生产制造单元（通用9篇）
生产制造单元 篇1
机器加工型产品在生产组织上与装配型产品有很大差别, 因各工序工艺不同, 工时差别大, 流水线组织困难, 不易平衡, 往往采用批量搬运方式提高作业员的利用率, 这必将导致在制品数目增加, 进而产生制造周期延长等多种问题。为了解决上述问题, 一人多机的单元式制造方式愈来愈受到重视。制造单元指作业单位规模大于单台机器或工站但小于通常的车间。一般由5-15个工站紧密布置在一起, 配置3-12名作业员[1]。在实践中, 制造单元内的工站一般呈U型布置或采用多个U型组合在一起的花瓣式布局方式。如图1[2]所示, 作业员在各自的单元内巡回作业, U型布局能显著缩短作业员从作业终点返回起点的距离。在制造单元规划过程中, 如何将各作业分配给指定的作业员是一个非常重要的问题。为了提高作业效率, 希望分配给每个作业员的工作量尽量接近, 这里称之为平衡设计。传统方法是从第一道工序开始依次累加下道工序, 保证工时之和小于节拍时间, 这种方式尽管能满足节拍要求, 但不能保证作业员工作量尽可能接近。本文以某储气桶制造单元为例, 采用数学模型方法求解最优的平衡设计方案, 并提供实用的求解手段。
1 工艺说明
某公司是一家中小型企业, 主要为国内一些轿车生产厂配套生产储气筒。为了适应当前市场特点, 拟将原来机群式布局转化为制造单元。储气筒加工流程如表1所示, 加工工序从钢板下料开始, 经工序1钢板冲孔、工序2钢板卷筒, 一直到工序13装阀门, 之后还有水洗、电泳、烘干等工艺, 因某些工艺距离生产单元较远。故工序1之前和工序13之后工艺, 不在本次研究范围内。拟构建3个U型单元组成的花瓣式制造单元, 每单元配员一人, 且各工序为单一工位。
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2 问题分析与建模
本题的目标是将上述工序分成三组, 使作业员在各自单元内巡回一周的时间尽量接近, 但不能打乱工序的相对顺序。设T1、T2、T3为作业员巡回一周的时间, a[1]~a[13]表示13道工序的周期时间, x、y、z为代表工序编号的决策变量, stdev表示求标准差, 则有:
目标函数为:min Z=stdev (T1, T2, T3)
约束条件为:1≤x, y, z≤13;x, y, z∈int;且满足x
3组的加工时间分别为:
各组工序数目为:
由于在布置之前, 各机器位置未定, 不能确定作业员在相邻工位间移动的具体时间δ, 但制造单元要求尽量将机器靠近, 这个时间比较短, 一般为2s左右, 这里按2s估算。作业员在工序间巡回移动, 所以总移动时间为工位数乘以2s, 当作业员负责单一工序时, 不需要在工序间移动, 时间为0。则作业员在单元内移动的时间为:
则作业员在各自的单元内巡回一周的时间为:
3 模型求解
上述模型为非线性规划, 拟采用遗传算法求解, 尽管学术界对遗传算法研究甚多, 但因其理论较深奥, 很难为非专业人士所用。Evolver是由美国Palisade公司开发的一款Excel插件程序, 采用遗传算法搜索系统最优解, 操作简单, 求解迅速。本文以此软件求解上述模型。首先以Excel表格的形式描述上述关系, 得到表2。之后配置目标函数和约束条件如图2。设置交叉算子取0.5, 变异算子取0.1, 设初始决策变量为1, 2, 3, 运行得到系统最优解见表3。由表3可知, 最佳的分组方案为3、4、5、6、7为一组, 8、9、10、11为一组, 12、13、1、2为一组, 此时的目标函数值为20.9645。若采用人工编排的方式, 需反复尝试, 工作量巨大, 且不易找到上述最优解。
4结语
从建模及求解过程可以看出, 当作业员数目增加时只要增加决策变量个数即可, 对于U型单元内有多名作业员同时作业的情况。需根据作业员巡回时间与决策变量的关系对上述算法进行修改。Evolver软件的使用使普通生产管理者应用遗传算法进行优化求解成为可能。
参考文献
[1]Lee Quarterman.Strategos Guide to Value Stream&Process Mapping[M].Kansas City:Ebook, 2006.
