鉆機操縱臺柔性裝配線輸送及布局方式研究

摘要：針對現(xiàn)有鉆機操縱臺種類多、裝配復雜的特點，結(jié)合產(chǎn)品質(zhì)量、標準化、外觀等的生產(chǎn)要求，對比分析了倍速鏈、懸掛自行小車、RGV等輸送方式，優(yōu)選出適合鉆機操縱臺結(jié)構(gòu)及裝配特點的輸送方式，優(yōu)化其布局，形成基于往復式RGV輸送的H型裝配線，可適應(yīng)多種鉆機操縱臺裝配并兼顧后期技術(shù)及產(chǎn)量調(diào)整的柔性生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：鉆機操縱臺，裝配，柔性生產(chǎn)，輸送方式，布局

Abstract：?Considering?the?characteristics?of?various?types?and?complicated?assembly?process?of?rig?consoles，this?paper?compares?the?constructions?and?conveying?modes?among?speed?chain，?suspension?RGV，?RGV?etc.conveyors?according?to production?requirements?on?product?quality，?standardization?and?appearance.?The?H-type?assembly?line?transmitted?arrangement?with?reciprocating?RGV?is?proposed?through optimal?selection?and?layout，?which?can?suit?for?different?kinds?of?rig consoles?and?flexible?production?line?required?for?varied?technical?and?productive?volume?demands.

Keywords： rig console， assembling， flexible assembly line， conveying mode， layout

一、前言

中煤科工集團西安研究院有限公司長期致力于煤礦坑道鉆機的研發(fā)和生產(chǎn)，形成了自主品牌ZDY系列鉆機。作為鉆機關(guān)鍵部件的操作臺，其種類繁多，一直以來都是自主進行生產(chǎn)制造。目前，公司鉆機操縱臺裝配還處于以往地攤式的生產(chǎn)模式，產(chǎn)能不能滿足市場快速發(fā)展的個性化要求，且難以實現(xiàn)裝配過程的信息化管理和產(chǎn)品質(zhì)量追溯。

隨著社會對能源需求的增加，煤炭在我國一次能源消費占比維持在60%左右。鉆機作為解決瓦斯水害事故、保障煤礦安全開采的關(guān)鍵裝備，市場需求量越來越旺盛，并且客戶對鉆機的交貨期和品質(zhì)提出了更高的要求。由于鉆機的種類多，對應(yīng)的關(guān)鍵部件操縱臺種類也多;操縱臺用于控制鉆機的動作，其質(zhì)量、生產(chǎn)效率直接影響鉆機質(zhì)量、安全及產(chǎn)量?，F(xiàn)今單一的流水裝配線難以滿足鉆機操縱臺多品種、小批量、插單式的生產(chǎn)要求，只有對鉆機操縱臺裝配線合理的進行布局，提高裝配線的適應(yīng)性，才能更好地推進鉆機操縱臺高標準、高可靠性、高效率的生產(chǎn)，提高鉆探裝備的核心競爭力。

二、鉆機操縱臺結(jié)構(gòu)及特點

鉆機操縱臺零部件多，裝配過程較為復雜（見圖1），其柔性裝配線應(yīng)滿足以下基本原則：（1）以鉆機操縱臺裝配工藝要求及國內(nèi)外先進柔性裝配線設(shè)計經(jīng)驗為基礎(chǔ)，以中國國家標準或ISO標準為準繩。（2）整線設(shè)計遵循技術(shù)先進、運行可靠、經(jīng)濟合理、成熟實用的設(shè)計理念，采用典型成熟的生產(chǎn)設(shè)備。（3）設(shè)備合理布置做到人流物流順暢，滿足人機工程原理，重視節(jié)能、環(huán)保、安全等相關(guān)要求，技術(shù)水平達到行業(yè)領(lǐng)先。

三、鉆機操縱臺柔性裝配線輸送方式選取

根據(jù)鉆機操縱臺的結(jié)構(gòu)特點及生產(chǎn)要求，提出以下3種輸送方式：

（1）基于倍速鏈的輸送方式

倍速鏈輸送方式是流水線設(shè)備中廣泛應(yīng)用的一種自流式輸送方式，其輸送原理是運用倍速鏈條的增速功能，使其上承托貨物的工裝板快速運行，通過阻擋器停止于相應(yīng)的操作位置。倍速鏈輸送方式可通過相應(yīng)指令來完成積放動作及移行、轉(zhuǎn)位、專線等功能。

