某產(chǎn)品自動(dòng)化裝配線技術(shù)集成與工藝技術(shù)研究

段來明，閆曉東，劉永剛，李潤偉，李 濤，李 壯

(淮海工業(yè)集團(tuán)有限公司，山西 長治 046012)

某產(chǎn)品總裝生產(chǎn)線采用傳統(tǒng)的人員密集、零散式工作模式生產(chǎn)，裝配人員達(dá)30人以上，長期以來，該生產(chǎn)線以人工流轉(zhuǎn)、手工作業(yè)、手工檢測(cè)等勞動(dòng)密集型生產(chǎn)方式為主，生產(chǎn)模式、關(guān)鍵工序質(zhì)量管控方法落后，依靠裝配人員素質(zhì)來保證質(zhì)量。部分工位生產(chǎn)環(huán)境惡劣、人員聚集，危害工人健康，存在安全隱患。隨著生產(chǎn)任務(wù)大幅增加和不均衡生產(chǎn)，傳統(tǒng)的密集型人員手工裝配的生產(chǎn)模式與日益提高的任務(wù)量已不相適應(yīng)，特別是產(chǎn)品的高性能和高可靠性要求也對(duì)產(chǎn)品裝配提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，迫切需要對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化和信息化改造。

1 研究目標(biāo)及應(yīng)用設(shè)計(jì)

1.1 研究目標(biāo)

通過布局優(yōu)化、工序優(yōu)化、工位優(yōu)化，高度的人機(jī)結(jié)合工程設(shè)計(jì)和人機(jī)料法環(huán)測(cè)的互聯(lián)互通、信息感知，實(shí)現(xiàn)裝配過程的連續(xù)化、自動(dòng)化、柔性化、智能化裝配[1]。

消除10人以上危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所和現(xiàn)有的安全隱患，提升生產(chǎn)線本質(zhì)安全度和精益化水平，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品一致性、可靠性，建成一條實(shí)用、管用、好用、耐用的總裝精益生產(chǎn)線。

1.2 功能拓展與應(yīng)用設(shè)計(jì)

1)裝配總控制系統(tǒng)性能可靠、技術(shù)成熟，能長期、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行；總控制系統(tǒng)與分執(zhí)行系統(tǒng)具有可擴(kuò)展、可推廣的柔性化技術(shù)。

2)立足現(xiàn)狀，在自動(dòng)化建設(shè)與實(shí)施的基礎(chǔ)上，充分考慮生產(chǎn)過程中的人機(jī)協(xié)同，充分考慮現(xiàn)有工藝流程與精益化、自動(dòng)化和信息化集成，滿足精益生產(chǎn)線建設(shè)評(píng)價(jià)規(guī)范。

3)本著安全、高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則，從設(shè)計(jì)方案到實(shí)施過程等階段，全程評(píng)審論證。充分考慮總體裝配屬連續(xù)化、集成化設(shè)備的運(yùn)行壽命和穩(wěn)定性。

1.3 裝配自動(dòng)化與柔性生產(chǎn)化目標(biāo)

1)產(chǎn)品總體裝配以機(jī)器人與非標(biāo)實(shí)施、信息化管控等技術(shù)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化；從進(jìn)入裝配到產(chǎn)出成品的各工序各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、反饋及處理自動(dòng)化。

2)裝配生產(chǎn)線所有設(shè)備及設(shè)施具備故障自行判斷、診斷信息提示，以便第一時(shí)間快速處理；人機(jī)防護(hù)、設(shè)備故障、運(yùn)行管控、安全監(jiān)控等異常運(yùn)行，具備自動(dòng)化實(shí)時(shí)報(bào)警提醒。

3)生產(chǎn)線能滿足現(xiàn)有多系列產(chǎn)品的柔性化生產(chǎn)，能兼容與現(xiàn)結(jié)構(gòu)類似的新產(chǎn)品的拓展應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的精準(zhǔn)控制、產(chǎn)品信息實(shí)時(shí)跟蹤以及信息采集、處理、傳送、存儲(chǔ)和分析。

