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上海三菱電梯智能制造技術應用點滴

發布時間:2015-04-21 16:29:57點擊率:

1裝備制造業發展形勢

制造業是國民經濟的物質基礎、國家安全的重要保 障、國民經濟高速增長的發動機及國家競爭力的主要體 現。回顧世界制造業的發展歷史,在19世紀末初步形 成的制造業,主要生產方式是機械化加上電氣化的批量 生產。20世紀上半葉,以機械技術和機電自動化技術為 基礎的制造業的生產得到空前發展,以大批量生產為主 的機械制造業成為制造活動的主體。近30年來,制造 領域的需求和信息技術的進步,促使制造領域各種信息 技術的研究開發和應用都取得了巨大進步,徹底改變了 制造業的面貌。

從事裝備制造業的上海三菱電梯有限公司是中國電 梯行業中一家國有控股中方管理的大型合資企業。秉承 “創造更和諧的生活空間”的理念,堅持“引進技術和 自主開發并舉”的技術創新戰略思想。經過27年的發展, 已成為國內規模最大的電梯企業之自1993年起, 上海三菱已連續21年實現主要經濟指標在中國電梯行 業中名列前茅,產品的市場占有率在15%左右。其中與 時倶進地應用先進的制造技術,一如既往地重視產品的 質量和安全,有效提升產品零部件的加工效率,成為產 品優質化的重要因素。

近年來,裝備制造技術已從物質形式的制造向信息 制造轉變,產品知識信息的價值占比越來越高。這不但 反映在產品本身,而且體現在產品的整個生命周期。特 別是生產制造環節,隨著信息技術的發展,出現了新的 制造理念和制造系統,如FMS、CIMS、敏捷制造和網絡化制造等。這些技術從制造的現實出發,對制造過程中產生的數據進行數字化,并對它們進行加工處理,產 生相關信息,在制造系統中進行存儲和交換,并直接應 用于生產過程的管理和控制I進一步可對信息進行分析 加工產生相關知識,使制造系統的“智能”得到顯著提高。 通常,也把這種生產方式稱為柔性的數字化制造。

2應用智能制造加工產品零件的一個典型案例

下面列舉眾多關鍵產品零件加工應用的中一個典型 案例,作為應用智能制造的體會,與大家分享。

電梯曳引機是電梯產品中極為重要的驅動部件,其 中提升曳引機轉子零件的制造質量和效率是該部件的制 造關鍵之一。由于轉子零件加工工序多、裝夾次數多, 傳統的加工方式不僅設備占用場地大、加工工序和物流 次數多,而且人力損耗嚴重,_直是加工過程的瓶頸。

為了攻克這一制造過程的瓶頸,上海三菱電梯技術 部門組織了項目團隊,在技術中心開發平臺的支撐下, 應用先進的信息技術,從加工工藝、裝夾工裝、切削手 段及物流方式等方面,完整地解析了轉子零件在依據數 字化仿真、自動化制造等過程中的關鍵節點,從而試圖 簡化傳統加工的工藝工序,提升加工效率,獲得成本、 效率、質量和勞動強度等方面的全面優化,成為公司探 索現代智能制造方式的重要實踐。

項目團隊經過討論、分析和策劃,羅列了需要解決 的幾個問題:(1)傳統的加工方式不僅設備占用場地大、 裝夾次數多,加工工序和物流次數多,而且人力損耗嚴 重。(2)傳統的壓板式車削夾具雖然能夠控制加工變形,但是裝夾和拆卸的時間均較長,效率較低。(3)為了提高 零件加工效率和切削質量,需采用高速切削,但由于刀 具損耗帶來了成本問題。(4)轉子零件重量大,起吊時間 較長,占用輔助工作時間比重較大。(5)由于產品零部件 品種較多,加工程序調整時間較長,不利于多品種的加 工需求。

