施文龍

摘 要：新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，已形成新的生產(chǎn)方式、新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，制造業(yè)數(shù)字化、智能化成為全球先進(jìn)制造業(yè)的核心技術(shù)。傳統(tǒng)電機(jī)生產(chǎn)制造是典型的勞動密集型產(chǎn)業(yè)，隨著人力成本的增加和人口紅利的逐步消失，電機(jī)行業(yè)亟須開展集智能制造關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)、關(guān)鍵工藝模型研究和信息化管理系統(tǒng)開發(fā)為一體的智能化運(yùn)營綜合平臺建設(shè)，通過研究探索形成成熟、可復(fù)制、可推廣的電機(jī)智能制造新模式，并以此引導(dǎo)行業(yè)開展智能制造工程建設(shè)，加快轉(zhuǎn)型發(fā)展，提升中國電機(jī)制造業(yè)整體水平及國際競爭力。

關(guān)鍵詞：智能制造;新模式;電機(jī)

中圖分類號：F203文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-1064（2021）08-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.028

1 電機(jī)在線檢測特點(diǎn)

傳統(tǒng)的電機(jī)制造涉及電機(jī)配件加工和電機(jī)總裝等，多采用人工密集型流水線生產(chǎn)方式，自動化程度非常低，且工序環(huán)節(jié)多、效率低、信息流通不暢?；趥鹘y(tǒng)的電機(jī)在線檢測裝備具有如下特點(diǎn)：裝置分散、信息孤立;自動化水平低，人工參與度高;測試節(jié)拍較慢，生產(chǎn)效率低下;測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差、溯源困難。

與傳統(tǒng)“孤島分離式”電機(jī)在線檢測裝備不同，基于智能制造新模式的電機(jī)在線檢測具有突出特點(diǎn)。一是裝備分散，信息化程度高。電機(jī)制造由于其制造工藝的特殊性，多采用離散型數(shù)字化車間模式，造成電機(jī)在線檢測裝備具有分布范圍廣且分散等特點(diǎn)，而基于智能制造新模式的電機(jī)在線檢測需要與線體、信息平臺可以實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通。二是自動化水平高。傳統(tǒng)工藝嚴(yán)重依賴人工，自動化水平差，無法快速應(yīng)對小批量、多品種的主流生產(chǎn)模式，基于智能制造新模式的電機(jī)在線檢測對自動檢測、柔性檢測、快速檢測均具有較高的需求。三是協(xié)同質(zhì)量管理?；谥悄苤圃煨履Ｊ劫|(zhì)量管理對電機(jī)在線檢測數(shù)據(jù)實(shí)時性、安全性、溯源性等均具有較高要求。

2 電機(jī)在線檢測設(shè)計(jì)

2.1 在線檢測工藝及需求

電機(jī)總裝主要由電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)座、端蓋、軸承及附屬配件總裝加工工序組成，通過快換夾具工裝，進(jìn)行產(chǎn)品的無縫切換生產(chǎn)，大量采用機(jī)器人等柔性化設(shè)備，通過使用機(jī)器人進(jìn)行數(shù)字化流水裝配作業(yè)。電機(jī)智能制造新模式對電機(jī)總裝提出了更高的要求，即在更少的人工參與的情況下高效率、高質(zhì)量地完成電機(jī)的裝配、檢測、噴涂、打包等工序[1]。

在線自動檢測是產(chǎn)線工藝流程中很重要的一環(huán)，既是對前面工藝環(huán)節(jié)的直接檢驗(yàn)，也是對后續(xù)電機(jī)出廠后質(zhì)量的直接保證，其自動化、智能化水平直接關(guān)系產(chǎn)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

