图1  公司的新激光加工单元包含了1台5000W的TruLaser 5030型和1台600W的TruLaser 5030型激光切割机。作为本生产设施功率最大的激光切割机，这些切割机用于加工该公司大部分的产品

一台能够执行多种不同作业的自动化激光单元有助于工厂增强自己的无人管理式加工能力并能满足短订货周期的要求。

尽管“激光照射”可能听起来像是科幻电影中的用词，但对于任何熟悉实际工业制造作业中所使用各种激光的人来说，会让他的脑海中呈现出一幅更贴近科学实践的概念来。对这些人士而言，“激光照射时间”就意味着设备运行时间，要让这段时间尽可能延长，就要求将合适的激光切割机与正确的辅助设备整合起来，用到正确的应用类型当中。

据TMCO公司管理层所述，在公司位于内布拉斯加州Lincoln的加工工厂当中，这方面的努力总是能够获得令人瞩目的成功。在这家工厂，一个完全由Trumpf公司（康涅狄格州Farmington）设备构建的新型激光加工单元已经极为显著地提升了激光照射时间，其主要贡献来自于实现了更多的无人管理运行。设备设置调试时间也得到缩短，人工成本降低。生产能力得到提升，生产计划变得更加高效。其成果表现为，这家公司目前能够满足更短加工周期的要求，承接更多的工作，并对分散度高、不断变化的客户需要做出及时响应。

推动成长

作为TMCO的全国制造和金属加工部门的运营部长，既是客户又是公司管理团队的成员，Dan Moore对这个加工单元的好处有着丰富的体验。这个金属制造部用于执行大量工作的加工单元安装于2010年年中。Moore先生表示，其初始目标是能够向客户提供更短的订货周期和更具有竞争力的价格。“在要求实施更出色存货控制的经济状况下，我们需要帮助客户创建解决方案。”他解释说：“这个激光加工单元能够加快作业周转，并有能力在无人管理条件上运行，从而确保了其在经济上的可行。对于所有相关方面来说，这都是一种多赢局面。”

Moore先生表示，这种努力有意识地推动成长的策略，即使在充满不确定的时期仍然坚持不懈的精神，正是TMCO自1974年创建以来屡获成功的重大要素。实际上，这家公司的规模已是创建初期的4倍，并在最初的CNC机加工服务之外，增设了组装、焊接、油漆、粉末涂敷、板材和管材制造服务。公司的175位员工工作在一座4层楼的工作场所当中，制造面积约为20万ft2。除了从概念设计到全部完成的金属制造业务以外，这些制造设施内容纳了各种专业部门，这些部门生产着公司自行设计的草地喷水器，制造着食品行业分析设备，并能够将废金属转化成雕塑和其他艺术作品。

图2  这个加工单元的LiftMaster装载/卸载单元能够将成品部件堆放到3个卸载小车之一。以前，这个车间只使用一台卸载小车，这台小车只能承重10000磅。在转而采用3台小车之后，由于每台小车都能承重11000磅，与之前的车间系统相比，减少了执行卸载作业的频度

寻求生产能力的扩大

作为金属制造部门的激光器总监，Ed Rhoades每天都在使用着这个新加工单元。据他解释，在安装之前，他所在的部门主要依靠两台Trumpf激光切割机来执行工作，1台6000W的TruLaser 5030和1台4000W的TruLaser 3030（图1）。但其中只有一台设备，即5030型，提供了一定程度的自动化作业能力，即一套Trumpf LiftMaster装载/卸载系统。

这台设备在典型情况下都会在每个夜晚和周末执行无人执守的作业任务。在下班前，操作员将做好这台设备和装载机的无人管理作业班次的准备工作，将待执行作业的原材料放好。但是，这种作业方式效果有限。无论优先度如何，采用相同原材料的作业通常不得不依次连续作业。这种灵活性受限的问题令人十分担忧，因为这座加工工厂很大部分的作业都是小批次作业。“我们只能堆垛这么多原材料，而且只能将特定的材料上下堆垛在一起。”Rhoades先生回记道。此外，只这台自动化运行的设备完全无法跟得上客户越来越高的对更快速交货的要求。

