探析自動(dòng)化智能化生產(chǎn)線的特性和模式

張民敬

（定州市技師學(xué)院，河北 定州 073000）

1 自動(dòng)化加工生產(chǎn)線

所謂自動(dòng)化加工生產(chǎn)線，指的是將機(jī)器零件放置在由輸送裝置和輔助裝置連接的若干臺(tái)機(jī)床上，通過(guò)設(shè)備的傳送功能，工件按照設(shè)定的工藝流程通過(guò)加工設(shè)備的生產(chǎn)作業(yè)線進(jìn)行加工[1]。自動(dòng)化加工生產(chǎn)線在流水線的基礎(chǔ)上，增加了自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于控制各臺(tái)機(jī)床之間的工件輸送、轉(zhuǎn)位、定位和夾緊以及其他操作動(dòng)作，是一種按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序自動(dòng)工作的生產(chǎn)線。

2 智能化自動(dòng)化生產(chǎn)線的加工流程

不同的加工工件有特定的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求，因此，在加工生產(chǎn)線上的具體加工流程也不相同。但這些只是細(xì)節(jié)上的不同，加工流程的大體框架還是具有相似性的，因此，筆者以串聯(lián)式自動(dòng)生產(chǎn)線為例，簡(jiǎn)要介紹其加工流程。

首先，將上料框從待工作位置移動(dòng)到工作位置，接著機(jī)械手自動(dòng)取料并利用傳輸帶將工件送至加工設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)加工，該過(guò)程中變位裝置會(huì)對(duì)工件的傳輸角度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，測(cè)量工位會(huì)對(duì)上一步驟加工后的工件尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量[2]。最后，生產(chǎn)線末端的機(jī)械手將工件移至下料框。至此，一個(gè)工件完成了其自動(dòng)加工的流程。

3 自動(dòng)化智能化加工生產(chǎn)線的功能

3.1 常見(jiàn)功能

自動(dòng)化智能化加工生產(chǎn)線的常見(jiàn)的功能主要包括以下幾點(diǎn)：一是自動(dòng)加工功能；二是自動(dòng)上下料和退出功能，指的是上料框和下料框可以自動(dòng)取料，取料結(jié)束后自動(dòng)回歸原位待命的功能；三是自動(dòng)定位和夾緊功能；四是自動(dòng)清潔功能；五是工件自動(dòng)傳輸功能；六是干涉性運(yùn)動(dòng)的互鎖控制，指的是避免相鄰程序、動(dòng)作之間相互干涉、碰撞的功能，如控制料框移動(dòng)過(guò)程中機(jī)械手不能取料，舊零件未取出前，新零件不得放入等；七是變位功能，即根據(jù)生產(chǎn)需要變化加工裝置的位置；八是緩沖功能，生產(chǎn)線配有中間儲(chǔ)存設(shè)備，可以為工件的輸送進(jìn)行一定的緩沖，用于調(diào)節(jié)各工序節(jié)拍不協(xié)調(diào)導(dǎo)致的生產(chǎn)事故；九是智能故障診斷功能；十是在線測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償功能、誤差分析和處理功能[3]；十一是參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化功能，即分析零件、刀具、主機(jī)、節(jié)拍等因素，自動(dòng)優(yōu)化加工參數(shù)；十二是工件尺寸的在線測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償功能、誤差分析和處理功能；十三是自動(dòng)安排和優(yōu)化生產(chǎn)程序的功能，指的是智能化自動(dòng)化生產(chǎn)線依照生產(chǎn)總計(jì)劃，自動(dòng)規(guī)劃、選擇相對(duì)最佳的生產(chǎn)安排，如混合加工時(shí)的順序安排、出現(xiàn)故障時(shí)的臨時(shí)加工安排等；十四是與自動(dòng)線上下位的數(shù)據(jù)自動(dòng)交換和處理功能，該功能主要用于與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和相關(guān)智能技術(shù)相結(jié)合為工廠實(shí)現(xiàn)信息化、智能化控制和管理。

3.2 自動(dòng)化智能化加工生產(chǎn)線的功能模塊及其作用

自動(dòng)化智能化加工生產(chǎn)線包括自動(dòng)化加工模塊和智能化加工模塊。

一是自動(dòng)化加工功能，該部分包括自動(dòng)上下料模塊、數(shù)據(jù)加工模塊、自動(dòng)定位和夾緊模塊、自動(dòng)清潔模塊、工件自動(dòng)轉(zhuǎn)移模塊、中間存儲(chǔ)模塊，這六大模塊構(gòu)成了自動(dòng)化加工生產(chǎn)線的主體[4]。其中，數(shù)控加工模塊由若干臺(tái)數(shù)控加工主機(jī)組成，主要功能為獨(dú)立對(duì)工件進(jìn)行生產(chǎn)加工，是生產(chǎn)線不可或缺的基礎(chǔ)模塊。自動(dòng)定位和夾緊功能模塊由自動(dòng)夾具和動(dòng)力夾緊系統(tǒng)組成，其設(shè)置不受限制，可固定于主機(jī)，也可隨工件移動(dòng)，該模塊與數(shù)控加工主機(jī)模塊一起構(gòu)成了自動(dòng)生產(chǎn)線的主體。二是智能化的加工功能，該部分包括對(duì)外數(shù)據(jù)交流與處理、自動(dòng)規(guī)劃和優(yōu)化生產(chǎn)流程、自動(dòng)優(yōu)化加工參數(shù)、在線測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償、誤差分析與自動(dòng)處理、智能化故障診斷，這六大模塊是自動(dòng)加工生產(chǎn)線向智能化的優(yōu)化發(fā)展[5]。

