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乐高积木:玩具自动化生产典范
2014-04-14 11:56:53   来源:《中外玩具制造》杂志   作者:本刊记者 陈夕   


偌大的生产车间里,人影鲜见,大部分时间里只有轰鸣作响的机器

    乐高以其出众的品质、变化多端的玩法而闻名于世。而负责生产这些小积木零件的则是位于丹麦本部的乐高工厂。与其生产的积木零件体积和结构相比,这个工厂的规模之庞大和水平之复杂则令人惊叹:偌大的工厂里,除了轰鸣作响的机器外,几乎不见人影,整个生产过程几乎实现了全自动化,偶尔才能看到工人经过,巡查生产是否顺利。
这不禁令人好奇:为什么乐高工厂的自动化程度能如此之高?

产品模块化高利于自动化
    一、很高的生产量。由于每件产品的模具费用很贵,只有极高的产量,才能将单位制造成品降低。而乐高的产量有多大?每年有大约190亿块乐高积木零件被生产出来,相当于每小时生产200万块,或每分钟生产3.6万块。如此惊人的产量也只有高度自动化生产才能达到。
    二、稳定的产品设计。主要是自动化生产线较难适应设计的频繁变更,每一次设计的改变,都需要大量复杂而耗时的设备和程序调整。各种千变万化的乐高积木模型,除了个别极为特殊的零件外,都是由6种颜色的6种基本零件组合而成。正是这6种造型的基本零件,却有9亿多种不同的组合方式。乐高零件设计的稳定性,避免了频繁地大幅度调整设备和程序,也是乐高工厂能维持自主生产高度自动化的原因。
乐高生产过程详解
    首先,是厂内规模最大的原料仓库――有500米长,里面矗立着14座高塔,每座高塔里储存着33吨不同颜色的塑料颗粒。吸管将塑料颗粒吸入并运送到压模机器中。每24小时就有60吨的原材料被处理。


吸管将塑料颗粒吸入机器中

     接下来,是零件成型。颗粒经过230摄氏度的高温融化后,被金属模具施以高达25~150吨(取决于所制作的零件的种类)的压力压制成型。如此的高压对于整个的零件制作过程是非常重要的,因为它确保了零件可以被精确定型。压制成型的零件会被推入一个零件收集箱中。中央计算机会自动探测零件箱的情况,待箱子装满时,停止机器,命令机器人将满载的零件箱收走,并留下空箱,重启机器。
    值得一提的是,这间工厂里所有的系统都是循环的,在生产过程中分离出的任何物质也都会重新进入到生产循环系统中。塑料热成型之后的残余物会从机器上掉落下来,被碾碎,并重新进入生产循环过程中。任何其他的废料,比如不合格的零件或者是当需要更改模具生产零件的颜色时用来清洁管道的塑料制品,同样会被出售给相应的公司用作其它物品生产时的原料,比如塑料管甚至是热油。
    零件的储藏、喷涂和包装。零件箱被运送到零件仓库,里面全由计算机掌控库存情况,并命令叉车拾取零件箱,运送至修饰或包装车间。
    乐高零件的装饰是整个零件生产过程中花费最昂贵的部分。在这里,每一个零件都被精确的单独喷涂。


小零件从机器落入零件箱,待箱子装满,会被机器人收走


乐高小人的头部被喷涂上表情

     在包装线上,零件会被分离成单个,通过虚拟视力探测装置计算出数目,把它们放置在相应的产品盒里。在此过程中,高精仪器会测量盒子的重量,因为计算机会设定好在某个阶段有正确种类和数目的零件的盒子应该有多重,如果有小至几微克的重量变化,报警装置都会启动,工作人员会抽出该盒,整理完毕后重新放回生产线上。


如此巨大的仓库只是由8个机器人和15台全自动起重机来维持运作

乐高模式启发生产自动化系统开发
    乐高积木不仅启发了孩子的无穷创意,同时也给予研发自动化设备的工程师们以灵感,将乐高式的拼插组合方式应用到机器人操作系统上,以适应各种不同的要求。
    台湾集博股份有限公司也开发出一套像乐高积木一样可拼插组合的自动化系统。系统有多个集成的模块,根据需要插入到相应的卡槽,即可完成组装。
    美国的一家机械人研发公司Willow Garage则开发出世界首个开源机器人操作平台。开发者可以将自己开发的个性化应用非常快速方便地加入到平台中。想象一下,当你需要更改设备功能时,只需要像乐高一样,将需要应用的程序及相应的机器组件组装起来,就可以完成个性化调整。



Willow Garage开发的开源机器人平台PR2

 

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