圖2為一種基于倍速鏈輸送方式的操縱臺裝配線，其特點在于：輸送能力大，可承載較大載荷;速度準確穩(wěn)定，能保證精確的同步輸送;易于實現(xiàn)積放輸送;驅(qū)動少，造價低。

不足之處在于：（1）單條線體長度宜控制在12 m 左右，線體太長，安裝不直，鏈條調(diào)整不水平時，會導致軌道磨損，嚴重時鏈條會被拉斷;若線體分段，對設(shè)備價格、工藝排布等有一定影響。（2）運動不均勻，不適宜用于頻繁啟動、制動的場合。（3）線體只能按指定方向單向流轉(zhuǎn)，輸送靈活度差，無法實現(xiàn)跨工位的點對點輸送。（4）產(chǎn)線定型后，增加或減少工位比較困難。

（2）基于懸掛式自行小車的輸送方式

此種輸送方式是通過自行小車裝置，在預定的軌道上，按照預定的控制程序輸送或搬運物料，并保證準確無誤。電動自行小車根據(jù)設(shè)定的工藝過程，在不同的工位點上，按照計算機的操作指令進行實時的自動化控制。

圖3為一種采用懸掛式自行小車輸送的操縱臺裝配線，其特點在于：采用觸滑供電及移動總線控制，具有起重、運輸、空中貯存、組織生產(chǎn)、實現(xiàn)自動輸送、動態(tài)顯示、自動認址、自動積放、故障自診斷、遠程監(jiān)控等功能;懸掛軌道上設(shè)有多臺自行小車，可獨立驅(qū)動;具有多種控制方式，小車可按設(shè)定程序?qū)嵭腥詣幼鳂I(yè)，能根據(jù)不同的工藝裝配要求停行、升降;運行速度快，無噪聲，無需潤滑;空中輸送占地面積下，整體形成立體輸送網(wǎng)絡(luò)。

不足之處在于：（1）空中輸送安全系數(shù)不高，存在裝配工件的掉落，導致人員或工件的損傷的安全隱患，并且閥塊等較重部件空中安裝難度較大;（2）工件上件時需要借助懸臂吊等主力機械人工輔助完成，工件掛脫鉤比較麻煩，工件裝配過程中需要翻轉(zhuǎn)、臨時插件時都必須進行掛脫鉤處理;（3）工件在輸送過程中由于前后小車的制約，無法實現(xiàn)夸工位的點對點輸送，可能會導致停滯誤工現(xiàn)象;（4）生產(chǎn)線定型后，增加工位比較麻煩，減少工位時又會導致輸送時間及能耗的浪費;（5）維護檢修時需高空作業(yè)，非常不便。

（3）基于RGV（軌道導引車）的輸送方式

RGV是與地面導向軌道接觸式的運輸車，具有速度快、可靠性高、成本低等特點，是一種自動化智能型軌道導引搬運設(shè)備，廣泛應(yīng)用于自動化物流系統(tǒng)及裝配線中。根據(jù)運動方式的不同，可分為環(huán)形軌道式和往復式，環(huán)形軌道式的RGV小車沿頭尾相接的封閉環(huán)形軌道循環(huán)運行，可多車同時工作;往復式則為1臺RGV小車在直線的軌道上做往復式運動，通過編碼器、激光測距等認址方式精確定位，在各個輸入輸出工位直接往復穿梭運輸。

圖4為一種基于往復式RGV輸送系統(tǒng)的操縱臺裝配線，其特點在于：柔性化程度高，以適合多品種產(chǎn)品組裝;運行速度快、可靠性高，并且成本低;能使物料在不同工位之間的傳送及輸送，實現(xiàn)高速點對點輸送，節(jié)約能耗及輸送時間，具有高度的自動化和靈活性;增加或減少組裝工位時方便靈活，維護簡便;對作業(yè)工人的數(shù)量沒有限制，單人、多人均可操作，正常生產(chǎn)時可實現(xiàn)插單式生產(chǎn)。