[2]孙亚斌.精益生产实战手册-单元生产与看板拉动[M].深圳:海天出版社, 2006.
生产制造单元 篇2
授课内容
1.1 电子工艺技术基础知识
1.2 电子工艺在中国的发展和工艺技术教育
计划学时 2 教学目标
1、掌握电子工艺研究的范围是哪些？
2、掌握电子工艺技术人员的工作范围是哪些？
重点、电子工艺研究的范围；
2、电子工艺技术人员的工作范围。
难点
记住企业 工艺技术人员的工作范围。
教学设计
（主要步骤、教学方法、手段）
教学步骤：、以现代工业技术的发展引入生产工艺，举例说明工艺的重要性；、以产品形成的因素说明工艺研究的范围；
3、中国工业的落后突出体现在工艺的落后；
4、从产品形成到大批量生产说明工艺技术人员的工作范围。
教学内容
1、电子工艺的定义
工艺是生产者利用生产设备和生产工具，对各种原材料、半成品进行加工或处理，使之最后成为符合技术要求的产品的艺术（程序、方法、技术）。
制造工艺包容每一个制造环节的整个生产过程。工艺追求的是效率、质量及利润。、电子工艺研究的范围）材料
整机产品和技术的水平，主要取决于元器件制造工业和材料科学的发展水平；）设备
电子产品工艺技术的提高，产品质量和生产效率的提高，主要依赖于生产设备技术水平和生产手段的提高。）方法
对电子材料的利用、对工具设备的操作、对制造过程的安排、对生产现场的管理——在所有这些与生产制造有关的活动中，“方法”都是至关重要的。）操作者
决定因素是人，经过培训，有高素质的人。高级管理人员，高级工程技术人员，高等级技术工人三种人是电子工业的关键人才。）管理
管理出效益。管理——在所有与生产制造有关的活动中，“方法”都是至关重要的。与以上制造过程的四个要素比较，管理可以算是“软件”，但确实又是连接这四个要素的纽带。
讨论题：产品设计重要还是生产工艺重要？、电子工艺学的特点）涉及众多科学技术领域 2）形成时间较晚而发展迅速 4、电子工艺课程的培养目标
有技术、会操作，能解决现场技术问题的工艺技术或现场管理人才。、工艺工作的范围）开发阶段的工作
⑴ 根据产品设计文件要求，编制生产工艺流程、工时定额和工位作业指导书；指导现场生产人员完成工艺操作和产品质量控制。
⑵ 编制和调试 AOI、ICT 等先进测试设备的运行程序和 SMT 工艺涉及的锡膏印刷机、自动贴片机、再流焊机、波峰焊机等生产设备的操作方法及规程，设计、制作、加工或检验工装。
⑶ 负责新产品研发中的工艺评审。主要对新产品元器件的选用、PCB 电路板设计和产品生产的工艺性能进行评定，提出改进意见。）生产阶段的工作
（1）对新产品的试制、试生产，负责技术上的准备和协调，现场组织解决有关技术和工艺问题，提出改进意见。
（2）实施生产现场工艺规范和工艺纪律管理，培训和指导工人的生产操作，解决生产现场出现的技术问题。
（3）控制和改进生产过程的工作质量，协同研发、检验、采购等相关部门进行生产过程质量分析，改进并提高产品质量。）发展阶段的工作
研讨、分析和引进新工艺、新设备，参与重大工艺问题和质量问题的处理，不断提高企业的工艺技术水平、生产效率和产品质量。、小结
作业：、电子工艺技术培养目标是什么？、电子工艺技术人员的工作范围是哪些？ 《电子产品制造工艺》教案（第 2 单元）
授课内容
1.3 电子工艺安全操作知识
1.4 电子产品的形成和制造工艺流程
计划学时
教学目标
1、了解电子工艺实践中的安全知识及安全防范和救助知识，建立安全第一的意识；
2、掌握电子产品的形成过程中的工艺流程。
重点
1、电子工艺实践中的用电安全；
2、电子产品制造工艺流程的基本概念。
难点
1、记住 电子工艺实践中的用电安全。
教学设计
（主要步骤、教学方法、手段）
教学步骤：、从实训室的电气布线说明电子工艺实践中安全用电的必要性；、安全用电的范围和几种触电、电击的可能；、用电和其他安全防护；、从实训室的设备布置说明产品生产工艺流程及工艺布局。
教学内容
1、电子企业生产安全问题
不安全因素：
用电安全：线路正确，防触电、电击、机械损伤： 剪脚操作、钻床操作
烫伤：波峰机锡炉操作、电烙铁操作
设备安全：波峰机、贴片机的安全操作
