某智能作業(yè)生產(chǎn)線數(shù)字工藝模型研究

0 引言

智能化、數(shù)字化已然成為工業(yè)發(fā)展的主流方向

，數(shù)字化工廠已經(jīng)成為先進(jìn)制造領(lǐng)域中一個(gè)全新研究領(lǐng)域

，采用機(jī)器人替代人工作業(yè)形成智能化和柔性化的生產(chǎn)線，以提高作業(yè)質(zhì)量、效率和安全性。然而智能化生產(chǎn)工藝過(guò)程各道工序節(jié)拍，具有前后邏輯，依靠生產(chǎn)線工藝數(shù)字模型，為生產(chǎn)線作業(yè)參數(shù)協(xié)同優(yōu)化提供基礎(chǔ)，這是實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)是的焦點(diǎn)性問(wèn)題

。

綜上所述，家庭教育是基礎(chǔ)工程，對(duì)幼兒未來(lái)的成長(zhǎng)非常重要。良好的家庭教育使幼兒外向、熱情、活潑可愛(ài)；反之，幼兒則內(nèi)向、孤獨(dú)、缺乏活力。

鋅工業(yè)是重要的國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè), 對(duì)于國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著不可忽視的重要作用

，電解沉淀得到鋅皮，需要在500±20℃高溫熔化條件下，澆鑄成一定尺寸規(guī)格的錠塊進(jìn)行商品流通。受電解沉淀工藝限制，鋅皮中含有約0.05%的雜質(zhì)，在澆鑄成型冷卻過(guò)程中結(jié)合空氣形成了浮渣氧化皮，需扒渣處理，否則冷卻后嚴(yán)重影響品質(zhì)，如圖1所示。

在鑄錠工藝上，包含了澆鑄、扒渣、修錠、脫模、碼垛、捆扎、貼簽等作業(yè)工序。這些生產(chǎn)流程中，傳統(tǒng)的生產(chǎn)線上人工參與過(guò)多，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性難以保證，其生產(chǎn)安全性和經(jīng)濟(jì)性也受到制約。同時(shí)澆鑄過(guò)程中各種設(shè)備動(dòng)作節(jié)拍、速度、時(shí)間等工藝關(guān)鍵參數(shù)受限于冷卻結(jié)晶時(shí)間，這些參數(shù)之間具有動(dòng)態(tài)的強(qiáng)耦合特性。

對(duì)此，本文以澆鑄過(guò)程中各種設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)條件與鋅澆鑄過(guò)程物理參數(shù)為約束，以產(chǎn)量為原始輸入?yún)?shù)，研究了包括澆鑄、扒渣、修錠、打碼、脫殼、碼垛、捆扎、貼簽等生產(chǎn)工藝的機(jī)器人作業(yè)數(shù)字工藝模型，數(shù)字工廠是由數(shù)字化模型、方法和工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡(luò)

,以指導(dǎo)智能生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，并為其他鋅合金、鉛等有色金屬的鑄錠智能化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 鋅鑄錠智能作業(yè)生產(chǎn)線作業(yè)系統(tǒng)組成與工藝過(guò)程

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，鋅鑄錠智能生產(chǎn)線可集成澆鑄機(jī)器人、扒渣機(jī)器人、修錠機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、噴碼機(jī)器人，集成系統(tǒng)流程如圖2所示，生產(chǎn)線組成如圖3所示。

如圖2、3所示，圖1中的鋅皮在高溫爐中熔化后，進(jìn)入保溫爐1，經(jīng)舀勺式的澆鑄機(jī)器人將一定體積的500℃左右的鋅液倒入鑄錠模傳送線2的模具內(nèi)，隨即粗扒渣機(jī)器人對(duì)模具內(nèi)懸浮的氧化渣進(jìn)行表層撇渣，精扒機(jī)器人對(duì)漏扒、未扒干凈的鑄錠模進(jìn)行二次扒渣，這一過(guò)程必須在鋅液表層冷卻結(jié)晶開(kāi)始前完成，否則無(wú)法開(kāi)展扒渣或在結(jié)晶期間扒渣導(dǎo)致鋅錠表面質(zhì)量受損；此后，隨著鑄錠線和模具的移動(dòng)，通過(guò)風(fēng)、噴水等強(qiáng)化散熱措施，促進(jìn)鋅液凝固，在脫模裝置3的翻轉(zhuǎn)敲擊下，冷卻收縮的錠塊翻轉(zhuǎn)落入翻錠傳送線4和錠塊傳送線5上，由打磨修邊機(jī)器人對(duì)澆鑄過(guò)程錠塊邊緣產(chǎn)生的流延、毛刺等進(jìn)行打磨，以保障錠塊外觀成型質(zhì)量。

