柔性制造系統(tǒng)在工程機(jī)械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

公艷慶

（山重建機(jī)有限公司，山東 臨沂 276000）

工程機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)越來越高，工程機(jī)械產(chǎn)品制造技術(shù)不斷提升，各個系統(tǒng)的匹配性也更強(qiáng)。工程機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、核心技術(shù)受到了很多因素的影響，除了大型結(jié)構(gòu)件的制造技術(shù)水平之外，還與各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性有關(guān)。工程機(jī)械產(chǎn)品的制造需要經(jīng)過很多個工序才能夠完成，具有復(fù)雜性、系統(tǒng)性，為了保障工程機(jī)械產(chǎn)品的精度、質(zhì)量等需要盡快使用先進(jìn)的制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)作為目前在工程機(jī)械產(chǎn)品制造中應(yīng)用價值比較高的系統(tǒng)之一，具有優(yōu)越的靈活性，可以起到積極的作用。

1 柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)在工程機(jī)械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用價值越來越高，這與其信息控制系統(tǒng)、物料儲運(yùn)系統(tǒng)等子系統(tǒng)有關(guān)，也得益于柔性制造系統(tǒng)中的一組數(shù)字控制加工設(shè)備。柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用主要是發(fā)揮了其自動化的優(yōu)勢，可以最大程度地減輕人力勞動強(qiáng)度。成組技術(shù)屬于柔性制造系統(tǒng)的工藝基礎(chǔ)，為此應(yīng)用柔性制造系統(tǒng)時需要以生產(chǎn)計劃作為前提條件，從而確保生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)組織流程可以靈活地調(diào)整，并適用于多樣化的工程機(jī)械產(chǎn)品制作需求，充分提高生產(chǎn)的整體效率。而且也能夠從市場變化的需求著手，利用柔性制造系統(tǒng)相應(yīng)地調(diào)整生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)目標(biāo)，確保所生產(chǎn)的工程機(jī)械產(chǎn)品能夠擁有良好的銷量。

柔性生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)、生產(chǎn)控制信息系統(tǒng)、物流儲運(yùn)系統(tǒng)作為柔性制造系統(tǒng)的重要組成部分。而銷存管理和工藝研發(fā)系統(tǒng)則屬于生產(chǎn)控制信息系統(tǒng)。從柔性制造系統(tǒng)的柔性生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的組成部分來看，則主要以各種生產(chǎn)線組成，比如焊接、加工、熱處理、裝配等方面的生產(chǎn)線。物料管理、營銷、物流運(yùn)輸定位系統(tǒng)則組成了物流儲運(yùn)系統(tǒng)。從這些柔性制造系統(tǒng)的子系統(tǒng)來看，其采用的明顯是分級管理技術(shù)，能夠確保每一個層級的作業(yè)系統(tǒng)都處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之中，并且有效預(yù)防作業(yè)故障。焊接柔性作業(yè)系統(tǒng)作為柔性制造系統(tǒng)重要的內(nèi)容，在很多制造企業(yè)中都在加以應(yīng)用，本文便從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)研究成果等各方面對焊接柔性作業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用作了詳細(xì)分析，以展現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)在工程機(jī)械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用價值。

2 焊接柔性作業(yè)系統(tǒng)

