收稿日期：2023-10-10

基金項目：平高集團科技項目“（PGKJ2022-237 550 kV GIS隔離接地開關(guān)智能生產(chǎn)線工藝研究及應(yīng)用”）。

作者簡介：史潤軍（1980—），男，碩士，高級工程師，研究方向：氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備與質(zhì)量控制。

通信作者：王汝佳（1989—），男，碩士，工程師，研究方向：氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）。

摘 要：【目的】在高壓開關(guān)生產(chǎn)過程中，物流轉(zhuǎn)運和裝配工藝比較傳統(tǒng)，導(dǎo)致工作效率低，且產(chǎn)品質(zhì)量也不穩(wěn)定，迫切需要找到解決該問題的技術(shù)方案?！痉椒ā恳愿綦x接地開關(guān)為研究對象，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)需求來優(yōu)化生產(chǎn)布局，運用連續(xù)流的理念設(shè)計出包含智能化物料配送和智能化裝配在內(nèi)的智能化生產(chǎn)線。【結(jié)果】智能化生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用和生產(chǎn)節(jié)拍的優(yōu)化縮短了等待時間，提高了生產(chǎn)效率，并降低了工人的勞動強度。【結(jié)論】本研究的研究結(jié)果為電力行業(yè)探索出一條數(shù)字化、智能化裝配技術(shù)路線。

關(guān)鍵詞：智能化；生產(chǎn)線；隔離接地開關(guān)

中圖分類號：TH87" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）02-0017-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.02.003

Application of Intelligent Production Line in Isolated Ground Switch Manufacturing Scenario

SHI Runjun WANG Rujia WANG Xiaosheng

（Henan Pingzhi High-voltage Switchgear Co.，Ltd.，Pingdingshan 467001， China）

Abtrsact： [Purposes] In the production process of high-voltage switch， the logistics transfer and assembly process are more traditional， resulting in low work efficiency and unstable product quality. It is urgent to find a technical solution to solve this problem.[Methods] Taking the isolated grounding switch as the research object， the production layout was optimized according to its structural characteristics and production requirements， than， the intelligent production line including intelligent material distribution and intelligent assembly was designed by using the concept of continuous flow. [Findings] The application of intelligent production equipment and the optimization of production rhythm shortened the waiting time， improved the production efficiency and reduced the labor intensity of workers. [Conclusions] The research results of this study explore a digital and intelligent assembly technology route for the power industry.

Keywords：intelligentize;production line;isolated ground switch

0 引言

氣體絕緣全封閉組合電器（Gas Insulated Substation，GIS）由斷路器、隔離接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件、出線終端等部件組成，被廣泛應(yīng)用于高壓、超高壓和特高壓領(lǐng)域中，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、配置靈活、環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點。目前，隔離接地開關(guān)的生產(chǎn)裝配仍以人工“地攤式”作業(yè)方式為主，生產(chǎn)效率低，且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。面對日益增長的市場需求，對隔離接地開關(guān)的裝配生產(chǎn)技術(shù)進行提檔升級成為該行業(yè)的迫切需求。目前，國內(nèi)已有將機械化和自動化技術(shù)應(yīng)用于高壓開關(guān)生產(chǎn)過程中的相關(guān)研究，并取得了一定成果。本研究將進一步研究智能化生產(chǎn)線技術(shù)在隔離接地開關(guān)制造場景中的應(yīng)用，通過優(yōu)化生產(chǎn)布局，運用連續(xù)流理念來設(shè)計裝配工藝和生產(chǎn)節(jié)拍，并開發(fā)出適合的軟件系統(tǒng)，從而完成對智能化化裝配生產(chǎn)線的建設(shè)，探索出一條更高效和可行的數(shù)字化、智能化裝配技術(shù)路線。

1 智能化技術(shù)