路線不知道怎么辦？“沿著地鐵的線路騎，是最好的向?qū)А薄＿@是老頭自己摸索總結(jié)出來(lái)的，即使不帶著放大鏡去找地圖，也能巧妙到達(dá)目的地。

碼垛機(jī)器人根據(jù)鋅錠塊規(guī)格設(shè)計(jì)剁型，在錠垛傳送線6進(jìn)行碼垛捆扎作業(yè)，然后將鋅錠剁批次等信息通過(guò)激光打磨機(jī)器人進(jìn)行標(biāo)識(shí)，從而構(gòu)成智能化生產(chǎn)線。

2 基于產(chǎn)量控制的鋅錠生產(chǎn)線數(shù)字工藝模型

生產(chǎn)線相關(guān)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)速度均是受產(chǎn)量要求而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的，因此鋅錠生產(chǎn)線數(shù)字工藝模型以產(chǎn)量為原始輸入?yún)?shù)。

2.1 鋅鑄錠生產(chǎn)線整體設(shè)計(jì)參數(shù)

(s)—冷卻時(shí)間；

(m—鋅液結(jié)晶時(shí)傳送鏈所走路程。

=

*1000

(365*24*

)

(1)

=

3600

(2)

此處，時(shí)間

應(yīng)包含澆鑄時(shí)間

、扒渣時(shí)間

、碼垛時(shí)間

、捆扎時(shí)間

、打碼時(shí)間

及鑄錠模傳送線、脫模機(jī)構(gòu)、翻錠傳送線、錠塊傳送線、錠垛傳送線中錠塊傳輸?shù)臅r(shí)間。這些工藝過(guò)程的時(shí)間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，這些參數(shù)關(guān)系到機(jī)器人作業(yè)的可靠性與安全性，也基本決定了極限產(chǎn)量，結(jié)合車間實(shí)際空間，即可確定傳輸線的總體長(zhǎng)度尺寸和空間布局。

2.2 澆鑄

澆鑄是鑄錠線的源頭，為實(shí)現(xiàn)定量澆鑄，設(shè)置澆鑄機(jī)器人。根據(jù)圖3生產(chǎn)線組成原理，一個(gè)完整的澆鑄周期時(shí)間

應(yīng)包括三個(gè)過(guò)程：澆鑄機(jī)器人澆鑄夾具從原始位置進(jìn)入鋅液保溫爐內(nèi)完成舀勺取液(時(shí)間

)、取液后運(yùn)動(dòng)至鑄錠模具內(nèi)邊緣(時(shí)間

)、舀勺隨同鑄錠線上的模具同步移動(dòng)完成澆鑄并返回至原始位置(時(shí)間

)。這3個(gè)過(guò)程中，澆鑄機(jī)器人澆鑄夾具應(yīng)與鑄錠線上的模具同步移動(dòng)，此時(shí)

滿足如下關(guān)系：

=

+

+

(3)

其中在澆鑄階段(時(shí)間

)，包括舀勺完成傾倒時(shí)間(

)和空行程時(shí)間。由于機(jī)器人基座固定不動(dòng)，傾倒過(guò)程伴隨鑄錠線模具運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人機(jī)械臂由收縮狀態(tài)逐漸伸展，該過(guò)程要求傾倒舒緩，防止高溫液體激濺而產(chǎn)生飛邊和冷卻過(guò)程的液面凸凹不平。因此舀勺傾倒時(shí)間

與機(jī)械臂伸展空間距離

和關(guān)節(jié)伸展速度

構(gòu)成了約束關(guān)系。

3.亞太地區(qū)各RTA條款的對(duì)比。為考察亞太地區(qū)各RTA的簽署質(zhì)量和真實(shí)承諾水平，本文以亞太地區(qū)內(nèi)部各國(guó)簽署實(shí)施的46個(gè)FTA協(xié)定原文為研究主體，就各雙邊以及多邊RTA涉及的條款范圍和實(shí)際法律約束程度進(jìn)行了對(duì)比分析，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表3。

