典型航標(biāo)件智能存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)設(shè)計研究★

李海澄

（1.國營蕪湖機(jī)械廠， 安徽 蕪湖 241007；2.安徽省航空設(shè)備測控與逆向工程實驗室， 安徽 蕪湖 241007）

引言

航空修理企業(yè)生產(chǎn)裝配現(xiàn)場使用的航標(biāo)件種類繁雜，規(guī)格及數(shù)量眾多，操作人員需要花費(fèi)大量時間從事單一枯燥選配工作，容易造成人為選錯型號、少選、多選、生產(chǎn)效率低的現(xiàn)象。針對航標(biāo)件需求量大、人力成本上升、人為出錯、利潤空間減小等現(xiàn)行因素，若能實現(xiàn)航標(biāo)件智能化、定量化領(lǐng)料，則具有十分巨大的應(yīng)用價值。

智能存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)在國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)已被廣泛使用。如張敏等人從鐵路機(jī)車檢修企業(yè)C 類物料配送管理分析入手，總結(jié)了C 類物料現(xiàn)有管理模式的不足，以現(xiàn)場需求為起點，研制出智能物料柜，實現(xiàn)對C 類物料精細(xì)化管理，實現(xiàn)了自助領(lǐng)用、自動計數(shù)、數(shù)據(jù)積累、智能管理等功能[1]；蘇誠等人參考倉儲行業(yè)特征和物料倉儲物流路線，結(jié)合立體倉儲柜體運(yùn)行特征，依據(jù)全供應(yīng)鏈管理要求對智能倉儲管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)倉儲過程的管理系統(tǒng)化、儲運(yùn)自動化、數(shù)據(jù)智慧化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化，提高產(chǎn)線上揀貨和運(yùn)輸速度，避免投料錯誤，提高生產(chǎn)效率[2]；郭碧海等人基于移動互聯(lián)技術(shù)，集機(jī)電一體化精細(xì)控制，可視化觸屏人機(jī)交互窗口，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)零件和物料的精細(xì)化管理[3]。然而在航空飛機(jī)修理企業(yè)，由于行業(yè)自身特殊性，還沒有智能化存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)的設(shè)計方案，解決生產(chǎn)裝配現(xiàn)場小批量多品種航標(biāo)件的存儲領(lǐng)料問題。

本文設(shè)計了通用柔性化抽屜式存儲柜、智能上下料推送機(jī)構(gòu)，通過下位機(jī)控制系統(tǒng)原理，實現(xiàn)了開口銷類航標(biāo)件自動化、定量化、低差錯率智能化領(lǐng)用。

1 系統(tǒng)總體方案

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

智能存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)、物料柜組成；上位機(jī)由觸摸屏和主機(jī)組成；下位機(jī)主要是繼電器模塊；物料柜由柜體、上下料機(jī)構(gòu)、傳感器等執(zhí)行構(gòu)件組成，上位機(jī)通過程序控制下位機(jī)和物料柜內(nèi)的各部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)基本特征

1.2.1 自動定量取料

智能存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)可經(jīng)操作人員在上位機(jī)下達(dá)取料命令，下位機(jī)接收命令并且指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成取料工作；下料口處安裝傳感器，每落一次料，觸發(fā)一次落料信號并且將信號傳至上位機(jī)，最終實現(xiàn)精準(zhǔn)取料自動計數(shù)。

1.2.2 智能低儲預(yù)警

當(dāng)智能存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)的物料數(shù)量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的補(bǔ)貨提示數(shù)量及以下，系統(tǒng)界面上該規(guī)格物料對應(yīng)標(biāo)簽會變成醒目紅色，同時也會有語音提示，發(fā)出補(bǔ)貨提示信息，操作人員收到補(bǔ)貨信息，及時完成補(bǔ)料。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1 總體結(jié)構(gòu)

智能存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)由多個物料柜、上位機(jī)、電控系統(tǒng)、可移動支架組成。由于航修企業(yè)現(xiàn)場使用到的開口銷類種類、規(guī)格較多，不同類別、規(guī)格的開口銷尺寸不同，根據(jù)模塊化設(shè)計思想，將裝載不同類別開口銷物料柜按一定順序組裝；上位機(jī)和控制系統(tǒng)在同一個機(jī)柜中作為控制部分；可移動支架底部有多個萬向輪作為支撐，便于設(shè)備移動安放，如圖2 所示。

圖2 智能物料柜主要構(gòu)件

2.2 工作流程

操作人員首先通過上料機(jī)構(gòu)，把開口銷按照類別裝到不同物料柜中，完成上料動作；上位機(jī)操作界面或者移動終端下達(dá)取料指令，下位機(jī)接收指令，然后將信號傳達(dá)給執(zhí)行構(gòu)件，完成取料動作；取料口有光電計數(shù)傳感器，當(dāng)計數(shù)達(dá)到取料命令時，停止下料動作。智能存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)，有低儲預(yù)警功能，當(dāng)系統(tǒng)中的開口銷數(shù)量低于限定個數(shù)時，紅色預(yù)警燈會亮或者語音提示，操作人員隨機(jī)進(jìn)行補(bǔ)料，其工作流程如圖3 所示。