防火安全：波峰机的防火、助焊剂等危险品的保管、操作
防毒：防铅中毒、防化学溶剂甲醛、甲醇、四氯乙烯、四氯乙烷等的中毒、安全用电
讨论题：生产中用电有哪些不安全因素？）触电： 通常不足 1mA 的电流就能引起人体的肌肉收缩、神经麻木；更大的电流就会致人于死命。
触电的形式与原因及决定触电伤害的因素
人体触电的主要形式是直接或间接接触了两个电位不同的带电体。
电击对人体的危害程度，与电流强度、电击时间、电流的途径及电流的性质有关。
人体电阻：人体电阻的大小因人而异，并随条件的改变而变化，几十千欧到 100K 以上，但会随电压升高而降低。
几十毫安电流通过人体达到 1s 以上，就能造成死亡；而几百毫安电流可使人严重烧伤，并且立即停止呼吸
人体受到的电击强度达到 30mA · s 以上时，就会产生永久性伤害
36V（或 24V）为常用安全电压。
若电流不经过上述重要部位，一般不会危及生命。不同种类的电流，对人体的伤害是不一样的）电击：
⑴ 直接触及电源
⑵ 错误使用设备
⑶ 设备金属外壳带电
⑷ 电容器放电）安全用电操作）制订安全操作规程）通电前的注意事项
看电源
电源线
电源插头
接地及三芯插头的正确使用： 设备外壳应该接保护地，最好与电网的保护地接到一起，而不能只接电网零线上。
检修、调试电子产品的安全问题
要了解工作对象的电气原理，特别注意它的电源系统。
不得随便改动仪器设备的电源接线。
不得随意触碰电气设备，触及电路中的任何金属部分之前都应进行安全测试
未经专业训练的人不许带电操作。）触电救护
迅速而正确地脱离电源
人工呼吸和心脏按摩 3、电子实训室用电安全操作规程
按实际规定讲解、电子产品生产的基本工艺流程
电子产品的装配过程是先将零件、元器件组装成部件，再将部件组装成整机，其核心工作是将元器件组装成具有一定功能的电路板部件或叫组件（PCBA）。本书介绍的电子工艺主要是指电路板组件的装配工艺。
电子产品组装的基本工艺流程：、小结
生产制造单元 篇3
超大容量电容器单元制造生产线是国家科技部在大庆开发区投资设立的重点项目之一。当时哈尔滨电子研究所开发的容量为1法拉的电容器实验成功, 手工生产已经展开。但因市场需求大, 手工密集型生产组织方式产量低, 质量难以控制, 制约了该新兴电子产品的推广应用, 从而提出了可实现大批量生产的自动化设备的需求。
电容器生产工艺过程, 主要由单元制造、单元硫化、单元落料、单元检测、单元封装、电容器检验及包装等工序组成。
瓶颈生产工序在电容器单元制造。该电容器单元制成品, 外形体积大小类似一元硬币, 由包封环、集电极、多孔电极、隔膜四种不同的非金属材料 (橡胶、塑料) 集装而成。
本课题组承接了超大容量电容器单元制造生产线 (图1) 及单元落料设备的设计制造、安装调试任务。按照既定生产工艺, 经过研发、试验、生产, 完成了整套设备的设计制造。经过用户现场安装调试, 设备基本达到设计性能和产量要求。
1 单元制造设备及工艺技术要点
1.1 制成品特点
超大容量电容器主要特点是体积小、容量大, 参数1法拉, 其外形为直径15mm、高度10mm的钢壳短圆柱体, 钢壳内封装6只单元片, 将其串联, 引出两个极线。该电容器记忆时间长, 便于电子产品配置使用, 市场需求旺盛。
1.2 单元制造生产工艺流程
(1) 备料。共四种主要原材料。①包封环、集电极, 该两种材料为橡胶料辊压成卷材, 以备自动生产线使用。②多孔电极材料, 是由人工培植的强酸胶料, 辊压成菱形片状态, 人工放入生产线的专门载体以备上线使用。③隔膜材料, 是成卷的定制塑料薄膜, 由人工装入生产线的开卷轴, 以备自动线使用。
(2) 由单元自动化生产线完成单元集合体的生产, 每个集合体共包含36只单元。
(3) 硫化后的每片菱形集合体, 再经过落料工序, 一次可产生36只单元。
2 单元制造生产线组成
