面向智能制造的多工位自動生產(chǎn)線物流控制技術(shù)

劉錫朋，王國輝，何 川

(1.中國兵器裝備集團(tuán)自動化研究所 彈藥自動裝藥研究應(yīng)用中心， 四川 綿陽 621000； 2.遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司 116車間, 沈陽 110045)

在自動化裝配生產(chǎn)線中，產(chǎn)品零部件裝配信息的正確傳遞是設(shè)備能夠進(jìn)行正確裝配的基礎(chǔ)。常用的各工位間的產(chǎn)品裝配信息的傳遞基本采用與產(chǎn)品或載具物流過程相關(guān)聯(lián)的方式。其中最常見的方式是：“產(chǎn)品信息標(biāo)記+傳輸移位+標(biāo)記識別處理”，即：在裝配工位對產(chǎn)品的判廢及檢測等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行標(biāo)記，在傳輸時(shí)通過移位或字節(jié)、浮點(diǎn)數(shù)等數(shù)據(jù)移動操作傳輸?shù)胶笠还の粚?yīng)的特定位或字節(jié)地址，在后續(xù)工序進(jìn)行處理時(shí)通過使用該工位對應(yīng)地址數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[1-2]。采用該方式存在以下幾點(diǎn)問題：① 每個(gè)工位大量具體到每個(gè)位、字節(jié)地址的移動操作，以及數(shù)據(jù)引用操作使編程量偏大，且不便維護(hù)；② 較大的編程量導(dǎo)致該方式僅適用于裝配工位較少、傳輸間隔工位數(shù)較少的生產(chǎn)線；③ 信息傳輸量不大，不便于智能制造系統(tǒng)中面向產(chǎn)品信息追溯需求的全流程大量裝配信息的記錄傳遞[3-5]。為解決上述問題，實(shí)現(xiàn)多工位生產(chǎn)線中大量產(chǎn)品裝配信息的便捷傳輸，構(gòu)建了智能物流控制方案[6-7]。

1 方案設(shè)計(jì)

智能物流設(shè)計(jì)的基本思路為：以產(chǎn)品、載具信息為數(shù)據(jù)單元，以各工位處理數(shù)據(jù)為元素的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，結(jié)合產(chǎn)品/數(shù)據(jù)自動識別技術(shù)，建立基于各工位產(chǎn)品、載具信息自動識別和處理的智能物流。

首先，構(gòu)建產(chǎn)品的裝配數(shù)據(jù)區(qū)域序列：以各工位處理數(shù)據(jù)為組成元素，以產(chǎn)品、載具信息為數(shù)據(jù)單元，以序號為索引構(gòu)成產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)序列。之后，生產(chǎn)中在各工位自動完成產(chǎn)品的識別、數(shù)據(jù)的識別、處理和填入：在各裝配工位根據(jù)序號對產(chǎn)品進(jìn)行識別，并對所需的信息進(jìn)行提取，同時(shí)在裝配過程中將裝配、檢測信息等狀態(tài)寫入到對應(yīng)序號產(chǎn)品的數(shù)據(jù)區(qū)域中。

以某防暴彈底火自動裝配生產(chǎn)線項(xiàng)目為例，對相關(guān)方案進(jìn)行介紹。該生產(chǎn)線用于防暴彈的底火自動裝配，包括裝藥、藥量檢測、藥量不合格剔廢、底火預(yù)擰、底火擰緊、底火擰深檢測和底火擰深不合格剔廢等共近10個(gè)工序，采用模具托盤結(jié)合傳輸線完成產(chǎn)品在各裝配、檢測工位之間的傳輸，屬于典型的多工位自動生產(chǎn)線。

物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用模具托盤作為產(chǎn)品載具，并在統(tǒng)一位置安裝有識別標(biāo)志，用于載具識別；傳輸線采用水平直線傳輸，并在傳輸線上各工位分別設(shè)置有載具阻擋機(jī)構(gòu)和載具識別裝置。

物流控制平臺基于生產(chǎn)線主控制平臺，西門子S7-1200 PLC構(gòu)建，編程軟件采用TIA Portal V13。產(chǎn)品元數(shù)據(jù)和載具數(shù)據(jù)單元在“PLC數(shù)據(jù)類型”中定義為數(shù)據(jù)類型，如圖1所示；各自具體內(nèi)容分別如表1和表2所示。

1) 數(shù)據(jù)單元構(gòu)成。以各工位裝配、檢測數(shù)據(jù)為元素的產(chǎn)品、載具信息數(shù)據(jù)單元。

產(chǎn)品元數(shù)據(jù)由各工位有無處理標(biāo)志和裝配、檢測數(shù)據(jù)構(gòu)成，如表1所示。

載具數(shù)據(jù)單元由產(chǎn)品有無標(biāo)志和產(chǎn)品元數(shù)據(jù)構(gòu)成，如表2所示。

序號產(chǎn)品元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類型1有無倒藥BOOL2有無藥量檢測BOOL3藥量檢測結(jié)果BOOL4有無藥量剔廢BOOL5有無底火預(yù)擰BOOL6底火預(yù)擰效果BOOL7有無底火擰緊BOOL8底火擰緊數(shù)據(jù)REAL9底火擰緊結(jié)果BOOL10有無底火擰深檢測BOOL11底火擰深檢測數(shù)據(jù)REAL12底火擰深檢測結(jié)果BOOL13有無底火擰深剔廢BOOL

表2 載具數(shù)據(jù)單元

2) 產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)序列構(gòu)建。以數(shù)據(jù)單元為基礎(chǔ)，以序號為索引構(gòu)成產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)序列，如表3所示。

表3 產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)序列

N的取值取決于控制器的運(yùn)行內(nèi)存的大小。如果生產(chǎn)線控制器與WINCC等上位機(jī)聯(lián)接[8-10]，生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)上傳存儲到上位機(jī)，則N可以取不小于線上模具數(shù)量的最小值，作為數(shù)據(jù)上傳的緩沖區(qū)。

在本生產(chǎn)系統(tǒng)中，沒有接上位機(jī)，取N的值等于8 000，大于設(shè)備的全天產(chǎn)能，滿足全天產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存儲。

3) 產(chǎn)品的識別，信息的讀取和寫入。在各裝配工位根據(jù)序號對產(chǎn)品進(jìn)行識別，并對所需的信息進(jìn)行提取，同時(shí)在裝配過程中將裝配、檢測信息等狀態(tài)寫入到對應(yīng)序號產(chǎn)品的數(shù)據(jù)區(qū)域中，具體處理流程如圖2[11-12]。

2 實(shí)施效果

該物流控制技術(shù)在某防暴彈底火自動裝配生產(chǎn)線和延期管自動裝壓藥生產(chǎn)線等項(xiàng)目中成功實(shí)現(xiàn)，控制難度大大降低；迄今為止防暴彈底火自動裝配生產(chǎn)線已經(jīng)穩(wěn)定生產(chǎn)近二十萬發(fā)，每發(fā)產(chǎn)品的全流程裝配狀態(tài)及檢測數(shù)據(jù)均得到有效實(shí)時(shí)記錄，該技術(shù)的穩(wěn)定性得到充分驗(yàn)證。

3 結(jié)論

經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證，新構(gòu)建的用于多工位自動化生產(chǎn)線的智能物流控制方案在較大程度上降低了控制難度；較大的產(chǎn)品數(shù)據(jù)承載量滿足了對產(chǎn)品生產(chǎn)過程中全流程裝配狀態(tài)和檢測信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和追溯的需求。