智能化加工模塊與自動(dòng)化加工模塊的關(guān)系要明晰，自動(dòng)化加工模塊是生產(chǎn)線運(yùn)行的前提，也是智能化的前提。智能化加工模塊是生產(chǎn)線的優(yōu)化，幫助生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)智能控制。自動(dòng)化是生產(chǎn)線需要達(dá)到的主要功能，智能化功能尚未成熟，在具體應(yīng)用中要適當(dāng)，不應(yīng)過(guò)度強(qiáng)調(diào)。

4 生產(chǎn)線控制程序設(shè)計(jì)中需要注意的原則和要點(diǎn)

一是順序原則，生產(chǎn)線要按照輸送系統(tǒng)的功能要求設(shè)置正確的操作順序；二是節(jié)拍最小化原則，生產(chǎn)線在運(yùn)行中要盡可能將互不干涉的流程順序重合，從而避免主工序等待輔工序，例如，機(jī)械手從上下料框取料的流程可以和上一工件在加工設(shè)備中的加工流程重合，以避免加工工序等待上下料程序；三是監(jiān)控報(bào)警和停機(jī)，如待上料框缺位時(shí)、下料框滿位時(shí)、氣爪夾持和放置失敗等情況發(fā)生時(shí)設(shè)定警報(bào)，予以停機(jī)處理，以保證設(shè)備和生產(chǎn)運(yùn)行的安全。

5 自動(dòng)化智能化生產(chǎn)線尺寸超差的模式分析

在線測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償及處理是自動(dòng)加工生產(chǎn)線最主要的智能化功能，這兩種功能有利于提高工件的尺寸精度和質(zhì)量。而尺寸誤差因素分析和處理是在線測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償處理的關(guān)鍵內(nèi)容之一，分析尺寸超差的因素有利于自動(dòng)化智能化生產(chǎn)線的安全、高效運(yùn)行，尺寸超差常見(jiàn)的分析模式包括尺寸超差的分析模式和超差狀態(tài)和工件的處理模式兩種，具體如下。

5.1 尺寸超差的分析模式

各種超差因素會(huì)對(duì)生產(chǎn)線加工工件的尺寸精度產(chǎn)生直接的影響，這些影響主要表現(xiàn)為機(jī)械電氣性能和溫度產(chǎn)生變化。尺寸超差的分析模式就是利用在線測(cè)量方式，對(duì)指定尺寸進(jìn)行測(cè)量、對(duì)比和處理，同時(shí)通過(guò)分析上述超差因素引起的變化，從而得知超差問(wèn)題所在的一種模式。該模式中存在一些常見(jiàn)的超差因素，如絲杠磨損、夾具磨損、系統(tǒng)參數(shù)變化等，這些因素對(duì)生產(chǎn)線造成的誤差影響一般會(huì)表現(xiàn)在特定的零件結(jié)構(gòu)、加工狀態(tài)和控制特點(diǎn)上，因此具有一定的規(guī)律可循，可以作為超差分析的輔助依據(jù)[6]。

5.2 超差狀態(tài)和工件的處理模式

尺寸超差的處理程序?yàn)樵诰€監(jiān)測(cè)和分析生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)，并與臨界誤差值對(duì)比，若監(jiān)測(cè)結(jié)果超出臨界值的范圍，那么開(kāi)始分析導(dǎo)致誤差的原因，觸發(fā)報(bào)警裝置，系統(tǒng)予以停機(jī)處理，從而最大限度地降低故障的危害。接著將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與最大允差比較，大于最大允差的零件要移至專門的超差處理處，未超過(guò)最大允差的零件可以正常轉(zhuǎn)移。

程序中提到的臨界誤差值需要設(shè)定在最大允差范圍內(nèi)，其作用為允許自動(dòng)線由于刀具磨損等不可避免的因素導(dǎo)致的精度下降，也就是允許生產(chǎn)線在存在一定的缺陷的狀態(tài)下仍可照常運(yùn)行。這里要注意臨界誤差值需要綜合分析主機(jī)、刀具、工件材質(zhì)、加工參數(shù)等各種因素，從而保證數(shù)值的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)論

綜上所述，智能化是自動(dòng)化加工生產(chǎn)線的重要發(fā)展方向，智能化自動(dòng)化生產(chǎn)線具有在線測(cè)量和自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)加工、自動(dòng)生產(chǎn)規(guī)劃、自動(dòng)優(yōu)化參數(shù)、智能化故障診斷等功能，對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)線提高效率、優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量、減少尺寸誤差具有重要意義。因此，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)以自動(dòng)化為重點(diǎn)，重視生產(chǎn)線的智能化發(fā)展，積極優(yōu)化加工生產(chǎn)線的功能布局和誤差處理模式，使得加工生產(chǎn)線高效、安全地投入生產(chǎn)，為企業(yè)和國(guó)家?guī)?lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。