柔性制造系统在工程机械产品制造中的应用

柔性制造系统在工程机械产品制造中的应用

潘云峰

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摘要：工程机械产品的质量标准越来越高，工程机械产品制造技术不断提升，各个系统的匹配性也更强。工程机械产品的质量、核心技术受到了很多因素的影响，除了大型结构件的制造技术水平之外，还与各系统的协调性有关。工程机械产品的制造需要经过很多个工序才能够完成，具有复杂性、系统性，为了保障工程机械产品的精度、质量等需要尽快使用先进的制造系统。柔性制造系统作为目前在工程机械产品制造中应用价值比较高的系统之一，具有优越的灵活性，可以起到积极的作用。基于此，对柔性制造系统在工程机械产品制造中的应用进行研究，以供参考。

关键词：柔性制造系统；工程机械产品；制造；应用

引言

柔性制造系统所涉及的工艺基础较为复杂，在系统初始阶段需要按照成组的加工对象确认工艺过程，详细设计、建模与仿真，并且由计算机控制，自动调整并实现多品种工件、中小批量的高效生产。柔性制造系统与自动化、计算机、数控、物流、刀具等多个技术点相关，系统设计投入规模较大，风险较高。FlexSim软件是柔性制造系统进行生产线仿真的最佳选择，面向对象的仿真环境，能够在设计阶段建立离散事件流程过程，大大降低柔性制造系统的设计风险，已经得到广泛的应用。

1柔性制造系统

柔性制造系统在工程机械产品制造中的应用价值越来越高，这与其信息控制系统、物料储运系统等子系统有关，也得益于柔性制造系统中的一组数字控制加工设备。柔性制造系统的应用主要是发挥了其自动化的优势，可以最大程度地减轻人力劳动强度。成组技术属于柔性制造系统的工艺基础，为此应用柔性制造系统时需要以生产计划作为前提条件，从而确保生产过程中的生产组织流程可以灵活地调整，并适用于多样化的工程机械产品制作需求，充分提高生产的整体效率。而且也能够从市场变化的需求着手，利用柔性制造系统相应地调整生产计划和生产目标，确保所生产的工程机械产品能够拥有良好的销量。柔性生产作业系统、生产控制信息系统、物流储运系统作为柔性制造系统的重要组成部分。而销存管理和工艺研发系统则属于生产控制信息系统。从柔性制造系统的柔性生产作业系统的组成部分来看，则主要以各种生产线组成，比如焊接、加工、热处理、装配等方面的生产线。物料管理、营销、物流运输定位系统则组成了物流储运系统。从这些柔性制造系统的子系统来看，其采用的明显是分级管理技术，能够确保每一个层级的作业系统都处于高效运转状态之中，并且有效预防作业故障。焊接柔性作业系统作为柔性制造系统重要的内容，在很多制造企业中都在加以应用，本文便从实践经验和技术研究成果等各方面对焊接柔性作业系统的应用作了详细分析，以展现柔性制造系统在工程机械产品制造中的应用价值。

2柔性制造系统在工程机械产品制造中的应用

2.1数字化生产线实现的功能

近年来，已有百余条轿车底盘装配生产线和专机上布署了HDS数字化系统，实现了柔性生产。所生产的产品供货大众、奥迪、别克、雪佛兰、凯迪拉克、宝马、荣威、名爵等十余个品牌的百余款车型。HDS数字化系统实现了以下功能。①装配工艺数字化。装配工艺数字化是把生产工艺数据进行数字化，由HDS数字化系统通过网络直接下发到各个制造执行单元、部件，各单元部件的数据也通过网络上传到HDS数字化系统，实现工艺的数字化。②生产过程智能化。生产过程智能化是采集生产过程中的资源数据，经过数据过滤清洗提炼出精确数据，并结合库存状态、环境变化和作业人员状态数据对生产线进行分析，支持对关键质量控制点的质量控制阈值的在线优化;同时，利用生产过程产生的数据，分类传入上层系统，结合异源数据分析整个装配流程，支持改进装配工艺和设备性能，以实现生产智能化。③人机协作生产。人机协作生产是采用自动系统将工件从料框搬运到夹具，随线体运输至工站。人工实现异型件的摆放和自动化实现成本较高的作业。机器人完成重复性高、节奏快、劳动强度大的拧紧作业，通过实时反馈的角度及拧紧扭矩值判断装配质量，降低工人的劳动强度，提高产量和效率。④自适应的柔性化生产。生产线可根据预设指令或者动态标签触发相关动作，匹配工艺和生产计划，并自动换型，以兼容多种产品，实现高度柔性和自适应的装配。

