不同類型零件，設備利用率提升了40%以上。
“從針對零件銑削加工的智能單元，到涵蓋多個生產工序的智能產線，再到如今覆蓋40余種不同零件、按工藝流程全要素以MES系統整合線內線外數十臺套加工、檢測設備的柔性生產網絡，經歷了多次方案迭代，我們的技術團隊才最終完成了該條生產線的設計、調試與投入運行。”航空工業東方副總經理張海東介紹說道。
新需求與舊生產模式的矛盾
航空零件結構復雜、品種多、精度高、批量小，往往需要技術工人與自動化設備“打配合”，這樣的生產方式對技術工人的操作水平要求高，人工成本大且加工效率低。在航空工業東方廠內，這種高需求與舊生產模式之間的沖突也曾每天上演：過渡依賴人工，加上頻繁換刀、裝夾找正、機器停機等造成的時間浪費，讓廠里的設備利用率僅為30%左右，嚴重影響交付時效。由此，航空工業東方決定搭建一條柔性產線來提高生產率。
作為資源與產品在多品種、多平臺、多設備間變化流轉的關鍵接口，也是貫穿整個生產鏈的重要工序，裝夾系統的改造優化是整個工程的重點。要知道在原有的生產模式中，零件的每次裝夾固定都需要操作人員在機床內部人工找正，然后用壓板壓緊;產品換型時頻繁地換裝、找正、固定，不僅增加設備停機時間，還極易影響定位精度、降低產品品質的穩定性。
此條柔性線當前主要用于加工多品類液壓殼體零件。同時，基于對產線使用機器人上下料、自動化排產的需求，航空工業東方的技術團隊提出應用零點定位系統來重構工裝的對接技術，在多方比較后，選擇了與在航空制造領域有著豐富經驗的德國雄克公司合作。
“在調研之前，我們就已經接觸過零點定位系統，對其在效率、精度提升上的優勢有一定了解。雄克公司是零點定位系統的行業領先者，其產品的高精度、高夾持力，都是我們所需要的。更重要的是，我們希望通過雄克技術團隊豐富的行業經驗與定制化服務，讓產線可持續優化、讓潛能發揮到最大。” 張海東說道。
智能裝夾是自動化生產的必要基礎
“雄克已幫助國內多個客戶打造過多條柔性生產線，根據我們的經驗，項目實施中，夾具的通用性、可擴展性、以及過程穩定性對產線的運行起著至關重要的作用。”雄克中國項目負責人，產品應用經理程訓杰表示。航空工業東方的挑戰更勝一籌，不僅要連接多個品牌的機床，并且對夾具的精度要求極高。對于雄克而言，需要提供容納全局的整套解決方案，不僅僅是標準件。因此在項目初期，雄克技術人員做了大量基礎性工作。鎖定智能化生產與快速換型的目標，設計了針對性的夾持方案——零點快換系統+虎鉗。
該產線中所集成的14臺設備都配置了帶有兩個雄克VERO-S零點快換模塊的基座，通過零點快換系統的快速定位、自鎖夾緊等功能，能夠在數秒內對工件托盤或機床中配有拉釘的工件進行夾持。模塊自帶的夾緊檢測功能，以及小于0.005mm的重復定位精度，更為產品加工時的安全性、產品品質的穩定性提供了可靠保障。在實際加工中，裝夾操作可以在機床外完成，無需停機的優勢進一步提升了機床利用率、提高了加工品質。
圖3：航空工業東方柔性生產線中所集成的14臺加工中心都配置了帶有兩個雄克VERO-S零點快換模塊的基座，并針對具體零件在工件托盤上安裝了虎鉗工具，以實現工件的快速裝夾、換裝，從而確保了產線的順暢運行，并提升了生產效率與產品品質的穩定性。
