張敏濤,楊 恒,孫 江
(航空工業(yè)慶安集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710077)
以某航空液壓產(chǎn)品的智能裝配試驗(yàn)生產(chǎn)線為例,從項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)到項(xiàng)目實(shí)施應(yīng)用,整理形成了一整套較為完整的智能柔性生產(chǎn)線設(shè)計(jì)理論,對航空產(chǎn)品裝配試驗(yàn)生產(chǎn)線的建設(shè)具有一定的借鑒意義。智能裝配試驗(yàn)生產(chǎn)線主要功能如圖1所示。
圖1 智能裝配試驗(yàn)生產(chǎn)線主要功能
航空液壓產(chǎn)品具有多品種小批量、齊套節(jié)點(diǎn)晚、生產(chǎn)過程不透明、臨時(shí)插單多、產(chǎn)品線下作業(yè)多(斷點(diǎn)多)、以推式生產(chǎn)為主及生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長的特點(diǎn),很難直接復(fù)制汽車、3C等行業(yè)單件流水的生產(chǎn)作業(yè)模式。
針對航空液壓產(chǎn)品多品種小批量的特點(diǎn),研究設(shè)計(jì)相應(yīng)的生產(chǎn)線建設(shè)流程,航空智能柔性裝試生產(chǎn)線設(shè)計(jì)理念主要包括四方面內(nèi)容。
以智能化、數(shù)字化和柔性化為主導(dǎo)思想,不過分強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化;以任務(wù)平衡、能力平衡和資源平衡為主導(dǎo)思想,不過分強(qiáng)調(diào)節(jié)拍生產(chǎn);以智能管控系統(tǒng)為建線核心,排產(chǎn)、線上、線下等作業(yè)信息由管控系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)管理。
以能力平衡作為裝試生產(chǎn)線的基本設(shè)計(jì)理念;以智能立體庫為依托,實(shí)現(xiàn)線上物料的透明管理;以自動(dòng)化工藝裝備為依托,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化改進(jìn);通過各類傳感器,實(shí)時(shí)自動(dòng)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析;設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)模塊化轉(zhuǎn)臺,兼容不同型號產(chǎn)品的擴(kuò)型生產(chǎn)。
航空智能柔性裝試生產(chǎn)線能力平衡的核心思想:利用信息化系統(tǒng),結(jié)合實(shí)際配套情況、技術(shù)狀態(tài)、生產(chǎn)計(jì)劃等因素,對人員、任務(wù)、物料及進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度,保證生產(chǎn)線一直處于一定的負(fù)荷,盡量消除空載和滿載兩種極限狀態(tài)之間的空檔期,智能裝配試驗(yàn)生產(chǎn)線主要設(shè)計(jì)目標(biāo)如圖2所示。
圖2 智能裝配試驗(yàn)生產(chǎn)線主要設(shè)計(jì)目標(biāo)
1)精益化布局設(shè)計(jì)。生產(chǎn)車間精益化布局設(shè)計(jì)、精益化布局改進(jìn)、分區(qū)劃分及模組化單元化工作站設(shè)計(jì),提升物料流轉(zhuǎn)率。
2)物配送效率有效提升。配套智能立庫,物流傳輸系統(tǒng)、智能配送AGV,配餐式設(shè)計(jì),保證物料自動(dòng)配送,結(jié)合現(xiàn)代化手段把人機(jī)結(jié)合起來,最大化提升生產(chǎn)效率。
3)裝配模式革新,實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。降低工藝難度,減少人工,提升生產(chǎn)效率由單人一站到底轉(zhuǎn)換為多人協(xié)同作業(yè),節(jié)拍化設(shè)計(jì),同時(shí)通過電子示教,降低裝配工藝流程難度,提升生產(chǎn)效率。
4)自動(dòng)化工藝裝備效能提升。通過RFID、掃碼、工裝防錯(cuò)防呆等手段,降低產(chǎn)品零件混裝、裝錯(cuò)、通過視覺及電子測量技術(shù)提升產(chǎn)品檢驗(yàn)質(zhì)量的提升。
5)生產(chǎn)管理信息化提升。通過信息化追溯系統(tǒng)平臺、RFID、掃碼追溯及電子工位看板實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品過程透明化、可追溯性。
6)工廠車間實(shí)現(xiàn)精益化管理。通過數(shù)字化精益布局,智能物流配送系統(tǒng)及信息化管理,智能物流實(shí)現(xiàn)精益化工廠管理。
