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NASCAR的机械师

2018-12-08 00:00420

用于气口装置的Mastercam软件,这个零件是
在NASCAR加工厂中完成的最复杂的5轴加工.        参与美国汽车比赛协会(NASCAR)杯系列竞赛的车队对其机加工厂提出了大部分机械师认为不可能或者至少不合理的要求。为了在自己的行业处于最佳位置,需要知道那些被人们认为最好的厂家,然后找出他们都做了些什么而在行业中处于顶级地位。在加工行业,可以按时提供高质量产品的厂家被认为是最好的厂家,而对于在交货时间被大部分厂家认为不可能的情况下提供零故障零件,没有人可以做得比为NASCAR服务的机械师更好。由于用于制造一辆NASCAR杯赛车的成百个零件中任何一个发生故障均可能导致车队好几百万的收入损失,并导致赞助资格减少,因此,每个零件都必须尽善尽美。车队对自己的赛车不断地重新设计并精确调整而使赛车竞争性更高。这些赛车的零件,以及用于加工这些零件的CNC软件程序等都经常变化。另外,由于工程设计修改受每个周末赛车跟踪成绩的驱使,因此生产重新设计的零件的交货期在赛季被降低到以天计,有时以小时计。尽管当交货期以周或以月计时,许多加工厂很难满足零件交货时间的要求,但是NASCAR机械师却找到了提高生产率的方法,从而可以为其车队的成功提供产品上的支持。
        几乎每个在NASCAR杯系列中竞争的车队都位于距离北卡罗来纳州卡罗太市(Charlotte)90英里的范围内,并且好几个车队都对外开放了自己的大门,向外界展示其车间操作的幕后情景。
        哈斯CNC赛车(www.haascncracing.com)、Hendrick 赛车(www.hendrickmotorsports.com)、Joe Gibbs赛车 (www.joegibbsracing.com)、Richard Childress赛车(www.rcrracing.com) 及Roush Yates 发动机公司 (www.roushyates.com)等均为本文供稿。
        当你走进Joe Gibbs赛车公司的装配区时,你几乎会为一尘不染的鲜亮白色地板感到眩目。像其工厂的每个正面一样,之所以选择这种地板颜色,是因为它比其他颜色更具竞争优势。地板是白色的,因为这种颜色给在赛车上操作的机械师提供更多光亮,并使其作业更加简单,从而提高其效率。所有受访工厂都因同一个原因而采用白色或浅灰色。
        Joe Gibbs Racing的制造主管Kelly Collins说:“我们是一个为一家中型制造厂家所控股并为其需要而经营的机加工厂。”
        “我们有450名员工,其中包括18名机械师,他们以1.5班轮休式操作。典型的零件批量为2~20件,对于那些对所有汽车都通用并且变化不大的零件,零件批量要更高一些。”
        “我们新零件的发货时间是以天计的,有时候以小时计。在上周末卡罗太的赛车比赛中,发现我们赛车的托架有点问题。我们必须对赛车完全进行重新设计,并在两天内制造一个新的托架,从而为下个周末的比赛做好准备。”
        Collins 说:“这是典型的零件故障,发生的频率不是非常高。我们的工程技术人员对我们所有的零件进行了大量有限元分析,以确保满足比赛的需要”。
        Collins 说:“我们以前从不同地方制造一些零件,然后采购其余零件,如今我们已经演变为制造大部分零件,让工程技术人员每天设计零件,而我们则对新零件每天编程,并制造这些零件。”
        “我们已经成为一个带有工程组、编程组、材料管理组的传统制造厂家,并在订单输入、材料规划等方面采用整个企业资源规划(ERP)过程。我们现在拥有一台三菱激光和水刀切割机,两台线切割EDM以及一台成形EDM,所有都来自三菱,同时还有14台斗山铣床和4台斗山车床。其中两台斗山车床配有动力刀具,有一台车床配备双主轴。我们在整个公司都采用西门子NX软件。”
        Collins说,购买新机床的过程是,首先确认对某台新机床的需要,然后到市场上找,确认这种机床可以满足需要。然后,车队与机床制造厂家接触,讨论赞助权的问题。 nextpage
        对于机床公司,赞助通常涉及给车队提供设备,以换取广告利益,此外制造厂还有机会带潜在客户到赛车公司考察机床的应用情况。
        Collins说,如果他们无法通过赞助权的方式获得机床,那么他们会采取一切可能的手段,获得机床,从而让自己的车队获得竞争优势。
        Joe Gibbs以前习惯于采用包含有铣床和车床的加工单元,而今,他们却演变为采用按机床类型而布置的加工单元。
        Collins说:“我们进行了一次工作流程分析,看我们可以通过什么方式改善工作流程。”