基于示范產(chǎn)線建設(shè)需求，示范在線檢測裝備主要用于0.75kW～15kW功率段、220V～690V范圍內(nèi)的三相異步電機(jī)的在線檢測，測試節(jié)拍60s/臺?；陔姍C(jī)產(chǎn)線智能制造新模式質(zhì)量管理需要，在線檢測裝備需具有數(shù)據(jù)接口，檢測數(shù)據(jù)需實(shí)時交互，通過與質(zhì)量管理系統(tǒng)聯(lián)動，保證檢測產(chǎn)品的溯源。依據(jù)GB/T 1032—2012《三相異步電動機(jī)試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和電機(jī)檢測工藝需要，電機(jī)在線檢測裝備檢測項(xiàng)目包括：冷態(tài)絕緣電阻、工頻耐電壓、繞組直流電阻、堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)損耗的測定，額定電壓、額定頻率時的空載電流、損耗和噪聲、溫度的測定。

2.2 在線檢測裝備設(shè)計(jì)

基于電機(jī)智能制造新模式的在線檢測工藝及需求，設(shè)計(jì)電機(jī)在線檢測裝備原包括二維碼掃描識別系統(tǒng)、變頻電源、變壓器1T、觸摸式一體機(jī)、可編程控制器PLC、測量用儀器儀表電參數(shù)測量儀QZ8967B、直流電阻儀RM3545、絕緣/耐壓儀3153、在線噪聲儀等[3]。

鑒于傳統(tǒng)檢測工藝檢測節(jié)拍約180s/臺，無法滿足電機(jī)智能制造新模式對在線檢測節(jié)拍60s/臺的需求，在線檢測裝置在檢測工藝上設(shè)計(jì)了靜態(tài)測試和動態(tài)測試2個獨(dú)立測量工位，靜態(tài)測試工位用于對電機(jī)的冷態(tài)絕緣電阻、工頻耐電壓和繞組直流電阻測試，動態(tài)測試工位進(jìn)行電機(jī)的堵轉(zhuǎn)、空載以及噪聲的測定，2個測試工位可同時試驗(yàn)，測試節(jié)拍均可控制在60s/臺以內(nèi)，即在60s內(nèi)能夠同時進(jìn)行2臺電機(jī)的檢測，能夠滿足電機(jī)智能制造60s下線1臺電機(jī)的工藝要求。

2.2.1 工作原理

被測電機(jī)在前道工序（前端蓋）裝配完成后，電機(jī)置于托板，由人工將托板上的測試線與電機(jī)接線端子連接，通過流水線控制自動流轉(zhuǎn)到靜態(tài)測試工位，托板自動頂起，與靜態(tài)測試流水線測試接口自動對接，對接信號發(fā)送到測試臺，在線檢測裝置通過二維碼掃碼識別系統(tǒng)識別電機(jī)本體二維碼，由在線檢測裝置軟件在本地自動建立測試信息數(shù)據(jù)庫并將被測電機(jī)信息數(shù)字化后進(jìn)行測試，測試過程全程無人操作，檢測工藝流程為：直流電阻→絕緣電阻→耐壓測試。

靜態(tài)測試完成后，由流水線控制自動切換轉(zhuǎn)入至動態(tài)測試工位進(jìn)行電機(jī)堵轉(zhuǎn)和空載性能測試，待電機(jī)測試完成后，裝置反饋測試完成信號給流水線控制系統(tǒng)，合格品由流水線自動控制流向下一道工序（噴漆線），不合格品則由流水線控制流向環(huán)形檢修區(qū)域，維修人員可根據(jù)質(zhì)量管理系統(tǒng)反饋不合格項(xiàng)對電機(jī)進(jìn)行檢修，待電機(jī)檢修完成后重新流入測試工位測試[4]。

2.2.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由觸摸式一體機(jī)+上位機(jī)軟件+可編程控制器PLC等受控部分組成，通過觸摸式一體機(jī)實(shí)現(xiàn)集中控制和分散管理，受控部分包括可編程控制器PLC、變頻電源、測量用儀器儀表等。流水線控制系統(tǒng)、觸摸式一體機(jī)和可編程控制器PLC通過Profinet總線組成自動控制和檢測的核心，通過串行總線與變頻電源、測量用儀器儀表等通信控制以完成對被試電機(jī)的測試，通過工業(yè)以太網(wǎng)總線與質(zhì)量管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時檢測數(shù)據(jù)交互以完成測試電機(jī)的質(zhì)量管控，實(shí)現(xiàn)在線檢測裝備與線體以及質(zhì)量、信息平臺的數(shù)據(jù)交互和互聯(lián)互通[5]。