零點快換系統成功的關鍵在于標準化接口。在配合生產線運行時，它可作為機床和夾具之間的接口，即插即用，大大節省機床裝夾時間;在配合機器人使用時，它又變成工件與機器人的接口，實現自動上下料需求;在產品換型時，接口仍然通用，對于機床而言，零點模塊就是夾具的固定接口，產品的換型對零點以下部分沒有任何影響。
柔性線能實現自動傳輸、高效運行，很大程度是因為其能將原本用于物料/工件流轉的“非有效加工時間”轉變成用于生產的“有效生產時間”。零點快換系統解決了流轉中接口不一的問題，虎鉗則用來解決更為細致的工件夾持問題。
“東方航空儀表生產線選擇的是雄克的KSC高精度手動虎鉗，夾持范圍廣，適合產品尺寸變化較大的夾持需要，并且KSC虎鉗配套全密封主軸，適用于復雜環境的加工，比如粉塵、切削液、鋁屑等環境，這些優勢特別適合東方航空儀表的加工需求。”程訓杰介紹說，“產品毛坯時在機外裝夾到虎鉗上，虎鉗和產品組合后變成一個整體，經由上料工位、粗加工機床、半精加工機床、精加工機床、清洗機，可一直流轉到工序結束，直至工件下線。機床端的零點配置是一樣的，機器人的抓取端設計也是一樣的，雄克零點快換的標準接口是構成這樣一條柔性線的基礎。大幅提升了效率，維護也很簡單。”
張海東補充道：“靈活性、可流動性的工裝方案，是柔性生產線高效率的基本條件，也是產線能夠實現自動排產、生產的關鍵。”在航空工業東方對產線的精準定位、高效管理，以及在包括雄克智能裝夾產品在內的眾多高精度、高可靠度設備協同運作的保障下，目前該條柔性線已經能夠同時加工6-8種不同類型零件，機床利用率相比之前提升了40%以上，效率幾近翻倍。
“零點定位系統實現了工藝基準與測量基準的統一，從而為柔性生產線的精度控制提供了基準統一的解決手段。零點定位和高精度虎鉗的組合在小批量多品種零件加工中，實現了工裝的柔性和復用，這是符合前沿發展趨勢的、極具實用性的解決方案了。”來自南京航空航天大學的李亮教授對航空工業東方的這一智能裝夾手段給予了充分的肯定。
數字化智能制造的精密布局
除了生產操作本身的自動化，該條柔性線的高度智能還體現在諸多方面。基于零件工藝的自動排產：不同于傳統加工工序的排產方式，航空工業東方技術團隊基于自身對零件工藝的深度把控，將排產的重點落實在零件各個特征，這一決策在提升加工效率的同時也確保了加工品質;全數字化網絡：不僅是線內的設備，航空工業東方利用MES系統等將線外的多臺設備與線內貫通連接，形成了一個規模龐大的數字化網絡，實現了生產管理層面的智能化;線邊庫：柔性線內創新集成了一個用于存放未完成零件或已加工完成零件的線邊庫，以應對急單、插單情況，也提升了生產線的靈活度、敏捷性……
據介紹，柔性線還在不斷的升級完善中，在該條線上加工近40種零件外，還計劃將質量控制系統等集成在內，這一過程也離不開工裝產品的支撐。“我們的工裝方案也在隨著柔性線的發展不斷完善，例如針對航空產品質量高需要隨時檢測的需求，我們會將工裝方案拓展至檢測環節，用零點定位系統高精度的定位功能，將生產與檢測工序間原本繁瑣的換裝、找正時間進一步壓縮。”程訓杰補充介紹道。
“高柔性的智能化生產線在零件精度高、結構復雜且批量小的航空制造領域并不多見，當航空工業東方技術團隊找到雄克尋求裝夾解決方案并介紹產線時，我們也被航空工業東方這種敢于創新的精神所鼓舞。”程訓杰感嘆道，“無論是細節處的專注、對每一個定制化裝夾方案的優化驗證，還是大方向上的遠見，對于‘數字化智能制造’的精密布局，我們都為能與如此優秀的團隊合作，能參與這樣一條具有跨越性意義的航空制造項目而倍感榮幸。”