某智能作業生產線數字工藝模型研究

0 引言

智能化、數字化已然成為工業發展的主流方向

，數字化工廠已經成為先進制造領域中一個全新研究領域

，采用機器人替代人工作業形成智能化和柔性化的生產線，以提高作業質量、效率和安全性。然而智能化生產工藝過程各道工序節拍，具有前后邏輯，依靠生產線工藝數字模型，為生產線作業參數協同優化提供基礎，這是實現智能化生產是的焦點性問題

。

綜上所述，家庭教育是基礎工程，對幼兒未來的成長非常重要。良好的家庭教育使幼兒外向、熱情、活潑可愛；反之，幼兒則內向、孤獨、缺乏活力。

鋅工業是重要的國民經濟基礎產業, 對于國家的經濟發展有著不可忽視的重要作用

，電解沉淀得到鋅皮，需要在500±20℃高溫熔化條件下，澆鑄成一定尺寸規格的錠塊進行商品流通。受電解沉淀工藝限制，鋅皮中含有約0.05%的雜質，在澆鑄成型冷卻過程中結合空氣形成了浮渣氧化皮，需扒渣處理，否則冷卻后嚴重影響品質，如圖1所示。

在鑄錠工藝上，包含了澆鑄、扒渣、修錠、脫模、碼垛、捆扎、貼簽等作業工序。這些生產流程中，傳統的生產線上人工參與過多，產品質量穩定性難以保證，其生產安全性和經濟性也受到制約。同時澆鑄過程中各種設備動作節拍、速度、時間等工藝關鍵參數受限于冷卻結晶時間，這些參數之間具有動態的強耦合特性。

對此，本文以澆鑄過程中各種設備運轉條件與鋅澆鑄過程物理參數為約束，以產量為原始輸入參數，研究了包括澆鑄、扒渣、修錠、打碼、脫殼、碼垛、捆扎、貼簽等生產工藝的機器人作業數字工藝模型，數字工廠是由數字化模型、方法和工具構成的綜合網絡

,以指導智能生產線設計，并為其他鋅合金、鉛等有色金屬的鑄錠智能化生產線設計提供借鑒。

1 鋅鑄錠智能作業生產線作業系統組成與工藝過程

根據生產工藝要求，鋅鑄錠智能生產線可集成澆鑄機器人、扒渣機器人、修錠機器人、碼垛機器人、噴碼機器人，集成系統流程如圖2所示，生產線組成如圖3所示。

如圖2、3所示，圖1中的鋅皮在高溫爐中熔化后，進入保溫爐1，經舀勺式的澆鑄機器人將一定體積的500℃左右的鋅液倒入鑄錠模傳送線2的模具內，隨即粗扒渣機器人對模具內懸浮的氧化渣進行表層撇渣，精扒機器人對漏扒、未扒干凈的鑄錠模進行二次扒渣，這一過程必須在鋅液表層冷卻結晶開始前完成，否則無法開展扒渣或在結晶期間扒渣導致鋅錠表面質量受損；此后，隨著鑄錠線和模具的移動，通過風、噴水等強化散熱措施，促進鋅液凝固，在脫模裝置3的翻轉敲擊下，冷卻收縮的錠塊翻轉落入翻錠傳送線4和錠塊傳送線5上，由打磨修邊機器人對澆鑄過程錠塊邊緣產生的流延、毛刺等進行打磨，以保障錠塊外觀成型質量。

路線不知道怎么辦？“沿著地鐵的線路騎，是最好的向導”。這是老頭自己摸索總結出來的，即使不帶著放大鏡去找地圖，也能巧妙到達目的地。

碼垛機器人根據鋅錠塊規格設計剁型，在錠垛傳送線6進行碼垛捆扎作業，然后將鋅錠剁批次等信息通過激光打磨機器人進行標識，從而構成智能化生產線。

2 基于產量控制的鋅錠生產線數字工藝模型

生產線相關設備的運動速度均是受產量要求而動態調節的，因此鋅錠生產線數字工藝模型以產量為原始輸入參數。

2.1 鋅鑄錠生產線整體設計參數

(s)—冷卻時間；

(m—鋅液結晶時傳送鏈所走路程。

=

*1000

(365*24*

)