2.3 做好動(dòng)物疾病檢查針對(duì)在動(dòng)物養(yǎng)殖過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的諸多類疾病，事先做出相關(guān)的檢疫制度，并通過(guò)嚴(yán)格遵循檢疫制度進(jìn)行日常操作，定期對(duì)動(dòng)物進(jìn)行疾病的檢查，做好消毒處理，對(duì)動(dòng)物予以相應(yīng)的疫苗注射，從根本上提高動(dòng)物抗疾病能力；做好對(duì)進(jìn)出程序的嚴(yán)格規(guī)范，避免在動(dòng)物進(jìn)出過(guò)程中感染疾??；尤其是在疾病多發(fā)季節(jié)，加強(qiáng)動(dòng)物檢疫力度，做好疾病檢查工作。

≥

(4)

設(shè)計(jì)中，必須依據(jù)(4)式開(kāi)展設(shè)備參數(shù)選型與機(jī)器人示教訓(xùn)練。

（4）多功能護(hù)理型輪椅組合床通過(guò)遙控器控制水平電動(dòng)伸縮桿，可以實(shí)現(xiàn)輪椅與病床的分離，避免了病人在輪椅與病床之間的移動(dòng)，起到代步作用．

2.3 扒渣

扒渣必須在高溫鋅液冷卻前完成，因此扒渣時(shí)間

與由式(6)、(7)所得的冷卻時(shí)間構(gòu)成了約束關(guān)系。

(℃)—鋅液初始溫度；

2.報(bào)名條件資格的問(wèn)題。從資格限定上看，有的過(guò)于寬泛，不同職位同一標(biāo)準(zhǔn)和條件，難以體現(xiàn)職位需求的差異性；有的限制過(guò)于嚴(yán)格，致使一些職位報(bào)名人員較少，構(gòu)不成有效競(jìng)爭(zhēng)。很多崗位由于過(guò)于強(qiáng)調(diào)年齡、學(xué)歷、資歷和工作經(jīng)歷，使一部分工作經(jīng)驗(yàn)豐富、業(yè)績(jī)良好的干部由于年齡或?qū)W歷問(wèn)題被劃在圈外，一部分優(yōu)秀年輕干部由于資歷和工作經(jīng)歷被擋在門外。同時(shí)，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)和條件的科學(xué)性、公性度都還有待進(jìn)一步提高。

=(

-

)

-0000 7

+

(5)

=

*

(6)

(℃)—鋅液結(jié)晶溫度；

汪記從最初的個(gè)體經(jīng)營(yíng)，到如今成為一家集生豬屠宰、鮮肉加工、銷售、冷鏈運(yùn)輸于一體的現(xiàn)代化企業(yè)，其發(fā)展歷程見(jiàn)證了食品行業(yè)的變革與升級(jí)：從無(wú)到有，從小到大，從弱到強(qiáng)，從強(qiáng)到精。這一路走來(lái)，歷經(jīng)多少艱辛，又揮灑了多少汗水，只有汪宗星體會(huì)最深。

鋅的實(shí)時(shí)溫度與冷卻時(shí)間存在如下函數(shù)關(guān)系：

(℃)—車間室溫；

鑄錠線傳送鏈?zhǔn)巧a(chǎn)速度的控制關(guān)鍵。設(shè)每天工作時(shí)間按3班制24小時(shí)，單個(gè)錠塊質(zhì)量規(guī)格為

(kg)，從澆鑄開(kāi)始到打碼結(jié)束，完整過(guò)程所需時(shí)間為

(S)，

為鋅錠年產(chǎn)量(噸)，

為年產(chǎn)錠塊數(shù)(塊)，則有如下關(guān)系：

本橋梁直接橫跨某既有高速公路，和高速公路一定角度相交，墩身和高速公路的邊坡直相緊挨，場(chǎng)地限制較大，現(xiàn)場(chǎng)施工條件相對(duì)較差。除此之外，公路的車流量很大，橫跨高速公路進(jìn)行施工，安全保障難度較大。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察以后，決定采用龍門吊進(jìn)行吊裝施工。在臨時(shí)支架進(jìn)行腹桿拼裝后，采用空門吊將其安放在橫梁要求的位置。在橫梁上，一般設(shè)置有調(diào)整機(jī)構(gòu)，主要用于線性調(diào)整。