        他说:“我们发现,采用车床和铣床单元的方式要比将同类机床成组布置的效率低,因为我们可以将刀具和夹具存放在一个中心位置,防止刀具放得到处都是,从而浪费操作员找刀具的时间。现在,我们将所有的铣刀和夹具都放置在铣床单元中,而所有的车床刀具和夹具则放在车床单元处。”
        Joe Gibbs赛车公司还采用Exact Software (www.exactamerica.com)的JobBoss车间控制软件。
        Collins说:“该软件可以将调度表始终摆在用户面前,帮助协调各个部门,我们不按计划实施的事情很少。”他还补充道,对于大量功能都采用JobBoss程序。
        Collins说:“我们对CNC程序进行具体日程规划,协调和调度来料,通过工作中心计量产能而确定在什么地方出现超载或欠载,同时我们可以让人从铣床处移到车床处,或反之,以平衡我们的工作流量。我可以通过日期和工作中心看出,对于优先订单,哪些需要在我的设备上干。”他还补充道,工厂采用条形码来跟踪劳动情况。
        “我可以查看自己的报告而了解它们是否实时而精确,这样可以帮助我让公司的客户部随时更新其工作状态。”
        Joe Gibbs赛车公司采用Toyotas进行跟踪。车队借助丰田的支持开发了自己的发动机,并继续基于分析和实验结果而对性能进行改良。
        同其他NASCAR车队一样,Joe Gibbs车队也努力使自己的赛车做得更好,而当第一名和最后一名之间的差距只有3/10秒时,每一片段时间都非常宝贵。
        冬季是Joe Gibbs机加工厂最忙碌的时候。冬季是赛车的停赛季,各车队都为自己的赛车开发和重新设计许多零件,以为每个新赛季推出的Daytona 500赛做准备。
        Richard Childress赛车公司的机加工厂为五大车队提供服务。它每天工作一班,从早上7点到下午4点,每周工作5天,拥有8名机械师。
        Richard Childress赛车加工厂是大隈技术中心的母公司,拥有四台立式加工中心、三台车削中心、三台五坐标加工中心及两台500 mm卧式加工中心,这些机床均来自大隈。加工厂还配备有一台沙迪克电火花加工机床及一台Omax水刀切割机。大隈利用该机构向潜在客户展示在生产环境中大隈机床工作的情景,而由于这种生产环境是激动人心的NASCAR车队机构,因此这种展示非常富有成效。
        该加工厂采用参数技术公司(www.ptc.com)的Pro/Engineer软件。
        Richard Childress赛车公司的制造经理Rick Grimes说:“我们是一个快速加工厂。”
        Grimes说:“对于大部分零件,我们的订单需要2-3星期完成加工。当某个车队需要下周末就拿到零件时,我们会停止手头的加工转而加工这种时间要求紧的工件。从生产上来讲,这样做没有好处,但这是我们所处的形势,我们必须适应。我们的平均加工批量为30-35件,并采用Exact的JobBoss软件来考察更改或改变调度所带来的全部影响,以满足紧急生产的需要。”
        受访的所有NASCAR加工厂都将其机床按类排列——铣床和铣床放在一起,车床和车床放在一起,从而它们可以以更高的效率加工零件系列。此外,所有加工厂都采用手动机床来加工批量只有一件的零件及原型零件。
        Richard Childress赛车加工厂最近搬到了一个占地达17,000平方英尺的厂房内,比以前的8,000平方英尺厂房大一倍多。对于新增加的空间,在车间的中间设置了一个宽阔的走道,因此,当大隈对其设备进行更新时,可以将机床移进挪出。宽阔的走道还允许方便地将大量的人员带进工厂参观而不中断工作流程。
        Richard Childress赛车公司所采用的发动机是由它与Dale Earnhardt公司组建的合资公司制造的,而Richard Childress赛车机加工厂则担当供应商,给发动机制造企业供货。该加工厂除了提供Richard Childress Racing车队所需要的其他加工外,还提供客户特定的加工。
        Grimes说,大隈机床具有很高的生产率和可靠的操作。
        为了基于NASCAR对每次比赛所提出的技术要求而提高发动机功率和赛车速度,各个车队摸索出了许多不同的解决难题的方法。NASCAR规则对赛车参数进行精确定义,而各个车队则努力在这些要求中找出自身的某种优越条件。
        每个机加工厂所采用的机床都成为每个车队的竞争优势。Richard Childress赛车加工厂采用美国大隈(www.okuma.com),Joe Gibbs赛车公司采用斗山Infracore (http://usa.doosaninfracore.co.kr),Hendrik赛车公司采用哈斯自动化(www.haascnc.com),而Penske赛车公司则采用马扎克(www.mazakusa.com)的机床。