2 裝配流程與裝配技術(shù)研究

建設(shè)裝配自動(dòng)化生產(chǎn)線，就要研究裝配工藝及裝配細(xì)節(jié)，進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，總體研究裝配模式與裝配路線，結(jié)合前期人工裝配工藝過程中的寶貴經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定新的裝配線要突出自動(dòng)化、柔性化、安全快捷化，自動(dòng)化替代手工裝配不是簡單的機(jī)器代人，產(chǎn)品以倍速鏈線體為中心，需要根據(jù)不同產(chǎn)品、不同零部件裝配工藝要求及裝配順序，以柔性化、通用化、數(shù)字化精確控制模式，通過托盤承載傳遞半成品及成品零件，借助于工業(yè)機(jī)器人機(jī)械抓手，按照模塊化、流程化設(shè)計(jì)任務(wù)要求，將線體、非標(biāo)設(shè)備、固化庫等獨(dú)立式工作站串聯(lián)起來，形成連續(xù)、自動(dòng)、信息化生產(chǎn)線[2]。

2.1 原總裝裝配生產(chǎn)線概況

原有總裝裝配生產(chǎn)線采用傳統(tǒng)的人員密集、零散式工作模式，存在危險(xiǎn)工序人員聚集、安全隱患較大的現(xiàn)象；部分工位生產(chǎn)環(huán)境惡劣，危害工人健康；以人工流轉(zhuǎn)、手工生產(chǎn)、檢測(cè)等勞動(dòng)密集型方式為主；生產(chǎn)模式、關(guān)鍵質(zhì)量管控方法落后，手段單一，人為影響因素較大。隨著近幾年來生產(chǎn)任務(wù)的大幅增加且生產(chǎn)不均衡，造成生產(chǎn)線超負(fù)荷運(yùn)行，再加上人員總量的減少和系列新產(chǎn)品的增加，裝配能力已不能滿足生產(chǎn)需求。

2.2 新建總裝生產(chǎn)線流程與工藝技術(shù)要點(diǎn)研究

1)零部件準(zhǔn)備是開始裝配的第一個(gè)環(huán)節(jié)，在線端零部件庫，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃人工完成當(dāng)日班產(chǎn)量的零部件配盤及裝配批次、序號(hào)、年號(hào)的錄入，指導(dǎo)組織批量化生產(chǎn)。

2)艙段對(duì)接為關(guān)鍵裝配工序，在裝配自動(dòng)生產(chǎn)線工位上，要自動(dòng)完成各艙段的上線、夾緊、定位、對(duì)接，半自動(dòng)完成發(fā)動(dòng)機(jī)與戰(zhàn)斗部開口螺環(huán)的擰緊等工序；通過半自動(dòng)機(jī)器輔助完成連接各艙段的螺釘擰緊、收翼面、調(diào)整彈帶等工序，關(guān)鍵技術(shù)是如何精確定位、準(zhǔn)確對(duì)接，涵蓋擰緊力矩值的確定和調(diào)整，收翼角度控制與調(diào)整等工作，在非人工操作過程中，大量的機(jī)械控制、非標(biāo)實(shí)施設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化管控和信息上傳等技術(shù)，都在為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

3)測(cè)試主要包括電性能檢測(cè)、物理量檢測(cè)、氣密性檢測(cè)、合膛檢測(cè)等測(cè)試工序，根據(jù)測(cè)試應(yīng)用與發(fā)展的現(xiàn)狀，需采用非標(biāo)檢測(cè)儀器設(shè)備，進(jìn)行全自動(dòng)檢測(cè)并采集、分析檢測(cè)數(shù)據(jù)。

