新型自動化新能源屏柜生產線設計

姚志國，賈艷玲，宋全剛，于麗陽

(許繼集團有限公司，河南 許昌 461000)

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新型自動化新能源屏柜生產線設計

姚志國，賈艷玲，宋全剛，于麗陽

(許繼集團有限公司，河南 許昌 461000)

摘要：隨著新能源產業的大力發展，新能源屏柜作為核心設備，在產業發展中起到關鍵作用。屏柜的質量控制是整個產業中關鍵控制環節之一，其直接決定屏柜乃至整個新能源電網能否長期、安全和可靠地運行。針對傳統新能源屏柜生產模式所存在的弊端，提出了一種新型自動化屏柜生產線設計方案。該新型生產線采用自動化、智能化和信息化技術，在實際生產過程中能大幅提高產品質量，提升工作效率，降低勞動強度。

關鍵詞：新能源產業；屏柜生產模式；傳統生產模式；自動化生產模式

隨著國家智能電網建設的深入推進，以及國家經濟發展對電力需求的不斷增加，新能源產業得到快速發展。特別是隨著社會霧霾問題的日益突出，新能源產業更以其獨具的特點，將在我國未來電網發展中發揮重大作用[1]。

新能源屏柜作為新能源輸電過程中實現電能整流或逆變轉換的核心設備，在新能源產業發展中起到至關重要的作用。在整個產業中，屏柜產品的制造質量是關鍵控制環節之一，其直接決定屏柜產品乃至整個新能源電網能否長期、安全、可靠地運行。

隨著制造業的飛速發展，許多新觀念、新技術、新工藝也迅速融入到制造產業當中，特別是自動化生產技術得到了越來越廣泛的應用。基于當前制造業的發展趨勢以及技術成熟性，本文詳細介紹一種新型自動化新能源屏柜生產線設備的設計。

1新能源屏柜生產模式

1.1傳統生產模式

目前，傳統新能源屏柜產品生產主要采用孤島作業模式(見圖1)，即屏柜放置在地面，操作人員及生產所需物料圍繞在周圍。操作人員根據裝配位置的不同，在屏柜四周移動來全程操作整個產品的裝配。

圖1　傳統孤島作業模式

傳統孤島作業模式基本依靠人力進行，既沒有可靠的輔助設備，又缺少完善的質量控制管理系統，人為因素在產品生產過程中所占比重很大，導致產品質量及一致性很難保證。

采用傳統生產模式生產效率低，勞動強度大，自動化水平低，嚴重影響了企業生產能力及市場競爭力。

1.2自動化生產模式

隨著科學技術的快速發展，自動化生產技術在工業生產中得到了越來越廣泛的應用。在機械制造、電子等行業已經設計和制造出大量類型各異的自動化生產線。這些自動化生產線的使用，在提高勞動效率、提升產品質量、改善勞動條件、降低能源消耗和節約材料等方面均取得了顯著的成效[2]。

生產制造業倡導自動化、智能化和信息化的制造管理理念，從產品框架構思到目的性設計，直至最終產品定型以及批量化生產，其制造管理理念貫徹始終。

同樣，在新能源產品生產制造領域，其產品生產線的設計也應遵循自動化、智能化和信息化原則，同時還應具備多功能柔性化生產理念。在企業產品多元化發展的同時，既能滿足主導產品生產需求，又能兼顧其他產品生產，解決了產品種類多、需求大和生產區域受限等各種制約因素。

2新型自動化屏柜生產線

2.1生產線特點

自動化生產線的性能及操作模式已經遠遠超過傳統模式。其主要的特點是自動化生產線具有統一的自動化控制系統，較高的自動化程度，還具有嚴格的生產節拍，應以一定的生產節拍經過各工位來完成加工生產[3]。

針對屏柜傳統生產模式所存在諸多弊端，以及結合當前生產制造業的發展趨勢，新型自動化屏柜生產線對整個傳統生產模式進行了全面提升。其主要體現在產品轉運功能、產品在線位置控制、線體設備運行控制以及產品質量控制等方面的設計(見圖2和圖3)。