2.1 柔性組合工裝

焊接柔性作業(yè)系統(tǒng)在很多制造企業(yè)中應(yīng)用頻率非常高，生產(chǎn)控制系統(tǒng)、物流儲運(yùn)系統(tǒng)等都屬于其子系統(tǒng)，服務(wù)于工程機(jī)械產(chǎn)品的制作。柔性制造系統(tǒng)的核心技術(shù)是焊接生產(chǎn)線，在具體實(shí)踐中有著清晰的生產(chǎn)線，生產(chǎn)流程非常關(guān)鍵。例如從工程機(jī)械產(chǎn)品制造中應(yīng)用的推土機(jī)這一機(jī)械設(shè)備的后橋箱工藝流程來看，需要經(jīng)過組隊、焊合，再次組隊、焊合，最終進(jìn)行機(jī)器人焊接、焊補(bǔ)、打壓等環(huán)節(jié)，工藝流程非常清晰流暢。不過如果沒有柔性焊接作業(yè)生產(chǎn)線，則意味著很多環(huán)節(jié)都需要采用人工完成，這樣不僅會增加柔性焊接作業(yè)的難度，還無法保障焊接作業(yè)的精度，對于最終生產(chǎn)出來的工程機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量就無法保障，不利于制造企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。應(yīng)用了柔性焊接作業(yè)系統(tǒng)之后，將工藝流程進(jìn)一步優(yōu)化，采取C型布置的方法，有效地減少了跨路轉(zhuǎn)運(yùn)的次數(shù)，物流速度以及暢通性都因此得到明顯提升。在此系統(tǒng)的作用下大行車、叉車等的使用頻率耕地，降低了沖突的概率，而且改用半跨手拉行車之后推土機(jī)后橋箱的物料搬運(yùn)效率也得到了提升。此種工藝布局和流程對于工程機(jī)械產(chǎn)品的制造具有非常重要的作用，因?yàn)槠鋬?yōu)勢是高效、靈活性，能夠滿足當(dāng)前制造行業(yè)的基本發(fā)展需求。柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用下以自動化設(shè)備為主，工裝也具有顯著的柔性化特點(diǎn)，尤其是組合夾具的柔性特點(diǎn)，值得被探討和分析。柔性組合工裝系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人作業(yè)單元等設(shè)備都具有明顯的自動化特征。

柔性組合工裝作為焊接柔性作業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，包括了重要的柔性組合夾具，此夾具的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度非常深，作為工藝裝備在工程機(jī)械產(chǎn)品制造中具有關(guān)鍵性的作用。柔性組合夾具需要適用于多種多樣的標(biāo)準(zhǔn)與案件、組合件等，為了提高整體生產(chǎn)效率，需要提前設(shè)定好不同的夾具模式，從而讓拆卸、清洗、組裝夾具的過程更加高效。組合夾具的使用有助于解決很多的工程機(jī)械產(chǎn)品制作困難，相較于傳統(tǒng)的夾具而言，組合夾具的可以根據(jù)需求組裝的特點(diǎn)可以節(jié)省時間，柔性化特點(diǎn)因此而呈現(xiàn)。

柔性制造系統(tǒng)中的柔性組合工裝具有超越傳統(tǒng)系統(tǒng)的重要優(yōu)勢，其組合平臺具有多維性，而且增加了定位、縮進(jìn)、測量、匹配等裝置和設(shè)施，整體自動化水平明顯提升。工程機(jī)械產(chǎn)品的制造過程中柔性組合工裝會應(yīng)用三維平臺材質(zhì)完成熱處理，最大程度地消除內(nèi)應(yīng)力，為后續(xù)工程機(jī)械產(chǎn)品的粗加工、精細(xì)加工，以及打磨拋光打好扎實(shí)的基礎(chǔ)。這些工序相互作用和影響，應(yīng)用柔性制造系統(tǒng)時需要準(zhǔn)備好各種工具和設(shè)施，例如導(dǎo)軌、支撐軌、平臺平面等，并通過具體的裝置系統(tǒng)確定孔位，提高精度，以確保平臺位置變換之后的精度仍然能夠達(dá)到預(yù)期。通常實(shí)踐中會結(jié)合平臺的大小確定拼接鋼板的尺寸，一般情況下3m×1.5m尺寸的鋼板適用于大平臺操作，大平臺的長度一般能夠達(dá)到15m，為此可以在大平臺上進(jìn)行多張鋼板的拼接操作，平面度在1mm以內(nèi)，則會更進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)大型結(jié)構(gòu)件的拼接、操作精度。主工作面和副工作面的功能和作用有所不同，通常為了更進(jìn)一步地提升工程機(jī)械產(chǎn)品制造的綜合水平，在主要的工作面上都會設(shè)置100mm的刻線，方便操作過程中的參照和對比，通過所設(shè)置的刻線也可以完成角鐵、方箱等的支撐和操作。除此之外，主工作面中設(shè)置的定位孔、定位槽等也會給構(gòu)件的拼接操作起到精度保障的作用。主工作面的各個部件等都具有裝卸方便的特點(diǎn)，整體維護(hù)的時候不需要耗費(fèi)太長的時間，也不需要投入過多的人力，尤其是尺寸調(diào)整方面靈活性非常高，又可以在很多場景中通用，可以適用于各種各樣機(jī)型的組隊需求，能夠最大程度地提高柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用效率，并保障工程機(jī)械產(chǎn)品制造的安全性。在制造行業(yè)使用柔性組合工裝，可以高效地完成組隊焊接，除了可以對部件質(zhì)量加以控制之外，還可以對組隊效率加以提升，從各方面來降低工藝裝備投入，采用柔性組合工裝縮短產(chǎn)品試制的周期已經(jīng)成為很多制造企業(yè)的通用模式。