圖3 工作流程

3 系統(tǒng)各模塊設(shè)計

3.1 開口銷結(jié)構(gòu)特性分析

開口銷的本質(zhì)是銷，但不同的是需要開口，這就決定開口銷基本結(jié)構(gòu)形式，如圖4 所示，銷的主體為圓柱形；開口側(cè)通過兩個半圓型材構(gòu)成圓柱來實現(xiàn)，且長短不一，便于裝配時掰開。零件結(jié)構(gòu)主要參數(shù)是反映其特性與功能，開口銷主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為公稱直徑和長度，依據(jù)開口銷主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計儲料支撐結(jié)構(gòu)。

圖4 開口銷結(jié)構(gòu)特征

3.2 物料柜結(jié)構(gòu)

智能物料柜機(jī)柜采用通用化、模塊化設(shè)計思想，主體結(jié)構(gòu)：機(jī)柜框架、電磁門鎖、上下料系統(tǒng)、落料盒、狀態(tài)指示燈。機(jī)柜框架采用鋁合金型材，質(zhì)量輕且可以保證強(qiáng)度，通過T 型螺栓和法蘭盤螺母固定連接而成機(jī)柜骨架；上下料系統(tǒng)固定在底板上，底板通過螺栓固定在機(jī)柜支架上；門鎖為電磁開關(guān)，控制系統(tǒng)通過控制電磁通斷，進(jìn)而控制物料柜柜門的開合；狀態(tài)指示燈安裝在柜門上，綠色顯示表示不缺料，紅色顯示代表缺料，其機(jī)柜結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 機(jī)柜結(jié)構(gòu)

3.3 上下料結(jié)構(gòu)

智能存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)最核心的設(shè)計是自動計數(shù)上下料結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括安裝底板、步進(jìn)電機(jī)、落料系統(tǒng)、極限位置傳感器、計數(shù)光電傳感器，如圖6 所示；安裝底板邊緣開U 型槽孔，通過T 型螺栓和法蘭盤螺母固定在物料柜支架立柱上；電機(jī)通過電機(jī)座安裝在底板上，步進(jìn)電機(jī)可以實現(xiàn)精準(zhǔn)線位移控制，便于光電傳感器計數(shù)；極限位置傳感器用于上料終止判斷；光電計數(shù)傳感器用于下料計數(shù)。

圖6 智能物料柜上下料結(jié)構(gòu)

落料系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)主要零件有：開口銷支撐柱和支撐桿、導(dǎo)軌、推桿、推桿支撐座、聯(lián)動支架、法蘭盤式螺母。開口銷長半圓末端嵌入支撐柱的U 型槽內(nèi)，開口銷圓頭套在開口銷支撐桿上，支撐柱與支撐桿之間距離可以根據(jù)開口銷長度進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同尺寸的開口銷；推桿、推桿支撐座、聯(lián)動支架之間用螺栓固定連接，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，法蘭盤式螺母會在電機(jī)伸出軸上做直線運(yùn)動，聯(lián)動支架在螺母推動下，帶動推桿以及推桿支撐座在導(dǎo)軌上做直線運(yùn)動，從而實現(xiàn)上下料動作，結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

圖7 落料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 PLC 控制系統(tǒng)原理設(shè)計

智能存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)由控制模塊、中間繼電器模塊、響應(yīng)模塊組成，PLC 控制原理如圖8 所示。具體控制方案設(shè)計流程如下：當(dāng)電控系統(tǒng)接收上位機(jī)（PC）上料命令時，下位機(jī)（PLC）會驅(qū)動電磁門鎖電磁斷開，物料柜門打開，同時步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接收并執(zhí)行上位機(jī)命令，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，落料系統(tǒng)往后運(yùn)動，操作人員即可在導(dǎo)軌上添加開口銷，當(dāng)開口銷添加至極限位置傳感器處，反饋信號給上位機(jī)，做出取料終止判斷，即取料動作完畢；當(dāng)電控系統(tǒng)接收上位機(jī)（PC）下料命令時，步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動器接收命令并執(zhí)行，電機(jī)正轉(zhuǎn)，落料系統(tǒng)往前運(yùn)動，即可實現(xiàn)下料，傳感器同時進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)開口銷數(shù)量低于預(yù)設(shè)值時，缺料指示燈變亮。

圖8 智能物料柜系統(tǒng)控制原理

中間繼電器模塊控制原理圖，每個繼電器模塊使用4 個機(jī)電控制器，分別控制門鎖電磁鐵、紅燈、綠燈、落料推桿。所有繼電器模塊并聯(lián)供電，使用1個開關(guān)電源供電；開門電磁鐵及信號燈并聯(lián)共用1個開關(guān)電源供電，實現(xiàn)動作執(zhí)行；16 個落料推桿并聯(lián)共用1 個開關(guān)電源，一次只能有一個元件執(zhí)行動作；16 個電機(jī)并聯(lián)使用1 個開關(guān)電源，一次只能驅(qū)動一個電機(jī)動作，控制原理如圖9 所示。

圖9 繼電器模塊控制原理

5 結(jié)語

本智能存儲領(lǐng)用管理系統(tǒng)已經(jīng)正式用于開口銷類航標(biāo)件上下料，實現(xiàn)了上料、取料的快速化與精準(zhǔn)化，極大地節(jié)省勞動力成本，有效避免大量取料過程中的取錯物料、少取、漏取的現(xiàn)象。今后，可以根據(jù)航標(biāo)件（如螺母、軸承、墊片）的結(jié)構(gòu)特性，設(shè)計相應(yīng)的推送機(jī)構(gòu)，進(jìn)而實現(xiàn)其他類零件物料智能化管理。