圖2　自動化屏柜生產線整體效果圖

圖3　自動化屏柜生產線實景圖

2.2生產線設計

2.2.1整體布局設計

在產品自動化生產線設計時，不僅考慮產品生產這一環節，還應充分考慮生產流程簡便、區域物流配送快捷等整個生產過程中的各因素。

針對此生產線，在設計過程中運用精益化生產理念及方法，將生產線設備設計成“非”字布局(見圖4)。同時對產品工藝流程經過“同期化”拆分，合理分配至各工位，充分考慮人、機、物、料、環等各個因素。各工位操作人員僅需完成整個裝配流程中的某一個環節即可，使繁瑣的流程簡單化，并能有效控制各工位生產質量。

圖4　整體布局示意圖

2.2.2自動化設計

由于產品不同，各種類型的自動化生產線大小不一，結構有別，功能各異；但不論何種類型的自動化生產線都應具備控制、運轉、檢測和驅動等4項基本功能。

該自動化屏柜生產線在設計過程中采用PLC控制，以滿足線體復雜的運轉流程控制；線體屏柜產品各操作工位間轉運采用滑觸線供電的穿梭車，滿足產品在各工位之間的進出及轉運；同時在各工位及輸送軌道設置位置、位移及角位傳感器以此來控制產品在生產過程中所需的各種狀態；另外，在各操作工位，采用電動機驅動滾筒的驅動模式，以滿足產品在操作工位上的運轉需求(見圖5)。

圖5　穿梭車及操作工位示意圖

2.2.3機械手及升降平臺設計

在新能源屏柜產品生產過程中，通常存在較大、較重元件的安裝，考慮到勞動強度及人員操作方便性，在特定操作工位根據生產所需設置機械手；同時，考慮操作高度方面的需求，配備移動式電動升降平臺，此移動平臺可根據不同產品生產需求移動到需求工位進行輔助操作。

機械手及移動式升降平臺的配備(見圖6和圖7)提高了生產線自動化程度，減少了人員數量，減輕了勞動強度。

圖6　機械手設備示意圖

圖7　電動升降平臺示意圖

2.2.4柔性化設計

在自動化生產線設計時，應同時考慮設備柔性化設計(兼容性)。柔性化生產線有著極高的生產效率，既能滿足主導產品生產，又能兼顧其他產品生產，解決了產品種類多、需求大以及生產區域受限等各種制約因素。

根據柔性化需求并結合新能源產品種類，將操作工位設計成伸縮式結構(見圖8)。在生產過程中，可按照產品的不同自動調整操作工位，以滿足生產所需。

圖8　伸縮式工位示意圖

2.2.5生產信息化管理體系設計

針對整個新能源屏柜產品生產工藝流程，建立相應的生產信息化系統，如質量管理體系(QMS)、工藝管理體系(PMS)以及企業制造執行系統(MES)。

從到貨檢驗至包裝發貨，整個生產流程設立多個數據采集點，借助上述系統實現全面生產過程數據采集、分析和處理，對整個生產過程進行全方位質量管控，達到全面提升產品一致性、全面提高產品質量的目的。

3結語

綜上所述，該自動化屏柜生產線棄用傳統作業模式，依據自動化、智能化和信息化設計理念，并結合產品裝配特點進行設計。該新型生產線的使用，不僅大幅提升了安裝效率，降低了勞動強度，而且極大提高了產品安裝質量，為新能源電網長期、安全和可靠運行提供了有利保障。

參考文獻

[1] 劉振亞.全球能源互聯網[M].北京:中國電力出版社,2015.

[2] 張永軍.完整的自動生產線[M]. 北京:機械工業出版社,1995.

[3] 陳永方,陳明. 淺談自動化生產線的發展[J]. 廣西輕工業,2011,1(1):57-61.

責任編輯馬彤

New Type of Automatic Production Line Design of New Energy Cabinet

YAO Zhiguo, JIA Yanling, SONG Quangang, YU Liyang

(Xuji Group Corporation, Xuchang 461000, China)

Abstract：With the developing of new energy industry, new energy cabinet is the core equipment of industry, and it plays a key role in development process of new energy. The production quality of the cabinet is the key link in the whole industry, and directly decide if the cabinet and new energy grid can be in long-term, safe and reliable operation. With the disadvantage of the traditional production model of inverter cabinet, put forward a new design of cabinet production line. The new production line using the intelligent and information technology can improve the product quality, improve work efficiency, and reduce the labor intensity in production.

Key words:new energy industry, cabinet production model, traditional production model, automatic production model

中圖分類號：TB 21

文獻標志碼:A

收稿日期：2015-11-24

作者簡介：姚志國(1980-)，男，碩士，主要從事電力設備結構設計等方面的研究。