邵國(guó)慶，李 軍，蔣彬彬，姜 文，亢 國(guó)

應(yīng)用研究

直管法蘭智能裝配裝備研究

邵國(guó)慶，李 軍，蔣彬彬，姜 文，亢 國(guó)

（大連船舶重工集團(tuán)舾裝有限公司，遼寧大連 116013）

為了實(shí)現(xiàn)直管法蘭自動(dòng)化、智能化裝配加工作業(yè)，就需要解決法蘭取料、法蘭雙孔正及旋轉(zhuǎn)預(yù)轉(zhuǎn)角、直管法蘭定位裝配等難題。本文首先分析直管法蘭裝配工藝現(xiàn)狀及難點(diǎn)，以及直管法蘭智能裝配裝備需求的主要功能。然后介紹直管法蘭智能裝配裝備的總體方案及基本結(jié)構(gòu)組成。并介紹了直管法蘭智能裝配的施工流程和裝備的信息數(shù)據(jù)流程。最后，結(jié)合某直管法蘭智能裝配裝備，給出其實(shí)際應(yīng)用效果，為其他管子智能生產(chǎn)線、智能車(chē)間的建立及應(yīng)用提供參考。

直管法蘭裝配 裝備 研究

0 引言

近年，航運(yùn)業(yè)持續(xù)處于低迷狀態(tài)，直接沖擊造船行業(yè)。船舶企業(yè)迫切需要提高生產(chǎn)效率，降低制造成本，以在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲取訂單。船舶制造過(guò)程中，管子加工是必不可少的[1]。管件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種多樣形成了多手工作業(yè)加工的工藝路線，造成生產(chǎn)效率低、成本高、質(zhì)量差、管材利用率低等現(xiàn)象。這一直是制約著船企管子加工提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的瓶頸[2]。隨著中國(guó)制造2025計(jì)劃的實(shí)施，國(guó)內(nèi)船舶企業(yè)加大了管子加工的智能技術(shù)及裝備的研究投入。

智能管子加工生產(chǎn)線由3個(gè)功能性智能裝備組成。其主要構(gòu)成如圖1所示，包括：智能測(cè)長(zhǎng)定長(zhǎng)切割裝備、直管法蘭智能裝配裝備、直管法蘭智能焊接裝備。本文重點(diǎn)研究直管法蘭智能裝配裝備。

1 直管法蘭裝配現(xiàn)狀及難點(diǎn)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)船舶企業(yè)管子裝配作業(yè)主要以人工操作為主，少數(shù)企業(yè)應(yīng)用了直管法蘭半自動(dòng)裝配加工設(shè)備、機(jī)器人進(jìn)行管子法蘭的裝配備作業(yè)。應(yīng)用的直管法蘭半自動(dòng)裝配加工設(shè)備需要人工抓取法蘭進(jìn)行打碼作業(yè)，再由人工將法蘭固定在卡盤(pán)上，啟動(dòng)進(jìn)給按鈕，卡盤(pán)運(yùn)動(dòng)至固定位，由工人手動(dòng)點(diǎn)固焊接，由此完成直管與法蘭間定位組對(duì)工作[3]。直管法蘭半自動(dòng)裝配加工設(shè)備需要大量人工作業(yè)輔助，生產(chǎn)效率低，人員作業(yè)強(qiáng)度高。應(yīng)用的機(jī)器人主要在機(jī)械上集成抓手、焊槍等模塊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更換抓手、抓取法蘭、打碼、配送法蘭至裝配機(jī)、自動(dòng)更換焊槍、釘焊、焊接。機(jī)器人由于集成了抓取、釘焊接、焊接等工序，降低人員作業(yè)強(qiáng)度，但各工序均集中于此，造成生產(chǎn)瓶頸，所以生產(chǎn)效率較低。

