伺服機(jī)構(gòu)柔性裝配與信息化管控技術(shù)研究

楊興旺，吳義勇

（貴州航天控制技術(shù)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550009）

電液伺服機(jī)構(gòu)是導(dǎo)彈上的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，其技術(shù)先進(jìn)性和性能穩(wěn)定性直接影響導(dǎo)彈的總體性能。裝配環(huán)節(jié)為電液伺服機(jī)構(gòu)重要的關(guān)鍵管控節(jié)點(diǎn)之一，其存在裝配工序復(fù)雜、裝配周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，裝配質(zhì)量的好壞也直接影響產(chǎn)品最終生產(chǎn)質(zhì)量水平，以目前電液伺服機(jī)構(gòu)裝配過(guò)程主要以人工操作為主，生產(chǎn)過(guò)程工藝流程、質(zhì)量檢測(cè)和記錄以人工操作模式，已越來(lái)越難以滿足導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展配套需要及管控要求等，為此必須提升現(xiàn)有的生產(chǎn)手段，逐步推進(jìn)智能撓性生產(chǎn)線建設(shè)。

1 現(xiàn)有生產(chǎn)線存在的主要問題

現(xiàn)有生產(chǎn)線存在的問題主要表現(xiàn)如下：

(1)裝配工藝方法主要為手工操作，操作效率低，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作安全風(fēng)險(xiǎn)難以管控。

（2）操作工藝實(shí)現(xiàn)方法單一，難以保證產(chǎn)品精益裝調(diào)需求，對(duì)進(jìn)一步提升產(chǎn)品裝配質(zhì)量存在較大瓶頸。

（3）檢測(cè)手段落后，主要靠目視檢測(cè)或手工進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果一致性水平難以保證。

（4）生產(chǎn)流程信息可追溯性差，產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤追溯困難，對(duì)于質(zhì)量問題的解決和預(yù)防存在較大困難。

上述問題已嚴(yán)重影響了電液伺服機(jī)構(gòu)配套能力，因此開展項(xiàng)目研究，實(shí)現(xiàn)電液伺服機(jī)構(gòu)裝配過(guò)程柔性裝配與信息化管控，是解決電液伺服機(jī)構(gòu)配套能力的有效手段。

2 智能柔性裝配及信息化的解決措施

2.1 智能柔性裝配單元設(shè)計(jì)

由于伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品裝配過(guò)程特殊性，對(duì)產(chǎn)品裝配過(guò)程中需要滿足多型號(hào)產(chǎn)品柔性換裝、多批次產(chǎn)品柔性管控、多裝配任務(wù)柔性組合生產(chǎn)等需求，伺服機(jī)構(gòu)智能柔性裝配技術(shù)方案從物料智能管控，裝配操作柔性工位設(shè)計(jì)，物料通過(guò)輸送線在線柔性配送至各裝配工位或智能貨架的基本思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品裝配過(guò)程中根據(jù)工步裝配需求柔性進(jìn)行物料流轉(zhuǎn)等需求，以便于產(chǎn)品型號(hào)、組件裝配任務(wù)換裝時(shí)柔性快速換線裝配等需求。

智能撓性裝配單元主要智能管控平臺(tái)為核心，將智能貨架、線體、柔性裝配工位、物料科學(xué)地進(jìn)行分配，組成閉環(huán)管理。每部分主要功能如下：

（1）智能貨架。實(shí)現(xiàn)基于多型號(hào)、多零組件等裝配物料實(shí)時(shí)感知管控技術(shù)，為產(chǎn)品裝配過(guò)程物料智能配送、裝配流程信息化管控等提供基礎(chǔ)信息支撐。

（2）線體。在智能單元運(yùn)行過(guò)程中，基于工步的物料資源需求隨著任務(wù)轉(zhuǎn)換、裝配狀態(tài)變換等不斷提出流轉(zhuǎn)需求，進(jìn)行基于智能貨架和柔性裝配工位間滾筒輸送線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)物料在智能貨架與柔性裝配工位間柔性快速配送，以滿足混流狀態(tài)下的產(chǎn)品裝配和緩存需求等。