激光加工时间

而在这个Trumpf加工单元中， Rhoades和其余的管理团队表示：“看到了一个创造平衡性出色的激光加工方案，这个方案不仅能够满足我们当前的需要，还能方便以后对设备的添置。”这套系统将包括一台新型5000WTru-Laser 5030型激光切割机，这台切割机与车间现有的那台6000W的5030型切割机整合在一起。这两台设备都将由同一套新建的装载/卸载系统提供服务，即一个配备了部件排序选配功能的LiftMaster Linear单元。其他设备还包括一台TruStore 3000系列贮存转台，3台移动式卸载小车和1台单元控制器。而那套之前为车间已有5030型设备提供服务的旧LiftMaster单元将移至TruLaser 3030型旁边，让这台设备也能够无人执守运行（图2）。

Rhoades先生表示，通过实施这个加工单元并将原有装载/卸载系统安装到3030型设备上，这个车间的自动化运行激光切割机从1台变成了3台，加工能力增加了1倍以上。成果之一是，公司能够以更少的操作干预量实现更快地生产更多的部件。原来的系统要求3名技术人员来照管这些激光器，第1班需要两名，第两班需要1名，而新的布置方案减少了设备设置和原材料输送作业量，使得车间目前只需两名技术人员就可，即每个有人执守工作班次各只需1名。而且这个加工单元的占地面积也很紧凑，足以方便添加更多的设备。

图3  TruStore转台有助于优化原材料流动。可以看到，这个单元的底部有两个截然不同的原材料堆垛站。货架输送升降机能够在加工设备在一种类型的原材料上作业的同时，将另一种类型的原材料取出，并可按照需要切换输送第一种原材料

自适应型的自动化运行

Rhoades先生说，除了本身很有用的额外无人管理式激光加工作业时间以外，在新设备布置方案所带来的效率上的好处当中，有许多好处来自于能够灵活地运用激光加工作业时间。“这套设备结实耐用并能够适应我们的需要，我们可以为这个单元堆垛多种原材料并设置多个作业流程。”Rhoades先生表示。

这种灵活性在很大方面起源于这个加工单元的辅助设备，即LiftMaster Linear装载/卸载系统和TruStore原材料贮存转台。这个转台拥有15个货架，每个货架可容纳6600磅的原材料，所以能够容纳大量各种类型的原材料板材（图3）。与之前手工原材料输送系统相关，这个转台让这个加工车间能够计划安排长得多的无人管理运行班次，班次当中可以包含类型更丰富多样的作业。通过扩建，车间在生产计划方面能够比以前安排得更为长远。Rhoades先生提到了“生产包”的概念，对于每项作业的详细指导，这些指导告诉单元控制器如何装载/卸载以及从何处装载/卸载至何处，使用哪一种原材料，以及诸如此类的问题，这些生产包通常包含了数百项长时间等待的计划安排事项。

在取得原材料板材时，一台货架输送升降机单元将沿转台上下移动，根据来自单元控制器的指示取得原材料货盘。这些原材料将放置在两台独立装载站之一，两台装载站呈上下布置，供LiftMaster进行原材料拣取。这样就让公司能够拥有两种不同类型的板材原材料，这些原材料只需短时间即可装载到任一台激光切割机上。Rhoades先生表示，这台货架输送单元能够根据生产需求，按需将原材料重新安置在两个堆垛区域，因此在需要第3种类型的原材料之前，单元就无需完全退回至转台内部。

Rhoades还说，对于其本身而言，LiftMaster特别采用了一个自动化排序选配功能，这个功能可显著减少成品部件的原材料输送作业量。这个单元可沿一个水平通道移动，将两台切割机、TruStore转台和3台卸载小车连接起来。为了输送原材料板材和成品，这个单元配备了一个类似于特殊装置以及吸盘，吸盘安装在一个支架上，这个支架能够在不用时缩回至单元内部。在卸载作业条件下，这些吸盘用于拣取那些从废料框架上分离出的成品部件。通常这些吸盘应用于那些体积较大或因笨重而不好输送的部件身上，或者可以应用于那些要求实施精密输送操作以避免表面划痕和其他缺陷的部件。之后这些吸盘将缩回至单元内部，以便特殊部件能够将废料框架及所有剩余的松散部件拣取出来。最后，这套系统将沿水平通道移动，整洁地将所有这类材料堆垛在一个独立的专门指定的位置，其动作流畅并一次性完成。