師玉英，張勝寶，張鵬遠(yuǎn)，孫境堯，曲 軍，劉星岑

（中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動機有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

表面處理技術(shù)是指材料表面經(jīng)過預(yù)處理后，通過表面涂覆、表面改性或其他表面技術(shù)復(fù)合處理，在不改變基材前提下得到所需特殊性能。電鍍是在外加電流下溶液中金屬陽離子在陰極附近還原并沉積的過程，在陰極附近沉積的金屬離子在待鍍件表面形成致密、均勻且結(jié)合力良好的金屬沉積層［1-2］。在眾多表面處理技術(shù)中，電鍍技術(shù)使用成本較低，在待鍍試樣表面沉積幾微米鍍層就可以提高材料耐蝕性，同時還不影響機械零部件的尺寸精密性，因此成為目前工業(yè)上最常用的表面處理技術(shù)之一［3-5］。

目前我國電鍍生產(chǎn)線一般集中為兩種類型：手動生產(chǎn)線和全自動生產(chǎn)線［6-7］。傳統(tǒng)工業(yè)電鍍產(chǎn)品具有“批量大、種類少”特點，工藝流程單一，工藝簡單，以全自動生產(chǎn)線為主，部分生產(chǎn)線還可實現(xiàn)封閉運行［8-10］。由于航空產(chǎn)品具有“小批量、多品種”特點，工藝流程多、工藝復(fù)雜，因此航空產(chǎn)品企業(yè)表面處理生產(chǎn)線基本都停留在手動生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線結(jié)合的程度，以手動操作為主，自動化水平低，生產(chǎn)過程不可控，且操作者勞動強度大，生產(chǎn)環(huán)境差。

針對原公司表面處理生產(chǎn)線自動化程度低、設(shè)備陳舊、故障率較高，而且表面處理生產(chǎn)線超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，污水處理能力嚴(yán)重不足。面對航空產(chǎn)品表面處理傳統(tǒng)手動生產(chǎn)模式，全流程依靠人工，生產(chǎn)可控性差，質(zhì)量波動大，信息化水平低的生產(chǎn)情況和國家“雙碳計劃”提出的環(huán)保要求，公司開展表面處理全自動生產(chǎn)線建設(shè)的推進工作。目標(biāo)為建成區(qū)域級高精度全自動表面處理中心，實現(xiàn)人機分離、過程可控、自動記錄、先進低流量漂洗污水處理技術(shù)及AGV（Automatic Guided Vehicle）智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的整合應(yīng)用，建立一整套“表面處理工藝全流程自動控制”體系，實現(xiàn)一鍵掃碼全流程自動生產(chǎn)，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，滿足應(yīng)用要求。

1 表面處理自動生產(chǎn)線布局規(guī)劃設(shè)計

為貫徹智能化、自動化設(shè)計理念，采用AGV轉(zhuǎn)運系統(tǒng)與自動生產(chǎn)線結(jié)合的方式實現(xiàn)表面處理全流程自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)線主體設(shè)備間的連接全部采用自動化輸送，分布式上下料站、存儲區(qū)、干濕區(qū)、功能區(qū)布局合理，工序間工件、電鍍掛具和飛巴轉(zhuǎn)移銜接便捷、操作方便，物流、檢修、消防等通道流暢。設(shè)計生產(chǎn)線在隔離區(qū)域進行上料和下料，大量節(jié)省人員配置，操作更輕松，節(jié)省空間，更適合零件的物流和后勤保障。應(yīng)用操作人員與生產(chǎn)線物理隔離的廠房布局設(shè)計，大大改善操作者工作環(huán)境。設(shè)計全封閉式電鍍生產(chǎn)線，通過封閉式的局部變頻送風(fēng)和排風(fēng)配置，能夠?qū)崿F(xiàn)廠房無負(fù)壓或微負(fù)壓，保持生產(chǎn)現(xiàn)場溫度恒定，將對職工健康危害降至最低，真正實現(xiàn)綠色環(huán)保。人員需經(jīng)過面部識別和管理者審批后，方可進入生產(chǎn)線內(nèi)部，除必要維護外，杜絕人體危害和槽液污染。