4)藥筒裝配涉及工序較多且復(fù)雜，屬重要工序，要在人工輔助完成部件裝配的基礎(chǔ)上，通過自動(dòng)化運(yùn)行完成產(chǎn)品搬運(yùn)、合膛檢查、密封性檢查、綜合尺寸測(cè)量、電性能檢測(cè)、緊塞具高度測(cè)量、靈活性檢查、重量檢測(cè)等任務(wù)，并在此基礎(chǔ)上完成各種檢測(cè)、判定等系列研究工作。

5)收口工序要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品收口裝配全過程自動(dòng)化，自動(dòng)采集、分析收口過程中的相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)。通過自動(dòng)化控制運(yùn)行，完成產(chǎn)品收口后的補(bǔ)漆工序，結(jié)合烘干設(shè)備使產(chǎn)品能實(shí)時(shí)烘干。膠漆固化工序采用人工涂膠與自動(dòng)化上線、存儲(chǔ)和下線等工序相結(jié)合模式。

6)噴標(biāo)志和包裝工序位于裝配末端，要求將產(chǎn)品及生產(chǎn)序號(hào)、批號(hào)、年號(hào)、廠號(hào)等信息，在指定部位自動(dòng)完成標(biāo)志噴漆，以作為產(chǎn)品的身份信息及質(zhì)量跟蹤依據(jù)。

3 改善對(duì)策與解決方案

產(chǎn)品裝配生產(chǎn)線整線設(shè)計(jì)過程中參照并采用高端汽車產(chǎn)線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、高標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)控制、多自由度機(jī)器人、機(jī)器人視覺、自動(dòng)裝箱、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)擰緊、WMS系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，針對(duì)產(chǎn)品裝配特點(diǎn)，在靜電防護(hù)、涉火產(chǎn)品檢測(cè)、裝配、包裝、運(yùn)輸?shù)确矫?，按軍工行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采取措施，建設(shè)一條信息化、智能化、安全可靠的裝配生產(chǎn)線。

3.1 參照高端汽車產(chǎn)線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

整條裝配生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)圖樣及技術(shù)資料實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)線整體規(guī)范統(tǒng)一，各個(gè)工位內(nèi)相關(guān)元器件、走線、管路清晰明確，便于管理、檢查維修。

3.2 高標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)控制集成與信息展示

PLC控制系統(tǒng)采用主從站的控制方式，主站PLC負(fù)責(zé)整體生產(chǎn)線控制，從站PLC實(shí)現(xiàn)各個(gè)專機(jī)的獨(dú)立控制，防止專機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)影響主生產(chǎn)線的生產(chǎn)[3]。

3.3 多功能精益工作臺(tái)

集成電子看板、工藝信息卡、工作臺(tái)、工具料盒、操作面板、掃碼槍、平板相機(jī)等為一體的多功能操作臺(tái)，便于人工操作記錄信息。

3.4 柔性工裝和托盤

整線利用高柔性托盤和工裝，達(dá)到12種產(chǎn)品共線、快速換產(chǎn)。通過簡單明確的指示，旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的旋鈕即可，節(jié)省常規(guī)換產(chǎn)時(shí)更換工裝板的復(fù)雜工序[4]，節(jié)約成本，減輕勞動(dòng)力與時(shí)間。

3.5 機(jī)器人自動(dòng)抓取、放置和搬運(yùn)

整條裝配生產(chǎn)線采用7臺(tái)機(jī)器人，配合傳輸線體及線邊設(shè)備(見圖1)，將整條生產(chǎn)線串聯(lián)起來，拉動(dòng)式生產(chǎn)模式，節(jié)省人工搬運(yùn)，避免產(chǎn)生回流、交叉等物流情況。機(jī)器人攜帶抓手，在視覺的引導(dǎo)下，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行精確的抓取、放置，節(jié)省人工搬運(yùn)。

圖1 自動(dòng)化裝箱

3.6 物理量自動(dòng)檢測(cè)專機(jī)與自動(dòng)擰緊專機(jī)