要解決裝配生產(chǎn)效率低，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，是需要研發(fā)一種能夠存儲(chǔ)并自動(dòng)進(jìn)行法蘭上料、打碼、旋轉(zhuǎn)雙孔正或預(yù)轉(zhuǎn)角、檢測(cè)調(diào)整直管法蘭間隙、釘焊接功能的直管法蘭裝配裝備。

圖2 直管法蘭半自動(dòng)裝配加工設(shè)備

2 直管法蘭智能裝配裝備主要功能需求

基于裝配，直管法蘭智能裝配裝備需要包含以下3種主要功能：

1）便捷存放待裝配法蘭，自動(dòng)選用相應(yīng)的法蘭進(jìn)行上料、打碼等作業(yè)；

2）自動(dòng)抓取法蘭，判定雙孔正并旋轉(zhuǎn)預(yù)轉(zhuǎn)角，將法蘭精確的運(yùn)送到裝配位置；

3）應(yīng)用激光傳感器掃描直管法蘭間隙，自動(dòng)調(diào)整直管法蘭對(duì)中，并進(jìn)行三點(diǎn)釘焊作業(yè)。

3 裝備總體方案及結(jié)構(gòu)組成

針對(duì)智能裝配裝備的功能需求，研制的直管法蘭智能裝配裝備由法蘭上料裝置、桁架式機(jī)械手、法蘭自動(dòng)組對(duì)機(jī)點(diǎn)焊系統(tǒng)組成。具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 直管法蘭智能裝配裝備示意圖

法蘭上料裝置由法蘭上料單元、打碼機(jī)、移動(dòng)式法蘭庫(kù)以及氣動(dòng)回轉(zhuǎn)臂機(jī)械手組成。

桁架式機(jī)械手主要由龍門(mén)組件、取料機(jī)構(gòu)、控制柜組成。

法蘭自動(dòng)裝配點(diǎn)焊系統(tǒng)主要由底座、移動(dòng)小車(chē)、電動(dòng)卡盤(pán)組件、支撐調(diào)整托架，翻料機(jī)構(gòu)組成。電動(dòng)卡盤(pán)根據(jù)管子長(zhǎng)度調(diào)整具體位置后抓取桁架式機(jī)械手轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的法蘭，由激光傳感器檢測(cè)檢測(cè)直管法蘭間隙，支撐調(diào)整托架自動(dòng)調(diào)整直管法蘭位置使其對(duì)中，兩側(cè)小車(chē)調(diào)節(jié)封閉尺寸適宜，電動(dòng)卡盤(pán)上的焊接機(jī)完成點(diǎn)固焊接作業(yè)。

4 施工流程及信息流程

施工流程：法蘭智能裝配裝備根據(jù)計(jì)劃，控制法蘭上料單元水平轉(zhuǎn)動(dòng)，將對(duì)應(yīng)法蘭轉(zhuǎn)動(dòng)到桁架式機(jī)械手下方，機(jī)械手提取法蘭；后翻轉(zhuǎn)90度，旋轉(zhuǎn)法蘭以確定雙孔正和預(yù)轉(zhuǎn)角；機(jī)械手將法蘭運(yùn)送到法蘭自動(dòng)裝配點(diǎn)焊系統(tǒng)，并回退到初始位置，傳遞第二個(gè)法蘭；待料區(qū)管子翻轉(zhuǎn)到裝配點(diǎn)焊系統(tǒng)上，并進(jìn)行智能感知測(cè)量探測(cè)；根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整對(duì)接法蘭到適應(yīng)位置，進(jìn)行點(diǎn)焊固接；裝配點(diǎn)焊系統(tǒng)回退到預(yù)定位置，傳輸機(jī)構(gòu)將管件輸送到下道工序焊接工位。具體流程如圖4所示。