通過一鍵掃碼自動進行產(chǎn)品物流轉(zhuǎn)運、生產(chǎn)、記錄等過程，改變常規(guī)手動表面處理生產(chǎn)線一切靠人為主的老舊生產(chǎn)模式。采用先進的生產(chǎn)線工藝流程設(shè)計，航空產(chǎn)品高度交叉柔性生產(chǎn)?；谌詣由a(chǎn)模式下的自動翻轉(zhuǎn)工裝，解決形狀復(fù)雜、內(nèi)孔管路錯綜的大型機匣類化學(xué)處理產(chǎn)品及齒輪軸類電鍍產(chǎn)品在表面處理過程中由于溶液流通不暢導(dǎo)致的表面壓氣現(xiàn)象。采用交換工位設(shè)備及程序設(shè)計，解決航空產(chǎn)品在表面處理全自動生產(chǎn)線生產(chǎn)，無法進行測量、防壓氣處理、觀察產(chǎn)品狀態(tài)等問題。

2 全流程輔助設(shè)備在表面處理自動生產(chǎn)線布局建設(shè)中應(yīng)用

針對原公司表面處理生產(chǎn)線依靠工人手工操作，工人不僅勞動強度大，而且生產(chǎn)環(huán)境惡劣，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。針對此情況，重新設(shè)計的表面處理自動生產(chǎn)線采用全流程輔助設(shè)備，實現(xiàn)表面處理過程的自動化、信息化控制，改善生產(chǎn)環(huán)境，減少人力成本，全流程輔助設(shè)備在自動生產(chǎn)線中自動控制與布局建設(shè)流程圖如圖1所示。

圖1 自動生產(chǎn)線布局建設(shè)流程圖Fig.1 The flow chart of automatic production line layout construction

2.1 物流規(guī)劃系統(tǒng)

生產(chǎn)線采用物理隔離的布局方式，減少化學(xué)試劑對人體的危害，由AGV智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)作為連接紐帶，實現(xiàn)物流高度自動化，工人僅需要進行裝掛拆卸零件動作，其余工作僅需要“一鍵掃碼”，便可自動完成產(chǎn)品轉(zhuǎn)運、上料、生產(chǎn)加工、下料等全部生產(chǎn)流程，大幅度減少操作人員的勞動強度。

生產(chǎn)線區(qū)域與生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)域之間由AGV智能轉(zhuǎn)運車作為產(chǎn)品的傳遞工具進行串聯(lián)，實現(xiàn)產(chǎn)品從上料區(qū)域→生產(chǎn)線區(qū)域→下料區(qū)域的全自動轉(zhuǎn)運，全部轉(zhuǎn)運流程中無路徑交叉點和折返點，結(jié)合人體力學(xué)設(shè)計，實現(xiàn)產(chǎn)品最優(yōu)物流路徑規(guī)劃。在提高生產(chǎn)安全系數(shù)的同時可以進一步減少工作量，達(dá)到工位到生產(chǎn)區(qū)域自動配送的目標(biāo)。

2.2 槽體系統(tǒng)

表面處理自動生產(chǎn)線槽體根據(jù)槽液的不同成分，分別選擇PP、PVC、SUS316L不銹鋼等材料制作，例如：冷水洗槽選擇PP材料、熱水洗槽選擇SUS316L不銹鋼材料、含鉻槽選擇PVC材料。PP槽在制作時，應(yīng)使用自動拼焊機、自動彎折機制作，塑料槽體不允許在折角處焊接，需要在平面處進行對焊連接。不銹鋼槽采用直流氬弧焊機用氬氣保護焊接，焊縫應(yīng)在槽體側(cè)面。對于需要保溫的槽體，在槽外需設(shè)有硅酸鋁保溫層，并用PP板進行包封，包封板與槽沿采用倒插式銜接，防止槽口邊流下的溶液流到保溫層中。槽體底部設(shè)有排水口，做成傾斜槽底，往排水總管方向傾斜2 %～3 %坡度，槽體最低處設(shè)置排水閥與排水總管連接，槽內(nèi)液體可以排凈，并設(shè)有底閥及過濾網(wǎng)，方便拆卸及維修。