全自動(dòng)定位工件，檢測(cè)工件質(zhì)量、質(zhì)心、長度等物理量信息，通過PLC實(shí)時(shí)自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存[5]。自動(dòng)擰緊過程中，按既定擰緊力矩對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng)擰緊，擰緊力矩沒有達(dá)到系統(tǒng)要求或擰緊的距離與系統(tǒng)設(shè)定不一致，系統(tǒng)將會(huì)聲光報(bào)警(見圖2)。

圖2 自動(dòng)擰緊專機(jī)

3.7 自動(dòng)化電檢測(cè)

托盤進(jìn)入抗爆間自動(dòng)定位，插線機(jī)插頭伸出，與托盤的航空插座對(duì)接，高精度電檢測(cè)設(shè)備對(duì)工件進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)檢測(cè)，完成后檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集上傳。消除現(xiàn)有人工搬運(yùn)進(jìn)入電檢測(cè)間、人工抗爆間插接線纜、手動(dòng)關(guān)閉防爆門等危險(xiǎn)工序，提高安全性和效率。

3.8 自動(dòng)包裝、噴碼

工位人員只需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行掃碼，信息自動(dòng)通過PLC通信，機(jī)器人配合抓手，在視覺的引導(dǎo)下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)裝箱工序，噴碼機(jī)對(duì)產(chǎn)品自動(dòng)噴碼。

4 關(guān)鍵工藝技術(shù)突破與創(chuàng)新成效

4.1 關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和成效驗(yàn)證

針對(duì)本項(xiàng)目中抓手、發(fā)動(dòng)機(jī)與戰(zhàn)斗部預(yù)緊專機(jī)、3D視覺合膛檢測(cè)系統(tǒng)、收翼專機(jī)等重點(diǎn)、難點(diǎn)工序，對(duì)專機(jī)進(jìn)行實(shí)況、實(shí)物驗(yàn)證，達(dá)到產(chǎn)品檢測(cè)要求。

1)抓手：主要驗(yàn)證夾取戰(zhàn)斗部是否可行。因戰(zhàn)斗部工藝要求不可用力夾取，而又要穩(wěn)定可靠地將戰(zhàn)斗部從上線料盤中夾取出來放置到設(shè)備上。通過試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如下：抓手抓取工件位置精準(zhǔn)，緊固無松動(dòng)，對(duì)工件本體無損傷；戰(zhàn)斗部不能受力，故采用上下止口限位，中間間隙采用差值環(huán)抱，可準(zhǔn)確、牢固抓取工件；視覺引導(dǎo)抓取，有效避免人工上料位置不準(zhǔn)、避免損傷工件等問題[6](見圖3)。

圖3 抓手試驗(yàn)場(chǎng)景

2)發(fā)動(dòng)機(jī)與戰(zhàn)斗部對(duì)接預(yù)緊：主要驗(yàn)證其對(duì)接預(yù)緊功能是否可行，人機(jī)協(xié)助的工作模式是否方便。發(fā)動(dòng)機(jī)與戰(zhàn)斗部對(duì)接之前需要對(duì)接插頭，擰接地線螺釘，以往此操作需要2名操作者協(xié)作進(jìn)行，一人扶住戰(zhàn)斗部，一人對(duì)接插頭，擰螺釘，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。設(shè)計(jì)方案為機(jī)械手將戰(zhàn)斗部垂直放置，發(fā)動(dòng)機(jī)水平放置，此時(shí)兩段艙體成90°，便于人工對(duì)接插頭，擰螺釘，完成后發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)90°，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)下降，與戰(zhàn)斗部對(duì)接，人工用扳手預(yù)緊(見圖4)。通過試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如下：工件自動(dòng)抓取，上下件位置精確；發(fā)動(dòng)機(jī)與戰(zhàn)斗部線纜對(duì)接后，發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)對(duì)接可行；氣缸推動(dòng)對(duì)接，克服墊圈阻力可行；自制擰緊工具預(yù)緊螺環(huán)可行；工件由設(shè)備進(jìn)行搬運(yùn)與對(duì)接，減輕操作者工作強(qiáng)度可行；設(shè)備自動(dòng)對(duì)軸心，精度高，兩部分工件更容易對(duì)接成功。

