多工位自動(dòng)化點(diǎn)焊技術(shù)的研究與應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)器外罩類(lèi)零件的點(diǎn)焊自動(dòng)化，改變傳統(tǒng)單工位點(diǎn)焊工藝生產(chǎn)效率低下，提高產(chǎn)品外觀(guān)效果，保證零件質(zhì)量的一致性，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了一條基于工業(yè)機(jī)器人的多工位柔性自動(dòng)點(diǎn)焊線(xiàn)體。線(xiàn)體在外罩類(lèi)零件的前后底板、殼體和防護(hù)網(wǎng)工序間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料和自動(dòng)焊接。本文將介紹線(xiàn)體的總體方案、控制方案及相關(guān)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)。

泌尿外科患者主要感染部位在于尿路,具有極高的發(fā)病率,而引起尿路感染因素如下:①年齡偏大,可隨著年齡的增加促使免疫機(jī)能發(fā)生退行性改變,繼而增加感染風(fēng)險(xiǎn),加上我國(guó)空氣質(zhì)量的下降,易引起呼吸道疾病,發(fā)生肺部感染癥狀;②長(zhǎng)期留置導(dǎo)尿管,且在執(zhí)行操作過(guò)程中未遵守?zé)o菌原則;③合并前列腺增生、神經(jīng)源性膀胱、尿路狹窄等多種疾病,易發(fā)生尿潴留現(xiàn)象,且滋生細(xì)菌,增加感染風(fēng)險(xiǎn);尤其是手術(shù)治療后患者,存在免疫力低下現(xiàn)象,可受多種病原菌侵襲;④住院期間大量應(yīng)用抗生素可進(jìn)一步提高病原菌耐藥性,從而對(duì)疾病治療效果造成影響;為此在臨床上實(shí)施有效干預(yù)措施尤為重要,有利于減少感染風(fēng)險(xiǎn),且進(jìn)一步降低醫(yī)療糾紛發(fā)生率[3]。

外罩零件生產(chǎn)背景

空氣調(diào)節(jié)器制造行業(yè)作為傳統(tǒng)的人員密集型行業(yè)，其涉及到大量的鈑金零件加工生產(chǎn)，以窗機(jī)外罩為例，目前均靠人工進(jìn)行外罩殼體、前后底板和防護(hù)網(wǎng)4 個(gè)組件的取放，手動(dòng)將外罩殼體、前后底板和防護(hù)網(wǎng)依次進(jìn)行焊接。

由于生產(chǎn)過(guò)程需多人進(jìn)行協(xié)作，經(jīng)多次搬運(yùn)與翻轉(zhuǎn)，生產(chǎn)效率低且零件一致性差。點(diǎn)焊時(shí)火花四濺，作業(yè)環(huán)境較為惡劣。工人進(jìn)行機(jī)械化的反復(fù)操作，動(dòng)作浪費(fèi)多，勞動(dòng)強(qiáng)度高，諸多浪費(fèi)與低效等導(dǎo)致生產(chǎn)成本過(guò)高。基于此背景，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，項(xiàng)目組規(guī)劃設(shè)計(jì)了一條集上下料與點(diǎn)焊加工生產(chǎn)于一體的多工位自動(dòng)化點(diǎn)焊線(xiàn)體，如圖1 所示，對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)模式進(jìn)行革新。

綜上所述，我們的研究基于較大樣本的患者隊(duì)列探討了經(jīng)腹腔鏡骶骨固定術(shù)及改良式全盆底重建術(shù)用于治療以中盆腔缺陷為主的POP患者的臨床療效。結(jié)果顯示，兩種手術(shù)方式用于中重度中盆腔缺陷的POP患者耐受度及療效均較好，并發(fā)癥較低，遠(yuǎn)期可以改善患者生活質(zhì)量。此外子宮(陰道)骶骨固定術(shù)對(duì)于改善患者遠(yuǎn)期性生活質(zhì)量更為顯著。研究的不足之處包括總體樣本量還需擴(kuò)大、失訪(fǎng)率還較高等。今后的研究仍需不斷擴(kuò)大患者隊(duì)列并提高患者隨訪(fǎng)率，來(lái)獲得更為準(zhǔn)確的患者遠(yuǎn)期預(yù)后數(shù)據(jù)。