智能化是指事物在計算機網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持下，所具有的能滿足人的各種需求的屬性。智能化技術(shù)在其應(yīng)用中主要體現(xiàn)在計算機技術(shù)、精密傳感器技術(shù)、GPS定位技術(shù)的綜合應(yīng)用。隨著數(shù)字化技術(shù)不斷發(fā)展，智能制造正逐漸成為一個新趨勢，智能制造的應(yīng)用將極大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量［1］。與傳統(tǒng)人工操作的工藝技術(shù)相比，智能化技術(shù)主要有以下三個方面的優(yōu)勢。

①生產(chǎn)效率高。在實施智能化技術(shù)過程中，用到機器人、助理機械手等設(shè)備，機器人在執(zhí)行任務(wù)時，傳感器可為其提供合適的信息，提高作業(yè)的準(zhǔn)確率、加快操作速度、減少作業(yè)時間，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

②工人勞動強度低。在智能化技術(shù)實踐過程中，采用各種機械和信息設(shè)備來完成勞動環(huán)境差、危險性高、勞動量最大的工作，在很大程度上降低了工人的勞動強度，保障了工人的人身安全。

③產(chǎn)品質(zhì)量有保障。智能化技術(shù)通過替代或減少人工參與，從而減少人為因素的干擾，避免因工人疏忽或疲勞等影響產(chǎn)品的質(zhì)量。同時，智能化技術(shù)可快速調(diào)整工藝參數(shù)，并能在符合質(zhì)量要求的前提下實現(xiàn)模塊化、個性化生產(chǎn)，保障產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可控［2］。

2 GIS隔離接地開關(guān)裝配生產(chǎn)特點

隔離接地開關(guān)是GIS設(shè)備的核心部件，是一種主要用于隔離電源、倒閘操作、連通和切斷小電流電路，并具有無滅弧功能的開關(guān)器件，主要由可動部、固定部、接地開閉、快速開閉等部分組成［3］。隔離接地開關(guān)具有標(biāo)準(zhǔn)化程度高、市場需求量大等特點，具備建設(shè)智能化裝配生產(chǎn)線的前提條件［4］。本研究以隔離接地開關(guān)為研究對象，分析裝配生產(chǎn)的現(xiàn)狀。隔離接地開關(guān)生產(chǎn)線包含零部件配送、分裝、總裝、檢測四大生產(chǎn)步驟?，F(xiàn)有的分裝工序依靠人工來完成，效率低、節(jié)拍時間長、與總裝生產(chǎn)節(jié)拍存在差距?？傃b工序的自動化程度低，對吊車的依賴程度高，勞動強度大。零部件管理不夠科學(xué)，主要依靠人工來完成點件及轉(zhuǎn)運，配送及時性、到位率均不高。目前，生產(chǎn)線是多工位“地攤式”同時生產(chǎn)，工序間的在制品多，作業(yè)人員在執(zhí)行同一道工序時，需要在工位間來回走動，勞動強度較大，生產(chǎn)效率較低。因此，迫切需要引進智能制造技術(shù)來進一步提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度。

3 工藝方案設(shè)計

通過對裝配現(xiàn)狀進行分析，本研究按組件單元、裝配工序等要素，使用信息技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動化技術(shù)等，運用連續(xù)流的生產(chǎn)理念，設(shè)計出隔離接地開關(guān)生產(chǎn)線智能化建設(shè)方案。將整線分為分裝和總裝兩個裝配區(qū)域，以隔離接地開關(guān)殼體為基礎(chǔ)件，以總裝工序為主線?？傃b區(qū)域按照工序設(shè)計了全自動總裝工位和人工輔助總裝工位；分裝區(qū)域設(shè)計了可動部、固定部、接地開閉和快速開閉這四個分裝工位。配置的有軌制導(dǎo)車（RGV）可在各工位和物料交換臺之間來回穿梭，用于傳遞物料和轉(zhuǎn)運半成品。產(chǎn)線設(shè)計按照“共用工位、共用設(shè)備”的原則，提高工位和設(shè)備的利用率，避免因功能單一而造成工位和設(shè)備閑置，從而提高隔離接地開關(guān)的裝配質(zhì)量和裝配效率，并減輕勞動強度［5］。智能產(chǎn)線工位方案如圖1所示。

