伺服機(jī)構(gòu)柔性裝配與信息化管控技術(shù)研究

楊興旺，吳義勇

（貴州航天控制技術(shù)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550009）

電液伺服機(jī)構(gòu)是導(dǎo)彈上的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，其技術(shù)先進(jìn)性和性能穩(wěn)定性直接影響導(dǎo)彈的總體性能。裝配環(huán)節(jié)為電液伺服機(jī)構(gòu)重要的關(guān)鍵管控節(jié)點(diǎn)之一，其存在裝配工序復(fù)雜、裝配周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，裝配質(zhì)量的好壞也直接影響產(chǎn)品最終生產(chǎn)質(zhì)量水平，以目前電液伺服機(jī)構(gòu)裝配過程主要以人工操作為主，生產(chǎn)過程工藝流程、質(zhì)量檢測(cè)和記錄以人工操作模式，已越來越難以滿足導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展配套需要及管控要求等，為此必須提升現(xiàn)有的生產(chǎn)手段，逐步推進(jìn)智能撓性生產(chǎn)線建設(shè)。

1 現(xiàn)有生產(chǎn)線存在的主要問題

現(xiàn)有生產(chǎn)線存在的問題主要表現(xiàn)如下：

(1)裝配工藝方法主要為手工操作，操作效率低，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作安全風(fēng)險(xiǎn)難以管控。

（2）操作工藝實(shí)現(xiàn)方法單一，難以保證產(chǎn)品精益裝調(diào)需求，對(duì)進(jìn)一步提升產(chǎn)品裝配質(zhì)量存在較大瓶頸。

（3）檢測(cè)手段落后，主要靠目視檢測(cè)或手工進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果一致性水平難以保證。

（4）生產(chǎn)流程信息可追溯性差，產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤追溯困難，對(duì)于質(zhì)量問題的解決和預(yù)防存在較大困難。

上述問題已嚴(yán)重影響了電液伺服機(jī)構(gòu)配套能力，因此開展項(xiàng)目研究，實(shí)現(xiàn)電液伺服機(jī)構(gòu)裝配過程柔性裝配與信息化管控，是解決電液伺服機(jī)構(gòu)配套能力的有效手段。

2 智能柔性裝配及信息化的解決措施

2.1 智能柔性裝配單元設(shè)計(jì)

由于伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品裝配過程特殊性，對(duì)產(chǎn)品裝配過程中需要滿足多型號(hào)產(chǎn)品柔性換裝、多批次產(chǎn)品柔性管控、多裝配任務(wù)柔性組合生產(chǎn)等需求，伺服機(jī)構(gòu)智能柔性裝配技術(shù)方案從物料智能管控，裝配操作柔性工位設(shè)計(jì)，物料通過輸送線在線柔性配送至各裝配工位或智能貨架的基本思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品裝配過程中根據(jù)工步裝配需求柔性進(jìn)行物料流轉(zhuǎn)等需求，以便于產(chǎn)品型號(hào)、組件裝配任務(wù)換裝時(shí)柔性快速換線裝配等需求。

智能撓性裝配單元主要智能管控平臺(tái)為核心，將智能貨架、線體、柔性裝配工位、物料科學(xué)地進(jìn)行分配，組成閉環(huán)管理。每部分主要功能如下：

（1）智能貨架。實(shí)現(xiàn)基于多型號(hào)、多零組件等裝配物料實(shí)時(shí)感知管控技術(shù)，為產(chǎn)品裝配過程物料智能配送、裝配流程信息化管控等提供基礎(chǔ)信息支撐。

（2）線體。在智能單元運(yùn)行過程中，基于工步的物料資源需求隨著任務(wù)轉(zhuǎn)換、裝配狀態(tài)變換等不斷提出流轉(zhuǎn)需求，進(jìn)行基于智能貨架和柔性裝配工位間滾筒輸送線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)物料在智能貨架與柔性裝配工位間柔性快速配送，以滿足混流狀態(tài)下的產(chǎn)品裝配和緩存需求等。

（3）柔性裝配工位。產(chǎn)品的最終裝配結(jié)果主要還是以人工操作或干預(yù)下完成，通過在線操作、人機(jī)交互操作等設(shè)計(jì)，降低物料運(yùn)轉(zhuǎn)頻次，提高操作可靠性等。

在智能柔性裝配單元工作過程中，其工作流程如圖1。

圖1 柔性裝配單元工作流程圖

2.2 智能柔性裝配單元工程應(yīng)用

伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品是典型的機(jī)、電、液一體化產(chǎn)品，產(chǎn)品裝配過程主要以機(jī)械裝配為主，裝配工藝方法主要涉及熱裝、旋擰、壓接等，裝配過程中進(jìn)行組件開啟壓力和整機(jī)耐壓檢測(cè)等，伺服機(jī)構(gòu)典型主要裝配工藝流程如圖2。

圖2 伺服機(jī)構(gòu)典型裝配工藝流程圖

由于伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品裝配工藝流程煩瑣，工藝流程執(zhí)行要求高，智能柔性裝配單元僅針對(duì)伺服機(jī)構(gòu)關(guān)鍵管控環(huán)節(jié)等進(jìn)行研究，設(shè)備、工序等不能100%進(jìn)行單元化內(nèi)部集成，特殊操作工步等還需在其他專用設(shè)備上進(jìn)行輔助檢測(cè)等，產(chǎn)品在裝配過程中需頻繁在單元與其他工作區(qū)域間流轉(zhuǎn)。而且伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品存在多品種、小批量研制生產(chǎn)特點(diǎn)，裝配過程涉及產(chǎn)品種類多、零組件多、裝配工序多、裝配周期長(zhǎng)等。

