無刷伺服電動機(jī)生產(chǎn)線建設(shè)

趙志忠，劉美鈞，郭顯偉，鄭健康，李霜

（四川航天烽火伺服控制技術(shù)有限公司，成都611130）

0 引言

無刷伺服電動機(jī)裝調(diào)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)含組件裝配、電動機(jī)裝配、A組檢查試驗、C組典型試驗、D組壽命試驗等，如圖1所示。

圖1 無刷伺服電動機(jī)裝調(diào)主要生產(chǎn)過程流程圖

無刷伺服電動機(jī)生產(chǎn)的主要問題[1-3]為：絕大部分工序采用手工操作，質(zhì)量一致性和穩(wěn)定性不易保證；測試過程數(shù)據(jù)量大，自動化程度低，人工處理數(shù)據(jù)效率低；電動機(jī)裝調(diào)生產(chǎn)現(xiàn)場未嚴(yán)格進(jìn)行合理的工藝布局，生產(chǎn)現(xiàn)場各工藝裝備主要針對單一產(chǎn)品裝調(diào)要求進(jìn)行配置，整體分布比較離散，不便于有序合理安排生產(chǎn)，整體生產(chǎn)效率不高。

1 建設(shè)思路

1.1 指導(dǎo)思想

根據(jù)無刷伺服電動機(jī)制造工藝流程和工作內(nèi)容，結(jié)合伺服電動機(jī)類產(chǎn)品裝調(diào)特點，配備相應(yīng)的自動化設(shè)備，利用信息化手段進(jìn)行過程控制，同時貫徹數(shù)字化制造理念，實現(xiàn)生產(chǎn)單元的優(yōu)化配置、裝調(diào)過程管理的數(shù)字化、生產(chǎn)現(xiàn)場的可視化及質(zhì)量數(shù)據(jù)的電子化，解決該類無刷伺服電動機(jī)制造水平低、生產(chǎn)效率低與質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，形成無刷伺服電動機(jī)生產(chǎn)的數(shù)字化生產(chǎn)線[4-5]。

1.2 建設(shè)原則

1）高質(zhì)量生產(chǎn)原則。無刷伺服電動機(jī)生產(chǎn)線建設(shè)以交付合格的電動機(jī)產(chǎn)品為基本原則，確保電動機(jī)質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

2）高效率生產(chǎn)原則。無刷伺服電動機(jī)生產(chǎn)線建設(shè)要以提高電動機(jī)生產(chǎn)效率為目標(biāo)，將原先手工操作難度大、耗時長的工作，采用自動化的設(shè)備代替手工作業(yè)，縮短產(chǎn)品交付周期。

3）投資經(jīng)濟(jì)性原則。無刷伺服電動機(jī)生產(chǎn)線建設(shè)需要兼顧經(jīng)濟(jì)性原則。在生產(chǎn)線建設(shè)過程中，分階段實施，先進(jìn)行部分自動化建設(shè)，解決手工操作復(fù)雜、耗時長的作業(yè)；對于部分工作內(nèi)容，手工操作簡單、滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求的仍以手工操作的方式進(jìn)行；盡量對舊設(shè)備進(jìn)行集成和數(shù)字化改造；對于一些操作難度大、耗時長、設(shè)備需要非標(biāo)定制并且投資額過高的操作，繼續(xù)保持手工作業(yè)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。

4）信息驅(qū)動原則。采用生產(chǎn)過程一體化智能管控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)管系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程中的物料信息、工藝信息、檢測數(shù)據(jù)、測試數(shù)據(jù)等生產(chǎn)信息進(jìn)行記錄，以信息化手段實現(xiàn)產(chǎn)品全生產(chǎn)過程管控及后續(xù)的質(zhì)量追溯[6-8]。

2 總體方案

依據(jù)智能制造體系，在工廠信息化應(yīng)用架構(gòu)下，根據(jù)項目的建設(shè)范圍和重點，提出電動機(jī)生產(chǎn)線的功能框架，如圖2所示。

圖2 無刷伺服電動機(jī)生產(chǎn)線總體方案

根據(jù)無刷伺服電動機(jī)生產(chǎn)線的建設(shè)目標(biāo)及指導(dǎo)思想，為滿足無刷伺服電動機(jī)的生產(chǎn)要求，需對基礎(chǔ)支撐條件、倉儲物流及準(zhǔn)備條件、定子裝配條件、轉(zhuǎn)子裝配條件、電動機(jī)裝配條件、試驗條件、輔助廠房設(shè)備條件、數(shù)字化管控進(jìn)行能力建設(shè)。通過建設(shè)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存儲等相關(guān)基礎(chǔ)條件用于保障無刷伺服電動機(jī)組件裝配、電動機(jī)總裝、測試等生產(chǎn)工藝流程運行，同時現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程接受數(shù)字化管控，實現(xiàn)工藝流程的數(shù)字化管理。通過無刷伺服電動機(jī)生產(chǎn)線的建設(shè)，實現(xiàn)更新管理理念、統(tǒng)籌組織調(diào)整、優(yōu)化工藝流程、精益生產(chǎn)的目標(biāo)。