圖4 直管法蘭智能裝配施工流程

信息流程：電子版設(shè)計(jì)管子加工數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)郊夹g(shù)處理中心進(jìn)行工藝技術(shù)處理和生產(chǎn)制造信息處理，技術(shù)處理中心將生產(chǎn)制造信息和生產(chǎn)管理指令傳輸給生產(chǎn)線數(shù)字化控制系統(tǒng)，生產(chǎn)線數(shù)字化控制系統(tǒng)將加工參數(shù)傳輸給法蘭存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)打碼機(jī)和直管法蘭智能裝配裝備，直接驅(qū)動(dòng)他們進(jìn)行法蘭頂升、法蘭打碼及直管法蘭裝配作業(yè)。具體流程如圖5所示。

5 智能裝配裝備應(yīng)用情況

直管法蘭智能裝配裝備研制經(jīng)過(guò)技術(shù)原理設(shè)計(jì)、技術(shù)方案評(píng)審、生產(chǎn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試、綜合驗(yàn)收等步驟，在已經(jīng)投入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，產(chǎn)品質(zhì)量完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)用效果良好。具體如圖6所示。

該裝備能夠自動(dòng)化、數(shù)字化進(jìn)行法蘭直管裝配作業(yè)，可有效降低對(duì)技術(shù)工人的依賴(lài)，顯著提升施工效率，初步估算能夠提高裝配效率37%左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著。具體效率對(duì)比參見(jiàn)表1。

圖5 直管法蘭智能裝配信息流程

圖6 直管法蘭智能裝配裝備現(xiàn)場(chǎng)照片

表1 直管法蘭智能裝配裝備對(duì)比人工半自動(dòng)裝配法蘭工時(shí)效率對(duì)比表

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)直管法蘭裝配工藝現(xiàn)狀及難點(diǎn)的研究，分析直管法蘭智能裝配裝備主要需求的相關(guān)功能內(nèi)容；結(jié)合傳統(tǒng)的直管法蘭裝配機(jī)的成熟結(jié)構(gòu)，研究完成直管法蘭智能裝配裝備的總體方案，并細(xì)化完成裝備的基本結(jié)構(gòu)組成；結(jié)合傳統(tǒng)的直管法蘭裝配工藝技術(shù)和信息化技術(shù)，優(yōu)化形成直管法蘭智能裝配的施工流程和裝備的信息數(shù)據(jù)流程；最終，結(jié)合相關(guān)技術(shù)成果研制了直管法蘭智能裝配裝備。

該裝備通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了裝備具備的預(yù)轉(zhuǎn)角及直管法蘭自動(dòng)裝配功能，裝備加工的產(chǎn)品質(zhì)量完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。裝備可有效降低對(duì)技術(shù)工人的依賴(lài)，顯著提升施工效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。裝備的研究、研制及應(yīng)用為管子智能生產(chǎn)線、智能車(chē)間的建立及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

[1] 何磊. 面向船廠管子車(chē)間柔性制造的生產(chǎn)控制優(yōu)化方案研究[D]. 江蘇: 江蘇科技大學(xué), 2020.

[2] 劉海仁, 趙寅妮, 趙文卿, 胡蘇. 管子加工智能測(cè)長(zhǎng)、定長(zhǎng)切割單元研究[J]. 船電技術(shù). 2020, (04): 1-4.

[3] 李金銘, 魏鵬釗. 管法蘭焊接生產(chǎn)線在造船行業(yè)中的應(yīng)用[J]. 金屬加工, 2010, (20): 31-32.

Research on intelligent assembly equipment of straight pipe flange

Shao Guoqing, Li Jun, Jiang Binbin, Jiang Wen, Kang Guo

(Dalian Shipbuilding Industry Outfitting Co., Ltd. Dalian 116013, Liaoning, China)

TG457

A

1003-4862（2022）02-0016-03

2021-05-13

國(guó)家工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：MC-201906-Z01

邵國(guó)慶（1982-），男，高級(jí)工程師。研究方向：船舶舾裝件生產(chǎn)。E-mail: 13478444642@163.com