扒除氧化渣皮，設(shè)置扒渣機(jī)器人，該過(guò)程是智能產(chǎn)線的又一個(gè)核心設(shè)備，作業(yè)時(shí)間受限于鋅的實(shí)時(shí)溫度與冷卻時(shí)間。

<

(7)

2.4 修錠

設(shè)計(jì)中，必須依據(jù)(9)式開(kāi)展設(shè)備參數(shù)選型與機(jī)器人示教訓(xùn)練。

同理，一個(gè)完整的修錠周期時(shí)間

應(yīng)包括三個(gè)過(guò)程：修錠機(jī)器人打磨頭從原始位置進(jìn)入待修錠模具邊緣(時(shí)間

)、打磨過(guò)程(時(shí)間

)、模具內(nèi)打磨完成終點(diǎn)位至返回至原始位置(時(shí)間

)。

=

+

+

(8)

其中在打磨過(guò)程(

)，機(jī)器人基座固定不動(dòng)，打磨頭伴隨鑄錠線模具運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人機(jī)械臂由收縮狀態(tài)逐漸伸展，因此打磨時(shí)間

與機(jī)械臂伸展空間距離

和關(guān)節(jié)伸展速度

構(gòu)成了約束關(guān)系。

已有研究多采用GA解決貨位分配問(wèn)題。然而GA需要的種群規(guī)模大，且在迭代次數(shù)較高時(shí)才表現(xiàn)出明顯的收斂性，又易陷入局部極小，其優(yōu)化結(jié)果未必能滿足企業(yè)的需求。

≥

(9)

設(shè)計(jì)中，必須依據(jù)(9)式開(kāi)展設(shè)備參數(shù)選型與機(jī)器人示教訓(xùn)練。

2.5 打碼

鋅錠產(chǎn)品均要求生產(chǎn)過(guò)程追溯，必須在鋅錠上完成生產(chǎn)日期、批號(hào)、重量等二維碼信息打印。打碼過(guò)程可以通過(guò)激光打碼機(jī)器人完成。

打碼時(shí)間為周期為

，包括兩部分：激光蝕刻打碼時(shí)間(時(shí)間

)和錠塊之間空行程時(shí)(時(shí)間

)。

=

+

(10)

其中在打碼過(guò)程(

)，機(jī)器人基座固定不動(dòng)，激光頭隨鑄錠線模具運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人機(jī)械臂由收縮狀態(tài)逐漸伸展，因此打碼時(shí)間

與機(jī)械臂伸展空間距離

和關(guān)節(jié)伸展速度

構(gòu)成了約束關(guān)系。

≥

(11)

而

與蝕刻信息構(gòu)成的圖文線狀要素總長(zhǎng)度(

′)與激光蝕刻速度(

′)有關(guān)，約束關(guān)系如式(11)。

=

′

′

(12)

因高溫鋅液流延和澆鑄過(guò)程難免的激蕩，鋅錠冷卻成型后，在模具內(nèi)存在凸凹不平的表面和邊緣的毛刺現(xiàn)象，必須進(jìn)打磨修型，此工序設(shè)置修錠機(jī)器人。

2.6 碼垛

打碼完成后，錠塊隨著鑄錠線移動(dòng)，完成與模具的分離。此時(shí)，需要將錠塊按一定規(guī)則，堆放成錠垛。此處設(shè)置碼垛機(jī)器人，以替代高強(qiáng)度的勞動(dòng)。

二氯甲烷（CH2Cl2，ACS級(jí)），百靈威有限公司；無(wú)水Na2SO4、NaCl（ACS級(jí)），阿拉丁試劑有限公司；C7—C30直鏈正構(gòu)烷烴，美國(guó)Sigma-Aldrich公司；乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、丁二酸二乙酯、乙酸己酯、丁酸己酯、己酸己酯、乙酸、丁酸、乳酸、己酸、異戊醇、正己醇、糠醛、苯乙醇、苯乙酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯乙醛、苯甲醛、4-甲基愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚、苯酚等，GC標(biāo)準(zhǔn)品，日本TCI公司。

碼垛過(guò)程中，單個(gè)錠塊的抓取碼垛時(shí)間為周期為

，包括三部分：碼垛機(jī)器人原始位置到錠塊傳輸鏈固定位置抓取時(shí)間(時(shí)間

)、錠塊抓取位置到碼垛完成時(shí)間(時(shí)間

)、碼垛完成后到返回原始位置的空行程時(shí)間(時(shí)間

)。

=

+

+

(13)