結(jié)合以上幾種輸送方式的優(yōu)缺點及項目本身特點，綜合比對，最終選用往復式RGV作為鉆機操縱臺柔性裝配的主要輸送形式。

四、基于RGV輸送方式的柔性裝配線布局形式研究

以鉆機操縱臺裝配為目的，對鉆機操縱臺柔性裝配線進行合理、有效的工藝布局，有利于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量。針對操縱臺結(jié)構(gòu)特點及裝配工藝，結(jié)合現(xiàn)場場地及物流，基于往復式RGV的傳送方式，優(yōu)化的鉆機操縱臺柔性裝配線布置見圖5。整線分為上下料區(qū)、裝配輸送區(qū)、中控區(qū)3個區(qū)域，布局整齊，結(jié)構(gòu)緊湊，高效靈活，可滿足操縱臺多品種、小批量、插件式的生產(chǎn)要求，實現(xiàn)鉆機操縱臺裝配的柔性化。

（1）中控區(qū)布局形式

由于鉆機操縱臺柔性裝配線整體長度、寬度均不大，所以整個控制系統(tǒng)采用集中布置，以便于后期的集中管理、控制、在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、故障報警等的有效進行，是整個系統(tǒng)的大腦中樞。

（2）上下料區(qū)布局形式

上下料區(qū)整體采用雙層L形布局，上層進行部件及成品工件的轉(zhuǎn)運及暫存，下層進行空托盤的流轉(zhuǎn)，使其流轉(zhuǎn)形成一個循環(huán)，不僅減少了托盤流轉(zhuǎn)的時間，同時也節(jié)約了占地面積。

上料（零件）與下料（成品）采用不同的輸出通道，便于物料的運轉(zhuǎn)，在上、下料口均設(shè)置有物料檢測對接裝置，可實現(xiàn)與叉車、AGV等的對接，當檢測到上料口有零件時，上料口輸送系統(tǒng)依次動作，將零件運輸?shù)街付ㄎ恢猛Ｖ?當檢測到下料口有成品工件時，自動發(fā)出聲光提示，通知工作人員或AGV將成品轉(zhuǎn)運至指定位置存放。

上下料部分均設(shè)置有多個緩存位，以便于工作人員定時集中操作，既提高人員工作效率，又能合理進行人員的安排。

（3）裝配區(qū)布局形式

裝配區(qū)采用往復式RGV小車作為主線輸送，由兩列對稱的輥道組成操作及緩存工位，RGV小車在兩列工位之間運行，整體形成一種可變化擴展的H型布局。具有以下特點：

（1）布局方式布局更加緊湊和簡捷，可實現(xiàn)不同種類的鉆機操縱臺在同一裝配線上同時裝配互不干擾、有序進行，使裝配更加柔性靈活。

（2）能有效的應(yīng)對突發(fā)故障，當某個設(shè)備突然出現(xiàn)故障，相應(yīng)的工序可臨時調(diào)整到其他工位進行，從而保證正常工作。

（3）改變了直線型、L型、O型等的局限性、固定性、單一性等弊端，可實現(xiàn)最優(yōu)路徑下的點對點高效輸送，滿足生產(chǎn)節(jié)奏的要求，真正實現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

（4）各工位采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)工藝及產(chǎn)量變化靈活調(diào)整工位的投入數(shù)量及具體功能，以達最優(yōu)資源配比，具有較強的適應(yīng)性。

五、結(jié)束語

（1）總結(jié)和分析了不同鉆機操縱臺結(jié)構(gòu)特點，提出了鉆機操縱臺柔性裝配線基本原則。既要滿足生產(chǎn)要求的情況下對產(chǎn)品質(zhì)量、標準化、外觀等的要求，又要充分結(jié)合當前及后期企業(yè)發(fā)展及市場供應(yīng)需求。

（2）針對多品種、小批量、插單式的生產(chǎn)特點，結(jié)合人力資源、物料運轉(zhuǎn)、裝配工藝等因素，設(shè)計了一種高效、靈活、緊湊的基于往復式RGV輸送的H型布局方式。

總而言之，在鉆機操縱臺柔性裝配線的輸送及布局方式確定上，既要滿足生產(chǎn)要求，又要充分結(jié)合當前市場需求及企業(yè)發(fā)展，最大程度提高裝配線的合理性。特別是對于多品種產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)，柔性裝配線可解決單一專線諸多弊端，其建成后也可靈活調(diào)整，滿足“更快、更好、及時響應(yīng)市場”的制造理念。

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作者簡介：

陳亮（1980—）男，甘肅天水人，高級工程師，碩士研究生，主要從事鉆探裝備產(chǎn)品的生產(chǎn)管理工作。