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(EnterpriseResourcePlanning,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)(ManufacturingExecutionSystem,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(guān)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(guān)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(lǐng)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(ProgrammaBleLogicController,PLC),再由PLC傳遞至數(shù)字控制 (NumericalControl,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(guān)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—DataAdvanced 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(Statisticalprocesscontrol,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(complexprocesscapability,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(shù)

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(shù)

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(shù)

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。

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2024年第11期第6篇