自動(dòng)化生產(chǎn)方案設(shè)計(jì)

項(xiàng)目組針對(duì)窗機(jī)外罩組件的加工流程，為完成自動(dòng)化線(xiàn)體各功能的實(shí)現(xiàn)，依靠觀(guān)察記錄大量人工作業(yè)，分析關(guān)鍵動(dòng)作作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，展開(kāi)各工序的分解與逐個(gè)工位設(shè)計(jì)，見(jiàn)表1。

隨著我國(guó)制造業(yè)的不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)，傳統(tǒng)的人員密集型崗位在日趨先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)下被逐步替代。而工業(yè)機(jī)器人作為制造業(yè)主要的自動(dòng)化設(shè)備之一，已在鈑金零件生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。

自動(dòng)化作業(yè)關(guān)鍵工步

按照中央環(huán)保督察要求，黑龍江省印發(fā)《黑龍江省貫徹落實(shí)中央環(huán)境保護(hù)督查反饋意見(jiàn)整改方案》，飲用水源一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)依法拆除或關(guān)閉與供水和保護(hù)水源無(wú)關(guān)的設(shè)施，積極推進(jìn)齊齊哈爾市瀏園水源地、佳木斯市江北水源地遷建和興凱湖調(diào)水工程建設(shè)。大慶市政府制定《大龍虎泡水源地整治方案》，拆除大慶水庫(kù)水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)全部違法建筑及清理所有建筑垃圾，進(jìn)行人工生態(tài)恢復(fù)。

采用圓錐上電極和平頭下電極相結(jié)合的方式，消除防護(hù)網(wǎng)與外罩殼體形狀和厚度不一致導(dǎo)致的焊接融核偏移影響焊接質(zhì)量的問(wèn)題。上下電極皆采用活動(dòng)式快換結(jié)構(gòu)，定位模板通用化適用多款外罩防護(hù)網(wǎng)，最大限度提高焊接專(zhuān)機(jī)線(xiàn)體的通用性，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

第二個(gè)工步為定位與輸送。定位是利用紅外感應(yīng)器，感應(yīng)到零件的位置后，通過(guò)發(fā)出PLC 動(dòng)作信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電磁閥氣缸的動(dòng)作進(jìn)行零件的推動(dòng)固定，同時(shí)在氣缸動(dòng)作時(shí)發(fā)出PLC輸入信號(hào)控制變頻器對(duì)滾筒線(xiàn)進(jìn)行斷電，從而實(shí)現(xiàn)輸送與定位動(dòng)作信號(hào)交互。滾筒線(xiàn)則是通過(guò)自主設(shè)計(jì)，由零件裝配組裝而成，其主要難點(diǎn)在于運(yùn)輸距離的設(shè)計(jì)、線(xiàn)體高度的評(píng)定，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況經(jīng)多次試驗(yàn)與調(diào)整后，滿(mǎn)足最佳輸送動(dòng)作。項(xiàng)目組通過(guò)仿真軟件，基于軟件的高度仿真測(cè)算，系統(tǒng)非常精準(zhǔn)地模擬了該機(jī)器人工作站的真實(shí)運(yùn)行需求，從而保證了該項(xiàng)目的快速落地投產(chǎn)，減少了不必要的結(jié)構(gòu)更改、過(guò)程優(yōu)化帶來(lái)的實(shí)際成本增加。

項(xiàng)目投產(chǎn)效益

采用中置型電動(dòng)驅(qū)動(dòng)焊鉗替代氣動(dòng)焊鉗，在電極被磨損或表面氧化后，定期實(shí)現(xiàn)自動(dòng)研磨，通過(guò)控制加壓來(lái)實(shí)現(xiàn)研磨自動(dòng)補(bǔ)償。

工業(yè)機(jī)器人主要由控制系統(tǒng)、機(jī)械手和手持操作編程器三部分組成，其配置的6 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)精確控制，實(shí)現(xiàn)沿X、Y、Z 軸向以及分別圍繞X、Y、Z 軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的6 個(gè)自由度的空間運(yùn)動(dòng)。同時(shí)用于焊接的6 軸工業(yè)機(jī)器人精度較高，6 軸法蘭。中心點(diǎn)的重復(fù)定位精度可控制在±0.08mm 以?xún)?nèi)。工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度快，最快移動(dòng)可達(dá)3m/s，通過(guò)示教編程可完成復(fù)雜路徑，并實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)器人同時(shí)、高效、靈活、精準(zhǔn)地完成各項(xiàng)作業(yè)，滿(mǎn)足了各位置分布的點(diǎn)焊作業(yè)以及效率的提升，如圖3 所示。

