融入生產之中

蔡司集團

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振動會影響發(fā)動機并施加很大的應力，最終會導致爆炸。彈性聯軸器可以使動力傳輸無振動，這是針對所使用的發(fā)動機進行精心設計的，特別是針對船舶上發(fā)動機的應用。因此制造商VULKAN生產的聯軸器和齒輪系統(tǒng)的型號和品種也是相應地多樣化發(fā)展?？紤]到需要優(yōu)化其生產工藝流程時，他們邁出的第一步就是使用數字化設備掃描檢測超過40個品種的產品組件。ZEISS T-SCAN CS手持式激光掃描儀作為快速精確的解決方案被選入使用。

現在正是14號甲板上的午休時間。雖然船上有近1000名乘客在陽光下休閑，但是在他們的甲板下面，船上九米的螺旋槳卻一直在水中旋轉。巨大的發(fā)動機使這艘郵輪以20節(jié)的速度加速航行，而幾乎沒有任何聲音。柴油發(fā)動機的曲柄驅動會導致不平衡扭矩從而發(fā)生危險。不平衡扭矩會產生振動，并將振動傳遞到齒輪單元和螺旋槳。這些振動會彼此影響而加劇振幅，并導致強大破壞力，最終可能使曲軸斷裂。不管是游船、油輪還是集裝箱船，發(fā)動機在公海上出現故障就可能具有致命的危險。VULKAN生產的高彈性聯軸器就是為了防止這樣的災難發(fā)生。

位于Herne（德國）的公司總部，整個部門都投入到扭力振動的計算中?，F在所有的員工都在公司新建的玻璃幕墻大樓里進行工作，員工們?yōu)槊克掖兄坪线m的設計方案。所有的聯軸器都包含一個金屬橡膠組合。這些組件可以抑制振動，還可以在發(fā)動機和齒輪單元之間進行軸向和徑向移動。發(fā)動機輸出，船舶的特定設計和要求決定需要大量的橡膠混合物用于硫化。

可靠產品的快速流程

高彈性RATO S聯軸器的上一代型號是30年前該公司產品組合的一部分?，F在這些聯軸器是VULKAN公司最暢銷的產品系列之一。但是，在過去幾年中生產成本已經提高了很多。這就是為什么該公司要制定一項優(yōu)化工藝流程的計劃，并交給Andreas Ladwig作為他的碩士論文的一部分的原因。這位公司以前的實習生作為一名全職的初級精益生產主管在較短時間內完成了這個項目。Ladwig將RATO S產品系列作為他的工藝優(yōu)化方案的重點。這類聯軸器一般包括四個不同的部分，最后組裝成一種圓盤。四個部分都包含兩種鑄件，它們用橡膠接合在一起，來達到所需聯軸器的彈性要求。存在的問題是：在實際情況下，技術圖紙和實際鑄件并不總是能夠做到100%的對應。其結果會經常導致次品的出現，并且員工需要投入更多的時間進行重新加工。Ladwig認為需要檢查RATO S系列產品的所有硫化工具，并根據需要對它們進行修改。這些工具確保金屬零件在硫化機的規(guī)定位置上。因為將鑄件和橡膠通過壓力和熱量結合在一起的化學過程，每個工件需要八個小時，因此出現次品是特別昂貴的事情。

對40個產品型號進行數字化改造優(yōu)化過程的核心部分是評價硫化工具和鑄件。后者由子公司和供應商完成，然后在VULKAN做進一步處理。Ladwig解釋說：“我們的RATOS系列產品有40個型號和規(guī)格。使用滑規(guī)捕獲這些產品的幾何形狀需要我們幾年的時間?！币虼斯菊趯ふ乙环N更快、更準確的方法。測量實驗室在另外一個大廳里，并且已經滿負荷運轉。另外，硫化工具太重，將其搬運到測量實驗室非常不容易。Ladwig一位屬于工藝優(yōu)化部門的同事提出了一個建議：他在一個內部交易會上看到一款3D測量技術的激光掃描儀。他的提議使得Ladwig很好奇，他正是需要那種能夠使鑄件和工具數字化、并且能夠使它們的實際狀況與現有的技術圖紙準確一致的裝置。之后他和他的同事對多臺激光掃描儀進行了測試，最終他們更加偏愛他的同事最初建議的設備：ZEISS的T-SCAN CS激光掃描儀。“有了這臺設備，可以快速完成掃描并且可以保證獲得完整的數據，”Ladwig說。手動測量設備還有另外的好處：因其是可移動的，而且比他和他的同事測試過其他產品更穩(wěn)固，因而最終打動了工程師。一開始他們決定先租幾個月激光掃描儀進行試用，以便確定該設備是否是最合適的選擇。