2.1 定子單元方案

無刷伺服電動機(jī)定子原生產(chǎn)工藝流程如圖3所示。

圖3 原定子生產(chǎn)工藝流程圖

通過現(xiàn)狀和關(guān)鍵工藝點分析，對原工藝流程進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，整合后的工藝流程如表1所示，具體措施[9-10]如下：

1）通過項目建設(shè)，優(yōu)化工藝流程，定子生產(chǎn)單元所有輔助環(huán)節(jié)均放置在配套庫房中，包括零件清洗、外觀檢查及配套均在該庫房配套操作崗位上進(jìn)行，將配套的零件發(fā)放至各生產(chǎn)模塊的相應(yīng)操作崗位上，生產(chǎn)模塊中的各工位只進(jìn)行生產(chǎn)操作。

2）利用自動化設(shè)備代替部分手工操作，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率。如自動化繞線設(shè)備、槽絕緣成形設(shè)備、激光去漆設(shè)備、自動剝線機(jī)、自動焊接機(jī)、自動浸漆設(shè)備、伺服電動機(jī)綜合測試系統(tǒng)。

3）原焊接工序中，包含去漆包線絕緣漆層、剝引線和焊接3個工步，其中去漆包線絕緣漆層為手工操作，耗時較長，缺少過程質(zhì)量的把控，現(xiàn)將去漆層單獨作為一道工序，采用自動化去漆設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)加工。

4）定子包扎、整形難度大，目前沒有成熟的設(shè)備可以替代手工操作，開發(fā)專用的包扎、整形設(shè)備投入大，性價比不高，經(jīng)過項目組討論，采用設(shè)計專用的整形工裝和檢測工裝提高生產(chǎn)效率。

定子單元內(nèi)設(shè)備清單如表1所示。

表1 電動機(jī)定子單元內(nèi)設(shè)備清單

2.2 轉(zhuǎn)子單元方案

原工藝流程中，轉(zhuǎn)子工藝流程如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)子裝配原工藝流程圖

通過現(xiàn)狀和關(guān)鍵工藝點分析，對原工藝流程進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，整合后的工藝流程如表2所示，具體措施如下[11]：

1）將準(zhǔn)備、清洗提前完成，減少裝配準(zhǔn)備時間，該部分前移至倉儲單元。

2）磁鋼涂膠、裝配工序合并，通過轉(zhuǎn)子磁鋼粘接設(shè)備，提高轉(zhuǎn)子外圓裝配質(zhì)量，減少因裝配質(zhì)量差引起后續(xù)工序磨削余量太大的問題。

3）熱裝準(zhǔn)備、補(bǔ)膠、熱裝、清洗工序合并，通過自動壓裝不銹鋼套及平衡環(huán)設(shè)備，減少操作人員和勞動強(qiáng)度[12-14]。

4）轉(zhuǎn)子壓裝平衡環(huán)和不銹鋼套后，進(jìn)行激光焊接，轉(zhuǎn)子需要來回周轉(zhuǎn)，設(shè)備功率小，且轉(zhuǎn)子型號多、換型耗時長，無法保證焊接質(zhì)量的一致性，因此新購激光焊接設(shè)備。

5）進(jìn)行轉(zhuǎn)子激光焊接后，需進(jìn)行磨削軸肩、裝旋變、軸伸等部位才能保證轉(zhuǎn)子外圓精度，磨削余量特別大，需要4 h/件，檢測繁瑣，檢測長度尺寸需要到百米外的測高儀上進(jìn)行，耗時長。采用先車削后磨削方式，減少磨削時間。磨床旁邊配投影儀，磨削后轉(zhuǎn)子的外圓及長度尺寸快速檢測，數(shù)據(jù)自動上傳，實現(xiàn)質(zhì)控過程無紙化。

6）轉(zhuǎn)子校動平衡較復(fù)雜，需要技術(shù)水平較高的工人才能完成，并且每件需要0.5 h，耗時較長。采用自動校動平衡設(shè)備。

7）轉(zhuǎn)子超速試驗后需要在偏擺儀上檢測外圓徑向跳動，數(shù)據(jù)由人工記錄再抄寫至質(zhì)控表中，過程繁瑣，耗時長。

轉(zhuǎn)子單元設(shè)備清單如表2所示。

表2 轉(zhuǎn)子裝配生產(chǎn)單元內(nèi)設(shè)備清單

2.3 電動機(jī)裝配單元方案

對原工藝流程進(jìn)行整合，原電動機(jī)裝配生產(chǎn)流程如圖5所示。

圖5 原電動機(jī)裝配生產(chǎn)流程圖

通過現(xiàn)狀和關(guān)鍵工藝點分析，對原工藝流程進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，整合后的工藝流程如表3所示，具體措施如下[15]：