通過項目團隊分工合作,群策群力,克服了時間、 條件及技術上的困難。采用數字化的雙主軸復合機床 和液壓夾具為支撐,以計算機仿真技術為輔助,運用 RealNC軟件,附加VNCK模塊實現了雙主軸復合機 床的數控仿真。通過仿真技術,快速地識別工藝方案中 的千涉問題.精確地分析出雙通道NC程序的運行時間 不平衡問題,為工藝人員針對存在問題進行工藝和工序 改進提供了有利條件。這樣大大減少了產品試制周期, 減少了原材料的投入成本,降低了設備風險。設計了合 理的液壓式工裝,在控制加工變形的同時又減少了裝夾 時間,同時為機器人設計了合理的上下料抓手。基于 Saloman高速切削理論和轉子零件產品特點(制動面外 形尺寸大),找到了低轉速下實現高線速度切削加工的 訣竅,設計了特殊的CBN材質和刀片結構(倒棱及前 角 選用了合適的物理涂層,使得刀具壽命大大提高, 切削表面粗糙度明顯降低。實現了 800m/min線速度切 削加工轉子制動面的穩定工藝,成功解決了薄壁制動面 加工變形和表面質量差等問題,不僅加工效率大大提高, 而且刀具成本得到了有效降低。以機器人自動上下料為 手段,基于PLC和工業機器人技術,設計了功能齊全和 安全防護完善的機器人自動上下料方案.三機(1個機器 人、2個機床 > 聯動,在不停機的情況下實現產品測量 和刀具補償。在時間遞進結構上,機器人上下料與切削 加工呈現半串聯半并聯方式;切削加工與產品測量呈現 并聯式方式,不僅總生產時間大大減少,而且人力勞動 強度也得到了明顯降低。由此,實現了曳引機轉子零件 高速切削加工的制造過程,曳引輪轉子零件的單元化智 能制造組合圓滿實現。

通過試驗、試制及現場應用,完全符合當初的設計 要求。解決了公司在曳引機轉子零件加工過程中面臨的 場地緊缺、產能不夠、產品質量不穩定、刀具成本高以 及人力勞動強度大等問題,其成果清晰地反映了智能制 造的真正意義。智能制造過程不僅僅是簡單地依靠計算 機信息技術來提高效率,也不僅僅是簡單地依靠工業機 器人來輔助加工,而是一個多學科的耦合過程,綜合規 劃布局和物流管理,應用先進工藝裝備和切削加工技術、 CAD/CAM/CAPP/CAE計算機虛擬技術和工業機器 人自動化技術,結合并行工程和質量管理思想,在提高 產品加工質量和降低人力勞動強度的前提下,實現產品 的快速加工過程。

NC仿真技術的應用使得零件試制周期縮短了 一半, 高速切削技術的成功應用使得轉子切削時間僅為原來的 44%,刀具成本下降32%,工業機器人自動化技術的應 用使得加工輔助時間大大降低,零件產出率提高到原來 的2.5倍,由此帶來的設備投入節省則達數千萬元。

試制過程中的原材料投入減少,意味著生產廢料的 減少,符合現代“綠色制造”的含義;自動化程度的增 高使得人力勞動強度大大降低,符合現代化工廠以人為 本的特點;該項目倡導的思想和應用的工業技術方法在 盤類零件雙面加工中具有廣泛的推廣效益,可為其他制 造企業類似機械零件的快速加工提供方法上的參考。

3結語

“工欲善其事.必先利其器”。上海三菱電梯在致力 于電梯技術及產品達到世界先進水平的同時,堅持通過 吸收和應用先進的制造技術來夯實制造能力的基礎。上 海三菱電梯的制造技術的提升,從合資起共經歷了3個 發展階段。

第1階段:從合資初到20世紀末,上海三菱電梯 全面提升制造裝備水平,行業內率先實現了主關制造裝 備數控化,為確保產品質量和產能應對打好了基礎。

第2階段:從1997年至2010年,上海三菱電梯在 原有的基礎上,全面發展和提升制造技術的柔性化和自 動化,應用了包括鈑金門板柔性加工線(門板FMS)、 加工中心柔性生產線(FMS)和曳引機裝配流水線等柔性 生產單元,并在部分生產工序配備了工業機器人用于提 升生產自動化水平。

第3階段:從2010年起,上海三菱電梯進_步加 大了自動化和智能制造的投入,特別是結合產品零件的 特點,發展具有一定智能的自動化裝備系統,這些智能 制造技術裝備的投入有力地提升上海三菱電梯的制造 能力,也為帶動電梯行業技術能級提升做出了應有的貢 獻。

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