淺談助力機(jī)械臂在火工品裝配中的應(yīng)用

李洪超

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng)471009）

助力機(jī)械臂多種多樣，通過(guò)對(duì)各類(lèi)型助力機(jī)械臂的特點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合火工品裝配的特點(diǎn)，提出了切實(shí)有效的方案，以真正提高助力機(jī)械臂在火工品行業(yè)應(yīng)用的可能性，提高國(guó)防工業(yè)生產(chǎn)整體的自動(dòng)化水平。

1 助力機(jī)械臂

助力機(jī)械臂是一種用于搬運(yùn)物料、裝配產(chǎn)品的能夠降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的助力設(shè)備，它應(yīng)用力的平衡原理，使操作者僅通過(guò)推拉重物，就可以實(shí)現(xiàn)重物在空間的平衡移動(dòng)定位。助力機(jī)械臂以其精確直觀、操作簡(jiǎn)便、安全高效等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中物料移動(dòng)、大部件裝配等場(chǎng)合。推廣使用助力機(jī)械臂，對(duì)于各行各業(yè)中重物的移動(dòng)、裝配工位操作人員的安全都有重大改善，對(duì)作業(yè)順序的合理規(guī)劃、生產(chǎn)效率的提高、產(chǎn)品質(zhì)量的保障都有極大的促進(jìn)作用。

市場(chǎng)上助力機(jī)械臂種類(lèi)繁多，按照結(jié)構(gòu)來(lái)分，一般有硬臂式助力機(jī)械手、軟索式助力機(jī)械手、折臂吊、懸臂吊等；按照動(dòng)力和控制系統(tǒng)來(lái)分，則有電動(dòng)式助力機(jī)械臂、氣動(dòng)式助力機(jī)械臂、壓縮空氣驅(qū)動(dòng)——電子控制助力機(jī)械臂。

不同結(jié)構(gòu)助力機(jī)械臂根據(jù)使用場(chǎng)地的需求可進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化選用和定制，助力機(jī)械臂的控制系統(tǒng)和動(dòng)力是采購(gòu)時(shí)應(yīng)考慮的主要因素。

1.1 電動(dòng)助力機(jī)械臂

電動(dòng)助力機(jī)械臂有以下優(yōu)點(diǎn)：更好的人機(jī)工程、更高的精度、自動(dòng)重量感應(yīng)和自動(dòng)平衡方便用戶(hù)使用；具備防止工件自由移動(dòng)的功能，發(fā)生動(dòng)力故障時(shí)具備電機(jī)鎖死功能，安全性高；精細(xì)上乘的速度控制，操作更平滑；模塊化結(jié)構(gòu)便于各種零件接入，維修方便。

電動(dòng)助力機(jī)械臂由于本身的局限無(wú)法做到整個(gè)設(shè)備防爆，只能進(jìn)行防爆性改造，改造成本高，市場(chǎng)上具備改造資質(zhì)的公司和機(jī)構(gòu)較少。

1.2 氣動(dòng)助力機(jī)械臂

氣動(dòng)助力機(jī)械臂的優(yōu)點(diǎn)為：采用標(biāo)準(zhǔn)模塊和零件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，提高安全性和效率；配備有安全裝置，即使完全失去氣壓也能保持工件加持，具備制動(dòng)器能夠鎖住機(jī)器；完全符合防爆要求，設(shè)計(jì)均可按照歐盟指令2014/34為依據(jù)的ATEX規(guī)定——針對(duì)有爆炸危險(xiǎn)的受控環(huán)境中應(yīng)用；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。

氣動(dòng)助力機(jī)械臂的缺點(diǎn)為：操作不夠平滑，控制不夠精細(xì)，對(duì)人員操作要求較高，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制也不夠穩(wěn)定，且需要額外配備空氣壓縮機(jī)和氣路。

1.3 壓縮空氣驅(qū)動(dòng)——電子控制助力機(jī)械臂

電子控制助力機(jī)械臂是氣動(dòng)助力機(jī)械臂的改良版，為新設(shè)計(jì)研發(fā)產(chǎn)品（市場(chǎng)應(yīng)用先例不多），控制系統(tǒng)采用電子控制，實(shí)現(xiàn)了控制平滑、自動(dòng)重量感應(yīng)和自動(dòng)平衡等功能，驅(qū)動(dòng)力采用壓縮空氣，同樣需要配備空氣壓縮機(jī)和氣路。

此類(lèi)產(chǎn)品能較好地適應(yīng)火工品廠房的防爆要求，改造難度較低，是火工品生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)優(yōu)先考慮的產(chǎn)品。

2 火工品的特點(diǎn)