所有工藝槽體配置自動槽蓋，槽蓋為折疊形式，采用啟動傳動方式驅(qū)動，檢測開關(guān)和機械限位運行平穩(wěn)。槽蓋打開狀態(tài)時，槽體內(nèi)有效空間寬度比槽寬小200 mm以上。槽蓋開合順暢，無卡頓、不同步、噪音大現(xiàn)象，與支風(fēng)管的自動風(fēng)閥和行車聯(lián)動控制，零件進槽、出槽時開啟，空閑和處理零件時關(guān)閉。槽蓋在槽邊設(shè)手動開關(guān)，保證手動運行時，行車與槽蓋聯(lián)動控制。行車勾取飛巴最低點高于開蓋時槽蓋最高點，保證開蓋狀態(tài)行車的自由移動。對于槽蓋易磨損部件依據(jù)槽液介質(zhì)不同采用相應(yīng)的耐腐蝕材料。

2.3 行車系統(tǒng)

表面處理自動生產(chǎn)線行車為單鉤高軌龍門結(jié)構(gòu)，整體為304不銹鋼材質(zhì)，表面經(jīng)噴砂后做重防腐處理，采用變頻器調(diào)節(jié)控制速度，附帶吸風(fēng)裝置、接液盤和封閉罩，在封閉罩側(cè)面設(shè)有觀察窗，便于在行車吊起零件后觀察零件狀態(tài)。行車的水平和提升行走減速機具有高扭矩、安全系數(shù)高、振動噪聲小、傳動效率高的特點。水平行走輪采用聚氨酯橡膠包鋼輪，耐磨性好，滑動摩擦系數(shù)較鋼輪提高4倍，減少行車制動后由慣性造成的不定值位移量，同時也降低行車水平運行的噪聲。

行車設(shè)有連續(xù)排風(fēng)裝置，通過風(fēng)管與“鴨嘴式”的排風(fēng)管道相連，運行中可不斷抽風(fēng)，風(fēng)量小，抽風(fēng)效果好，節(jié)約能源。為進一步保證抽風(fēng)效果，行車四周設(shè)計透明PVC板封閉，封閉板采用活動結(jié)構(gòu)，方便設(shè)備維護和人工操作。行車采用激光定位系統(tǒng)進行定位，包括激光發(fā)射器、反射器、DME支架、屏蔽連接電纜等，采用高質(zhì)量升降停位感應(yīng)器接近開關(guān)，設(shè)置水平運行指示燈及感應(yīng)急停裝置，保證操作者人身安全。行車定位精度±1mm。上下運行還設(shè)有檢測裝置和限位開關(guān)，通過編碼器進行定位。

2.4 排風(fēng)系統(tǒng)

排風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)排風(fēng)性質(zhì)選擇PP和PVC材料，同時依據(jù)廢氣種類：含鉻廢氣、酸堿廢氣等，通過排風(fēng)控制段、排風(fēng)支管與主排風(fēng)管道連接，不同性質(zhì)廢氣要接入到相應(yīng)主排風(fēng)管道。各支風(fēng)道設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)各生產(chǎn)線的排風(fēng)量及末端風(fēng)壓。生產(chǎn)線運行時，行車、槽蓋、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥、風(fēng)機變頻聯(lián)動控制，由控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳效果。

表面處理自動生產(chǎn)線排風(fēng)系統(tǒng)還同時配備酸霧凈化塔，凈化塔采用堿性溶液吸收法，可以吸收濃度比較穩(wěn)定的氮氧化物廢氣，將氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化銨或碳酸鈉等堿溶液送入噴淋吸收塔，這些液體與氮氧化物廢氣接觸，反應(yīng)生成硝酸鹽和亞硝酸鹽，酸霧凈化塔組成廢氣處理系統(tǒng)，通過稀氫氧化鈉溶液噴淋，達(dá)到凈化廢氣的效果。酸霧凈化塔的風(fēng)機后置，即廢氣先進入酸霧凈化塔再進入風(fēng)機，有效地避免風(fēng)機腐蝕，延長風(fēng)機使用壽命。酸霧凈化塔具備自動加藥功能，即自動檢測pH和自動添加堿液，pH超過設(shè)定值自動添加藥液；酸霧凈化塔配有整體防腐防滲漏圍堰，圍堰底部安裝排水泵，管路通至相應(yīng)的廢水總管中。

2.5 過濾系統(tǒng)