某航空柔性智能裝配試驗(yàn)室生產(chǎn)線利用先進(jìn)制造技術(shù),建立具有高智能、高可靠性、高柔性,以及高度信息化和可視化的生產(chǎn)線[1]。某智能裝配試驗(yàn)生產(chǎn)線布局示意圖如圖3所示。某航空柔性智能裝試生產(chǎn)線主要設(shè)計(jì)理念見表1。
表1 某航空柔性智能裝試生產(chǎn)線主要設(shè)計(jì)理念
圖3 某智能裝配試驗(yàn)生產(chǎn)線布局示意圖
整條生產(chǎn)線依據(jù)工藝邏輯順序,按照脈動(dòng)式節(jié)拍化生產(chǎn)[2]。一方面,物料上線集中配餐,定時(shí)、定點(diǎn)、定量,按照工藝邏輯關(guān)系依次進(jìn)行生產(chǎn);另一方面,通過建立產(chǎn)線級的信息化管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行過程可視化與動(dòng)態(tài)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)有序、透明化管理。
1)生產(chǎn)物料齊套后,按照部裝/總裝的物料要求,放入相應(yīng)的形跡模板中;
2)形跡托盤掃碼登記后進(jìn)入立體庫,通過AGV將部裝物料送至部裝工位;
3)總裝物料則通過輸送線配送至相應(yīng)總裝工位,并在線上進(jìn)行流轉(zhuǎn);
4)部裝工位完成的成品放置線邊進(jìn)行臨時(shí)緩存,為總裝工位提供物料;
5)成品區(qū)配置懸臂吊+吊具,人工吊裝產(chǎn)品下線,并打包緩存至線邊料架。
1)用途:存儲(chǔ)齊套后的帶形跡板的料盒及產(chǎn)品存儲(chǔ);
2)工位類型:自動(dòng)工位;
3)配穿梭車+貨架單元;
4)配一體機(jī)、HMI、三色燈、按鈕盒及顯示屏。
1)部裝區(qū)域物料流轉(zhuǎn)采用AGV搬運(yùn)流轉(zhuǎn),物流順暢,柔性化設(shè)計(jì);
2)總裝裝配線采用積放式鏈條輸送系統(tǒng)進(jìn)行物料傳輸,模組化連接,固定節(jié)拍,流水作業(yè)。
裝配單站為操作者進(jìn)行裝配任務(wù)提供平臺[3],裝配單站上集成輔助裝配設(shè)備、電源插座、LED照明、工位器具掛板、終端看板、人機(jī)界面及掃碼槍,是集裝配及信息化一體工作平臺。針對不同的裝配工藝需求,采用多種防錯(cuò)手段,快速高效進(jìn)行人機(jī)協(xié)作工作。
借鑒機(jī)床的單機(jī)自動(dòng)化改造方案,利用機(jī)器人、零點(diǎn)定位及液壓升降等裝置實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)上下料,大幅縮短裝卸時(shí)間,減少人力資源需求,提高測試效率。磨合試驗(yàn)臺單機(jī)自動(dòng)化的改造主要包括以下四個(gè)方面。
1)建立工裝預(yù)調(diào)站輔助人員安裝,提高隨行夾具安裝效率;
2)增加機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)一“人”多機(jī)減少人工搬運(yùn);
3)增加零點(diǎn)定位系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)工裝安裝定位的自動(dòng)化;
4)通過液壓升降裝置,兼容不同系列產(chǎn)品的快速定位。
信息的追溯流程采用產(chǎn)線MES追溯產(chǎn)品信息工位布置掃碼槍,及CCD 2D視覺拍照識別產(chǎn)品信息,對比MES數(shù)據(jù),判斷產(chǎn)品操作步驟產(chǎn)品流轉(zhuǎn)托盤采用RFID識別,產(chǎn)品碼信息與托盤信息綁定,一一對應(yīng)MES不參與產(chǎn)線控制,只參與信息管理,產(chǎn)品生產(chǎn)更靈活,產(chǎn)線可獨(dú)立生產(chǎn)控制[4]。
1)建立基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備集成。①對于車間現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備,基于SCADA建立統(tǒng)一工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),通過聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目將現(xiàn)場獨(dú)立的或者局部聯(lián)網(wǎng)的控制設(shè)備連接入工業(yè)以太網(wǎng),實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的統(tǒng)一管理,數(shù)據(jù)交互,使得整個(gè)生產(chǎn)制造過程更加透明,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。②為數(shù)字化工廠建設(shè)提供安全穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)支持。
