鉆機操縱臺柔性裝配線輸送及布局方式研究

摘要：針對現有鉆機操縱臺種類多、裝配復雜的特點，結合產品質量、標準化、外觀等的生產要求，對比分析了倍速鏈、懸掛自行小車、RGV等輸送方式，優選出適合鉆機操縱臺結構及裝配特點的輸送方式，優化其布局，形成基于往復式RGV輸送的H型裝配線，可適應多種鉆機操縱臺裝配并兼顧后期技術及產量調整的柔性生產。

關鍵詞：鉆機操縱臺，裝配，柔性生產，輸送方式，布局

Abstract：?Considering?the?characteristics?of?various?types?and?complicated?assembly?process?of?rig?consoles，this?paper?compares?the?constructions?and?conveying?modes?among?speed?chain，?suspension?RGV，?RGV?etc.conveyors?according?to production?requirements?on?product?quality，?standardization?and?appearance.?The?H-type?assembly?line?transmitted?arrangement?with?reciprocating?RGV?is?proposed?through optimal?selection?and?layout，?which?can?suit?for?different?kinds?of?rig consoles?and?flexible?production?line?required?for?varied?technical?and?productive?volume?demands.

Keywords： rig console， assembling， flexible assembly line， conveying mode， layout

一、前言

中煤科工集團西安研究院有限公司長期致力于煤礦坑道鉆機的研發和生產，形成了自主品牌ZDY系列鉆機。作為鉆機關鍵部件的操作臺，其種類繁多，一直以來都是自主進行生產制造。目前，公司鉆機操縱臺裝配還處于以往地攤式的生產模式，產能不能滿足市場快速發展的個性化要求，且難以實現裝配過程的信息化管理和產品質量追溯。

隨著社會對能源需求的增加，煤炭在我國一次能源消費占比維持在60%左右。鉆機作為解決瓦斯水害事故、保障煤礦安全開采的關鍵裝備，市場需求量越來越旺盛，并且客戶對鉆機的交貨期和品質提出了更高的要求。由于鉆機的種類多，對應的關鍵部件操縱臺種類也多;操縱臺用于控制鉆機的動作，其質量、生產效率直接影響鉆機質量、安全及產量。現今單一的流水裝配線難以滿足鉆機操縱臺多品種、小批量、插單式的生產要求，只有對鉆機操縱臺裝配線合理的進行布局，提高裝配線的適應性，才能更好地推進鉆機操縱臺高標準、高可靠性、高效率的生產，提高鉆探裝備的核心競爭力。

二、鉆機操縱臺結構及特點

鉆機操縱臺零部件多，裝配過程較為復雜（見圖1），其柔性裝配線應滿足以下基本原則：（1）以鉆機操縱臺裝配工藝要求及國內外先進柔性裝配線設計經驗為基礎，以中國國家標準或ISO標準為準繩。（2）整線設計遵循技術先進、運行可靠、經濟合理、成熟實用的設計理念，采用典型成熟的生產設備。（3）設備合理布置做到人流物流順暢，滿足人機工程原理，重視節能、環保、安全等相關要求，技術水平達到行業領先。

三、鉆機操縱臺柔性裝配線輸送方式選取

根據鉆機操縱臺的結構特點及生產要求，提出以下3種輸送方式：

（1）基于倍速鏈的輸送方式

倍速鏈輸送方式是流水線設備中廣泛應用的一種自流式輸送方式，其輸送原理是運用倍速鏈條的增速功能，使其上承托貨物的工裝板快速運行，通過阻擋器停止于相應的操作位置。倍速鏈輸送方式可通過相應指令來完成積放動作及移行、轉位、專線等功能。

圖2為一種基于倍速鏈輸送方式的操縱臺裝配線，其特點在于：輸送能力大，可承載較大載荷;速度準確穩定，能保證精確的同步輸送;易于實現積放輸送;驅動少，造價低。

不足之處在于：（1）單條線體長度宜控制在12 m 左右，線體太長，安裝不直，鏈條調整不水平時，會導致軌道磨損，嚴重時鏈條會被拉斷;若線體分段，對設備價格、工藝排布等有一定影響。（2）運動不均勻，不適宜用于頻繁啟動、制動的場合。（3）線體只能按指定方向單向流轉，輸送靈活度差，無法實現跨工位的點對點輸送。（4）產線定型后，增加或減少工位比較困難。

（2）基于懸掛式自行小車的輸送方式

此種輸送方式是通過自行小車裝置，在預定的軌道上，按照預定的控制程序輸送或搬運物料，并保證準確無誤。電動自行小車根據設定的工藝過程，在不同的工位點上，按照計算機的操作指令進行實時的自動化控制。

圖3為一種采用懸掛式自行小車輸送的操縱臺裝配線，其特點在于：采用觸滑供電及移動總線控制，具有起重、運輸、空中貯存、組織生產、實現自動輸送、動態顯示、自動認址、自動積放、故障自診斷、遠程監控等功能;懸掛軌道上設有多臺自行小車，可獨立驅動;具有多種控制方式，小車可按設定程序實行全自動作業，能根據不同的工藝裝配要求停行、升降;運行速度快，無噪聲，無需潤滑;空中輸送占地面積下，整體形成立體輸送網絡。