項(xiàng)目組對(duì)防護(hù)網(wǎng)工頻焊接專(zhuān)機(jī)的三條火線(xiàn)獨(dú)立配備小變壓器，降低線(xiàn)路負(fù)荷，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同步焊接，開(kāi)發(fā)出低成本的雙工位多點(diǎn)焊工頻焊機(jī)取代行業(yè)普遍使用的單點(diǎn)中頻焊機(jī)，生產(chǎn)效率提高150%，線(xiàn)體全流程圖如圖4 所示。

第一個(gè)工步為上料、焊接動(dòng)作。上料需將零件擺放在固定工裝內(nèi)，通過(guò)上料機(jī)器人示教，實(shí)現(xiàn)零件的抓取上料；而工業(yè)機(jī)器人點(diǎn)焊則是在機(jī)械手末端安裝好點(diǎn)焊工具，通過(guò)PLC 對(duì)點(diǎn)焊工具及工業(yè)機(jī)器人動(dòng)作信號(hào)進(jìn)行交互控制，由于涉及到12 個(gè)點(diǎn)位的焊接，為提高工作效率，采用兩臺(tái)工業(yè)機(jī)器人配合作業(yè)，通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行TCP 設(shè)定，完成固定點(diǎn)位的示教動(dòng)作，特別注意避開(kāi)動(dòng)作干擾時(shí)空，最終實(shí)現(xiàn)相應(yīng)點(diǎn)位的點(diǎn)焊動(dòng)作，如圖2 所示。

采用分平面焊接替代原來(lái)單機(jī)“Z”或“U”形焊接路線(xiàn)，每臺(tái)機(jī)器人焊接單邊的6 個(gè)焊點(diǎn)，減少移動(dòng)距離，均衡各崗位生產(chǎn)節(jié)拍。

設(shè)計(jì)一種新型加工運(yùn)輸線(xiàn)專(zhuān)利，多個(gè)運(yùn)輸工位沿預(yù)定運(yùn)輸方向依次設(shè)置，運(yùn)輸工位包括主體架，相鄰兩個(gè)運(yùn)輸工位的主體架之間可拆卸拼接。

虛擬化資源池分為服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化平臺(tái),服務(wù)器虛擬化平臺(tái)采用超融合架構(gòu),根據(jù)海曙區(qū)氣象業(yè)務(wù)發(fā)展需要,部署4臺(tái)超融合一體機(jī),通過(guò)2個(gè)萬(wàn)兆光口與萬(wàn)兆交換機(jī)連接,實(shí)現(xiàn)雙鏈路聚合的存儲(chǔ)通信,組建超融合虛擬化平臺(tái),用于數(shù)據(jù)收集處理存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)服務(wù)、電子檔案管理、監(jiān)控等業(yè)務(wù)系統(tǒng)。本次部署分布式存儲(chǔ)資源總?cè)萘繛?0T,通過(guò)2副本方式保障數(shù)據(jù)的可靠性,可滿(mǎn)足未來(lái)2～3 a的數(shù)據(jù)量需求。超融合平臺(tái)具備橫向擴(kuò)展的云計(jì)算特性,未來(lái)提升平臺(tái)計(jì)算和存儲(chǔ),僅需新增x86服務(wù)器接入即可。

經(jīng)過(guò)對(duì)外罩點(diǎn)焊線(xiàn)體的優(yōu)化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，點(diǎn)焊節(jié)拍約25 秒/件，實(shí)現(xiàn)外罩組件生產(chǎn)減員8 人。

結(jié)束語(yǔ)

在窗機(jī)產(chǎn)量每年呈遞增形勢(shì)的背景下，自動(dòng)化點(diǎn)焊及配套技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)重要?；谇捌陧?xiàng)目開(kāi)發(fā)的技術(shù)沉淀，針對(duì)鈑金件的組件點(diǎn)焊可逐步推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)成熟技術(shù)效益的進(jìn)一步發(fā)揮，為傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。