以伺服機(jī)構(gòu)大殼體組件為裝配基體進(jìn)行流程設(shè)計(jì)，其中預(yù)裝、清洗、耐壓檢測(cè)、磨合工序內(nèi)容需在專設(shè)區(qū)域和設(shè)備上進(jìn)行操作，組件組裝過程中壓力檢測(cè)等需使用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行輔助檢測(cè)，其余工序裝配過程中均在工作臺(tái)上進(jìn)行操作完成，裝配流程主要是先進(jìn)行組件組裝，再按工藝流程將各零組件裝配至大殼體上，從而逐步完成整機(jī)裝配。以現(xiàn)有產(chǎn)品生產(chǎn)情況，裝配過程中受零件配套、生產(chǎn)周期等影響較大，主要存在以下問題：

（1）裝配現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品型號(hào)多、零組件種類多，狀態(tài)管理困難。

（2）當(dāng)產(chǎn)品零組件配套缺失或出現(xiàn)問題在一定周期內(nèi)不能繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)裝配工序時(shí)，需換裝其他型號(hào)產(chǎn)品時(shí)準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)。

（3）過程檢測(cè)和裝配操作主要以人工操作為主，操作效率低、安全性差，質(zhì)量記錄以紙質(zhì)進(jìn)行記錄，產(chǎn)品裝配質(zhì)量一致性難以保證，質(zhì)量追溯困難。

（4）產(chǎn)品裝配過程工藝參數(shù)控制、質(zhì)量檢測(cè)、過程控制等數(shù)據(jù)缺失且不能實(shí)時(shí)匯總分析，對(duì)優(yōu)化產(chǎn)品裝配工藝方法、流程及過程管控等缺乏有效促進(jìn)手段。

通過上述對(duì)伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品典型工藝流程及存在的問題進(jìn)行分析，要提高伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品裝配效率、參數(shù)感知率、信息化管控水平等目標(biāo)，需著重對(duì)伺服機(jī)構(gòu)生產(chǎn)過程管控、關(guān)鍵裝配過程數(shù)字化操作和檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用三個(gè)方面進(jìn)行解決，以提高伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)過程精益管控水平和信息化管控能力。

2.3 數(shù)據(jù)智能優(yōu)化分析與應(yīng)用

以伺服機(jī)構(gòu)裝配過程關(guān)鍵點(diǎn)、難點(diǎn)為解決對(duì)象，開展多狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)感知技術(shù)研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵裝配工藝參數(shù)可測(cè)、可視、可調(diào)、可控，如裝配力矩、壓配力、開啟壓力等關(guān)鍵管控參數(shù)，提高液壓舵機(jī)裝配效率及質(zhì)量一致性水平。同時(shí)開展在線檢測(cè)技術(shù)研究，對(duì)裝配過程關(guān)鍵參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)，保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性、及時(shí)行和可追溯性等，提高裝配質(zhì)量數(shù)字化應(yīng)用水平。開展過程狀態(tài)實(shí)時(shí)感知技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)基于產(chǎn)品裝配流程中位置、環(huán)境、時(shí)間等流程信息的實(shí)時(shí)感知，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配流程脈絡(luò)化、透明化管理，為優(yōu)化排產(chǎn)流程等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)復(fù)雜，特別是集成了機(jī)、電、液一體的液壓伺服機(jī)構(gòu)，零件間配合精度高，各液壓元件參數(shù)對(duì)產(chǎn)品測(cè)試參數(shù)影響較大，傳統(tǒng)的人工操作方式配裝參數(shù)較為離散，難以管控，產(chǎn)品裝配一致性難以保證。開展數(shù)據(jù)智能優(yōu)化分析與應(yīng)用技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵裝配參數(shù)實(shí)時(shí)采集匯總、分析、優(yōu)化等技術(shù)，并與公司多應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品裝配進(jìn)程情況、裝配參數(shù)控制情況、設(shè)備運(yùn)行狀況、工量具使用情況、質(zhì)量檢測(cè)情況等信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集匯總優(yōu)化分析，以便于管理者、計(jì)劃員、技術(shù)員等及時(shí)直觀了解產(chǎn)品裝配過程狀況，并及時(shí)進(jìn)行裝配任務(wù)優(yōu)化安排和裝配過程問題解決，提高工藝參數(shù)優(yōu)化水平和過程問題解決響應(yīng)速度等，最終為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配效率和質(zhì)量水平整體提升目標(biāo)提供技術(shù)保障。

伺服機(jī)構(gòu)智能柔性裝配單元工作過程中，涉及物料、工位工作狀態(tài)、在線檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用情況、在線裝配設(shè)備應(yīng)用情況、多型號(hào)產(chǎn)品同時(shí)生產(chǎn)、人員等多因素影響，單元工作狀況復(fù)雜。進(jìn)行生產(chǎn)過程智能監(jiān)控，實(shí)時(shí)采集監(jiān)控單元運(yùn)行參數(shù)等，通過對(duì)參數(shù)的分類綜合仿真分析，可以指導(dǎo)排產(chǎn)流程安排，保證單元高效有序地工作，提高單元運(yùn)行能效比。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著智能柔性裝配技術(shù)的工程實(shí)現(xiàn)，可以滿足多型號(hào)產(chǎn)品柔性換裝、多批次產(chǎn)品柔性管理、多任務(wù)柔性組合等裝配需求，在提高產(chǎn)品裝配效率、裝配質(zhì)量一致性的同時(shí)，有效地對(duì)裝配過程參數(shù)進(jìn)行記錄與智能分析，進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)品工藝優(yōu)化的不斷深入開展，提升制造現(xiàn)場(chǎng)的管理水平，降低損耗與成本等。