全部實時顯示

“速度和極高的精度從一開始就打動了我，”在硫化部門工作的員工Ralf Redecker說。他是在VULKAN使用激光掃描儀執(zhí)行數字化任務的員工。經過為期兩天的培訓課程，他自己已經可以捕獲第一個硫化工具：“我是訓練有素的畫家和漆匠。我對我自己手的動作掌控游刃有余。”他確實如此輕松地指揮ZEISS T-SCAN CS在工件表面上移動，就如同他在若無其事地揮動著畫筆一樣。現在Redecker還幾乎不需要測量設備提供聲音和光學顯示。當紅色激光束擊中表面上的綠色光點時，該設備與工件的距離處于最佳狀態(tài)，并且每秒的捕獲次數高達330次。當出現這種情況時，激光儀以點云的形式捕獲工件的形狀，每秒達210,000個點。ZEISS colin3D數據捕獲軟件根據這些點去生成工件的3D模型。在實時掃描過程中，3D模型逐漸顯示在監(jiān)控器上。因此，Redecker可以準確地看到他掃描過的部位并且可以無任何間隙地對工件進行數字化處理。這位漆匠直接在生產車間進行測量，離硫化機不遠。他將RATO S聯軸器部件放在一個臺鉗上。然后在現場測量這些重達5噸的工具。除了手動激光儀和運行數據捕獲軟件的計算機，該系統(tǒng)的第三個部分是一個光學跟蹤儀。ZEISS T-TRACK CS+放在一個離工件兩米遠的支架上，通過使用集成的紅外跟蹤儀記錄激光掃描儀的運動。這是相機通過一個虛擬的坐標系統(tǒng)中的激光掃描儀記錄捕獲到的點的方法。這個原理允許操作者在不使用參考點的情況下，可以在室內的任何位置執(zhí)行測量，只要操作者位于光學跟蹤儀的范圍之內即可。

這一效果立竿見影

在幾周之后，Redecker已經使用激光掃描儀完成了對多個工具和首批鑄件的數字化。當他在硫化部門捕獲數據時，Ladwig則負責進行評估。他接受了一次有關如何使用ZEISS的INSPECTplus檢測軟件的培訓課程。 掃描和CAD模型是否對應，如果對應，對應程度如何等都可以通過程序可視化顯示出來。它也可以顯示掃描數據與理論工件之間的偏差。在這個標稱/實際比較中，紅的區(qū)域表明材料過多，藍色區(qū)域則表示材料太少。按照這位機械工程師說法，操作該軟件并不復雜：“該軟件的工作就像一個稍加修改的CAD程序。你會立即看到結果?！痹赯EISS T-SCAN CS租賃期即將結束的時候，他們做出了購買該設備的決定。優(yōu)化工作繼續(xù)向前推進：Ladwig和他的同事將CAD模型與掃描數據進行了比較，然后對“舊”的CAD模型進行了修改。鑄件供應商給他們送來了新的圖紙和CAD模型，作為模具制作的一個模板他們一直使用至今。他們將“新”鑄件通過激光掃描對初始樣品進行測試。該方法也仍在使用：Redecker對初始樣品進行掃描，Ladwig使用ZEISS INSPECTplus軟件創(chuàng)建檢測報告。有了這個軟件，供應商可以立即知道鑄件與標稱幾何尺寸的對應程度?！八俣瓤斓昧钊穗y以置信，”Ladwig說。“如果Ralf在早晨進行掃描，我有時間在下午進行分析，那么我們就可以在一個工作日內完成該組件的初始樣本測試。而在過去這個過程我們需要幾周的時間?！?/p>

極少次品

在40多種RATO S系列產品的初始樣品測試接近完成的時候，對硫化工具的數字化和改造工作早已完成。成功的工藝優(yōu)化已經開始大顯身手：聯軸器零部件的次品數量以及返工所需的時間和精力都大大的減少。過去，在優(yōu)化和返工之前，為了使尺寸正確，工作人員必須重新安裝鑄件?，F在，VULKAN完全省略了這一步。Ladwig自豪地宣布說，“我們已經使產品系列的零部件進入了生產環(huán)節(jié)?！钡珜τ谒退耐翿edecker以及他們的激光掃描儀來說工作才剛剛開始，因為這僅僅是RATO S的開始。產品線和聯軸器的種類就像世界海洋船舶的種類一樣多。Ladwig其他部門的同事們也已經開始對激光掃描儀的潛能顯示了極大的興趣。在不久的將來，針對ZEISS T-SCAN CS的操作，公司將對更多的員工進行培訓。

VULKAN集團

該公司成立于1889，一直以家族式管理的VULKAN集團已經運營有超過125年。今天，該公司擁有約1,200名員工，遍布全球20個不同的地點。VULKAN聯軸器是公司效益最好的三個部門之一。其重點是在航運和發(fā)電系統(tǒng)中的柴油發(fā)動機上的應用。挑戰(zhàn)：如果不使用阻尼聯軸器，柴油發(fā)動機產生的振動會嚴重損壞傳動軸。這就需要有一個由動力傳遞機構、偏移補償和扭轉振動阻尼組成的一個具有挑戰(zhàn)性的產品。而該產品就是這個家族企業(yè)的核心競爭力之一。50多年來，VULKAN聯軸器已經應用到世界各地的各種類型的船舶上。

ZEISS T-SCAN CS 總結

在開發(fā)ZEISS T-SCAN CS激光掃描儀的時候，快速、直觀、精確就是ZEISS 3D掃描儀專注的重點。最后得到的是一個具有極高動態(tài)的手動設備，能夠僅通過一次性設置捕獲不同的顏色表面，數據速率每秒高達21萬個點。這表示在整個6.3立方米的測量范圍內，測量的不確定性僅為0.1。設備的人性化設計，其約為一公斤的重量，也使操作者能夠毫不費力地到達工件難以進入的部位。手動掃描儀通過ZEISS T-TRACK CS+光學跟蹤儀加以輔助。跟蹤儀在空間內跟蹤激光儀的運動，記錄在虛擬坐標系統(tǒng)中捕獲的點。這樣操作者可以在跟蹤儀的范圍內任意選擇測量區(qū)域。ZEISS colin3D數據捕獲軟件使用捕獲的點云生成工件的3D模型。□