本文摘要：摘要:生產(chǎn)線技術(shù)是制造業(yè)生產(chǎn)實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)，柔性生產(chǎn)線具有適應(yīng)能力強(qiáng)、功能靈活、安全穩(wěn)定等眾多優(yōu)點(diǎn)，有利于制造企業(yè)充分利用設(shè)備資源降低生產(chǎn)線建設(shè)的資金投入，并實(shí)現(xiàn)個(gè)性定制、產(chǎn)品快速更新?lián)Q代等功能，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。從柔性生產(chǎn)線的技術(shù)特點(diǎn)和
摘要:生產(chǎn)線技術(shù)是制造業(yè)生產(chǎn)實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)，柔性生產(chǎn)線具有適應(yīng)能力強(qiáng)、功能靈活、安全穩(wěn)定等眾多優(yōu)點(diǎn)，有利于制造企業(yè)充分利用設(shè)備資源降低生產(chǎn)線建設(shè)的資金投入，并實(shí)現(xiàn)個(gè)性定制、產(chǎn)品快速更新?lián)Q代等功能，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。從柔性生產(chǎn)線的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)出發(fā)，介紹了柔性生產(chǎn)線功能單元組成及技術(shù)特征，對(duì)柔性生產(chǎn)線機(jī)電控制流程及硬件選型進(jìn)行了設(shè)計(jì)與合理化分析。
關(guān)鍵詞:柔性生產(chǎn)線;功能單元;機(jī)電;控制
0引言
近年來(lái)，我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了飛速發(fā)展，人們的生活水平顯著提高，社會(huì)對(duì)于生產(chǎn)生活用品的需求逐漸由過(guò)去的大批量生產(chǎn)向小批量訂單式生產(chǎn)和個(gè)性化定制方向轉(zhuǎn)變，這對(duì)制造業(yè)的生產(chǎn)能力提出了更高的要求，隨著《中國(guó)制造2025》規(guī)劃的逐步實(shí)施，我國(guó)的制造業(yè)也正快速進(jìn)行技術(shù)升級(jí)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。
柔性生產(chǎn)線是制造業(yè)針對(duì)現(xiàn)代化生產(chǎn)研究和應(yīng)用的新技術(shù)，其集成了自動(dòng)化、通信、智能制造、生產(chǎn)線等眾多先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)將生產(chǎn)線上眾多機(jī)床、輸送設(shè)備、執(zhí)行單元整合起來(lái)，形成一套技術(shù)復(fù)雜但適應(yīng)性極強(qiáng)的現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)，十分適合制造業(yè)針對(duì)不同用戶需求和產(chǎn)品快速更新?lián)Q代進(jìn)行生產(chǎn)方案調(diào)整，并能實(shí)現(xiàn)同一生產(chǎn)線同時(shí)生產(chǎn)不同型號(hào)、不同規(guī)格的同類產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的最大化利用。
1柔性生產(chǎn)線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1.1生產(chǎn)力穩(wěn)定、應(yīng)變能力強(qiáng)
柔性生產(chǎn)線的最大優(yōu)勢(shì)就是具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，針對(duì)現(xiàn)階段制造類產(chǎn)品生命周期縮短、更新?lián)Q代頻繁的情況，柔性生產(chǎn)線能有效縮短制造類產(chǎn)品更新?lián)Q代造成的生產(chǎn)力下降問題，通過(guò)多種設(shè)備的組合生產(chǎn)，智能系統(tǒng)能夠優(yōu)先選擇適宜的加工方式，減少技術(shù)更新、產(chǎn)品換代過(guò)程生產(chǎn)流程調(diào)整與設(shè)備調(diào)試時(shí)間，且有利于提升產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)，確保新產(chǎn)品及時(shí)搶占市場(chǎng)，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1.2控制管理方便、調(diào)試便捷