圖4 對(duì)接預(yù)緊試驗(yàn)

3)3D視覺成像合膛檢測(cè)系統(tǒng)：主要驗(yàn)證其功能及精度是否能夠滿足工藝要求。由于以往通過合膛規(guī)的檢測(cè)模式容易損傷工件表面漆層，采用無接觸式檢測(cè)方式，利用外形輪廓檢測(cè)設(shè)備，在機(jī)器人的引導(dǎo)下，對(duì)產(chǎn)品工藝中要求的輪廓度、同軸度進(jìn)行檢測(cè)(見圖5)。通過試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如下：滿足工件所有的外觀尺寸檢測(cè)要求，準(zhǔn)確化程度高；采用高精度測(cè)量傳感器，精度可達(dá)0.01～0.02 mm，數(shù)據(jù)集中保存，具有可追溯性；取消原有測(cè)量方式，采用無接觸式測(cè)量，避免工件與量規(guī)間的接觸導(dǎo)致的表面磨損；技術(shù)成熟可靠，已應(yīng)用在多個(gè)裝配領(lǐng)域且有成熟的案例[7]。

圖5 3D合膛檢測(cè)試驗(yàn)實(shí)景

4)收翼專機(jī)：收翼專機(jī)主要由頂升組件、夾緊組件、解鎖組件、收翼組件、壓裝組件組成。工件由抓手放置到位，夾緊組件對(duì)工件進(jìn)行定位，定位完成后，收翼組件由頂升組件頂升到位，解鎖組件移動(dòng)到位后，首先對(duì)翼片進(jìn)行解鎖，然后收翼組件驅(qū)動(dòng)，直至將翼片收縮到位；人工將彈托安裝在尾翼座上，壓裝組件自動(dòng)將彈托壓裝至儀器艙上(見圖6)。通過試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如下：解鎖銷軸直徑較小，容易折斷；通過更換銷軸的類型，解決了此問題，翼片解鎖成功。翼片收縮過程較為順滑，達(dá)到理論狀態(tài)，方案可行，安全可靠。

圖6 收翼專機(jī)試驗(yàn)實(shí)景

4.2 安全防護(hù)與設(shè)備管控技術(shù)得到突破

4.2.1 筑牢安全第一的設(shè)計(jì)原則

1)對(duì)有爆炸危險(xiǎn)的作業(yè)要在抗爆間內(nèi)完成，人機(jī)要隔離；生產(chǎn)線具有可靠導(dǎo)靜電及接地裝置，保證無孤立導(dǎo)體存在；生產(chǎn)線各個(gè)運(yùn)動(dòng)副之間采用不同材料，避免在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生火花導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)[8]。

2)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)安全互鎖，包含硬件互鎖和軟件互鎖；機(jī)械手或機(jī)器人在產(chǎn)品轉(zhuǎn)線過程中設(shè)有防止產(chǎn)品跌落措施，避免產(chǎn)品在突然斷電、斷氣時(shí)產(chǎn)品跌落；地面安裝有防護(hù)網(wǎng)，防止極端情況產(chǎn)品掉落地面；在人機(jī)交互區(qū)域采取隔離措施，避免設(shè)備誤動(dòng)作傷人。

3)夾緊工裝與產(chǎn)品接觸部位做軟化處理，減少夾緊時(shí)對(duì)產(chǎn)品的沖擊，避免危險(xiǎn)；在噴漆工序設(shè)有排風(fēng)除塵裝置，降低粉塵濃度，排除有害氣體；裝配線上所有的設(shè)備及電氣元件均符合Ⅱ類危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆要求[9]。

