目前在我國機械行業(yè)整體水平不高的態(tài)勢下，自動化改造只能是基于現狀進行優(yōu)化，最大化的努力，將我們現有的設備資源加深利用，為企業(yè)謀取最大利益。本文是作者將親身經歷的兩次成功自動化改造案例中的一些經驗和失誤都做一剖析分享，希望能為今后需要改造的企業(yè)提供一些借鑒。

自動化在改造前后需要幾點支持，首先是設備資源和人力資源的這兩大核心資產的支持，其次就是建立工藝數字化，及時高效優(yōu)化，再加上信息化的支撐，通過整體的信息規(guī)劃布局，建立多種信息溝通渠道，達到制造過程的協(xié)同統(tǒng)一。自動化整線運行如圖1所示。

1. 設備的選型

在自動化改造開啟之前，設備的選型有三點要求：

（1）通過對產品進行評估，從現有設備資源中找出能夠滿足我們加工的產品需求及產品工藝要求的設備。比如，車床類就需要看兩軸的有效行程范圍能否滿足加工產品尺寸要求，主軸轉矩與切削半徑能否滿足切削力矩要求，刀臺工位數是否與加工零件工藝相匹配。

（2）設備是否具有自動化改造的先天條件，包括設備數控系統(tǒng)的開放程度，能否進行控制方面的改造。

（3）選型設備的統(tǒng)一性，自動化設備選型的重要特征就是能夠最大限度的統(tǒng)一設備類型，設備種類繁多容易引起備件的種類繁多復雜，儲備備件不易，不利于在設備故障后快速恢復，也不利于企業(yè)資金占用成本控制。

2. 精度、可靠性的檢查及恢復

自動化最重要的一個環(huán)節(jié)就是設備精度的穩(wěn)定可靠性。穩(wěn)定可靠的設備狀態(tài)是指連續(xù)加工過程中能夠確保加工產品的一致性，確保設備運行狀態(tài)良好平穩(wěn)，不出或少出故障，出現故障能夠及時高效恢復并投入到生產中去。

圖1 自動化整線運行

穩(wěn)定的設備狀態(tài)是加工的前提，設備一旦進入自動化生產線，以后再要進行精度方面大的維修很麻煩，嚴重影響生產節(jié)拍。因此，對設備選型有幾個重點工作需要做，逐臺針對設備進行各方面精度檢查。比如車床類，各軸的幾何精度包括定位精度、重復定位精度、平面度垂直度、主軸的回轉精度，還有包括刀架回轉定位的精度以及可靠性；再比如立加臥加類，除了各直線軸的精度檢查，還有回轉軸的精度檢查，交換臺、機械手及刀庫的動作可靠性檢查，及其各功能的恢復。機床工裝的確認，自動化生產線工裝不同于單機運行的工裝，必須滿足自動裝夾工件功能。機床輔件功能的檢查及恢復，冷卻、排屑系統(tǒng)檢查，確保輔件功能的完好性。

3. 設備控制改造

設備控制改造是自動化改造項目實施過程中最重要最復雜而且關鍵的一環(huán)，直接影響到自動化整線功能的成功實現，能否實現設計節(jié)拍效率的要求。設備控制改造初期，針對已選設備整理思路，根據工藝流程控制方案及自動控制原理，結合總控特點梳理出需要改造的項目。大致有以下幾點：①自動化工裝控制信號，包括工裝檢測裝置、增加工件氣密檢測到位信號。②自動門控制及反饋信號。③切屑清理裝置控制。④機床與總控柜聯機信號等。

根據梳理出來的控制動作以及各種反饋信號統(tǒng)一整理，再根據所選型設備特點，編制邏輯控制梯形圖，編制M代碼。這個過程需要預先和工藝、設備、自動化廠家相關人員相互協(xié)調聯系，要本著整體布局的思路，相互協(xié)調解決問題的方式，實現自動控制的整體運行。還需要學習新的知識，攻克在邏輯控制程序編制經驗方面的不足，尋求各種資源，查閱相關資料，虛心請教機床及系統(tǒng)售后廠家技術人員，共同探討面臨的各種問題。自動化線實時運行如圖2所示。

筆者通過兩次自動化改造，在改造過程中遇到的問題主要有：

（1）整線開機運行加工時的首件工件有料無料的檢測判斷問題。針對這一問題，首先通過機床工裝預夾緊動作檢測及其工件氣密檢測信號聯合起來準確判斷，然后編制宏程序指令控制程序，完整可靠實現機床首件工件自動判斷有無料，最后在加工程序前插入宏程序，默認后續(xù)有料運行，來節(jié)省機床判斷頻率，減少判斷失誤，實現高效可靠加工。

（2）機床呼叫機器人上料換料后，工件放置可靠性問題。通過機器人與機床位置的精確對點保證位置可靠唯一性，依靠定位銷二次確認準確位置。

（3）機床切屑的問題。在自動化加工過程中，除了機床自身精度外，遺留切屑是影響加工精度的重要問題。切屑的來源主要有兩個方面，即加工過程中產生和隨著工件由上道工序帶到下道工序的切削。根據這個思路，我們首先對上道工序加工完后再加裝清理切屑裝置工序，保證切屑不在兩道工序間傳遞。針對加工過程中產生的切屑，通過改制原有工裝減少切屑停留，再增加專門的沖屑裝置，快速徹底清理。工件內部也能會有一些死角的切屑無法清理，在換料過程正掉落到工裝的裝夾定位面上，通過在裝夾定位面上增加吹氣孔，清理定位面切屑。

（4）設備備件的儲備。針對已選型設備，總結平時維修經驗，整理常用易損件明細，做好合理數量的儲備，對于不經常損壞的大備件，也要做一定數量的儲備，要防止一旦設備出現狀況后能夠在很短時間內不因為設備備件停機造成的損失。

