淺談助力機械臂在火工品裝配中的應用

李洪超

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽471009）

助力機械臂多種多樣，通過對各類型助力機械臂的特點進行分析，結合火工品裝配的特點，提出了切實有效的方案，以真正提高助力機械臂在火工品行業應用的可能性，提高國防工業生產整體的自動化水平。

1 助力機械臂

助力機械臂是一種用于搬運物料、裝配產品的能夠降低操作人員勞動強度的助力設備，它應用力的平衡原理，使操作者僅通過推拉重物，就可以實現重物在空間的平衡移動定位。助力機械臂以其精確直觀、操作簡便、安全高效等特點廣泛應用于現代工業中物料移動、大部件裝配等場合。推廣使用助力機械臂，對于各行各業中重物的移動、裝配工位操作人員的安全都有重大改善，對作業順序的合理規劃、生產效率的提高、產品質量的保障都有極大的促進作用。

市場上助力機械臂種類繁多，按照結構來分，一般有硬臂式助力機械手、軟索式助力機械手、折臂吊、懸臂吊等；按照動力和控制系統來分，則有電動式助力機械臂、氣動式助力機械臂、壓縮空氣驅動——電子控制助力機械臂。

不同結構助力機械臂根據使用場地的需求可進行專業化選用和定制，助力機械臂的控制系統和動力是采購時應考慮的主要因素。

1.1 電動助力機械臂

電動助力機械臂有以下優點：更好的人機工程、更高的精度、自動重量感應和自動平衡方便用戶使用；具備防止工件自由移動的功能，發生動力故障時具備電機鎖死功能，安全性高；精細上乘的速度控制，操作更平滑；模塊化結構便于各種零件接入，維修方便。

電動助力機械臂由于本身的局限無法做到整個設備防爆，只能進行防爆性改造，改造成本高，市場上具備改造資質的公司和機構較少。

1.2 氣動助力機械臂

氣動助力機械臂的優點為：采用標準模塊和零件進行開發，提高安全性和效率；配備有安全裝置，即使完全失去氣壓也能保持工件加持，具備制動器能夠鎖住機器；完全符合防爆要求，設計均可按照歐盟指令2014/34為依據的ATEX規定——針對有爆炸危險的受控環境中應用；結構簡單，維修方便。

氣動助力機械臂的缺點為：操作不夠平滑，控制不夠精細，對人員操作要求較高，末端執行機構的控制也不夠穩定，且需要額外配備空氣壓縮機和氣路。

1.3 壓縮空氣驅動——電子控制助力機械臂

電子控制助力機械臂是氣動助力機械臂的改良版，為新設計研發產品（市場應用先例不多），控制系統采用電子控制，實現了控制平滑、自動重量感應和自動平衡等功能，驅動力采用壓縮空氣，同樣需要配備空氣壓縮機和氣路。

此類產品能較好地適應火工品廠房的防爆要求，改造難度較低，是火工品生產應用中應優先考慮的產品。

2 火工品的特點

火工品，又稱火具，是裝有火藥或炸藥，受外界刺激后產生燃燒或爆炸，以引燃火藥、引爆炸藥或做機械功的一次性使用的元器件和裝置的總稱。根據GJB347A—2005《火工品分類和命名原則》標準，火工品分為16類：火帽、點火頭、點火管、底火、點火具（器）、點火裝置、電爆管、傳火具（含傳火管、傳火藥柱、傳火藥盒）、延期件、索類、雷管、傳爆管（含傳爆藥柱、導爆藥柱）、曳光管（含曳光藥柱）、作動器（含推銷器、拔銷器、爆炸開關、爆炸閥門、切割索等）、拋放彈、爆炸螺栓（含爆炸螺帽）。

其顯著特點為：①功能首發性，以武器系統的爆轟、燃燒為例，爆轟的產生是依靠雷管爆炸為始發能源，而燃燒的產生則依靠點火器的點火為始發能源；②作用敏感性，火工藥劑是武器系統所用藥劑感度最高者，比如在爆炸序列中以感度從高到底排序為起爆藥、傳爆藥、主裝藥，而在點傳火序列中感度從高到低依次為點火藥、延期藥、發射藥或推進劑[1]。

火工品具有易燃易爆的特點，因此，在生產過程中安全始終是考慮的重要因素。

火工品因其功能首發性和作用敏感性而廣泛應用于多種行業，尤其是軍事工業，幾乎所有的彈藥都配備一種或多種火工品。火工品在武器各個位置均有分布，廣泛應用于彈藥、戰略和戰術導彈、核武器以及航空航天航海綜合武器系統等各類武器系統中。因此，在保證安全的情況下盡可能地提高其生產效率，對經濟發展和國家安全都有重大意義。