柔性生產(chǎn)線不僅通過(guò)現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 對(duì)各個(gè)設(shè)備的控制，還能實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取，設(shè)備數(shù)據(jù)集中分析，自動(dòng)化設(shè)備管理等功能。生產(chǎn)線的管理人員也能夠通過(guò)柔性生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)工位的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行查看，通過(guò)調(diào)整控制方案實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方案的調(diào)整。通過(guò)信息互聯(lián)，針對(duì)柔性生產(chǎn)條件，使用者通過(guò)對(duì)某一設(shè)備調(diào)試后，可將調(diào)試方案應(yīng)用于全部相同設(shè)備，有效縮短設(shè)備調(diào)試時(shí)間，且控制系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)各個(gè)設(shè)備的故障情況，能夠提醒工作人員及時(shí)處理故障或定期維護(hù)保養(yǎng)設(shè)備。
1.3更新?lián)Q代慢、使用經(jīng)濟(jì)性好
柔性生產(chǎn)線建立后，各個(gè)系統(tǒng)形成良好的匹配關(guān)系，能夠更好適應(yīng)特定產(chǎn)品的長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)品更新對(duì)制造設(shè)備的需求，生產(chǎn)線整體呈現(xiàn)極強(qiáng)的應(yīng)變能力，能夠適應(yīng)大多數(shù)技術(shù)升級(jí)需求，不需在短時(shí)間內(nèi)更換過(guò)多設(shè)備，有效減少生產(chǎn)制造企業(yè)的設(shè)備更新支出。同時(shí)，柔性生產(chǎn)線具有一條生產(chǎn)線生產(chǎn)多個(gè)系列產(chǎn)品的能力，能夠充分利用企業(yè)有限場(chǎng)地條件，避免了企業(yè)沒有條件建立多條生產(chǎn)線的場(chǎng)地問題。
2柔性生產(chǎn)線功能單元組成
2.1柔性生產(chǎn)線的功能單元分類
針對(duì)制造類企業(yè)的生產(chǎn)線特點(diǎn)，柔性生產(chǎn)線根據(jù)不同的產(chǎn)品種類和流程存在一定差異，但總體上看功能單元的種類大致相同。柔性生產(chǎn)線主要包括搬運(yùn)單元、產(chǎn)品特征識(shí)別單元、加工制造單元、質(zhì)量檢測(cè)單元、品質(zhì)分揀單元、輸送單元、智能倉(cāng)儲(chǔ)單元、集成控制系統(tǒng)幾大類[1]。
集成控制系統(tǒng)主要用于控制和協(xié)調(diào)各個(gè)生產(chǎn)工序的關(guān)系，使生產(chǎn)有序開展。大體的工作流程是，將待加工產(chǎn)品的原材料搬運(yùn)到待加工工位，產(chǎn)品特征識(shí)別單元的檢測(cè)裝置檢測(cè)和分析原材料種類特點(diǎn)后，進(jìn)行加工工藝的自動(dòng)選擇，并通過(guò)加工制造單元進(jìn)行一次性或多次的原材料處理、加工制造環(huán)節(jié)。各個(gè)加工設(shè)備之間通過(guò)輸送單元的設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)加工零部件的轉(zhuǎn)移。各個(gè)工序加工完成后都有相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備對(duì)加工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于不合格產(chǎn)品由質(zhì)量分揀單元去除，加工完成的產(chǎn)品或零部件輸送到智能倉(cāng)儲(chǔ)單元進(jìn)行自動(dòng)分類存儲(chǔ)并記錄存儲(chǔ)位置、數(shù)量等信息。
2.2各功能單元的技術(shù)特征
柔性生產(chǎn)線功能單元的場(chǎng)地布置關(guān)系，通過(guò)集成控制系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使整體生產(chǎn)線成為協(xié)調(diào)統(tǒng)一的智能控制體[2]。
2.2.1集成控制系統(tǒng)集成控制系統(tǒng)是柔性生產(chǎn)線的神經(jīng)樞紐，負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程的協(xié)調(diào)工作，集成控制系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)各個(gè)工作設(shè)備，能夠?qū)υO(shè)備反饋的信息進(jìn)行分析處理，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)還具有良好的配合關(guān)系。集成控制系統(tǒng)的功能包括按照既定程序的自動(dòng)控制，識(shí)別工作過(guò)程的特殊狀態(tài)，處理可能存在的故障問題，收集并記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)，人機(jī)交互功能支持人工控制、調(diào)試、查詢數(shù)據(jù)等。
2.2.2產(chǎn)品特征識(shí)別單元產(chǎn)品特征識(shí)別是柔性生產(chǎn)線功能實(shí)施的重要保障，產(chǎn)品的特征識(shí)別能夠保證同一生產(chǎn)線生產(chǎn)不同產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的有效分類，有利于控制系統(tǒng)根據(jù)不同產(chǎn)品體系特征選擇適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)制造程序。特征識(shí)別單元通過(guò)視覺技術(shù)、傳感器技術(shù)、條碼識(shí)別技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品特征的有效識(shí)別。