2.3 主要功能的實(shí)現(xiàn)

2.3.1 在線檢測的功能實(shí)現(xiàn)

在線檢測裝備通過Profinet總線與流水線控制系統(tǒng)通信完成電機(jī)的接線，通過掃碼識別系統(tǒng)對試驗(yàn)電機(jī)進(jìn)行電機(jī)規(guī)格型號識別，通過工業(yè)以太網(wǎng)總線與質(zhì)量管理系統(tǒng)進(jìn)行信息交互完成電機(jī)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)檢索，通過裝置自動控制對試驗(yàn)電機(jī)進(jìn)行在線檢測和試驗(yàn)結(jié)果的判定。

2.3.2 靜態(tài)測試

直流電阻測試儀器：日置RM3545精密電阻測試儀，測量范圍0MΩ～1 200MΩ，基本精度0.006%，最小分辨率為0.01μΩ，最大測量電流1A。

測試方法：利用直流電阻測試儀對電機(jī)繞組進(jìn)行檢測，測量時電機(jī)轉(zhuǎn)子保持不動，連接繞組各相引出端，利用電阻測試儀測量各引出端之間的電阻，在線檢測裝置軟件自動采集環(huán)溫并據(jù)此將電阻值修正到20℃時的電阻值，自動計(jì)算不平衡度，并與質(zhì)量管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交互和判斷是否合格。

絕緣/耐壓測試儀器：日置3153自動絕緣/耐壓測試儀，絕緣電阻測量范圍為0.10MΩ～9 999MΩ，電流測量范圍為0.1mA～100mA，測試時間為0.3s～999s可調(diào)。

測試方法：檢測繞組與機(jī)殼、繞組之間的絕緣電阻、工頻耐電壓和漏電流，在線檢測裝置軟件自動采集所測得的結(jié)果并與質(zhì)量管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交互和判斷是否合格。

2.3.3 動態(tài)測試

測試儀器：QZ8967B綜合電量監(jiān)測儀，電壓測量范圍為5V～800V，電流測量范圍為0.01A～40.00A;在線噪聲儀HS6288D。

測試方法：將變頻電源調(diào)整至試驗(yàn)電機(jī)額定頻率和約1/4額定電壓輸出，通過電參數(shù)測量儀QZ8967B的快速測量功能采集電機(jī)啟動瞬間的電參數(shù)作為電機(jī)的堵轉(zhuǎn)測試數(shù)據(jù)（堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)損耗）。堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)完成后，由在線檢測裝置軟件自動控制變頻電源將電源輸出調(diào)整至電機(jī)額定電壓和額定頻率，通過噪聲儀實(shí)時測量電機(jī)的噪聲值，經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)磨合一定時間后測取試驗(yàn)電機(jī)額定電壓、額定頻率時的空載電流、損耗和噪聲值，由軟件進(jìn)行分析計(jì)算后與質(zhì)量管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交互和判斷是否合格。

2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

裝備運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、操作簡單、維護(hù)方便，既實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在線檢測的全自動無人化作業(yè)，又能夠與質(zhì)量管理系統(tǒng)信息互通進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)交互，滿足電機(jī)智能制造新模式的自動化、信息化及智能化建設(shè)需求。設(shè)備投入生產(chǎn)使用后，實(shí)現(xiàn)年檢40 000臺電機(jī)且無故障，檢測效率提高了200%，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

3 結(jié)語

基于智能制造新模式的檢測工藝，具有自動化程度高、信息交互能力強(qiáng)等特點(diǎn)，裝備運(yùn)行穩(wěn)定，測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，重復(fù)性好，維護(hù)簡單方便，保障了高強(qiáng)度、快速作業(yè)下的電機(jī)質(zhì)量，為用戶企業(yè)進(jìn)行質(zhì)量管理提供了設(shè)備支持和技術(shù)保障，通過技術(shù)性降本增效提高了用戶制造電機(jī)的競爭力。

參考文獻(xiàn)

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