2.2 焊接作業(yè)單元

柔性制造系統(tǒng)在工程機(jī)械產(chǎn)品的焊接作業(yè)單元中的應(yīng)用頻率很高，這也是當(dāng)前柔性制造系統(tǒng)主要的應(yīng)用價值之一。工程機(jī)械產(chǎn)品制造中的工序非常多，而且都具有復(fù)雜性和系統(tǒng)，焊接則屬于不僅特殊而且復(fù)雜的工序之一。近年來，一些大中型的工程機(jī)械產(chǎn)品制造都開始應(yīng)用柔性制造系統(tǒng)，解決了人力焊接存在的各種問題，提高焊接的安全性以及整體效率。應(yīng)用柔性制造系統(tǒng)之后便可以確保焊接過程中的每一個工序、每一個環(huán)節(jié)都在秩序運(yùn)行的狀態(tài)之中。焊接的過程中需要人力的參與，也需要具備物料、設(shè)施設(shè)備，需要監(jiān)督、測試，應(yīng)當(dāng)采用科學(xué)合理的操作方法等等，其中某一個環(huán)節(jié)或者具體的細(xì)節(jié)出現(xiàn)了錯誤，都會產(chǎn)生明顯的損失，降低制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。焊接作為工程機(jī)械產(chǎn)品制造的瓶頸工序，一直以來都備受重視。很多制造企業(yè)在經(jīng)營發(fā)展的過程中開始應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，使得機(jī)器人代替人工進(jìn)行結(jié)構(gòu)件的焊接，顯然這屬于柔性制造系統(tǒng)的一部分，柔性化程度已經(jīng)比較深，影響意義重大。使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行焊接可以穩(wěn)定質(zhì)量、生產(chǎn)效率，為此很多地區(qū)的工業(yè)機(jī)器人都得到了推廣使用，產(chǎn)品焊接的制造工藝水平顯著提升，工程機(jī)械產(chǎn)品的市場被擴(kuò)大了不少。

在焊接作業(yè)單元中使用工業(yè)機(jī)器人可以提高焊接的效率和質(zhì)量，為了更進(jìn)一步確保焊接結(jié)果達(dá)到預(yù)期，為企業(yè)創(chuàng)造最大化的經(jīng)濟(jì)效益，很多企業(yè)采用了雙工位機(jī)器人作業(yè)單元的方式。應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的時候也需要技術(shù)人員輔助操作，尤其是在臺車機(jī)架方盒類的焊縫工序中，更需要人機(jī)配合。臺車機(jī)架方盒一般都是長、直、平行焊縫模式，所以焊接設(shè)備屬于半自動化的雙絲焊設(shè)備，具體的焊接工作需要建立在很多的基礎(chǔ)條件、具體信息的研討和論證基礎(chǔ)之上，從而建構(gòu)出雙工位焊接機(jī)器人工作模式，保障預(yù)期的焊接目標(biāo)在最短的時間內(nèi)完成。應(yīng)用了雙工位機(jī)器人作業(yè)單元之后，產(chǎn)品質(zhì)量能夠得到提升，因?yàn)樾庐a(chǎn)品試制的速度明顯加快，工人勞動強(qiáng)度較之前降低很多。雙工位焊接機(jī)器人顧名思義是兩個工位、兩個焊接機(jī)器手，為此產(chǎn)品制造的效率也是雙倍的，作為并行工程的產(chǎn)物，在制造行業(yè)的作用非常明顯。焊接生產(chǎn)單元包括了機(jī)械手、焊接設(shè)備、控制柜、變位機(jī)、弧焊軟件等部分，焊接機(jī)器人需要完成的工作內(nèi)容非常多，所以需要技術(shù)人員加以輔助，以保障機(jī)器人操作的精度。機(jī)械手作為焊接生產(chǎn)單元中的重要組成部分，也是焊接動作完成的主體。目前很多制造企業(yè)使用的都是六軸機(jī)器人，主要組成部分是伺服電機(jī)，因此各軸旋便可以在伺服電機(jī)帶動手臂的時候完成各種動作，繼而達(dá)到操作目標(biāo)。