2.2.3搬運(yùn)單元及輸送單元搬運(yùn)與輸送是原材料和加工產(chǎn)品轉(zhuǎn)移的兩種主要形式。搬運(yùn)單元主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有位置到目標(biāo)位置的空間轉(zhuǎn)移，包括抓取、提升、轉(zhuǎn)移、下降、釋放等動(dòng)作，柔性生產(chǎn)線的搬運(yùn)工作主要通過(guò)機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的精準(zhǔn)搬運(yùn)，并實(shí)現(xiàn)物料的擺放、碼垛等功能需求;輸送單元主要是通過(guò)皮帶輸送機(jī)、輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)、鏈條輸送機(jī)等實(shí)現(xiàn)物料的水平或成角度轉(zhuǎn)移，輸送單元主要用于各個(gè)加工單元、檢測(cè)單元、分揀單元的連接，并配合完成部分生產(chǎn)加工工作。
2.2.4加工、質(zhì)檢及分揀單元加工、質(zhì)檢及分揀單元是配合工作的組合體。加工單元包括常規(guī)的機(jī)床設(shè)備、專用加工設(shè)備、清洗或表面處理等設(shè)備;質(zhì)檢單元包括對(duì)機(jī)械加工單元的精度檢測(cè)、表面狀態(tài)檢測(cè)、重量檢測(cè)、金屬含量檢測(cè)等;分揀單元主要用于去除生產(chǎn)線上產(chǎn)生的不合格產(chǎn)品，常用設(shè)備包括機(jī)械推板、分流輸送機(jī)、揀選機(jī)械臂等。在生產(chǎn)過(guò)程中，加工、質(zhì)檢及分揀單元的有機(jī)配合既保證了生產(chǎn)效率，又保證了生產(chǎn)質(zhì)量，是柔性生產(chǎn)線的主要工作單元。
2.2.5智能倉(cāng)儲(chǔ)單元智能倉(cāng)儲(chǔ)單元是針對(duì)生產(chǎn)線制造完成的成品進(jìn)行貯存的機(jī)械設(shè)備單元，通過(guò)現(xiàn)代化的智能倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的分類、分區(qū)存儲(chǔ)。具有標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、集成化特點(diǎn)，能夠完成成品或外加工完成零件的精確倉(cāng)儲(chǔ)，并能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)調(diào)取、出庫(kù)等功能。
3柔性生產(chǎn)線機(jī)電控制流程設(shè)計(jì)
3.1軟件系統(tǒng)的總體流程設(shè)計(jì)
柔性生產(chǎn)線的生產(chǎn)模式多樣化，因此，軟件系統(tǒng)的運(yùn)行流程應(yīng)充分考慮模式切換、正常狀態(tài)控制、應(yīng)急狀態(tài)處理、人機(jī)交互、遠(yuǎn)程控制、單機(jī)獨(dú)立控制等眾多工作條件。軟件控制程序的編寫主要采用模塊化編寫技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)工序的正常開關(guān)機(jī)、工作邏輯控制，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、加工、檢測(cè)、分揀、輸送、智能倉(cāng)儲(chǔ)等單元每個(gè)設(shè)備的獨(dú)立控制功能，并具備對(duì)故障設(shè)備的應(yīng)急處理能力，具備良好的人機(jī)交互開放性和程序升級(jí)空間。
3.2系統(tǒng)的初始化功能
在整條柔性化生產(chǎn)線開機(jī)后，搬運(yùn)、加工、檢測(cè)、分揀、輸送、智能倉(cāng)儲(chǔ)等單元的所有機(jī)械設(shè)備自動(dòng)回到起始位置，如加工刀具歸位、伸縮氣缸或液壓缸歸位、機(jī)械手臂放松并歸位、輸送裝置停止、監(jiān)測(cè)裝置通電并處于待工作狀態(tài)。同時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)采集各個(gè)設(shè)備的初始化狀態(tài)，確定各個(gè)設(shè)備是否歸位，如有異常則發(fā)出警示，如正常則程序處于待命狀態(tài)[3]。
3.3各個(gè)工作單元的控制功能
針對(duì)各個(gè)單元的控制采用統(tǒng)一協(xié)調(diào)和分別獨(dú)立控制的結(jié)合方式。首先，系統(tǒng)明確各個(gè)設(shè)備的位置，為設(shè)備賦予編號(hào)，將單獨(dú)設(shè)備的控制子程序連接到系統(tǒng)控制總程序中，由系統(tǒng)集中控制管理，匹配各設(shè)備的工作效率與輸送裝置的輸送效率;其次，對(duì)于各個(gè)設(shè)備的工作性能，首次使用前由工作人員進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試，并將調(diào)試好的設(shè)備程序參數(shù)保存上傳至總程序。
3.4系統(tǒng)應(yīng)急控制程序