(1)

=

3600

(2)

此處，時間

應包含澆鑄時間

、扒渣時間

、碼垛時間

、捆扎時間

、打碼時間

及鑄錠模傳送線、脫模機構、翻錠傳送線、錠塊傳送線、錠垛傳送線中錠塊傳輸的時間。這些工藝過程的時間存在關聯關系，這些參數關系到機器人作業的可靠性與安全性，也基本決定了極限產量，結合車間實際空間，即可確定傳輸線的總體長度尺寸和空間布局。

2.2 澆鑄

澆鑄是鑄錠線的源頭，為實現定量澆鑄，設置澆鑄機器人。根據圖3生產線組成原理，一個完整的澆鑄周期時間

應包括三個過程：澆鑄機器人澆鑄夾具從原始位置進入鋅液保溫爐內完成舀勺取液(時間

)、取液后運動至鑄錠模具內邊緣(時間

)、舀勺隨同鑄錠線上的模具同步移動完成澆鑄并返回至原始位置(時間

)。這3個過程中，澆鑄機器人澆鑄夾具應與鑄錠線上的模具同步移動，此時

滿足如下關系：

=

+

+

(3)

其中在澆鑄階段(時間

)，包括舀勺完成傾倒時間(

)和空行程時間。由于機器人基座固定不動，傾倒過程伴隨鑄錠線模具運動，機器人機械臂由收縮狀態逐漸伸展，該過程要求傾倒舒緩，防止高溫液體激濺而產生飛邊和冷卻過程的液面凸凹不平。因此舀勺傾倒時間

與機械臂伸展空間距離

和關節伸展速度

構成了約束關系。

3.亞太地區各RTA條款的對比。為考察亞太地區各RTA的簽署質量和真實承諾水平，本文以亞太地區內部各國簽署實施的46個FTA協定原文為研究主體，就各雙邊以及多邊RTA涉及的條款范圍和實際法律約束程度進行了對比分析，計算結果詳見表3。

2.3 做好動物疾病檢查針對在動物養殖過程中可能會出現的諸多類疾病，事先做出相關的檢疫制度，并通過嚴格遵循檢疫制度進行日常操作，定期對動物進行疾病的檢查，做好消毒處理，對動物予以相應的疫苗注射，從根本上提高動物抗疾病能力；做好對進出程序的嚴格規范，避免在動物進出過程中感染疾病；尤其是在疾病多發季節，加強動物檢疫力度，做好疾病檢查工作。

≥

(4)

設計中，必須依據(4)式開展設備參數選型與機器人示教訓練。

（4）多功能護理型輪椅組合床通過遙控器控制水平電動伸縮桿，可以實現輪椅與病床的分離，避免了病人在輪椅與病床之間的移動，起到代步作用．

2.3 扒渣

扒渣必須在高溫鋅液冷卻前完成，因此扒渣時間

與由式(6)、(7)所得的冷卻時間構成了約束關系。

(℃)—鋅液初始溫度；

2.報名條件資格的問題。從資格限定上看，有的過于寬泛，不同職位同一標準和條件，難以體現職位需求的差異性；有的限制過于嚴格，致使一些職位報名人員較少，構不成有效競爭。很多崗位由于過于強調年齡、學歷、資歷和工作經歷，使一部分工作經驗豐富、業績良好的干部由于年齡或學歷問題被劃在圈外，一部分優秀年輕干部由于資歷和工作經歷被擋在門外。同時，設定標準和條件的科學性、公性度都還有待進一步提高。

=(

-

)

-0000 7

+

(5)

=

*

(6)

(℃)—鋅液結晶溫度；

汪記從最初的個體經營，到如今成為一家集生豬屠宰、鮮肉加工、銷售、冷鏈運輸于一體的現代化企業，其發展歷程見證了食品行業的變革與升級：從無到有，從小到大，從弱到強，從強到精。這一路走來，歷經多少艱辛，又揮灑了多少汗水，只有汪宗星體會最深。