火工品，又稱(chēng)火具，是裝有火藥或炸藥，受外界刺激后產(chǎn)生燃燒或爆炸，以引燃火藥、引爆炸藥或做機(jī)械功的一次性使用的元器件和裝置的總稱(chēng)。根據(jù)GJB347A—2005《火工品分類(lèi)和命名原則》標(biāo)準(zhǔn)，火工品分為16類(lèi)：火帽、點(diǎn)火頭、點(diǎn)火管、底火、點(diǎn)火具（器）、點(diǎn)火裝置、電爆管、傳火具（含傳火管、傳火藥柱、傳火藥盒）、延期件、索類(lèi)、雷管、傳爆管（含傳爆藥柱、導(dǎo)爆藥柱）、曳光管（含曳光藥柱）、作動(dòng)器（含推銷(xiāo)器、拔銷(xiāo)器、爆炸開(kāi)關(guān)、爆炸閥門(mén)、切割索等）、拋放彈、爆炸螺栓（含爆炸螺帽）。

其顯著特點(diǎn)為：①功能首發(fā)性，以武器系統(tǒng)的爆轟、燃燒為例，爆轟的產(chǎn)生是依靠雷管爆炸為始發(fā)能源，而燃燒的產(chǎn)生則依靠點(diǎn)火器的點(diǎn)火為始發(fā)能源；②作用敏感性，火工藥劑是武器系統(tǒng)所用藥劑感度最高者，比如在爆炸序列中以感度從高到底排序?yàn)槠鸨?、傳爆藥、主裝藥，而在點(diǎn)傳火序列中感度從高到低依次為點(diǎn)火藥、延期藥、發(fā)射藥或推進(jìn)劑[1]。

火工品具有易燃易爆的特點(diǎn)，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中安全始終是考慮的重要因素。

火工品因其功能首發(fā)性和作用敏感性而廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)，尤其是軍事工業(yè)，幾乎所有的彈藥都配備一種或多種火工品?；鸸て吩谖淦鞲鱾€(gè)位置均有分布，廣泛應(yīng)用于彈藥、戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、核武器以及航空航天航海綜合武器系統(tǒng)等各類(lèi)武器系統(tǒng)中。因此，在保證安全的情況下盡可能地提高其生產(chǎn)效率，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全都有重大意義。

3 助力機(jī)械輔助工具在火工品行業(yè)的應(yīng)用

根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定，火工品廠房?jī)?nèi)各項(xiàng)設(shè)施設(shè)備需要達(dá)到與廠房對(duì)應(yīng)的防爆等級(jí)。電動(dòng)工具想在廠房中使用就必須進(jìn)行防爆改造。

電動(dòng)式助力機(jī)械臂使用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使用電子芯片和控制板卡進(jìn)行控制，在防爆改造中需要對(duì)電機(jī)、線纜、照明設(shè)施進(jìn)行整體防爆改造，改造難度大，改造費(fèi)用高，市場(chǎng)能夠承接此類(lèi)業(yè)務(wù)的公司和機(jī)構(gòu)極少；氣動(dòng)式助力機(jī)械臂則不需要防爆改造，但需要重新規(guī)劃氣源設(shè)施，且定位精度和控制精度都較低，因此不適合火工品精細(xì)裝配行業(yè)；壓縮空氣驅(qū)動(dòng)——電子控制助力機(jī)械臂在以空氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的情況下加入更先進(jìn)的電子控制驅(qū)動(dòng)器，彌補(bǔ)了定位精度和控制精度較低的缺點(diǎn)，防爆改造成本也較低，但新技術(shù)的應(yīng)用中，技術(shù)成熟度也是需要考慮的因素。

現(xiàn)如今火工品行業(yè)建線標(biāo)準(zhǔn)采用兵器工業(yè)集團(tuán)發(fā)布的《火藥、炸藥、彈藥、引信及火工品工廠設(shè)計(jì)安全規(guī)范》作為指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)廠房防爆等級(jí)要求較高。隨著現(xiàn)在專(zhuān)業(yè)分工越來(lái)越細(xì)，有相當(dāng)一部分廠房只進(jìn)行了帶火工品部件的機(jī)械裝配，且火工品為鈍感火藥并完全密封，而非真正生產(chǎn)火藥、澆筑推進(jìn)劑等操作，應(yīng)對(duì)此類(lèi)廠房進(jìn)行充分評(píng)估來(lái)評(píng)定其究竟屬于哪一類(lèi)防爆等級(jí)，但現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)其有細(xì)致劃分，導(dǎo)致對(duì)行業(yè)內(nèi)企業(yè)有過(guò)高過(guò)嚴(yán)的要求，生產(chǎn)效率降低。

高等級(jí)的防爆設(shè)施不易采購(gòu)，高等級(jí)的防爆改造同樣造價(jià)高昂，且具備改造資質(zhì)的企業(yè)鳳毛麟角，這都是限制火工品實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的瓶頸。只有盡快論證新的標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)化相關(guān)分類(lèi)，細(xì)化安全要求，才能推進(jìn)國(guó)防工業(yè)火工品行業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展。

