機械制造工藝自動化改良中的設備創(chuàng)新探析

摘 要：當前許多機械制造企業(yè)采用自動化的生產(chǎn)線工藝，取得許多成就，也存在一些問題。本文對生產(chǎn)線工藝自動化改良中的設備創(chuàng)新進行了工作研究，對“人-機-環(huán)境”系統(tǒng)進行分析，提出了車間布局約束下的技術(shù)改造要求。針對自動化生產(chǎn)線工藝設備創(chuàng)新所遇到的難題，嘗試提出了幾種生產(chǎn)線自動化改造中的幾種有效設備與方法，包括折疊伸縮臂的創(chuàng)新技術(shù)，基于產(chǎn)品質(zhì)量的板料分離方法，設備的“積木式”組合方法。

關(guān)鍵詞：機械制造企業(yè)；生產(chǎn)線工藝；自動化改良

1 生產(chǎn)線工藝的自動化改良問題研究

1.1 企業(yè)生產(chǎn)線不良問題調(diào)查

本人對到遼寧沈陽的A公司鈑金車間調(diào)查，重點對這類企業(yè)各生產(chǎn)線的手工作業(yè)情況、在生產(chǎn)過程中存在的效率制約問題、車間工作空間布局、產(chǎn)品質(zhì)量等進行了實地調(diào)查、觀測。以該空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)鈑金車間某板材沖壓成形加工為例，雖然公司引進了較為先進的多工位壓力機，但為了盡量達到“低投入，高產(chǎn)出”，板材的上下料和級進模間傳遞方式仍采用人工操作。這類手工沖壓生產(chǎn)線存在如下缺點：（1）由于指令臺、中轉(zhuǎn)臺和人員通道等因素影響，占地面積較大；（2）雖安裝有腳踏開關(guān)等安全控制系統(tǒng)，但由于工人長時間簡單、重復的動作，當生產(chǎn)危險發(fā)生時，仍慣性繼續(xù)進行本應停止的動作，結(jié)果不能實現(xiàn)相應的安全保護功能，造成安全事故的發(fā)生；（3）由于工人長時間操作，不可避免地會產(chǎn)生操作失誤，比如板材放進方向不對、忘記翻轉(zhuǎn)等，造成次品率提高，影響了產(chǎn)品質(zhì)量；（4）由于板材表面油膜的作用等原因，板材常會互相粘在一起，這種操作方式?jīng)]有專門的拆垛過程，操作者完全憑手感取料，若雙層或多層板材被送入壓力機，會對設備或模具造成損傷，導致高額維修費，延誤生產(chǎn)的連續(xù)性。

1.2 車間布局中的“人-機-環(huán)境”約束問題

生產(chǎn)任務完成于一定的作業(yè)空間，而作業(yè)空間設計的任務是使機器設備、工裝夾具和物料按照操作要求進行合理的空間布局，使人（或機器）工作起來更加迅捷，達到提高企業(yè)生產(chǎn)力的目的，這是“機-環(huán)境”問題研究的重要方面。對工作空間的合理布局設計是影響車間生產(chǎn)力的一大影響因素，由于廠房有限，任何空余的空間都要有效利用起來，多臺機器構(gòu)成的生產(chǎn)線，在生產(chǎn)效率一定的前提下，布局越為合理緊湊，車間產(chǎn)能越大。企業(yè)期望有一種既能很好地完成上下料和進給動作，又能有效節(jié)省作業(yè)空間，且能良好體現(xiàn)“人-機-環(huán)境”和諧統(tǒng)一的操作方式。

1.3 工作空間約束下的技改要求

以A公司鈑金車間板材沖壓生產(chǎn)線為例，生產(chǎn)線共有多工位壓力機10臺，總占地面積181m2，每臺多工位壓力機及配套設備空間占地為16.4m2，采用全手工上下料和進給模式，對應操作者共計50名，操作者工作比較擁擠，無專門的人員通道，人員、毛還料、成品的進出極為不便，極易發(fā)生安全事故，車間產(chǎn)能較低。對當前板材沖壓的生產(chǎn)現(xiàn)狀進行技術(shù)改造，應主要從生產(chǎn)效率、安全保障、占用空間、資金投入以及工人的勞動環(huán)境入手，減少能源和人力浪費。特別是針對釆用全手工上下料方式的企業(yè)來說，技術(shù)改造有著重要意義。