在整个电容器生产流程中, 首先要突破的就是单元制造工序。该工序是新研制的单元制造自动化生产线来完成的。该线运用载体输送、流水作业的方式, 实现了类似多工位压力机拉伸的工作原理, 各工位准备就绪, 全部进入负载状态后, 每个节拍可完成一个单元集合体下线, 空载体人工移到载体仓重新进入输送循环。生产节拍可设置, PLC程控, 主要采用气动作为机构的动力源。载体运行, 为水平面上的垂直折线运行轨迹, 便于合理布置各工位设备和机构。全线由下层集电极工位、包封环工位、下层多孔电极工位、隔膜工位、上层多孔电极工位、上层集电极工位组成。
(1) 下层集电极工位。主要由自动上料、集电极落料、废料带收卷、集电极机械手组成, 人工上卷, 按节拍将下层集电极菱形片平放在载体的菱形槽内。
(2) 包封环工位。主要由切换上料台、伺服纠偏、同步料仓、防粘膜收卷、酒精喷枪、PA送料夹钳、包封环冲孔落料、废料带收卷、冲孔废料收集、包封环机械手、汽油涂覆等组成, 自动按节拍将已冲制36个孔且下表面涂汽油的包封环菱形片, 平放在载体内的菱形集电极片上。
(3) 下层多孔电极工位、主要由多孔电极盒推送、多孔电极落料、扩散机械手组成, 每次节拍将已扩散的36个多孔电极圆片放入包封环菱形片的孔内。
(4) 隔膜工位。主要由自动上料、隔膜落料、废料带收卷、旋转机械手组成, 沿载体输送方向布置三套设备, 每套负责将12个隔膜圆片, 按节拍放到对应的多孔电极圆片上。
(5) 上层多孔电极工位。主要由多孔电极盒推送、多孔电极落料、扩散机械手组成, 每次节拍将已扩散的36个多孔电极圆片放入已热压成形的隔膜圆片上。
(6) 上层集电极工位。主要由自动上料、集电极落料、废料带收卷、集电极机械手、汽油涂覆等组成, 人工上卷, 按节拍将下表面涂汽油的上层集电极菱形片平放在包封环菱形片的上表面, 盖住36个多孔电极圆片。
(7) 载体输送。作为流水生产的各工位串联环节, 共由五段轨道组成, 垂直拆线布置, 分别在其三段轨道上设置了一次压合装置 (包封环工位后) 、热成形装置 (隔膜工位后) 、二次压合装置 (上层集电极工位后) , 经过压合以实现包封环与集电极的紧密粘合, 经过成形可确保上层多孔电极放入包封环孔内, 平稳随载体转送到上层集电极工位。
3 单元制造生产线的技术难点
(1) 包封环自动送料跑偏, 采用了进口的伺服纠偏系统;两台进口的PA夹钳配置在主机两侧, 入料及废料带同步移动, 保证了冲孔落料工序入出料顺畅;酒精喷涂使冲落完成的包封环菱形片不粘在模具里, 便于机械手抓取;冲孔产生的36个圆片废料每冲次从专用料槽中推出一次, 避免废料排出不及时而影响冲孔中断。专门优化设计的真空吸盘, 满足机械手取放操作可靠准确。
(2) 集电极菱形片的落料工序, 因模具间隙不均致落料不彻底, 现场专业模具钳工配隙, 每个手抓安装了36个妙德的真空吸盘, 确保机械手吸放自如。
(3) 多孔电极是强硫酸浸泡的胶料, 片状坯料几乎无刚性可言, 为节省原料, 专门设计了间距缩小的一次落料36个圆片的载体;为了使36个多孔电极圆片按节拍装入包封环的36个圆孔内, 特别设计了多孔电极扩散机械手, 一侧36个手抓缩回接料同时, 另一侧36个手抓扩散放料。
(4) 隔膜的特点是极薄, 厚度0.1mm, 落料在旋转机械手的上部完成;每半个节拍要落料间距不变的六个隔膜片, 由上部六个手抓接住, 同时下部的六个吸着料的手抓向载体中包封环单排孔内放入六个隔膜片, 此时的左部六个手抓刚放料完毕空置, 准备旋转90°后接料, 而右部六个手抓吸着料准备旋转90°后放料;难点是隔膜片薄、小、轻, 前半个节拍放到位的料, 后半拍放料时易被吹偏移位置;另外隔膜片直径大于包封环孔径, 在载体运送过程中, 稍有风吹草动则位置无法保持。隔膜热成形在现场调试发现是不可缺少的, 每个载体中36个隔膜片装完后, 增设了成形工序使隔膜片变成碗状, 稳定地置于包封环孔内随载体运动到下一工位, 保障了上层36个多孔电极片的可靠装入。
4 结语
该生产线交付使用后, 设备基本达到设计性能和产量要求。生产中发现下线的主线空载体不能自动返回载体仓, 靠人工周转, 强度大。可设计自动返回通道, 让主线载体在设备上闭环自动运行, 如图2所示。
参考文献
[1]王晓峰.用于GSM移动通讯的碳纳米管超级电容器复合电源的研制.高技术通讯, 2005, 15 (3) :56-59.