計算機(jī)在柔性制造系統(tǒng)中占有重要地位，例如在焊接作業(yè)單元中計算機(jī)就需要用來控制伺服電機(jī)，而伺服電機(jī)往往都是安裝在機(jī)器人本體上的，還會應(yīng)用到伺服放大器，所以機(jī)械手在這些機(jī)械設(shè)備的作用下能夠協(xié)調(diào)運(yùn)動，達(dá)到預(yù)期的控制效果。另外配有計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件的控制柜還可以起到尋找起始點(diǎn)、跟蹤電弧的作用。探討焊接作業(yè)單元中柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用時也會涉及到變位機(jī)的作用，工件的定位要想精確則需要應(yīng)用到變位機(jī)，精確的定位是固定工件安裝的重要前提條件，利用變位機(jī)旋轉(zhuǎn)工件，確保焊縫可以得到精確焊接，與機(jī)械手充分聯(lián)動。變位機(jī)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果顯著，而且目前已經(jīng)有了頭尾架、L型等兩種變位機(jī)，能夠滿足大部分情況下的固定工件安裝需求。在焊接過程中會應(yīng)用到很多焊接設(shè)備，除了常見的焊槍、焊接電源之外，還需要使用剪絲、水冷、送絲等裝置，以達(dá)到焊接標(biāo)準(zhǔn)和要求。例如一些由厚鋼板拼接的構(gòu)件進(jìn)行組對的時候容易出現(xiàn)誤差，具體表現(xiàn)在焊縫的位置、寬窄上面，所以在焊接過程中會遇到焊縫偏離組對的情況，這是因?yàn)橄群附拥暮缚p會變形，焊接質(zhì)量因此無法保證。通過應(yīng)用機(jī)器人則可以更好地控制起始位置、方向，保障焊接功能的發(fā)揮與實(shí)現(xiàn)。

推土機(jī)后橋箱作為工程機(jī)械產(chǎn)品制造中常見的機(jī)械設(shè)備之一，由多個部分組成，其中最為重要的一個是密封式腔體，是用來儲油的。由于這一類的機(jī)械設(shè)備表面的焊縫數(shù)量大，所以需要保證焊縫的質(zhì)量，加之此類機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)整體上呈現(xiàn)出復(fù)雜性，包含了多個組成部分，焊縫的形式也會多種多樣，則更加需要協(xié)調(diào)機(jī)器人與變位機(jī)之間的關(guān)系，保障工程機(jī)械產(chǎn)品制造的技術(shù)水平符合企業(yè)以及行業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)。焊接系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)器人移動裝置、變位機(jī)等都屬于柔性制造系統(tǒng)十分重要的子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)之間的層級關(guān)系、協(xié)調(diào)配合程度等都會受到很多因素的影響。在實(shí)踐中焊接作為柔性化生產(chǎn)特點(diǎn)體現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，充分地應(yīng)用焊接機(jī)器人可以達(dá)到目的。除了這些基本的條件之外，還需要從提高企業(yè)的工程機(jī)械產(chǎn)品制造管理水平，提高工程機(jī)械產(chǎn)品制造人員的技術(shù)水平，并且要加快柔性制造系統(tǒng)的完善與優(yōu)化，使其更適用于工程機(jī)械產(chǎn)品制造的各種各樣的需求，促使制造企業(yè)的工程機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量得到保障，最終實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3 結(jié)語

綜上所述，市場競爭越來越激烈，使得很多制造企業(yè)不得不轉(zhuǎn)型發(fā)展，采用高新技術(shù)進(jìn)行工程機(jī)械產(chǎn)品制造。柔性制造系統(tǒng)同對工程機(jī)械產(chǎn)品制造起到了積極的作用，有效降低了人力資源的投入，避免了工人高強(qiáng)度工作，具有明顯的柔性化管理效果，生產(chǎn)方面的靈活性也更高，能夠保障制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。采用柔性制造系統(tǒng)推進(jìn)工程機(jī)械產(chǎn)品制造業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，可以確保工程機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量得到提升，確保工程機(jī)械行業(yè)可以穩(wěn)定、持續(xù)地發(fā)展和進(jìn)步，為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造更大的貢獻(xiàn)。