自動生產(chǎn)線設(shè)置自動控制循環(huán)過濾系統(tǒng)，濾芯到壽命時系統(tǒng)自動報警提示更換，同時過濾泵自動停機。溶液過濾和循環(huán)滿足過濾機壓力要求，能夠長期（24 h連續(xù)過濾）無故障連續(xù)運轉(zhuǎn)。具有斷液、斷相、相序電子保護功能，溶液進出口位置、循環(huán)噴管及噴嘴能保證整槽溶液形成對流，沒有循環(huán)死角，確保溶液處理徹底。采用電鍍專用立式過濾機，免提水安裝方式，流量不低于10 t/h，選用耐酸堿、耐高溫、耐腐蝕、摩擦系數(shù)小、無泄漏的低噪音泵。過濾機根據(jù)被過濾槽液性質(zhì)、槽液溫度，滿足過濾精度及使用壽命等要求。各槽液所需過濾機安裝在槽體線與維修通道之間，由專用管道與槽體上過濾管接口相連。過濾機安裝在托盤之上，安裝位置滿足免汲水工作及便于更換濾芯。過濾機留有維修通道，使用時便于現(xiàn)場更換與維修。

3 安全環(huán)保設(shè)施在表面處理自動生產(chǎn)線布局建設(shè)中應(yīng)用

在手動生產(chǎn)線中，電鍍?nèi)芤簽槿斯づ渲?，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，工作危險程度較大。同時，電鍍行業(yè)會面臨電鍍廢水問題，過去對電鍍廢水污染環(huán)境后果認(rèn)識不足，因管理不善、控制不嚴(yán)等原因，某地曾發(fā)生重金屬污染土壤而引起農(nóng)作物重金屬累積，含氰廢水排入河、湖中，造成漁業(yè)減產(chǎn)甚至魚類大量死亡等災(zāi)難。因此，新建表面處理自動生產(chǎn)線在保證安全的前提下還要達(dá)到節(jié)能環(huán)保要求，降低對環(huán)境污染。

3.1 安全系統(tǒng)

表面處理廠房整體采用物理隔離設(shè)計，表面處理自動生產(chǎn)線區(qū)域與生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)域通過上下料通道處的互鎖式卷簾門實現(xiàn)“隔斷”，操作者僅需要在生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)裝掛拆卸零件即可，由AGV智能轉(zhuǎn)運系統(tǒng)完成上下料操作，避免操作者長期接觸含酸堿、鉻酸酐環(huán)境，大大降低職業(yè)病發(fā)生概率。為進一步保證操作者人身安全，在生產(chǎn)線工作區(qū)域設(shè)置柵欄門及安全光柵，需要面部識別授權(quán)后才可以進入生產(chǎn)線內(nèi)部，如發(fā)現(xiàn)操作通道、維修通道及交換工位有人員非法闖入時，行車會立即關(guān)閉，防止出現(xiàn)碰撞傷人事故。當(dāng)操作者進入生產(chǎn)線后，仍有行車側(cè)方的安全雷達(dá)作為安全屏障，在設(shè)定區(qū)域有異物（人或其他物體）進入時，報警并停止行車運行，確保人員和設(shè)備安全。生產(chǎn)線端、生產(chǎn)線上、電控柜均設(shè)有急停裝置，遇到緊急情況時，拍下急停開關(guān)，行車會立即停止并配有聲光報警。

生產(chǎn)線整體設(shè)有圍堰，根據(jù)槽體溶液成分不同，劃分不同的圍堰區(qū)域，每個區(qū)域設(shè)有集液坑，集液坑配有液位計和隔膜泵。當(dāng)出現(xiàn)槽體漏液或水管爆裂現(xiàn)象時，集液坑中液位會逐漸升高，觸發(fā)液位計進行聲光報警，此時生產(chǎn)線區(qū)域和生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)域的下位機會通知操作者查看對應(yīng)生產(chǎn)線，與此同時，隔膜泵也會自動開始工作，將集液坑中液體排到相應(yīng)的排水主管中，避免出現(xiàn)大量液體溢出圍堰的現(xiàn)象。

在生產(chǎn)線排風(fēng)系統(tǒng)中還加入火災(zāi)探測器，當(dāng)生產(chǎn)線出現(xiàn)火災(zāi)時，排風(fēng)管道中的廢氣也會隨之升溫，此時火災(zāi)探測器會檢測到異常，觸發(fā)警報并停止排風(fēng)機，避免由于抽風(fēng)導(dǎo)致火情增加，而且該報警也會中繼到整個廠房火災(zāi)探測系統(tǒng)中。