碼垛過(guò)程中，機(jī)器人基座固定不動(dòng)，夾具定點(diǎn)抓取錠塊，機(jī)器人機(jī)械臂由收縮狀態(tài)逐漸伸展，因此碼垛時(shí)間

與機(jī)械臂伸展空間距離

和關(guān)節(jié)伸展速度

構(gòu)成了約束關(guān)系；碼垛過(guò)程中，夾具抓錠位置固定，而放錠位置變化，直至最大行程，故

為動(dòng)態(tài)變化周期。

≥

(14)

同時(shí)，由于錠塊傳輸速度恒定，單錠碼垛

動(dòng)態(tài)變化，而垛型完成時(shí)間

′恒定，因此有式(15)：

′=∑

(15)

3 生產(chǎn)實(shí)踐

通過(guò)對(duì)鋅錠智能生產(chǎn)線分析，以某鋅澆鑄生產(chǎn)線為例，進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。

該鋅錠生產(chǎn)線的年產(chǎn)量計(jì)劃為457000噸/年，約1252噸/天，共十條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線年產(chǎn)量為45700噸/年，每條生產(chǎn)線每天生產(chǎn)量不低于125.2噸/天，鋅錠的生產(chǎn)規(guī)格為25kg/塊、鋅槽規(guī)格為429mm*214mm*53mm，并采用四班兩倒制。

將單條生產(chǎn)線年產(chǎn)量Q=45700噸、M=25kg代入式(1)得：

Q

=313塊/h

將Q

=313塊/h代入式(2)得：

有研究[63]指出，IPA患者會(huì)呼出特定的揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds，VOCs)，電子鼻可以通過(guò)分析呼出的VOCs來(lái)區(qū)分各種肺部疾病，從而診斷IPA(準(zhǔn)確性為90.9%)。此法價(jià)廉且無(wú)創(chuàng)，在幾分鐘內(nèi)即可得出結(jié)果，但其有效性目前缺乏臨床大樣本研究驗(yàn)證。

T

=11.5s/塊

由于雙勺式澆鑄裝置的澆鑄速度與鑄錠線傳送速度相等，即澆鑄總時(shí)間T

為11.5s，澆鑄機(jī)器人如圖4所示。

扒渣時(shí)澆鑄爐中鋅液初始溫度

=520℃、鋅液結(jié)晶溫度

=420℃、車間室溫

=30℃。將

=520℃、

=420℃、

=30℃代入式(5)得：

=138s，將

=138s代入式(6)得：

≈3m，此即為冷卻時(shí)最大鋅液結(jié)晶時(shí)傳送鏈所走路程。

鑄錠生產(chǎn)線上傳送鏈的運(yùn)輸效率為11.5秒/塊，扒渣機(jī)器人需要完成扒鏟時(shí)間也應(yīng)小于11.5秒，為安全可靠，考慮工程可行性，實(shí)際扒渣機(jī)器人

可取9

5秒，扒渣機(jī)器人工作如圖5所示。

同理，修錠機(jī)器人

也應(yīng)小于11.5s，實(shí)際為9.5秒；修錠機(jī)器人

應(yīng)小于11.5s，實(shí)際9.5秒，扒渣機(jī)器人工作如圖6所示。

碼垛機(jī)器人將脫殼后的鋅錠按照40塊/垛的規(guī)格進(jìn)行碼垛，捆扎機(jī)器人對(duì)碼垛后的鋅錠垛進(jìn)行捆扎，捆扎完成后貼簽機(jī)器人對(duì)鋅錠垛進(jìn)行貼簽，實(shí)時(shí)記錄鋅錠垛相關(guān)信息。

6）個(gè)別受凍嚴(yán)重的樹(shù)，主干皮層開(kāi)裂嚴(yán)重，且皮層變褐壞死，葉片制造的養(yǎng)分不能向根系傳輸，應(yīng)及時(shí)橋接，保證樹(shù)體水分和養(yǎng)分供給。

4 結(jié)論

本文建立了數(shù)字工藝模型，通過(guò)對(duì)鋅鑄錠生產(chǎn)過(guò)程中的澆鑄、扒渣、修錠、打碼、碼垛等工位進(jìn)行了計(jì)算分析，可得到各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)量和生產(chǎn)周期。研究對(duì)保障提高鋅鑄錠的生產(chǎn)效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，具有一定的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

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