4.2.2 科學(xué)設(shè)計(jì)、規(guī)劃各區(qū)域安全

生產(chǎn)線不同的作業(yè)區(qū)域(人工區(qū)、人機(jī)結(jié)合區(qū)和自動(dòng)化區(qū))具有明顯的隔離措施；禁止人員進(jìn)入的區(qū)域設(shè)置安全隔離裝置，人機(jī)結(jié)合的區(qū)域?qū)C(jī)設(shè)備設(shè)置合理限位，劃分人機(jī)各自的活動(dòng)區(qū)域。

1)自動(dòng)工位安全設(shè)計(jì)方案。

自動(dòng)工位的安全圍欄高度為2.0 m，在圍欄外側(cè)設(shè)置安全警示標(biāo)志；安全門鎖上設(shè)置有掛鎖位置，做到一人一鎖，進(jìn)門掛鎖，安全圍欄外安裝急停按鈕和復(fù)位按鈕控制安全區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備，可以快速有效地停止設(shè)備和就地復(fù)位設(shè)備。當(dāng)安全設(shè)備的保護(hù)區(qū)域被觸發(fā)時(shí)，應(yīng)切斷移動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源，如電機(jī)的主回路，氣缸的控制信號(hào)，氣缸等夾緊裝置帶有機(jī)械自鎖功能，避免產(chǎn)品脫落。

2)人機(jī)結(jié)合自動(dòng)工位安全設(shè)計(jì)方案。

人機(jī)結(jié)合工位安裝人工按鈕操作盒，具有急停、復(fù)位、手/自動(dòng)、啟動(dòng)等功能；人工按鈕操作盒與工裝之間必須有一定的安全距離，避免操作人員在操作按鈕盒時(shí)能接觸到單機(jī)設(shè)備；人工上料工位，人與工裝、機(jī)器人與工裝之間必須安裝安全保護(hù)設(shè)備——安全光柵進(jìn)行安全保護(hù)，確保保護(hù)區(qū)域無盲點(diǎn)。安全設(shè)備保護(hù)區(qū)域也應(yīng)保持一定的安全距離，避免操作人員在保護(hù)區(qū)域外能接觸到工裝夾頭等設(shè)備，造成人員傷害(見圖7)。當(dāng)安全設(shè)備的保護(hù)區(qū)域被觸發(fā)時(shí)，可切斷人工上料工位的輸出模塊的電源。

圖7 人機(jī)結(jié)合自動(dòng)工位安全方案

4.2.3 突發(fā)故障與管控

在停電、停氣或設(shè)備故障等突發(fā)情況下，生產(chǎn)線具備產(chǎn)品防跌落裝置，升降裝置不允許發(fā)生自滑；生產(chǎn)線各類設(shè)備設(shè)施可自動(dòng)或手動(dòng)恢復(fù)至安全狀態(tài)。在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)能自動(dòng)記錄設(shè)備及產(chǎn)品的狀態(tài)，在恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠維持突發(fā)事件前的狀態(tài)(避免二次事故)。經(jīng)人工確認(rèn)、干預(yù)或在不產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)條件下自動(dòng)恢復(fù)，陸續(xù)啟動(dòng)設(shè)備后正常運(yùn)行。

生產(chǎn)線能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)和記錄設(shè)備運(yùn)行情況，出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠進(jìn)行報(bào)警，并且立即停止系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)將相關(guān)故障代碼發(fā)送至控制中心及故障工位，方便維修，恢復(fù)生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)；所有檢測(cè)儀器、電腦等如不符合防爆要求，應(yīng)與涉火裝配區(qū)域?qū)崿F(xiàn)物理隔離；自動(dòng)噴碼設(shè)備雙重接地保護(hù)；夾持類專機(jī)設(shè)備，具備手動(dòng)接觸功能。自動(dòng)運(yùn)輸車(AGV)、自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV)在危險(xiǎn)生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)用的安全規(guī)范。符合標(biāo)準(zhǔn)的AGV適用于彈藥、引信裝配及固體發(fā)動(dòng)機(jī)裝配(含裝配后噴漆)場(chǎng)所使用。