1）根據(jù)電動機(jī)裝配生產(chǎn)流程，運用ECRS四原則（即取消、合并、重組和簡化），對現(xiàn)有電動機(jī)裝配進(jìn)行合并重排。將準(zhǔn)備、檢查清洗作為倉儲單元提前完成，有利于減少裝配前的等待時間。

2）定子、轉(zhuǎn)子裝配、裝端蓋、裝旋變、接線盒合為一個工位，設(shè)計專用轉(zhuǎn)子裝入定子工裝，減少吸碰，防止產(chǎn)品碰劃傷。

3）由于電動機(jī)插座和旋變插座的焊接無法實現(xiàn)自動化，因此增加人員進(jìn)行焊接。

4）導(dǎo)通檢查、絕緣電阻檢查采用集成設(shè)備——伺服電動機(jī)綜合測試系統(tǒng)進(jìn)行測試和數(shù)據(jù)采集、處理。空載檢查后取消導(dǎo)通絕緣電阻測試。

5）裝配質(zhì)量檢查中，徑向間隙、軸向間隙、垂直度、同軸度、軸伸端長度參數(shù)測量，采用裝配質(zhì)量檢查設(shè)備進(jìn)行測量。

6）原調(diào)零方法接線復(fù)雜、繁瑣，對技術(shù)要求較高，要求對示波器的使用很熟練，技能水平要求較高，僅適用于小批量產(chǎn)品。采用固定設(shè)備調(diào)零，同時采集數(shù)據(jù)，代替現(xiàn)有的手工作業(yè)。每換一臺產(chǎn)品只需要取下插頭，無需重新接線及調(diào)試信號發(fā)生器和示波器。

7）工廠目前沒有專門的針對永磁同步電動機(jī)空載測試的設(shè)備，均是在負(fù)載測試臺上進(jìn)行測試。因此，需要購置一臺專用的空載測試系統(tǒng)。

生產(chǎn)單元節(jié)拍及電動機(jī)裝配單元設(shè)備清單如表3所示。

表3 電動機(jī)裝配生產(chǎn)單元內(nèi)設(shè)備清單

2.4 試驗單元方案

原工藝流程中，電動機(jī)測試部分測試工藝流程如圖6所示。

圖6 電動機(jī)原試驗工藝流程圖

通過現(xiàn)狀和關(guān)鍵工藝點分析，對原工藝流程進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，整合后的工藝流程如表4所示，具體措施[8]如下：

1）經(jīng)分析，電動機(jī)試驗的工藝流程更改不大，只是將其操作的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整即可。其中，外觀檢查包含電動機(jī)外觀質(zhì)量檢查和電動機(jī)稱重，電動機(jī)稱重需要手動記錄電動機(jī)型號和質(zhì)量，現(xiàn)將電動機(jī)稱重作為單獨的工序，布置工位，采用數(shù)字式電子稱，自動上傳數(shù)據(jù)。

2）導(dǎo)通檢查、絕緣電阻檢查、絕緣強(qiáng)度檢查和電氣時間常數(shù)采用集成設(shè)備——伺服電動機(jī)綜合測試系統(tǒng)進(jìn)行測試和數(shù)據(jù)采集、處理。

3）利用負(fù)載性能測試系統(tǒng)采集試驗數(shù)據(jù)并計算電動機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，不需要再進(jìn)行人工數(shù)據(jù)處理。

4）為提高設(shè)備生產(chǎn)效率，并反復(fù)試驗確定工序的操作時間，如采用空載測試系統(tǒng)和壽命試驗系統(tǒng)，減少負(fù)載性能測試系統(tǒng)占用率，確保關(guān)鍵設(shè)備的使用率。

電動機(jī)測試單元設(shè)備清單如表4所示。

表4 電動機(jī)測試單元內(nèi)設(shè)備清單

3 結(jié)語

本文對無刷伺服電動機(jī)的原工藝流程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提出了各裝配單元的優(yōu)化措施及設(shè)備清單。該生產(chǎn)線建成后，預(yù)期效果如下：

1）采用新工藝新技術(shù)后，生產(chǎn)人員及工時大幅減少，效率提升約3倍。

2）為圓滿完成任務(wù)提供有力支撐。a.產(chǎn)能提升：通過生產(chǎn)線建設(shè)，實現(xiàn)一人多機(jī)、智能排產(chǎn)，提高設(shè)備有效利用率，實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)拍可控，提高電動機(jī)產(chǎn)能。b.質(zhì)量提升：通過生產(chǎn)線建設(shè)，提高電動機(jī)加工一致性、信息化追溯性全覆蓋，提升質(zhì)量可靠性、一致性。c.管理變革：生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了生產(chǎn)無紙化，同時提高了管理效率。