盡管柔性化生產(chǎn)線的設(shè)備與傳統(tǒng)生產(chǎn)線相比更為先進(jìn)、可靠，但由于應(yīng)用的設(shè)備更多，配合關(guān)系要求更高，因此，為保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，必須要充分考慮突發(fā)狀況或設(shè)備故障的應(yīng)急處理方案。常見的生產(chǎn)線突發(fā)狀況包括機(jī)械設(shè)備損壞、零件在輸送過(guò)程卡滯、設(shè)備異常高溫或振動(dòng)等。當(dāng)發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)，系統(tǒng)首先發(fā)出警示信號(hào)，相關(guān)設(shè)備停機(jī)，系統(tǒng)分析輸送加工設(shè)備現(xiàn)狀，提供加工線路變換，繞開故障位置，或由人工進(jìn)行處理，處理完成后生產(chǎn)線程序控制在斷點(diǎn)位置繼續(xù)加工。
4柔性生產(chǎn)線機(jī)電控制硬件選型
4.1PLC的合理選型
現(xiàn)階段，應(yīng)用于工業(yè)控制的PLC種類較多，為滿足柔性生產(chǎn)線的復(fù)雜控制和運(yùn)算速度要求，應(yīng)重點(diǎn)選擇適配性好、功能強(qiáng)大、指令兼容性好的一線品牌，針對(duì)于生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和工作流程的復(fù)雜程度考慮，主流PLC以三菱、西門子的一線產(chǎn)品更為適宜，優(yōu)先選擇性價(jià)比更高的三菱公司Q系列、西門子S系列的PLC，對(duì)于控制要求不高的生產(chǎn)線也可考慮國(guó)產(chǎn)匯川H系列PLC[4]。
4.2工業(yè)機(jī)器人選型
工業(yè)機(jī)器人在柔性生產(chǎn)線中應(yīng)用十分廣泛，也是生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)保障，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)具有效率高、功能可靠、程序兼容性好、精確度高等特點(diǎn)。選型時(shí)要充分考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)性能、感知技術(shù)、人機(jī)交互便捷性等因素�，F(xiàn)階段，生產(chǎn)線應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人以4軸、5軸機(jī)械臂居多，部分現(xiàn)代化柔性生產(chǎn)線也應(yīng)用了更為先進(jìn)的6軸機(jī)器人�，F(xiàn)階段性能和口碑較好的工業(yè)機(jī)器人廠家包括德國(guó)KUKA、日本ABB、國(guó)產(chǎn)新松等。
4.3通訊網(wǎng)絡(luò)選型
通訊網(wǎng)絡(luò)的建立是柔性生產(chǎn)線機(jī)電控制功能實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，柔性化生產(chǎn)線的通訊需求是信息傳遞速度快、通信穩(wěn)定性好、數(shù)據(jù)容量大、兼容性好，推薦選擇基于RS485總線標(biāo)準(zhǔn)的CC-Link通信模式，通過(guò)CC-Link通信技術(shù)對(duì)各個(gè)單元的設(shè)備進(jìn)行編號(hào)和傳輸參數(shù)設(shè)定，并利用FX2N-32CCL進(jìn)行組網(wǎng)。為保證傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，線路傳輸速度應(yīng)設(shè)置在150kb·s-1，確保各個(gè)功能單元實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)傳輸[5]。
5結(jié)語(yǔ)
在智能化和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，制造業(yè)的生產(chǎn)模式已經(jīng)由傳統(tǒng)的盲目批量生產(chǎn)向定制化、精細(xì)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，柔性生產(chǎn)線技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高制造生產(chǎn)的合理性，提高設(shè)備、資源、環(huán)境利用率具有積極作用，使企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品既符合用戶實(shí)際需求，又能減少企業(yè)庫(kù)存，做到最大化銷售。柔性生產(chǎn)線技術(shù)的應(yīng)用顯著改善了過(guò)去生產(chǎn)中產(chǎn)品更新?lián)Q代慢、成本高等問題，顯著提高了生產(chǎn)線的適應(yīng)能力。從現(xiàn)階段我國(guó)的制造業(yè)生產(chǎn)模式來(lái)看，柔性生產(chǎn)線的技術(shù)普及程度還有待提升，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)正逐漸顯現(xiàn)，將成為未來(lái)自動(dòng)化生產(chǎn)線技術(shù)發(fā)展的主流方向，為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供強(qiáng)大助力。
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作者：劉昌鵬
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