安全護(hù)網(wǎng)：設(shè)在設(shè)備移動(dòng)部件的外部，將可移動(dòng)部分包裹在設(shè)備內(nèi)部，防止人員在非維修狀態(tài)下，觸碰活動(dòng)件，對(duì)人員造成傷害。某特種裝備裝配線設(shè)備護(hù)網(wǎng)如圖8所示。

圖8 某特種裝備裝配線設(shè)備護(hù)網(wǎng)

4.3 生產(chǎn)線運(yùn)行與整體防護(hù)技術(shù)得到鞏固

4.3.1 裝配自動(dòng)化生產(chǎn)線運(yùn)行安全防護(hù)

1)線體安全。倍速鏈鏈條采用不銹鋼材質(zhì)，工裝托盤與倍速鏈接觸部分耐磨條采用碳鋼材質(zhì)，這樣保證運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生火花；工裝托盤上的夾具，與產(chǎn)品接觸部分采用防靜電橡膠，其電阻值滿足要求；倍速鏈設(shè)備本體接地。

2)產(chǎn)品安全。生產(chǎn)線運(yùn)行過程中，產(chǎn)品輸送平穩(wěn)、可靠、固定牢靠，在操作和傳輸時(shí)不發(fā)生傾倒、搖擺、磕碰；機(jī)械手臂抓、移、放置產(chǎn)品時(shí)可靠，無干涉。托盤上工件限位裝置如圖9所示。

4.3.2 裝配車間整體安全防護(hù)級(jí)別得到提升

產(chǎn)線多級(jí)化、全方位設(shè)置安全屏障，100%保護(hù)操作人員的安全，具有防靜電、防爆、防錯(cuò)等安全措施。滿足機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)，以及與其配套的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成及綜合布線設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、裝配生產(chǎn)防靜電安全規(guī)程、防靜電用品設(shè)施驗(yàn)收等標(biāo)準(zhǔn)的要求。新產(chǎn)線消除了10人以上危險(xiǎn)場(chǎng)所，節(jié)約了制造成本，重要的是裝配效率增加一倍，生產(chǎn)線所產(chǎn)生的廢氣排放完全符合環(huán)保要求，裝配環(huán)境(見圖10)符合現(xiàn)代化制造業(yè)的發(fā)展要求[10]。

圖9 托盤上工件限位裝置

圖10 裝配生產(chǎn)線局部運(yùn)行示意圖

4.3.3 裝配自動(dòng)化生產(chǎn)線線路防爆技術(shù)應(yīng)用

1)抗爆間的裝甲門(傳遞窗)與抗爆間內(nèi)的自動(dòng)設(shè)備進(jìn)行互鎖，只有當(dāng)抗爆裝甲門關(guān)閉時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備才能運(yùn)行，否則設(shè)備處于禁止運(yùn)行狀態(tài)。

2)所有電纜具有良好的絕緣性，防止漏電；采用屏蔽電纜傳輸電源和信號(hào)，降低電磁干擾；不同種類的信號(hào)線纜應(yīng)隔離鋪設(shè)。

4.4 產(chǎn)品裝配技術(shù)得到提升

4.4.1 質(zhì)量信息實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控

生產(chǎn)線采用信息化的設(shè)計(jì)理念，從產(chǎn)品的上線、裝配、檢測(cè)、包裝、下線，到具體各工位操作者信息，通過掃碼槍、信息化檢測(cè)設(shè)備、打卡機(jī)等信息采集設(shè)備，全程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，質(zhì)量可追溯，履歷書電子化，數(shù)據(jù)分析實(shí)時(shí)化。