（3）柔性裝配工位。產(chǎn)品的最終裝配結(jié)果主要還是以人工操作或干預(yù)下完成，通過(guò)在線操作、人機(jī)交互操作等設(shè)計(jì)，降低物料運(yùn)轉(zhuǎn)頻次，提高操作可靠性等。

在智能柔性裝配單元工作過(guò)程中，其工作流程如圖1。

圖1 柔性裝配單元工作流程圖

2.2 智能柔性裝配單元工程應(yīng)用

伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品是典型的機(jī)、電、液一體化產(chǎn)品，產(chǎn)品裝配過(guò)程主要以機(jī)械裝配為主，裝配工藝方法主要涉及熱裝、旋擰、壓接等，裝配過(guò)程中進(jìn)行組件開啟壓力和整機(jī)耐壓檢測(cè)等，伺服機(jī)構(gòu)典型主要裝配工藝流程如圖2。

圖2 伺服機(jī)構(gòu)典型裝配工藝流程圖

由于伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品裝配工藝流程煩瑣，工藝流程執(zhí)行要求高，智能柔性裝配單元僅針對(duì)伺服機(jī)構(gòu)關(guān)鍵管控環(huán)節(jié)等進(jìn)行研究，設(shè)備、工序等不能100%進(jìn)行單元化內(nèi)部集成，特殊操作工步等還需在其他專用設(shè)備上進(jìn)行輔助檢測(cè)等，產(chǎn)品在裝配過(guò)程中需頻繁在單元與其他工作區(qū)域間流轉(zhuǎn)。而且伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品存在多品種、小批量研制生產(chǎn)特點(diǎn)，裝配過(guò)程涉及產(chǎn)品種類多、零組件多、裝配工序多、裝配周期長(zhǎng)等。

以伺服機(jī)構(gòu)大殼體組件為裝配基體進(jìn)行流程設(shè)計(jì)，其中預(yù)裝、清洗、耐壓檢測(cè)、磨合工序內(nèi)容需在專設(shè)區(qū)域和設(shè)備上進(jìn)行操作，組件組裝過(guò)程中壓力檢測(cè)等需使用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行輔助檢測(cè)，其余工序裝配過(guò)程中均在工作臺(tái)上進(jìn)行操作完成，裝配流程主要是先進(jìn)行組件組裝，再按工藝流程將各零組件裝配至大殼體上，從而逐步完成整機(jī)裝配。以現(xiàn)有產(chǎn)品生產(chǎn)情況，裝配過(guò)程中受零件配套、生產(chǎn)周期等影響較大，主要存在以下問題：

（1）裝配現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品型號(hào)多、零組件種類多，狀態(tài)管理困難。

（2）當(dāng)產(chǎn)品零組件配套缺失或出現(xiàn)問題在一定周期內(nèi)不能繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)裝配工序時(shí)，需換裝其他型號(hào)產(chǎn)品時(shí)準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)。

（3）過(guò)程檢測(cè)和裝配操作主要以人工操作為主，操作效率低、安全性差，質(zhì)量記錄以紙質(zhì)進(jìn)行記錄，產(chǎn)品裝配質(zhì)量一致性難以保證，質(zhì)量追溯困難。

（4）產(chǎn)品裝配過(guò)程工藝參數(shù)控制、質(zhì)量檢測(cè)、過(guò)程控制等數(shù)據(jù)缺失且不能實(shí)時(shí)匯總分析，對(duì)優(yōu)化產(chǎn)品裝配工藝方法、流程及過(guò)程管控等缺乏有效促進(jìn)手段。