火工品行業(yè)的自動(dòng)化是國(guó)家安全的需求，也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的重要舉措，更是企業(yè)自身生存和發(fā)展壯大的必經(jīng)之路。現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)生產(chǎn)的自動(dòng)化，更離不開(kāi)生產(chǎn)的智能化，借助現(xiàn)今工業(yè)4.0技術(shù)建造智能工廠，則是實(shí)現(xiàn)企業(yè)騰飛的一次絕佳機(jī)會(huì)。

現(xiàn)在大部分火工品生產(chǎn)制造企業(yè)受相關(guān)規(guī)定不細(xì)化的限制，在企業(yè)生產(chǎn)上更多地采取了手工作坊式的生產(chǎn)。得益于人口紅利，這種生產(chǎn)方式通過(guò)增加生產(chǎn)操作人員（或延長(zhǎng)工作時(shí)長(zhǎng)）來(lái)提升工業(yè)制品的產(chǎn)量，進(jìn)而提高企業(yè)的利潤(rùn)，這確實(shí)是一種簡(jiǎn)單而行之有效的方法。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，中國(guó)的人口紅利正在消失，人口老齡化的問(wèn)題日趨嚴(yán)重，企業(yè)也不得不進(jìn)行生產(chǎn)模式的變革。

火工品生產(chǎn)對(duì)安全和質(zhì)量的要求格外嚴(yán)格，手工作坊式生產(chǎn)在這兩方面有較大的隱患，手工作坊式的生產(chǎn)在安全的保障上更多依靠操作人員的自覺(jué)和安全意識(shí)，不可控安全因素較多；在質(zhì)量的把控上則更多地依靠操作人員的技能水平和工作能力，質(zhì)量一致性波動(dòng)較大。生產(chǎn)線柔性較差，增加的人員并不能立刻實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量生產(chǎn)，使得實(shí)際生產(chǎn)能力總是滯后于市場(chǎng)需求，即在需求激增的情況下，不能立刻提高產(chǎn)能；同樣，在需求下降時(shí)，又不能馬上降低產(chǎn)能，節(jié)約資源?，F(xiàn)階段火工品行業(yè)遠(yuǎn)未達(dá)到飽和程度，現(xiàn)階段目標(biāo)以提升產(chǎn)能、提高生產(chǎn)效率為主。

2016年印發(fā)的《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于推進(jìn)安全生產(chǎn)領(lǐng)域改革發(fā)展的意見(jiàn)》是新中國(guó)成立以來(lái)第一個(gè)以黨中央、國(guó)務(wù)院名義出臺(tái)的安全生產(chǎn)工作的綱領(lǐng)性文件。2018年印發(fā)的《地方黨政領(lǐng)導(dǎo)干部安全生產(chǎn)責(zé)任制規(guī)定》則是中國(guó)安全生產(chǎn)領(lǐng)域第一部黨內(nèi)法規(guī)，是習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于安全生產(chǎn)重要思想的具體化、制度化。它們都體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)企業(yè)安全生產(chǎn)的重視，對(duì)人員的重視。

應(yīng)用助力機(jī)械輔助工具減少火工品生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作人員，提高火工品生產(chǎn)自動(dòng)化程度是火工品質(zhì)量提升的重要途徑，是企業(yè)安全生產(chǎn)的有力保障，也是對(duì)國(guó)家關(guān)于安全生產(chǎn)有關(guān)規(guī)定的積極響應(yīng)。

4 前景展望

火工品行業(yè)一旦能夠應(yīng)用此類(lèi)助力機(jī)械設(shè)備，將大大提高導(dǎo)彈、炸彈等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，滿足國(guó)家安全需要，同時(shí)也能促進(jìn)國(guó)防工業(yè)軍民融合產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，在應(yīng)用自動(dòng)化設(shè)備后，也能顯著減少火工品現(xiàn)場(chǎng)操作人員，避免人為操作埋下的安全隱患，降低事故發(fā)生概率，降低事故等級(jí)，保障人員安全，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。助力機(jī)械設(shè)備在火工品行業(yè)的應(yīng)用是產(chǎn)業(yè)提升的一個(gè)初步探索，是企業(yè)現(xiàn)階段有較大可能實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化改造項(xiàng)目。在有限的條件下，先進(jìn)行一部分信息化、自動(dòng)化的生產(chǎn)實(shí)踐，通過(guò)基本的應(yīng)用改造試用，找出存在的問(wèn)題和亟待解決的困難，通過(guò)問(wèn)題和困難的解決，為企業(yè)的全面自動(dòng)化積累經(jīng)驗(yàn)。