不足之處在于：（1）空中輸送安全系數不高，存在裝配工件的掉落，導致人員或工件的損傷的安全隱患，并且閥塊等較重部件空中安裝難度較大;（2）工件上件時需要借助懸臂吊等主力機械人工輔助完成，工件掛脫鉤比較麻煩，工件裝配過程中需要翻轉、臨時插件時都必須進行掛脫鉤處理;（3）工件在輸送過程中由于前后小車的制約，無法實現夸工位的點對點輸送，可能會導致停滯誤工現象;（4）生產線定型后，增加工位比較麻煩，減少工位時又會導致輸送時間及能耗的浪費;（5）維護檢修時需高空作業，非常不便。

（3）基于RGV（軌道導引車）的輸送方式

RGV是與地面導向軌道接觸式的運輸車，具有速度快、可靠性高、成本低等特點，是一種自動化智能型軌道導引搬運設備，廣泛應用于自動化物流系統及裝配線中。根據運動方式的不同，可分為環形軌道式和往復式，環形軌道式的RGV小車沿頭尾相接的封閉環形軌道循環運行，可多車同時工作;往復式則為1臺RGV小車在直線的軌道上做往復式運動，通過編碼器、激光測距等認址方式精確定位，在各個輸入輸出工位直接往復穿梭運輸。

圖4為一種基于往復式RGV輸送系統的操縱臺裝配線，其特點在于：柔性化程度高，以適合多品種產品組裝;運行速度快、可靠性高，并且成本低;能使物料在不同工位之間的傳送及輸送，實現高速點對點輸送，節約能耗及輸送時間，具有高度的自動化和靈活性;增加或減少組裝工位時方便靈活，維護簡便;對作業工人的數量沒有限制，單人、多人均可操作，正常生產時可實現插單式生產。

結合以上幾種輸送方式的優缺點及項目本身特點，綜合比對，最終選用往復式RGV作為鉆機操縱臺柔性裝配的主要輸送形式。

四、基于RGV輸送方式的柔性裝配線布局形式研究

以鉆機操縱臺裝配為目的，對鉆機操縱臺柔性裝配線進行合理、有效的工藝布局，有利于提高企業的生產效率與生產質量。針對操縱臺結構特點及裝配工藝，結合現場場地及物流，基于往復式RGV的傳送方式，優化的鉆機操縱臺柔性裝配線布置見圖5。整線分為上下料區、裝配輸送區、中控區3個區域，布局整齊，結構緊湊，高效靈活，可滿足操縱臺多品種、小批量、插件式的生產要求，實現鉆機操縱臺裝配的柔性化。

（1）中控區布局形式

由于鉆機操縱臺柔性裝配線整體長度、寬度均不大，所以整個控制系統采用集中布置，以便于后期的集中管理、控制、在線監測、數據記錄、故障報警等的有效進行，是整個系統的大腦中樞。

（2）上下料區布局形式

上下料區整體采用雙層L形布局，上層進行部件及成品工件的轉運及暫存，下層進行空托盤的流轉，使其流轉形成一個循環，不僅減少了托盤流轉的時間，同時也節約了占地面積。

上料（零件）與下料（成品）采用不同的輸出通道，便于物料的運轉，在上、下料口均設置有物料檢測對接裝置，可實現與叉車、AGV等的對接，當檢測到上料口有零件時，上料口輸送系統依次動作，將零件運輸到指定位置停止;當檢測到下料口有成品工件時，自動發出聲光提示，通知工作人員或AGV將成品轉運至指定位置存放。

上下料部分均設置有多個緩存位，以便于工作人員定時集中操作，既提高人員工作效率，又能合理進行人員的安排。

（3）裝配區布局形式

裝配區采用往復式RGV小車作為主線輸送，由兩列對稱的輥道組成操作及緩存工位，RGV小車在兩列工位之間運行，整體形成一種可變化擴展的H型布局。具有以下特點：

（1）布局方式布局更加緊湊和簡捷，可實現不同種類的鉆機操縱臺在同一裝配線上同時裝配互不干擾、有序進行，使裝配更加柔性靈活。

（2）能有效的應對突發故障，當某個設備突然出現故障，相應的工序可臨時調整到其他工位進行，從而保證正常工作。

（3）改變了直線型、L型、O型等的局限性、固定性、單一性等弊端，可實現最優路徑下的點對點高效輸送，滿足生產節奏的要求，真正實現柔性生產。

（4）各工位采用模塊化設計，可根據工藝及產量變化靈活調整工位的投入數量及具體功能，以達最優資源配比，具有較強的適應性。

五、結束語

（1）總結和分析了不同鉆機操縱臺結構特點，提出了鉆機操縱臺柔性裝配線基本原則。既要滿足生產要求的情況下對產品質量、標準化、外觀等的要求，又要充分結合當前及后期企業發展及市場供應需求。

（2）針對多品種、小批量、插單式的生產特點，結合人力資源、物料運轉、裝配工藝等因素，設計了一種高效、靈活、緊湊的基于往復式RGV輸送的H型布局方式。

總而言之，在鉆機操縱臺柔性裝配線的輸送及布局方式確定上，既要滿足生產要求，又要充分結合當前市場需求及企業發展，最大程度提高裝配線的合理性。特別是對于多品種產品的裝配生產，柔性裝配線可解決單一專線諸多弊端，其建成后也可靈活調整，滿足“更快、更好、及時響應市場”的制造理念。

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作者簡介：

陳亮（1980—）男，甘肅天水人，高級工程師，碩士研究生，主要從事鉆探裝備產品的生產管理工作。