鋅的實時溫度與冷卻時間存在如下函數關系：

(℃)—車間室溫；

鑄錠線傳送鏈是生產速度的控制關鍵。設每天工作時間按3班制24小時，單個錠塊質量規格為

(kg)，從澆鑄開始到打碼結束，完整過程所需時間為

(S)，

為鋅錠年產量(噸)，

為年產錠塊數(塊)，則有如下關系：

本橋梁直接橫跨某既有高速公路，和高速公路一定角度相交，墩身和高速公路的邊坡直相緊挨，場地限制較大，現場施工條件相對較差。除此之外，公路的車流量很大，橫跨高速公路進行施工，安全保障難度較大。通過現場考察以后，決定采用龍門吊進行吊裝施工。在臨時支架進行腹桿拼裝后，采用空門吊將其安放在橫梁要求的位置。在橫梁上，一般設置有調整機構，主要用于線性調整。

扒除氧化渣皮，設置扒渣機器人，該過程是智能產線的又一個核心設備，作業時間受限于鋅的實時溫度與冷卻時間。

<

(7)

2.4 修錠

設計中，必須依據(9)式開展設備參數選型與機器人示教訓練。

同理，一個完整的修錠周期時間

應包括三個過程：修錠機器人打磨頭從原始位置進入待修錠模具邊緣(時間

)、打磨過程(時間

)、模具內打磨完成終點位至返回至原始位置(時間

)。

=

+

+

(8)

其中在打磨過程(

)，機器人基座固定不動，打磨頭伴隨鑄錠線模具運動，機器人機械臂由收縮狀態逐漸伸展，因此打磨時間

與機械臂伸展空間距離

和關節伸展速度

構成了約束關系。

已有研究多采用GA解決貨位分配問題。然而GA需要的種群規模大，且在迭代次數較高時才表現出明顯的收斂性，又易陷入局部極小，其優化結果未必能滿足企業的需求。

≥

(9)

設計中，必須依據(9)式開展設備參數選型與機器人示教訓練。

2.5 打碼

鋅錠產品均要求生產過程追溯，必須在鋅錠上完成生產日期、批號、重量等二維碼信息打印。打碼過程可以通過激光打碼機器人完成。

打碼時間為周期為

，包括兩部分：激光蝕刻打碼時間(時間

)和錠塊之間空行程時(時間

)。

=

+

(10)

其中在打碼過程(

)，機器人基座固定不動，激光頭隨鑄錠線模具運動，機器人機械臂由收縮狀態逐漸伸展，因此打碼時間

與機械臂伸展空間距離

和關節伸展速度

構成了約束關系。

≥

(11)

而

與蝕刻信息構成的圖文線狀要素總長度(

′)與激光蝕刻速度(

′)有關，約束關系如式(11)。

=

′

′

(12)

因高溫鋅液流延和澆鑄過程難免的激蕩，鋅錠冷卻成型后，在模具內存在凸凹不平的表面和邊緣的毛刺現象，必須進打磨修型，此工序設置修錠機器人。

2.6 碼垛

打碼完成后，錠塊隨著鑄錠線移動，完成與模具的分離。此時，需要將錠塊按一定規則，堆放成錠垛。此處設置碼垛機器人，以替代高強度的勞動。

二氯甲烷（CH2Cl2，ACS級），百靈威有限公司；無水Na2SO4、NaCl（ACS級），阿拉丁試劑有限公司；C7—C30直鏈正構烷烴，美國Sigma-Aldrich公司；乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、丁二酸二乙酯、乙酸己酯、丁酸己酯、己酸己酯、乙酸、丁酸、乳酸、己酸、異戊醇、正己醇、糠醛、苯乙醇、苯乙酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯乙醛、苯甲醛、4-甲基愈創木酚、4-乙基愈創木酚、苯酚等，GC標準品，日本TCI公司。