2 自動化生產(chǎn)線工藝設備的創(chuàng)新設計

目前少數(shù)大型制造企業(yè)自動化程度較高，機器人技術(shù)應用于生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率較高，但是投入較高，存在不必要的成本浪費，且占用場地和設備較多，維修復雜。較多企業(yè)仍釆用較為落后的手工操作方式，這種方式生產(chǎn)效率低且不穩(wěn)定，不安全因素多，操作人員過多、環(huán)境惡劣且勞動強度大，造成了大量的人力資源浪費。

以板材沖壓生產(chǎn)線為例，板材沖壓成形作為一種重要的金屬材料塑性加工方法，廣泛應用于汽車工業(yè)、航天航空、家電生產(chǎn)和包裝等工業(yè)領(lǐng)域，技術(shù)水平的高低直接影響著企業(yè)成本和開發(fā)新產(chǎn)品的周期。下面以介紹的幾種板材沖壓上下料自動化設備的設計過程為例，來探討自動化生產(chǎn)線設備的創(chuàng)新設計思路和過程：

2.1 滿足工作空間布局約束的伸縮機械手

設計狹義的伸縮臂是指裝在挖掘機上的一種工作裝置，是由固定臂與移動臂通過伸縮組伸縮力的作用使移動臂伸出及縮回，從而達到更大的工作半徑，這種形式的工作裝置即為傳統(tǒng)伸縮臂。這種傳統(tǒng)意義上的伸縮臂雖然理論上可用于組合形式的機械手，但占用空間和重量大，導致設備穩(wěn)定性差。

本文設計了一種氣動式折疊伸縮臂，這種折疊伸縮技術(shù)如果應用在機械手之中，可最大程度地節(jié)省空間，尤其是可成倍縮小進出壓力機等設備時的所需空間，且機械手整體滑移時處于縮緊狀態(tài)，設備穩(wěn)定性較好。

2.2 基于產(chǎn)品質(zhì)量考慮的板料分離方法

在沖壓生產(chǎn)線中，由于板材表面油膜的作用等原因，板材常會互相粘在一起，手工操作方式?jīng)]有專門的拆垛過程，操作者完全憑手感取料，若雙層或多層板材被送入模具，會對設備或模具造成損傷，導致高額維修費，延誤生產(chǎn)的連續(xù)性。

為對取料過程進行雙料檢測和剔選，首先考慮板材的拆分方法，有機械分離法、磁性分離法、稱重分離法、微變形分離法和吹氣分離法等，其中高壓吹氣法和微變形分離法相結(jié)合的方式，可以很好的完成板料分離。

本文設計一種基于雙料檢測的板料分離方法，料垛預先進行獨立吹氣處理，端拾器采用微變形模式，分為動吸盤和靜吸盤，并安裝有厚度傳感器，對抓取板料的厚度進行檢測，若為單張厚度，則進行送料處理，若為多張厚度，則說明前面進行的分離操作失敗，進行甩料處理，重新抓取。

2.3 柔性生產(chǎn)線中的“積木式”組合設備

當今市場訂單呈現(xiàn)多品種、中小批量等特點，導致生產(chǎn)換線頻繁，柔性生產(chǎn)線的靈活性和“積木式”的組合形式，能讓產(chǎn)品變型過程耗時最少，讓生產(chǎn)及早恢復。若干數(shù)量的獨立設備根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀安裝在溜板上，組成“積木式”的組合設備，這樣不僅增加了一個整體工作自由度Z5，而且僅需要一個動力源，在獨立設備Z5方向同步的前提下，還有效減少了機構(gòu)動作與控制指令的復雜程度。

3 結(jié)語

本文對生產(chǎn)線工藝自動化改良中的設備創(chuàng)新進行了工作研究，嘗試提出了生產(chǎn)線自動化改造中的幾種有效設備與方法：折疊伸縮臂的創(chuàng)新技術(shù)充分考慮到了車間布局與生產(chǎn)線產(chǎn)能、工人工作環(huán)境的有機協(xié)調(diào)；基于產(chǎn)品質(zhì)量的板料分離方法為類似生產(chǎn)線對產(chǎn)品質(zhì)量的實時監(jiān)測方法打開了一個新的思路；設備的“積木式”組合方法針對柔性生產(chǎn)線的多品種、中小批量、換線頻繁等特點，實現(xiàn)了產(chǎn)品變型生產(chǎn)的靈活。

參考文獻：

[1]鄒慧君，顏鴻森.機械創(chuàng)新設計理論與方法[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]龍偉.生產(chǎn)自動化[M].北京：科學出版社，2011.