隨著西方資本主義工業(yè)經(jīng)濟(jì)的日漸興起,商品在世界范圍內(nèi)流通的要求逐漸增強(qiáng),客觀形勢的發(fā)展要求清政府審時(shí)度勢,正確處理國際事務(wù),廣開貿(mào)易渠道。但是,由于清政府對世界形勢茫然無知,對發(fā)展海外貿(mào)易缺乏足夠的認(rèn)識和判斷,加之頑固保守思想根深蒂固,導(dǎo)致閉關(guān)鎖國政策的出臺。清朝閉關(guān)政策主要表現(xiàn)在限制商品出口、限制外商活動(dòng)、對外國商船實(shí)施“引水”(領(lǐng)港)制度及實(shí)行行商制度等。
2)建立集中生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。①建立產(chǎn)線級和車間級的生產(chǎn)監(jiān)控平臺,實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)信息、物料、設(shè)備狀態(tài)、人員及能源等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控與采集。使每一個(gè)相關(guān)部門都能了解生產(chǎn)實(shí)時(shí)狀態(tài),統(tǒng)一管理。②在集中監(jiān)控的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)對設(shè)備管理的效率,能夠使維修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題,快速響應(yīng)與處理故障。
3)規(guī)范數(shù)據(jù)互連接口。①對車間設(shè)備劃分種類,對每一類設(shè)備類型定義符合工廠實(shí)際的數(shù)據(jù)互連接口,要求供應(yīng)商按照標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互連,便于未來擴(kuò)展與管理。②SCADA系統(tǒng)與上層信息系統(tǒng)如MES實(shí)現(xiàn)交互。一方面下達(dá)上層系統(tǒng)的指令到設(shè)備,另一方面采集設(shè)備的數(shù)據(jù),將上層系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)傳送給上層系統(tǒng)。
在生產(chǎn)線的建設(shè)過程中,結(jié)合產(chǎn)品典型工藝需求,對現(xiàn)有工藝方法進(jìn)行改進(jìn),采用了大量的新工藝、新裝備,進(jìn)一步提升生產(chǎn)過程質(zhì)量,具有較強(qiáng)推廣意義。典型工藝裝備清單見表2。
表2 典型工藝裝備清單
此外,生產(chǎn)線還包括標(biāo)牌彎折機(jī)、鋼球自動(dòng)清點(diǎn)機(jī)、鋁絲自動(dòng)鉚接機(jī)及軸承跳動(dòng)量檢測裝置等共計(jì)52項(xiàng)工藝改進(jìn)裝備的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,助力產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的大幅提升。
1)提高生產(chǎn)效率?;跉v史經(jīng)驗(yàn)的排產(chǎn),保障物料齊套性,通過合理的生產(chǎn)計(jì)劃,優(yōu)化工藝布局,盡可能實(shí)現(xiàn)單件流和快速響應(yīng)生產(chǎn)異常,提升設(shè)備自動(dòng)化水平,從而提高生產(chǎn)效率。
2)提高產(chǎn)品質(zhì)量。通過智能在線檢測技術(shù)、關(guān)鍵件全生命周期管控技術(shù)、形跡料盒追溯,以及Andon與異??刂萍夹g(shù),實(shí)現(xiàn)全流程的質(zhì)量過程管控,通過智能裝備保證生產(chǎn)的一致性。
3)降低生產(chǎn)成本。通過優(yōu)化產(chǎn)品制造工藝設(shè)計(jì)流程,實(shí)時(shí)精細(xì)化管理,不斷改善,提高裝配過程自動(dòng)化程度,降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度,提升資源效率和利用率,降低庫存水平,減少在制品堆積,全面降低生產(chǎn)成本。
5)創(chuàng)造核心價(jià)值。生產(chǎn)線設(shè)將引入領(lǐng)先的裝配流程與理念,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工藝一體化,提升產(chǎn)品性能,提高產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性,打造企業(yè)核心價(jià)值。
6)實(shí)現(xiàn)全流程,全價(jià)值鏈的精益化閉環(huán)管理。推動(dòng)工廠組織架構(gòu),生產(chǎn)方式等管理模式的深層次變革。