[2]董恩沛, 王海杰, 王国庆.超大容量电容器.中国发明专利申请号:CN96241821.8, 1996-11-07.
[3]张宜楠, 胡树清, 杜志忠.高比功率复合电源[J].电源技术, 2002, 26 (5) :341-343.
[4]刘志祥, 董国君.双电层电容器的制备与性能.2001, 25 (6) :413-416.
生产制造单元 篇4
作者：陈富川、何亚男、黄 琪
贵州绥阳烟草太白基地单元站,为贯彻落实县局(公司)“3.23”烟叶生产调度会议精神,围绕当前“起垄覆膜、精准施肥、做实面积”三项主要任务，站班子整理明确了八项具体工作措施, ,规范2015年烟叶生产工作。
一是落实好备栽技术要点；在统一整地时间和起垄标准的前提下，不论先栽还是后栽、田烟还是土烟，坚持标准化、规范化操作，做到一个标准、一个规范抓到底。
二是落实好科学施肥技术。田烟底肥：专用基肥40公斤～45公斤/亩（1000株），条施每米施1.2两~1.3两，窝施每株8钱~9钱，土壤肥力较高的田块烟农可自行适当增施磷肥和钾肥。土烟底肥：专用基肥50公斤～60公斤/亩（1100株），条施每米施1.5两~1.8两，窝施每株9钱~1两。有机肥：新的田烟（1000株/亩）不施有机肥，旱作2~3年以上田烟施有机肥50kg/亩（1000株/亩），土烟一律施有机肥75公斤/亩（1100株/亩）；确定了施肥量和施肥方式，做到精准施肥，确保换种后的烟叶长得起、养得住、烤得好。
三是落实好病虫害防治措施。利用合作社专业化植保服务队，在苗期开展一至两次病虫害统防统治，确保烟苗的移栽质量。
四是落实好样板示范工作。按照站长500亩、副站长300亩、网格经理200亩的标准，全站着力打造好示范点，做到各点有样板、网格有示范、处处有亮点，高规格、高质量的打造好示范点，充分发挥好示范带动作用。
五是落实好烟田档案的建立。按照“以单产定面积、以株数定亩数、以烟苗控移栽”的工作要求，切实抓好种烟丘块核实和面积落实工作，插牌定界，确保全站13720亩的种烟面积落到实处。
六是落实好供苗管理工作。健全供苗台帐，按照苗不出棚的原则，严格按照合同签订面积和株数供应烟苗，做到烟苗供应定人、定棚、定盘、定量，坚决杜绝超量供应烟苗。
七是落实好物资供应。全站3月30日前各类生产物资全面调运到位；严格按照标准供应各类物资，加强物资供应的督导，健全物资供应档案，月底以前全面启动物资精细化管理系统，规范物资的供应和管理。
八是强化考核管理，增强责任意识。全站制定了大田移栽工作考核方案，细化了各岗位具体分工，落实了工作职责，明确了具体考核指标；并将本次专项检查评分结果作为二季度绩效考核的重点内容，同时，记入员工关键业绩指标进行综合考评。
柔性制造单元综合服务体系的构建 篇5
1 柔性制造单元服务体系现状
柔性制造单元是由数控车床、数控铣床、加工中心、机械手、物料输送机构、计算机等相关部件有机组合起来的。数控车床、数控铣床、加工中心的使用维修经过数年的发展已经相当成熟, 也自然地形成了它的服务体系, 总结一下, 这个体系至少包括以下三个要素。
(1) 专业培训。数控机床的操作者通常都受到专业训练。随着数控机床的大量应用, 许多学校和培训机构都开设数控专业, 专门培养学生数控机床的操作、编程能力。
(2) 分工明确“操作工”“工艺员”等都是常见的职业工种。对于数控机床的加工有工艺员专门制订零件的加工工艺, 有程序员编制相应的程序, 最后有操作由操作工完成加工。用户一般可以做到小修大修不出厂, 有问题自我消化, 很少再找生产厂的。