        Hendrik赛车公司的生产经理说,他们工厂与哈斯保持强有力的工作关系。他们工厂有一台用于切割平板的哈斯激光切割机。
        Hendrik是一个中型制造厂,拥有500多名员工。它在自己的发动机厂拥有100多名员工,为自己的四个车队制造Chevrolet发动机,其中包括两个哈斯CNC车队。 nextpage
        哈斯自动化为Hendrik赛车公司设计了一种用于铣削发动机盖的专用机床。哈斯自动化制造了两台这样的机床,它们均在Hendrik使用。
        Hendrik赛车公司采用西门子NX软件套件。Zentmeyer说他们工厂的复杂设计及制造操作需要从设计和分析到制造和数据管理采用一致的通讯,而西门子软件则可以满足此要求。
        Zentmeyer说,他的机械师具有非常高的技能。
        他说:“我们的每名机械师在这里工作的时间都至少有7年,而在到我们工厂以前,他们已经拥有加工经验。我们工厂的人员流失非常低。”
        “我们的薪水很有竞争力,同时还为员工提供一些无形的东西,比如,时刻提供他们所需要的工具,提供干净而安全的工作环境。我们将自己的铣床和车床分类布置,因此,机械师通常可以同时操作2或3台机床。为简化操作,我们有几台机床配备托盘交换器,但是我们的生产批量比较小,为100-150件或更低,通常只有20-50件。”
        同其他加工厂一样,Hendrik赛车公司采用Omax水刀切割机制作母板、支架、摇臂座,修整坯件,切割钢、铝、塑料及橡胶等。该工厂还制造碳纤维座,并用水刀切割它们的零件。
        尽管该加工厂依然采用其哈斯激光切割机切割较薄的零件,但它正将此类加工转而采用其水刀切割机完成。
        水刀切割机操作员说:“我们可以导入DXF文件,在1或2分钟就可以准备好在水刀切割机上加工。”
        “对于简单的零件,我们可以仅仅在机床控制器上输入。我们必须从1英寸厚的钢板中加工出这个8英寸的环。我们以前的做法是,先钻一个孔,在孔中穿过一根带锯条,然后在切割内径之前先将带锯条背部焊接到一起。而如今,我们则可以更快地从扁材中直接切割出整个环。”
        Hendrik每年制造接近100件新发动机,单件成本为50,000 ~ 60,000美元。每个发动机在每次比赛后都彻底磨损而要改造。某些零件报废并更换,而其他零件则要进行整修。
        发动机的气缸体采用铸铁,而气缸盖则采用各种铝合金材料、钢或比较稀有的合金。
        气缸盖气口排布、对发动机进气和排气口进行修改以提高气流数量和质量,是各个NASCAR加工厂面临的最复杂的加工过程。它们一般采用五轴联动加工,这种操作通常不是科学,而更多的是艺术。
        Zentmeyer说:在气口排列过程中,必须要能够适应变化并能快速适应。
        他说:“如果工程师发现气口中某种东西可以改善性能,那么我们就必须通过机加工实现。我们始终在进行研发以改善自己的发动机。”
        他补充道:“我们有专门从事研发的人员,而他们也仅仅进行研发,不参与任何其他事情。他们通常对发动机气口进行手动排布,然后,我们对其进行扫描,实施反向工程,最后形成加工的刀具轨迹。我们还可以从零开始,并且经常这样。”
        NASCAR比赛中所用的所有福特发动机都是由Roush Yates Engines制造的。Roush Yates Engines除了为NASCAR加工外,主要提供正常的生产操作。Roush Yates Engine加工厂当前正在为2009年赛季完成一款新发动机设计。对于其CNC加工,它采用Mastercam软件程序。
        哈斯CNC赛车公司的厂房是一个建造于2年前的小楼房,其中有12台哈斯机床。哈斯CNC赛车加工厂是六年前成立的,后来为满足哈斯车队的需要,又经过了一次搬家。
        哈斯CNC赛车公司对其CNC加工也采用Mastercam软件。
        哈斯CNC赛车公司的机加工厂经理Brad Harris说:“我们是一个小厂,只有三个人。我则完成大部分CNC编程。”
        哈斯CNC赛车公司从Hendrik赛车公司获得其发动机、工程支持及其他零件,诸如滚柱罩等。
        在一个因单个零件故障而可能导致好几百万美元损失的行业中,这些加工厂往往以通常不可能的交货时间提交质量完美的零件。
        无论是有如将地板喷成白色以更好地反映可用光线那么简单,还是与机床制造厂家合作而开发出零件加工比市面上任何其他机床都更精准的机床,NASCAR的机械师都做了。
        他们是,正如他们所说“处于其中,赢在其中”,任何给他们提供竞争优势的东西都被结合到了他们工作的方式当中。

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