通過(guò)上述對(duì)伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品典型工藝流程及存在的問題進(jìn)行分析，要提高伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品裝配效率、參數(shù)感知率、信息化管控水平等目標(biāo)，需著重對(duì)伺服機(jī)構(gòu)生產(chǎn)過(guò)程管控、關(guān)鍵裝配過(guò)程數(shù)字化操作和檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用三個(gè)方面進(jìn)行解決，以提高伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程精益管控水平和信息化管控能力。

2.3 數(shù)據(jù)智能優(yōu)化分析與應(yīng)用

以伺服機(jī)構(gòu)裝配過(guò)程關(guān)鍵點(diǎn)、難點(diǎn)為解決對(duì)象，開展多狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)感知技術(shù)研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵裝配工藝參數(shù)可測(cè)、可視、可調(diào)、可控，如裝配力矩、壓配力、開啟壓力等關(guān)鍵管控參數(shù)，提高液壓舵機(jī)裝配效率及質(zhì)量一致性水平。同時(shí)開展在線檢測(cè)技術(shù)研究，對(duì)裝配過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)，保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性、及時(shí)行和可追溯性等，提高裝配質(zhì)量數(shù)字化應(yīng)用水平。開展過(guò)程狀態(tài)實(shí)時(shí)感知技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)基于產(chǎn)品裝配流程中位置、環(huán)境、時(shí)間等流程信息的實(shí)時(shí)感知，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配流程脈絡(luò)化、透明化管理，為優(yōu)化排產(chǎn)流程等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)復(fù)雜，特別是集成了機(jī)、電、液一體的液壓伺服機(jī)構(gòu)，零件間配合精度高，各液壓元件參數(shù)對(duì)產(chǎn)品測(cè)試參數(shù)影響較大，傳統(tǒng)的人工操作方式配裝參數(shù)較為離散，難以管控，產(chǎn)品裝配一致性難以保證。開展數(shù)據(jù)智能優(yōu)化分析與應(yīng)用技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵裝配參數(shù)實(shí)時(shí)采集匯總、分析、優(yōu)化等技術(shù)，并與公司多應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品裝配進(jìn)程情況、裝配參數(shù)控制情況、設(shè)備運(yùn)行狀況、工量具使用情況、質(zhì)量檢測(cè)情況等信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集匯總優(yōu)化分析，以便于管理者、計(jì)劃員、技術(shù)員等及時(shí)直觀了解產(chǎn)品裝配過(guò)程狀況，并及時(shí)進(jìn)行裝配任務(wù)優(yōu)化安排和裝配過(guò)程問題解決，提高工藝參數(shù)優(yōu)化水平和過(guò)程問題解決響應(yīng)速度等，最終為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配效率和質(zhì)量水平整體提升目標(biāo)提供技術(shù)保障。

伺服機(jī)構(gòu)智能柔性裝配單元工作過(guò)程中，涉及物料、工位工作狀態(tài)、在線檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用情況、在線裝配設(shè)備應(yīng)用情況、多型號(hào)產(chǎn)品同時(shí)生產(chǎn)、人員等多因素影響，單元工作狀況復(fù)雜。進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程智能監(jiān)控，實(shí)時(shí)采集監(jiān)控單元運(yùn)行參數(shù)等，通過(guò)對(duì)參數(shù)的分類綜合仿真分析，可以指導(dǎo)排產(chǎn)流程安排，保證單元高效有序地工作，提高單元運(yùn)行能效比。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著智能柔性裝配技術(shù)的工程實(shí)現(xiàn)，可以滿足多型號(hào)產(chǎn)品柔性換裝、多批次產(chǎn)品柔性管理、多任務(wù)柔性組合等裝配需求，在提高產(chǎn)品裝配效率、裝配質(zhì)量一致性的同時(shí)，有效地對(duì)裝配過(guò)程參數(shù)進(jìn)行記錄與智能分析，進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)品工藝優(yōu)化的不斷深入開展，提升制造現(xiàn)場(chǎng)的管理水平，降低損耗與成本等。