碼垛過程中，單個錠塊的抓取碼垛時間為周期為

，包括三部分：碼垛機器人原始位置到錠塊傳輸鏈固定位置抓取時間(時間

)、錠塊抓取位置到碼垛完成時間(時間

)、碼垛完成后到返回原始位置的空行程時間(時間

)。

=

+

+

(13)

碼垛過程中，機器人基座固定不動，夾具定點抓取錠塊，機器人機械臂由收縮狀態逐漸伸展，因此碼垛時間

與機械臂伸展空間距離

和關節伸展速度

構成了約束關系；碼垛過程中，夾具抓錠位置固定，而放錠位置變化，直至最大行程，故

為動態變化周期。

≥

(14)

同時，由于錠塊傳輸速度恒定，單錠碼垛

動態變化，而垛型完成時間

′恒定，因此有式(15)：

′=∑

(15)

3 生產實踐

通過對鋅錠智能生產線分析，以某鋅澆鑄生產線為例，進行實踐應用。

該鋅錠生產線的年產量計劃為457000噸/年，約1252噸/天，共十條生產線，每條生產線年產量為45700噸/年，每條生產線每天生產量不低于125.2噸/天，鋅錠的生產規格為25kg/塊、鋅槽規格為429mm*214mm*53mm，并采用四班兩倒制。

將單條生產線年產量Q=45700噸、M=25kg代入式(1)得：

Q

=313塊/h

將Q

=313塊/h代入式(2)得：

有研究[63]指出，IPA患者會呼出特定的揮發性有機化合物(volatile organic compounds，VOCs)，電子鼻可以通過分析呼出的VOCs來區分各種肺部疾病，從而診斷IPA(準確性為90.9%)。此法價廉且無創，在幾分鐘內即可得出結果，但其有效性目前缺乏臨床大樣本研究驗證。

T

=11.5s/塊

由于雙勺式澆鑄裝置的澆鑄速度與鑄錠線傳送速度相等，即澆鑄總時間T

為11.5s，澆鑄機器人如圖4所示。

扒渣時澆鑄爐中鋅液初始溫度

=520℃、鋅液結晶溫度

=420℃、車間室溫

=30℃。將

=520℃、

=420℃、

=30℃代入式(5)得：

=138s，將

=138s代入式(6)得：

≈3m，此即為冷卻時最大鋅液結晶時傳送鏈所走路程。

鑄錠生產線上傳送鏈的運輸效率為11.5秒/塊，扒渣機器人需要完成扒鏟時間也應小于11.5秒，為安全可靠，考慮工程可行性，實際扒渣機器人

可取9

5秒，扒渣機器人工作如圖5所示。

同理，修錠機器人

也應小于11.5s，實際為9.5秒；修錠機器人

應小于11.5s，實際9.5秒，扒渣機器人工作如圖6所示。

碼垛機器人將脫殼后的鋅錠按照40塊/垛的規格進行碼垛，捆扎機器人對碼垛后的鋅錠垛進行捆扎，捆扎完成后貼簽機器人對鋅錠垛進行貼簽，實時記錄鋅錠垛相關信息。

6）個別受凍嚴重的樹，主干皮層開裂嚴重，且皮層變褐壞死，葉片制造的養分不能向根系傳輸，應及時橋接，保證樹體水分和養分供給。

4 結論

本文建立了數字工藝模型，通過對鋅鑄錠生產過程中的澆鑄、扒渣、修錠、打碼、碼垛等工位進行了計算分析，可得到各個生產過程中的產量和生產周期。研究對保障提高鋅鑄錠的生產效率和企業的經濟效益，具有一定的參考價值和現實意義。

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[2]謝暉，任磊，王杭燕，等. 數字化工廠在智能電表自動化 生產線中的應用研究. 湖南大學 機械與運載工程學院，2018.

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[4]謝暉，任磊，王杭燕，等. 數字化工廠在智能電表自動化生產線中的應用研究. 湖南大學 機械與運載工程學院，2018.

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