4.4.2 裝配信息展示

采用數(shù)字孿生技術(shù)，通過虛實(shí)互連技術(shù)手段，詳細(xì)記錄了生產(chǎn)線產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)，即時(shí)跟蹤產(chǎn)品的裝配過程，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、追溯、監(jiān)控、預(yù)測(cè)的整個(gè)產(chǎn)線的運(yùn)行情況，輔助管理人員更加直觀地了解產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)。

4.4.3 可追溯性信息

信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)線的全覆蓋，詳細(xì)記錄了生產(chǎn)線產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)，即時(shí)跟蹤產(chǎn)品的裝配過程，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、追溯。

4.4.4 異常管理維護(hù)

線體采用模塊化、可替換、接頭快插、備用性設(shè)計(jì)，故障恢復(fù)時(shí)間小于2 h；生產(chǎn)線控制系統(tǒng)具有自動(dòng)診斷功能，在發(fā)生故障時(shí)能提示相應(yīng)的故障代碼及故障點(diǎn)信息，生產(chǎn)線上對(duì)應(yīng)位置的柱燈會(huì)變?yōu)榧t色閃爍狀態(tài)并發(fā)出報(bào)警聲音，方便設(shè)備維修人員快速到達(dá)與維修。

4.4.5 防錯(cuò)、防呆技術(shù)

軟件：具備自動(dòng)防錯(cuò)功能，通過主控界面進(jìn)行產(chǎn)品類型的切換，同時(shí)PLC根據(jù)工裝上傳感器狀態(tài)再次確認(rèn)切換產(chǎn)品類型是否一致。確認(rèn)無誤后PLC將產(chǎn)品型號(hào)信息傳遞給機(jī)器人，機(jī)器人自動(dòng)調(diào)用相對(duì)應(yīng)的工藝程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，裝配過程正確可追溯。

PLC控制系統(tǒng)：采用主從站的控制方式，主站PLC負(fù)責(zé)整體生產(chǎn)線的控制，從站PLC實(shí)現(xiàn)各個(gè)專機(jī)的獨(dú)立控制，防止專機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)影響主生產(chǎn)線的生產(chǎn)。

硬件：托盤取顏色和字體雙重標(biāo)識(shí)，并在上線端部增加檢測(cè)開關(guān)，根據(jù)PLC判定托盤是否換型正確。擰緊力矩達(dá)不到系統(tǒng)要求，系統(tǒng)將會(huì)聲光報(bào)警。

緊固件料盒：每個(gè)人工工位配置緊固件糾錯(cuò)料盒，按工序定量配給，防錯(cuò)防呆便于識(shí)別。

5 結(jié)語

以產(chǎn)品裝配連續(xù)化、柔性化、通用化為基礎(chǔ)，將先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)貫穿始終，確保了系列產(chǎn)品在裝配過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在實(shí)施過程中圍繞目標(biāo)任務(wù)，加大各項(xiàng)研究，先后解決了高精度電檢測(cè)和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集上傳問題，避免人工進(jìn)入抗爆間參與檢測(cè)的安全和效率難題；增加了軍檢自動(dòng)化檢測(cè)平臺(tái)，可使進(jìn)入抗爆間的相關(guān)參數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)形成軍檢報(bào)表，解決了裝配工序間的質(zhì)量抽驗(yàn)問題，為解決高效換產(chǎn)問題，通過模塊化的快換設(shè)計(jì)，利用一鍵切換功能即可實(shí)現(xiàn)快速換型。集中先進(jìn)的制造技術(shù)和安全防護(hù)措施，將機(jī)器人與智能制造技術(shù)應(yīng)用于總體裝配生產(chǎn)線，在視覺識(shí)別與精確定位、高效運(yùn)行與安全防爆等方面得到顯著提升，有力推動(dòng)了建設(shè)進(jìn)程，經(jīng)過大量的產(chǎn)品生產(chǎn)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分析，各項(xiàng)工作成效顯著。