3.1 分裝工藝布局

自動導(dǎo)引車（AGV）裝載分裝用導(dǎo)體、屏蔽、機構(gòu)殼體等大件水洗零部件，并按節(jié)拍配送到工位對應(yīng)的接駁站，機器人夾取部件放置到交換平移臺上，平移臺滑出，將部件傳遞到裝配作業(yè)臺上。作業(yè)臺上方設(shè)置有與MES連接的觸摸屏一體機，用來顯示產(chǎn)品裝配信息、裝配工藝、物料信息，并支持工件上線掃碼與訂單綁定，從而完成質(zhì)量追溯。在分裝完成后，作業(yè)人員使用框架吊和交換平移臺，將分裝部傳遞到全自動總裝工位，機器人夾取分裝部進行總裝。裝配所需的小型零部件存放在料架上，供料原則為“雙料盒制”。

3.2 總裝工藝布局

AGV將隔離接地開關(guān)殼體按需求轉(zhuǎn)運到人工輔助總裝工位上，作業(yè)人員檢在查處理后，利用工位上方的框架吊將殼體吊裝到殼體平移到翻轉(zhuǎn)臺上。翻轉(zhuǎn)臺傳遞殼體到全自動總裝工位，并將殼體翻轉(zhuǎn)180°，七軸機器人抓取涂膠系統(tǒng)會對殼體法蘭進行自動涂膠。機器人通過抓手快換系統(tǒng)來更換抓手，并與固定部入殼設(shè)備、接地開閉機構(gòu)入殼設(shè)備等配合，將抓取到的分裝工位交換平移臺上的分裝部送入到隔離開關(guān)殼體。殼體平移翻轉(zhuǎn)臺在自動總裝工位和人工輔助總裝工位之間來回移動，從而完成部件傳遞和姿態(tài)的調(diào)整。裝配工作臺的作業(yè)人員與機器人相互配合，共同完成分裝部和附件的總裝工作。作業(yè)人員將成品吊裝到下線工位，再由AGV轉(zhuǎn)運到指定位置，從而完成隔離接地開關(guān)總裝作業(yè)。

4 軟件系統(tǒng)

根據(jù)智能制造、精益生產(chǎn)的先進理念，產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計整合了產(chǎn)線的管理系統(tǒng)、識別系統(tǒng)、上位機控制系統(tǒng)等分系統(tǒng)，提供統(tǒng)一的信息、數(shù)據(jù)、異常處理平臺，產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)可實時上傳到車間管控系統(tǒng)，為車間生產(chǎn)活動提供及時、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，助力生產(chǎn)管理科學(xué)決策。該系統(tǒng)要滿足以下需求：①與MES系統(tǒng)交互，接收生產(chǎn)任務(wù)指令，并反饋生產(chǎn)信息；②記錄物料的配送和裝配履歷等過程信息；③轉(zhuǎn)運設(shè)備配套相應(yīng)的調(diào)度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)零部件、成品和工序間的智能轉(zhuǎn)運；④通過工位可視化終端來錄入質(zhì)量信息，并實時顯示生產(chǎn)狀態(tài)、物料需求情況等生產(chǎn)信息。系統(tǒng)功能如圖2所示。

5 結(jié)語

通過研究智能化生產(chǎn)線技術(shù)在GIS隔離接地開關(guān)制造場景中的應(yīng)用情況，設(shè)計出一套包含智能化部品配送和轉(zhuǎn)運、智能化裝配、裝配數(shù)據(jù)自動采集和實時存儲、裝配狀態(tài)自動顯示的智能化隔離接地開關(guān)裝配工藝技術(shù)方案，為特高壓開關(guān)產(chǎn)品數(shù)字化、智能化裝配探索出一條技術(shù)路線，對提高高壓開關(guān)設(shè)備行業(yè)裝配質(zhì)量和裝配效率、降低工人勞動強度具有重要應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

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