(3) 服务社会化。服务机构社会化, 第一是“数控加工厂”遍布各地, 它提供各类零件的数控加工;第二是维修技术教育化, 许多工科技术学校都设置数控维修专业, 一般可以做到小修大修不出厂, 有问题自我消化, 很少再找生产厂的。
柔性制造单元是典型的机电一体化产品, 除数控机床作基础外, 一般配备有机械手、物料输送机构、传感器, 有的还有专门的计算机控制系统, 集中了机械、电子、传感、计算机技术于一体。因而柔性制造单元更加需要完善的、有效的、及时的服务。
然而, 就我国的柔性制造单元而言, 一开始就显得动力不足。分析其原因, 可以看到, 虽然我国的数控技术有一定的能力, 但是相关行业人才较少, 尤其是机器人技术控制方面, 人才需求缺口更大, 而数控设备的配套部分往往需要这方面的专业技术和专业人才。机床厂对柔性制造单元的服务准备不充分、系统建造不完善。目前, 数控机床厂涉及到的物料运输小车、机械手等服务工作还都依赖于配套厂, 不能自主地进行柔性单元技术服务的工作, 在一些简单的生产过程中, 都需要生产厂与配套厂进行配合, 浪费了大量的时间和精力。
柔性制造单元的用户, 绝大部分属于机械加工, 他们对于电子技术的力量较为薄弱, 特别是控制技术、总线技术、编程技术等与柔性制造单元相关的技术, 所以, 他们往往只会简单操作而缺乏配套部分的维修知识, 出现一些故障就束手无策, 甚至停机待修, 影响生产。数控机床有了小的故障, 使用者应该能够根据经验特别是柔性单元的自检功能判断故障原因并解除故障。所以说到底, 人们对柔性制造单元服务的认识没有到位, 观念没有更新, 服务体系没有构建起来。
2 构建柔性制造单元服务体系
当前, 虽然柔性制造单元也在不断发展完善, 相关厂家也做出了相对应的调查, 完善自己的服务体系, 通过培训, 提高自身素质。但是由于起点不高, 认识不深, 自身条件不足, 还不能从根本上解决服务问题。
因此必须尽快构建与柔性制造单元相适应的综合服务体系, 才能加快柔性制造单元的发展和普及。根据我国柔性制造单元发展的现状, 参考其它行业的服务体系, 我国的柔性制造单元的综合服务体系需要以下几点。
(1) 必须由柔性制造单元生产厂家主动承担全面服务, 即由他们承担包括机床、配套部分在内的全部服务, 改变目前机床厂和各个配套厂分散服务的状况。因为他们是产品的最终完成者, 直接面对用户, 承担全面服务是理所当然。数控机床厂的提升转型基本可以生产柔性制造单元, 数控系统对于数控机床厂是核心技术。机械手、物料输送装置等控制技术与数控技术也有相通之处, 但是需要他们提高自身素质和能力, 掌握这些技术, 增强竞争力。
柔性制造单元使用中反映的问题是相互关联和影响的, 初期很难判断问题在那个部分。如机械手失灵, 就要机械手本身的机械部分、电气部分是否有问题, 若没有问题就要检查整个的控制系统哪个环节出了问题, 如线路问题, 程序问题或者是传感器问题等等。如果分别由配套厂来检查和证明自己配套部分没有问题, 或是发现问题解决了, 各自的时间和费用已经浪费了。这种看似不可能的情况, 其实是经常发生的。
柔性制造单元生产厂实行综合的全面服务, 提高服务人员技术素质后, 可以精简人员, 提高效率。同时, 减少配套单位的服务, 也会得到相应的经济补偿, 有利于降低成本。
(2) 要强调培训考核后上岗, 建立针对不同层面的培训体系柔性制造单元生产厂自身要培养出一支掌握机电一体化技术的队伍, 以适应生产、检验、服务工作。尤其要使服务人员能独立承担柔性制造单元的调试及维修工作。