2.2数据感知和传输

近年来，随着传感器性能的逐渐提升，新型的传感器具有耐腐蚀、抗高温、采样频率高、采集数据大量增加等特点，柔性制造系统利用这些传感器将大量的相关数据提供给数字孪生体。因此，传感器的性能决定了数字孪生体的最终效果，这些新型的传感器为数字孪生提供保障。传感器采集的信号主要有两种，一是开关量信号，二是模拟量信号。可通过可编程逻辑控制器（PLC）系统、分布式控制（DCS）系统等进行采集这些传感器信号。而这两种信号的采样周期不一样，通常模拟量信号的采样周期为分钟级、开关量信号的采样周期为秒级甚至毫秒级。因此，为了解决这些问题学者们采用了各种方法。如对概率主元分（PPCA）等概率框架下的统计学习方法进行集成，对二采样率数据使用因子分析（FA）。对多采样率数据利用多个卡尔曼滤波器进行信息融合等。以及对完成自动化的数据利用TOSCA将分析算法与数据集成相互关联起来。将图像、文本转换为向量表达形式的结构化数据，从而进行建模的方法也可作为借鉴应用于工业中。

2.3柔性制造生产线的通讯系统设计

柔性制造生产线的通讯系统由三部分组成，分别是总线控制器、总线设备和用于总线设备间与总线控制器进行连接的电缆。网络拓扑为主干上分出树杈型结构，主干为远程总线，分两层通信结构，第一层为总线主站，采用INTERBUS总线350型网关接口模块、INTERBUS本地总线模块、8个数字输入和8个数字输出、电压24伏，第二层为总线分站，每个分站包含耦合器模块和数字输入、输出模块，总线采取导轨安装方式进行安装，模块间相邻安装。INTERBUS通信软件设置与INTERBUS总线组态、编程均在PCWORX中进行。

2.4计算机的应用

计算机在柔性制造系统中占有重要地位，例如在焊接作业单元中计算机就需要用来控制伺服电机，而伺服电机往往都是安装在机器人本体上的，还会应用到伺服放大器，所以机械手在这些机械设备的作用下能够协调运动，达到预期的控制效果。另外配有计算机控制系统软件的控制柜还可以起到寻找起始点、跟踪电弧的作用。探讨焊接作业单元中柔性制造系统的应用时也会涉及到变位机的作用，工件的定位要想精确则需要应用到变位机，精确的定位是固定工件安装的重要前提条件，利用变位机旋转工件，确保焊缝可以得到精确焊接，与机械手充分联动。变位机在实践中的应用效果显著，而且目前已经有了头尾架、L型等两种变位机，能够满足大部分情况下的固定工件安装需求。在焊接过程中会应用到很多焊接设备，除了常见的焊枪、焊接电源之外，还需要使用剪丝、水冷、送丝等装置，以达到焊接标准和要求。

结束语

将新一代信息技术应用到先进制造的关键业务领域，有效提升企业综合竞争力是必然趋势。数字孪生将被模拟对象和仿真模型融合起来，在虚拟空间再现真实生产制造场景，在柔性制造系统全生命周期数字化管理中发挥了重要作用。

参考文献

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