缩短车间设置时间

　　作者：Evan Doran

　　当一个零件的全部生产时间长达数年时，工艺改进就变得非常紧迫了。但这并没有阻止BWX Technologies俄亥俄州欧几里德工厂寻找优化流程的方法，因为该工厂通过引入WFL车铣复合机床减少了设置，通过模拟软件避免了碰撞，并通过过程中测量整合了检测需求。

　　核能需求

　　BWXT专注于核能、国防和航天市场的制造。欧几里得工厂的一项常见工作是为美国海军航空母舰和潜艇生产机电部件，然后在其他工厂组装成更大的部件。

　　这些部件必须运行数十年，如果出现故障，后果不堪设想。因此，车间必须确保每个零件都符合严格的质量和技术要求。与此同时，每个零件的价值可能高达六位数，原材料可能需要一年多的时间才能运抵工厂，整个生产、制造和测试过程可能需要数年时间，因此报废是不可能的。

　　压力很大，工艺本身也增加了难度，车间使用的是不锈钢、淬火钢、碳钢和铬镍铁合金的定制变体。公差平均为±0.005英寸，但也有可能达到±0.0001英寸的极端公差。

　　这些零件的尺寸从水瓶大小到10英尺长、两英尺直径不等。零件可能包括10-15种不同的焊接操作，组件可能包括70个部件。批量很小，通常在10-50件之间，因此车间不依靠自动化来简化生产。

　　为了解决这些困难，车间使用了一系列数控车床、铣床和磨床，以及少量手动和辅助机器。在过去的十年中，BWXT也越来越多地采用WFL车铣复合机床，这一改变改善了车间多个部门的生产流程。

　　更简单的设置

　　BWXT于2014年安装了第一台WFL机床，即床身长度为4.5米的M65。这一改变并非偶然，但在此之前，车间花了很长时间对这一决定进行反思。该车间有许多单独的车床和铣床操作，每次设置都有可能造成对位错误，而完成每次设置都需要一到三个班次，数量之多令人沮丧。在车铣复合机床上进行组合设置很有吸引力，而且机床所宣传的精度和准确度也符合BWXT的需求。

　　实际上，WFL将BWXT两轴车床的车削工作与一些镗孔操作以及四轴卧式铣削工作结合在一起。BWXT公司的持续改进工程师Zachary Sipos说，虽然这还不足以在一次装夹中完成零件加工，但却将一些需要10个以上工序的工序合并为3-5个工序，使生产率提高了200-300%。

　　Sipos还说，马力和性能与铣床和某些车床相当，甚至更好。这使BWXT能够将成熟的制造技术与更高效的刀具和工件夹具相结合，从而提高金属去除率。

　　此后，BWXT公司又增加了几台车铣复合机床，以充分利用这种性能。目前，该公司使用6台M65和1台M35。这些机床的床身长度各不相同，因此适用于不同的部件，其中一些还具有额外的定制功能。

　　值得注意的是，其中一台M65机床有9个棱柱刀具槽（车间有时使用250磅或更大的镗杆，而大多数机床只有2个）。所有机床都有90个刀具插槽，Sipos说这可以实现冗余刀具，与大多数车床的8-12个刀具插槽相比是一个很大的升级。

　　也是一种升级？在WFL上设置零件相对容易和简单，使车间能够在不影响生产率或产量的情况下加工更小批量的零件。BWXT公司副总经理Grant Honroth说，这样可以节省数月的生产时间。BWXT现在还可以在 M35上通过滚齿循环生产内径和外径花键，而以前只能在车间手动进行这一加工。

　　实时模拟

　　然而，如果加工出来的零件不正确，这一切都无济于事，这就是为什么BWXT非常重视为WFL机床购买的 CrashGuard软件。CrashGuard是WFL专有的模拟软件，由两部分组成：供程序员在计算机前工作的离线版CrashGuard Studio和实时运行的机上版CrashGuard Studio。

　　WFL根据机器的序列号为CrashGuard Studio提供每台机器的模型，使程序员能够确定他们发送到车间的程序。

　　在车间里，软件实时模拟夹具、刀具和部件，因此与意外差异（例如稳定的托架）的潜在碰撞会在潜在问题发生之前发出警报。BWXT的操作员还可以在使用高压冷却液时使用实时模型来跟踪生产情况，否则冷却液会遮挡刀具和切口。

　　防止撞机对车间来说至关重要，因为即使附近有密歇根州威克索姆的WFL支持中心，按照BWXT的标准修复机床并重新进行所有校准和补偿工作（更不用说解决导致撞机的问题了）也可能需要数周甚至数月的停机时间。

　　久经考验的技术

　　车间的其他机床也是如此，它们使用Vericut进行编程仿真。除WFL外，BWXT还使用了约45台数控机床、20-30台手动机床和用于特定操作的辅助机床。

　　手动机床可能无法满足BWXT对公差的要求，但车间仍能很好地利用手动机床进行诸如切边和材料测试等工作。而辅助机床的形式则包括夹具铣床、夹具孔磨床和其他专业类型的磨床，用于生产和加工某些类型的小公差孔。Honroth以车间的一台三井精机夹具磨床为例，它可以加工公差为0.00005英寸的孔。

　　验证技术

　　目前，BWXT的WFL机床与车间其他加工设备的检测和测量流程相似，但未来可能会发生变化。WFL机床可以执行在机测量，但车间仍在对这项技术进行验证。

　　目前，BWXT主要使用在机测量来确定工件的位置和方向，改进加工特征与既定基准特征的比较测量。然后使用专用计量设备进行最终测量。

　　由于BWXT要检测每个零件上的每个特征，因此需要花费大量时间。检测人员必须接受卡规、凹槽表、刻度盘孔、蔡司坐标测量机和其他六英尺或八英尺长的量具方面的培训，即便如此，这些设备也无法处理每个零件。对于超长工件（或设置长镗杆），车间必须接触已知表面，并使用机床坐标测量尺寸。

　　BWXT正在逐步验证WFL机床上的在机测量，尽可能多地测试其测量的再现性和重复性。有些测量，如表面光洁度，由于先前操作的性质，目前需要在机床外进行——在这种情况下，冷却液的存在可能会破坏指示器。

　　值得注意的一点是，许多工业4.0理念与BWXT的需求并不兼容。严格的安全协议阻碍了大多数基于网络的软件，使得其他类型的流程改进更具价值。

　　自2014年以来，对BWXT产品的需求只增不减，欧几里德工厂甚至在过去四年内扩大了25%，以满足需求。提高流程效率是满足最后期限要求的必要条件，即使在一个最后期限可能长达数年的车间里也是如此。而提高流程效率，为用户提供潜在碰撞或报废警告，则更有价值。

　　既能提高效率，又能满足国防部日益严格的网络安全要求？对于BWXT来说，值得冒这个险。