王維震 王政 朱啟增 安傳鋒

摘要：加工數(shù)據(jù)不只是流動、儲存，更多的是要與設備融合起來，為設備提供決策，實現(xiàn)預警、報警和修正。P系列柴油機自動化加工線便是融合了智能檢測、智能傳輸、智能分析計算反饋修正的一條生產(chǎn)線，現(xiàn)對其實現(xiàn)自動化、無人化生產(chǎn)過程進行分析。

關鍵詞：工業(yè)4.0;自動化;智能檢測;在線測量

中圖分類號：TP29? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）11-0022-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.11.006

0? ? 引言

工業(yè)4.0時代已經(jīng)到來，傳統(tǒng)的生產(chǎn)線正逐步被自動化生產(chǎn)線所替代[1-2]。自動化生產(chǎn)線實現(xiàn)了高效、高質(zhì)量、少人化生產(chǎn)，但同時也帶來了一定的質(zhì)量風險[3-4]。因此，單純的自動化生產(chǎn)線已無法達到工業(yè)4.0的要求，而高度智能化生產(chǎn)線一定具備兩個流——實物流和數(shù)據(jù)流，高度智能的數(shù)據(jù)流對當前生產(chǎn)線建設非常重要。

1? ? P系列柴油機自動化加工線介紹

該生產(chǎn)線是一條自動化、信息化黑燈生產(chǎn)線，共15個工序，18臺設備，設計產(chǎn)能10萬臺/年。計劃員使用企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）下達生產(chǎn)任務，數(shù)據(jù)自動傳輸至制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）（圖1），激光打刻機接收MES計劃，根據(jù)任務號辨別半成品件號是否符合生產(chǎn)計劃，若符合，則該工件由桁架機械手抓取，向后流轉(zhuǎn)，若不符合，則由機械手抓取到剔料工位，向后流轉(zhuǎn)的機械手全程的流動均通過桁架機械手、關節(jié)機械手、輥道等自動化設備進行，各工序的加工設備均是自動化加工設備，機加工設備采用進口設備，輔機采用國內(nèi)知名廠家產(chǎn)品，各工序配備了視覺檢測、壓力位移檢測、在線測量測頭及柔性在線測量設備，實現(xiàn)了全過程、全尺寸100%在線檢測，其中在線測量測頭具備補償功能，主要補償加工位置及其他相關尺寸。

2? ? 加工中心柔性化檢測

2.1? ? 加工程序選擇智能自動化

P系列發(fā)動機匹配客戶比較多，涉及重卡、船機、農(nóng)機、工程機械、客車等領域，配套多必然造成件號較多，目前工件件號達到54個。該生產(chǎn)線前5道工序為機加工工序，使用加工中心加工，以往都是人工通過肉眼檢查工件件號，然后通過紙質(zhì)加工程序匹配表查找該機型應該用的加工程序，再通過人工在加工中心選擇加工程序，該過程存在極大風險，肉眼看件號、匹配加工程序、選擇加工程序這三個過程容易看錯、記錯、選錯，造成工件報廢。該生產(chǎn)線通過加裝二維碼自動掃描儀，并將掃描儀與加工中心連接，實現(xiàn)了將掃描儀讀取的信息傳遞到加工中心可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），再由PLC傳遞至數(shù)字控制（Numerical Control，NC），將讀取的信息最終自動轉(zhuǎn)化成所需要的加工程序（圖2）。該過程全程無人工參與，杜絕了人為原因造成的加工質(zhì)量問題，節(jié)省了換型時間，提高了加工效率。

2.2? ? 加工刀具斷刀檢測自動化

刀具在加工過程中由于加工硬點、刀具自身質(zhì)量、工件硬度變化等原因，經(jīng)常會發(fā)生斷刀問題，由于生產(chǎn)線無人化，該問題一旦發(fā)生，將會形成批量質(zhì)量問題。為解決該問題，對加工中心進行了改造，加裝了刀具在線檢測設備（圖3），該設備與機床互聯(lián)互通，通過監(jiān)控主軸力矩，監(jiān)測刀具是否有斷刀、蹦刃等問題，一旦力矩變化趨勢不良或有突發(fā)變化情況，機床將針對監(jiān)測設備提供的信息，發(fā)出警報或直接停機。該設備能準確發(fā)現(xiàn)斷刀及不良加工行為，不僅能夠防止質(zhì)量問題，同時也替代了原有的人工強制換刀管理方式，延長了刀具壽命，減少了換刀時間，提高了加工效率，降低了生產(chǎn)成本。

