李云

徐工消防安全裝備有限公司 江蘇徐州 221000

工程師 李云

1 序言

隨著機械制造智能化的迅速發(fā)展，工程機械行業(yè)的各主機廠都在進行轉(zhuǎn)型升級，以提高生產(chǎn)的精益化水平為目的，打造智能化的生產(chǎn)車間。通過配置非標(biāo)自動化設(shè)備來提升生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)過程中的人工干預(yù)程度；通過物聯(lián)網(wǎng)平臺自動采集數(shù)據(jù)，積累數(shù)據(jù)樣本并進行分析，最終對生產(chǎn)過程進行改善；通過加工仿真、離線編程及刀具集中管理等措施，來預(yù)先完成生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。建設(shè)智能化車間不僅可以提升工廠的精益管理水平，還能大幅降低人力成本。本文將從3個方面闡述智能化機械加工車間的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

2 非標(biāo)自動化設(shè)備的應(yīng)用

隨著勞動力成本的不斷增加，工廠開始重視引進非標(biāo)自動化設(shè)備，用機器代替人工完成 一些重復(fù)性的技術(shù)含量較低的工作，例如使用搬運機器人完成上下料工作。圖1為六自由度關(guān)節(jié)型搬運機器人。通過運用先進的工件輸送鏈及合理布置機床的位置，1臺機器人可以完成多臺數(shù)控加工中心的上下料工作，較大程度地降低了人力成本。

圖1 六自由度關(guān)節(jié)型搬運機器人

在工件的機械加工過程中，經(jīng)常會遇到刀具磨損及折斷等情況，非標(biāo)自動化設(shè)備制造廠商在設(shè)計自動化生產(chǎn)線時，會監(jiān)控機床的主軸轉(zhuǎn)矩、電動機溫度等數(shù)據(jù)，根據(jù)主軸轉(zhuǎn)矩值自動判斷刀具是否斷裂，或者通過TS27R刀具破損檢測系統(tǒng)判斷刀具磨損程度，然后通知機器人更換刀具。一些自動化程度較高的機器人配有多種不同功能的手爪，可以自動更換工裝夾具、數(shù)控車床的尾座和刀具的夾套等功能附件。圖2所示為特殊配置的機器人，其能夠通過視覺相機判斷工件毛刺所在的部位和形狀，自動完成毛刺清理等工作，實現(xiàn)全過程無人化加工。

圖2 機器人清理工件毛刺

除了自動化加工以外，智能化車間還注重配置智能化物流工具，例如使用AGV、無人叉車和自動堆垛機，實現(xiàn)物料轉(zhuǎn)運及倉儲，通過物流管理系統(tǒng)，利用ID識別功能對工件信息進行數(shù)據(jù)化管理。物流管理系統(tǒng)能夠自動識別工件的搬運優(yōu)先級，實現(xiàn)最優(yōu)化物流管理。圖3所示為倉儲式貨架，MES制造系統(tǒng)通知堆垛機取件，安排AGV轉(zhuǎn)運工件，然后使用機械手自動上下件，最后在機床上完成加工。

圖3 倉儲式貨架

3 SCADA平臺的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的機械加工車間，管理人員根據(jù)現(xiàn)場的反饋來進行管理，需要根據(jù)經(jīng)驗進行判斷，不利于精細(xì)化管理。智能化車間通過搭建穩(wěn)定、可靠、高效的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集分析平臺（SCADA），實現(xiàn)數(shù)控機床全時段的數(shù)據(jù)采集，確保數(shù)據(jù)采集的完整性和準(zhǔn)確性。圖4為設(shè)備數(shù)據(jù)采集架構(gòu)，SCADA平臺能夠采集到各類加工中心的關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議與數(shù)控機床互傳程序。通過對機床數(shù)據(jù)的采集及分析，可最大程度地提升機床的利用率。

SCADA平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集及設(shè)備互聯(lián)，還能夠與MES生產(chǎn)系統(tǒng)雙向聯(lián)接，自動統(tǒng)計設(shè)備產(chǎn)量及訂單完工情況，加工程序可以隨著MES派工單自動傳輸?shù)綌?shù)控機床，實現(xiàn)生產(chǎn)訂單管理；另外，還能夠提供在線檢測功能，分析采集到的設(shè)備和報警信息，預(yù)測性地提出備件更換和維修需求，減少停機時間。

圖4 加工設(shè)備數(shù)據(jù)采集架構(gòu)

圖5 使用VERICUT軟件對鋼絲繩滑塊進行加工仿真

4 加工仿真和離線編程技術(shù)的應(yīng)用

在生產(chǎn)過程中，為了提升機床的有效利用率，常需要提前完成編程、刀具預(yù)調(diào)等輔助工作，避免機床處于待機狀態(tài)。目前，機械加工方面的仿真軟件都比較成熟（例如VERICUT等）， 能夠根據(jù)機床、夾具、工件和刀具的實際尺寸建模并進行加工仿真。圖5為使用VERICUT軟件對鋼絲繩滑塊進行加工仿真。使用仿真軟件能夠快速檢測數(shù)控程序的語法錯誤，進行刀具與工件的干涉碰撞分析，較大程度地縮短了程序調(diào)試時間。

為了減少刀具預(yù)調(diào)造成的機床待機時間，智能化程度較高的車間會對刀具編碼進行集中管理。圖6為刀具預(yù)調(diào)儀，無需機床停機，可事先完成刀具的預(yù)調(diào)。通過ID編碼功能實現(xiàn)刀具的集中管理，系統(tǒng)會自動識別刀具所在的位置，然后通過對刀具信息及使用狀況的管理，實現(xiàn)刀具壽命的精準(zhǔn)預(yù)測，從而能夠及時更換刀具，避免產(chǎn)生不合格品。

圖6 刀具預(yù)調(diào)儀

5 結(jié)束語

建設(shè)信息化與工業(yè)化深度融合的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化工廠，不僅能較大程度地提升精益制造水平，還能大幅降低人力成本，是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要發(fā)展方向。