總之，在自動化過程中會遇到種種問題，我們需要做的就是針對發(fā)現的問題，分析根本原因，研究解決實施方案。

圖2 自動化線運行

4. 工藝流程的確立及方案實施

工藝流程是在自動化方案確立初期就應該設計好的，因為整個自動化方案的實施過程就是建立在工藝流程基礎之上的，工藝流程方案就是整個自動化方案的預先邏輯推演，確定好了工藝流程就是確定了自動化的整線框架，這也涉及到方方面面的問題。首先就是根據自動化線體設備情況選用什么樣的走線方式，包括機器人的選型方式，是桁架式還是地軌式，這是自動化初期必須確立的方案；其次就是機床的擺放形式及擺放位置，比如直線式還是環(huán)繞式，或者小單元型，這直接關系到自動化線整體布局問題；再就是加工工藝工序方案的確立，加工工藝方案的確立涉及到許多因素，比如單工序加工能力的測試，總工序節(jié)拍合理規(guī)劃，各個設備呼叫機器人上下料的時間分配等，其中還涉及到刀具刀片選型等諸多因素，當然還有毛坯料尺寸穩(wěn)定性也是自動化線平穩(wěn)運行的因素之一。

生產過程中加工零件的尺寸控制是保證產品質量穩(wěn)定可靠的根源，產品質量一致性問題是困擾我們生產的重要因素，我們采用在重要加工環(huán)節(jié)加入在線測量裝置，將一些重要尺寸納入監(jiān)測范圍內，并將在線測量裝置與每臺設備相連接，保證加工尺寸能夠實時反饋，進行刀補，得以實時矯正（見圖3）。

5. 設備、產品等多種信息數據的采集，建立整體信息化支撐

設備、產品信息化是實現自動化整線生產的有力保障，信息化涵蓋的內容也是多方面的。從設備方面看，設備備件信息化處理要準確無誤處理好各個設備備件明細，處理好備件及設備全生命周期的大數據，處理好設備控制程序、加工程序，及各種參數備份等。從生產加工方面看，包含毛坯料廠家的各種信息、加工工序、操作人員、加工日期及流水號等各種加工過程中涵蓋的信息。

在產品加工過程中，我們采用每臺設備單獨標識信息反饋到總控系統(tǒng)，在加工完成后再由總控系統(tǒng)反饋給打標機，通過二維碼和明碼的形式，在每個工件上做好共有信息及單獨標記，做到產品標識的唯一性（見圖4）。

最終我們將這些數據通過建立一整套信息化方案布局，通過將各種工藝方案、圖樣等數字化，部署MES系統(tǒng)等來解決產品追溯性等許多問題（見圖5）。通過設備與系統(tǒng)數據集成，建立產品信息數據庫，將計劃、物流、質量過程與設備集成制造過程的協(xié)同，來支撐生產組織實施，實現產業(yè)鏈信息互通共享，確保生產組織高效運行，為資源匹配奠定基礎。

6. 人員素質和能力的提升及培養(yǎng)

圖3 工件在線實時測量

圖4 工件信息標刻

圖5 信息實時采集

人員素質和能力的培養(yǎng)提升是一個較為漫長的過程，人員不僅包含操作人員，還包括設備維修、工藝技術、管理人員整體的素質能力提升。

對于自動化線操作人員要求，由原來的單機操作變成自動化整體監(jiān)控，要擺脫單機操作的定式思維，做到整體掌握自動化線所有設備的全局思維，熟悉整線設備生產流程（包含單機操作能力），做到會簡單預判設備故障，能夠快速開機運行投產。

設備維修人員能力也需要上一個大的臺階，有如下三個方面要求：一是加大日常巡檢巡查力度，做好預防預見性維修工作；二是加強對自動化線設備的學習，熟練掌握單機工作原理及整線工作流程，努力提升自身工作能力和水平，并對新增設備及其新技術新知識加快學習；三是做好合理準確儲備整線設備備件，根據平時經驗積累，判斷設備備件壽命周期，做好合理安排儲備數量，在保證安全運行前提下盡可能減少庫存占用，降低消耗指標。

工藝技術也要轉換，由單機運行模式到整線聯機模式，計算整線生產節(jié)拍，合理安排加工流程，實現最大化排產，在自動化線整體改造前期做好換產準備，以備后續(xù)運行時換產順利進行。特別是做好日常刀具壽命管理工作，在刀具磨損方面積累數據，并能將大量的記錄數據合理有效轉換為經驗積累，有效分析當前生產中存在的刀補問題，為自動化刀具補償加工做好準確有效的鋪墊。

7. 安全因素

自動化改造除了上述幾點外，安全方面也是一個不可忽略的重要因素。安全主要是設備與總控聯機后要實現不漏一個細節(jié)，做到安全互鎖的完善、可靠性。

但在這個過程中可能也會發(fā)生一些難以預料的問題，比如在機床加工中，當設備出現報警提示信號處理起來還是比較容易，但是當設備異常時并沒有報警提示信息時，我們還難以處理。

為此，除了加強人員巡檢力度，我們通過正常狀態(tài)的數據積累，利用超時報警方法監(jiān)控設備狀態(tài)，利用遠程遙控來控制異常設備，及時處理設備異常但又無法及時處理的情況（見圖6）。在機器人控制程序中增加防撞力矩設計，將力矩在每段程序中調節(jié)到合適大小，保證既能正常生產又能在出現意外時檢測到力矩異常而報警停止。

圖6 遠程控制

自動化改造是一個未知的道路，是一個需要永遠前進的道路，前面不管我們遇到什么困難，都需要通過自身努力探索，不斷完善加強學習，才能取得更大的進步。