2.3? ? 在線測量測頭在加工中心的應用

為提高加工效率，本產(chǎn)線加工中心采用雙托盤模式。雙托盤加工精度不如單托盤穩(wěn)定，以往為了保證加工精度，每臺機床均要送檢三坐標，用以檢查工件位置尺寸的加工穩(wěn)定性，并進行人工調(diào)整。該檢測方式雖然檢測精度高，但也存在以下兩個問題：首先，時效性差，受檢測資源的限制，每臺機床每個托盤每周僅能送檢一次，一旦位置尺寸偏差大，將形成批量質(zhì)量問題;其次，一旦位置尺寸靠近公差上限或下限，需人工調(diào)整機床加工程序，調(diào)整過程中，人工易調(diào)反方向或輸錯數(shù)值，導致位置尺寸偏出公差，從而造成批量質(zhì)量問題。為解決這兩個問題，生產(chǎn)線引進在線測量測頭系統(tǒng)（圖4），每臺工件加工前，都對托盤進行檢測，實時獲得托盤的實際位置，并將測得的數(shù)據(jù)寫進NC中，機床自動計算，更改加工程序參數(shù)，確保工件位置尺寸始終保持在中間公差。該檢測方式實現(xiàn)了工件位置尺寸100%在線測量，同時實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動補償，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，杜絕了人工參與造成的風險。

2.4? ? 柔性在線測量設備在加工線的應用

以往加工尺寸的測量全部由人工靠測量檢具檢測，每天測量約10件左右，測量比例較低，不能及時發(fā)現(xiàn)問題，并且在檢測過程中操作者容易看錯表，導致出現(xiàn)質(zhì)量問題時無法發(fā)現(xiàn)。為解決該問題，生產(chǎn)線根據(jù)加工尺寸，設計了在線測量機（圖5），對加工尺寸進行100%檢測。該設備使用關節(jié)機器人抓取測量檢具，工件舉升定位，測量前使用空氣清理設備清理工件鐵屑，工件編碼與測量數(shù)據(jù)綁定，測得的數(shù)據(jù)上傳至MES及質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析專家（Quality-Data Advanced System，Q-DAS）。MES用于儲存測量數(shù)據(jù)，作為追溯使用，Q-DAS則對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計過程控制（Statistical Process Control，SPC）分析，用于研究生產(chǎn)線過程能力，通過對數(shù)據(jù)的研究，可及時發(fā)現(xiàn)機床、夾具、刀具問題，采用相應措施及時規(guī)避問題的發(fā)生，通過對過程的不斷改進，提升過程能力。當前，該線機加工過程能力（Complex Process Capability，Cpk）指數(shù)已經(jīng)由原來的1.2提升至1.53，提升比例達到了28%，產(chǎn)品合格率達到了99.98%。

3? ? 輔機智能化檢測

3.1? ? 視覺檢測技術

為實時監(jiān)督生產(chǎn)過程質(zhì)量，在生產(chǎn)線8個工序中配備視覺檢測（圖6），實現(xiàn)過程質(zhì)量100%監(jiān)控，當視覺檢測發(fā)現(xiàn)異常時，機床自動報警停機，需要人為進行確認。視覺檢測內(nèi)容有：碗形塞底孔自動涂膠后是否斷膠、噴油器孔密封圈是否裝配到位、裝配用結(jié)合面有無異物、零部件是否漏裝、工件有無多/漏加工等。同時，建立視覺檢測有效性驗證管理辦法，每周對各個視覺檢測工序進行有效性驗證，確保檢測結(jié)果真實有效。

3.2? ? 光學檢測技術

對于工件倒角角度、倒角大小等不便測量項目，生產(chǎn)線配備兩臺光學檢測設備（圖7），并與生產(chǎn)線串聯(lián)，分別檢測缸體缸孔倒角和缸蓋閥座孔倒角，能夠?qū)崟r檢測倒角角度和倒角大小，并可清晰直觀地查看所計算的統(tǒng)計數(shù)值，然后根據(jù)設計條件自動判別控制圖有無異常，便于質(zhì)量實時監(jiān)控。

3.3? ? 壓力位移檢測技術

P系列發(fā)動機有大量壓裝尺寸需要控制，例如碗形塞、氣門導管、氣門閥座、凸輪軸襯套等均采用電缸壓裝，位移壓裝尺寸均使用機械限位控制，但隨著機械限位工裝的磨損，該類壓裝尺寸會發(fā)生變化，直至不合格，并且不易發(fā)現(xiàn)。為解決該問題，P系列發(fā)動機生產(chǎn)線所有壓裝尺寸均采用壓力位移法控制（圖8），該方法可精準控制壓裝尺寸，一旦壓裝不正常，設備會報警停機，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題。該方法的應用大大降低了操作者測量強度，同時規(guī)避了壓裝尺寸超差的風險。

4? ? 結(jié)束語

發(fā)動機的加工是一個復雜的工藝系統(tǒng)，各項加工指標都較難控制，因此一條高度自動化、信息化、智能化的生產(chǎn)線非常重要。本文所述生產(chǎn)線能在解決工藝難題的同時，解決加工尺寸檢測自動化、智能化的問題，可為本行業(yè)或其他行業(yè)零部件生產(chǎn)線建設提供參考。

[參考文獻]

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收稿日期：2024-01-29

作者簡介：王維震（1987—），男，安徽宿州人，工程師，研究方向：內(nèi)燃機制造技術。