3 助力機械輔助工具在火工品行業的應用

根據國家相關規定，火工品廠房內各項設施設備需要達到與廠房對應的防爆等級。電動工具想在廠房中使用就必須進行防爆改造。

電動式助力機械臂使用電機進行驅動，使用電子芯片和控制板卡進行控制，在防爆改造中需要對電機、線纜、照明設施進行整體防爆改造，改造難度大，改造費用高，市場能夠承接此類業務的公司和機構極少；氣動式助力機械臂則不需要防爆改造，但需要重新規劃氣源設施，且定位精度和控制精度都較低，因此不適合火工品精細裝配行業；壓縮空氣驅動——電子控制助力機械臂在以空氣動力驅動的情況下加入更先進的電子控制驅動器，彌補了定位精度和控制精度較低的缺點，防爆改造成本也較低，但新技術的應用中，技術成熟度也是需要考慮的因素。

現如今火工品行業建線標準采用兵器工業集團發布的《火藥、炸藥、彈藥、引信及火工品工廠設計安全規范》作為指導標準，對廠房防爆等級要求較高。隨著現在專業分工越來越細，有相當一部分廠房只進行了帶火工品部件的機械裝配，且火工品為鈍感火藥并完全密封，而非真正生產火藥、澆筑推進劑等操作，應對此類廠房進行充分評估來評定其究竟屬于哪一類防爆等級，但現有標準并未對其有細致劃分，導致對行業內企業有過高過嚴的要求，生產效率降低。

高等級的防爆設施不易采購，高等級的防爆改造同樣造價高昂，且具備改造資質的企業鳳毛麟角，這都是限制火工品實現自動化生產的瓶頸。只有盡快論證新的標準，細化相關分類，細化安全要求，才能推進國防工業火工品行業的自動化發展。

火工品行業的自動化是國家安全的需求，也是企業實現安全生產的重要舉措，更是企業自身生存和發展壯大的必經之路。現代企業的發展離不開生產的自動化，更離不開生產的智能化，借助現今工業4.0技術建造智能工廠，則是實現企業騰飛的一次絕佳機會。

現在大部分火工品生產制造企業受相關規定不細化的限制，在企業生產上更多地采取了手工作坊式的生產。得益于人口紅利，這種生產方式通過增加生產操作人員（或延長工作時長）來提升工業制品的產量，進而提高企業的利潤，這確實是一種簡單而行之有效的方法。但從長遠考慮，中國的人口紅利正在消失，人口老齡化的問題日趨嚴重，企業也不得不進行生產模式的變革。

火工品生產對安全和質量的要求格外嚴格，手工作坊式生產在這兩方面有較大的隱患，手工作坊式的生產在安全的保障上更多依靠操作人員的自覺和安全意識，不可控安全因素較多；在質量的把控上則更多地依靠操作人員的技能水平和工作能力，質量一致性波動較大。生產線柔性較差，增加的人員并不能立刻實現高質量生產，使得實際生產能力總是滯后于市場需求，即在需求激增的情況下，不能立刻提高產能；同樣，在需求下降時，又不能馬上降低產能，節約資源?，F階段火工品行業遠未達到飽和程度，現階段目標以提升產能、提高生產效率為主。

2016年印發的《中共中央、國務院關于推進安全生產領域改革發展的意見》是新中國成立以來第一個以黨中央、國務院名義出臺的安全生產工作的綱領性文件。2018年印發的《地方黨政領導干部安全生產責任制規定》則是中國安全生產領域第一部黨內法規，是習近平總書記關于安全生產重要思想的具體化、制度化。它們都體現了國家對企業安全生產的重視，對人員的重視。

應用助力機械輔助工具減少火工品生產現場的操作人員，提高火工品生產自動化程度是火工品質量提升的重要途徑，是企業安全生產的有力保障，也是對國家關于安全生產有關規定的積極響應。

4 前景展望

火工品行業一旦能夠應用此類助力機械設備，將大大提高導彈、炸彈等國防工業產品的生產效率，滿足國家安全需要，同時也能促進國防工業軍民融合產業的發展。同時，在應用自動化設備后，也能顯著減少火工品現場操作人員，避免人為操作埋下的安全隱患，降低事故發生概率，降低事故等級，保障人員安全，助力企業實現安全生產。助力機械設備在火工品行業的應用是產業提升的一個初步探索，是企業現階段有較大可能實現的自動化改造項目。在有限的條件下，先進行一部分信息化、自動化的生產實踐，通過基本的應用改造試用，找出存在的問題和亟待解決的困難，通過問題和困難的解決，為企業的全面自動化積累經驗。