3.2 節(jié)能系統(tǒng)

為降低生產(chǎn)能耗，設(shè)計自動生產(chǎn)線主槽與后續(xù)低流量漂洗槽補水建立連帶邏輯關(guān)系，實現(xiàn)當(dāng)主槽溶液缺水時，通過隔膜泵使用主槽后面的低流量漂洗水槽內(nèi)的水對主槽進行補水，當(dāng)?shù)土髁科床廴彼畷r，通過液位計控制進行自動補水，同時針對漂洗槽設(shè)置定時補水。此設(shè)計在節(jié)水基礎(chǔ)上，滿足正常生產(chǎn)使用要求，無需在全自動生產(chǎn)線進行手動加水，實現(xiàn)全自動生產(chǎn)線全流程全自動補水，無需人工介入，并有效節(jié)約用水量。

自動生產(chǎn)線排風(fēng)管道采用“鴨嘴式”連續(xù)排風(fēng)結(jié)構(gòu)。行車配有風(fēng)機和排風(fēng)管，在運行過程中可以實現(xiàn)連續(xù)不間斷抽風(fēng)。槽旁采用槽口雙邊變頻排風(fēng)技術(shù)，根據(jù)槽蓋的開閉自動調(diào)節(jié)風(fēng)量，當(dāng)槽蓋打開時，槽邊排風(fēng)全開，配合行車的連續(xù)排風(fēng)，可以保證無明顯氣體逸出。當(dāng)槽蓋關(guān)閉時，排風(fēng)量變?yōu)檎ｏL(fēng)量的15 %，最大限度上降低不必要的能源消耗。并且，排風(fēng)管還設(shè)置了冷凝水排水管，與排水總管相通，同時配套火災(zāi)探測器，如果異常，則會觸發(fā)警報并停止排風(fēng)機。

3.3 廢水處理系統(tǒng)設(shè)計

自動生產(chǎn)線電鍍工藝設(shè)計采用低濃度鍍液，減少鍍液帶出量?；厥詹刍虻谝患壡逑床鄣那逑此|(zhì)應(yīng)符合電鍍工藝要求。當(dāng)回收槽內(nèi)主要金屬離子濃度達(dá)到回用程度時，補入鍍槽回用。當(dāng)回用液對鍍液質(zhì)量產(chǎn)生影響時，應(yīng)采用過濾、離子交換等方法凈化后再回用。含氰廢水、含鉻廢水、含金屬離子的廢水應(yīng)分質(zhì)分管排至廢水處理站處理。

為保證電鍍質(zhì)量的前提下廢水實現(xiàn)零排放，節(jié)約水源的同時減輕廢水處理負(fù)擔(dān)和處理費用，設(shè)計通過以下方法來控制電鍍廢水的產(chǎn)生量：

（1）設(shè)置鍍液回收槽：在鍍槽的后面設(shè)置兩個鍍液回收槽，節(jié)約原材料，降低漂洗水中金屬離子含量；

（2）采用間歇逆流漂洗和低流量漂洗技術(shù)：在輔助槽后面設(shè)置多聯(lián)漂洗槽，節(jié)約用水量；

（3）采用槽邊回用：在電鍍生產(chǎn)線槽邊設(shè)置回用設(shè)施，較干凈的廢水經(jīng)過處理后再回用于生產(chǎn)線，減少廢水排放。槽邊空間不允許時可將回用裝置設(shè)置于污水站；

（4）使用節(jié)水開關(guān)：根據(jù)生產(chǎn)的實際需要，控制用水時間和用水量。

4 結(jié) 論

本文針對設(shè)備老舊、自動化程度低的手動表面處理生產(chǎn)線暴露的問題，重新升級表面處理全自動生產(chǎn)線。通過將物流規(guī)劃系統(tǒng)、槽體系統(tǒng)、行車系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)等全流程輔助設(shè)備和安全環(huán)保設(shè)施的系統(tǒng)組合設(shè)計，實現(xiàn)表面處理自動產(chǎn)線運行平穩(wěn)、環(huán)境友好，建立一整套“表面處理工藝全流程自動控制”體系。完成各類工序操作中，幾乎無手工操作，通過機械和電器裝置完成全部工序，大幅提高勞動生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動強度，減少電鍍廢水對環(huán)境污染。