柔性制造单元生产厂要强调对用户进行培训, 要形成制度。培训考核合格后方可允许操作柔性制造单元。培训要求是使用户能正确使用、规范操作、能处理常见故障。拥有柔性制造单元较多的用户, 应尽量培训出专职维修人员, 能独立排除故障, 做到修理基本不出厂门。
继续并加强在各类大、中专学校办好机电一体化专业, 为社会输送和储备合格人才。不断补充和完善针对柔性制造单元的内容。已经从事此项工作的, 要给以再学习的机会和条件。
(3) 逐步在柔性制造单元的用户集中地建立维修点可以由厂家自己建立, 也可以发动社会力量建立。把分散的维修力量集中组织起来, 使柔性制造单元的维修专业化、社会化, 做到就地解决柔性制造单元的维修和另配件供应。
3 结语
综上所述, 柔性制造单元的综合服务体系概括地说, 就是以数控机床生产厂为主、配套厂为辅的服务构架;其核心是培训, 是机床厂自身的、用户的、行业和社会的培训。有了高素质的数控机床服务人才和队伍, 才有构建数控机床综合服务体系的基础, 有了这个基础, 才会有高素质的用户, 整个行业和社会的素质才能得以提升。
参考文献
[1]张鹏.浅谈柔性制造系统[J].中国外资, 2011 (11) .
[2]姚松丽.柔性制造系统在实践教学中的应用[J].实验室研究与探索, 2011 (5) .
生产制造单元 篇6
关键词：制造单元,仿真,FLEXSIM
制造系统设备布局问题是一个非常关键而重要的问题。布局结果的好坏直接影响整个系统的人流、物流和信息流的合理流向以及生产能力和生产安全。有资料表明:在制造业中, 物料搬运费用约占生产总费用的20%~50%左右, 良好的布置设计可以降低成本的10%~30%左右[1]。从原材料进厂到产品出厂, 物料真正处于加工、检验的时间只占生产周期的5%~10%, 而90%~95%的时间都处于搬运、等待、工序周转中。从安全角度分析, 在所有的生产事故中有40%左右发生在物料搬运过程中。对于多品种中等批量机械制造车间经常布局成制造单元。制造单元是实现精益生产、准时制生产和全面质量管理的基本思想。可使单元间的移动最小化, 单元内部能同时处理的零部件总量最大化[2], Wemmerlov和Johnson总结了制造单元的优点[3]。在已知工件类型、加工要求和可用资源的前提下, 制造单元包括以下三个步骤:①制造单元构建;②制造单元内设备布局;③制造单元间布局。本文作者已经利用遗传算法构建了制造单元, 本文主要利用FLEXSIM软件对制造单元进行仿真研究。
一、FLEXSIM软件简介
Flexsim是一款基于真实对象的仿真软件, 该软件可以帮助用户模拟物流过程, 建立仿真模型, 从而高效率低成本地寻求优化生产量和降低运行费用的途径。Flexsim提供给用户一个强大的平台, 可以在三维环境下通过拖拉对象进行形象化、建模和仿真流程。利用软件的统计功能可以对流程性能、瓶颈和生产能力进行深入的统计分析, 主要应用于制造业、物流业和服务业。
Flexsim是基于Open Gl技术开发的, 三维效果非常好, 是迄今为止世界上惟一一个在图形建模环境中集成了C++IDE和编译器的仿真软件。Flexsim是一个面向对象的仿真建模工具, 在这个软件环境, C++不但能够直接用来定义模型, 而且不会在编译中出现任何问题。这样, 就不再需要传统的动态链接库和用户定义变量的复杂链接。Flexsim有很广阔的应用范围, 还能应用在更高层次的仿真工程上。Flexsim能应用于建模、仿真以及实现业务流程可视化。
二、实例研究
1. 公司背景
A公司是我国生产某重要军工产品的定点军工企业, 具有三十多年的发展历史, 是国家重点扶持的科工集团所属机加企业。由于原有生产模式偏重于为科研开发新产品而服务, 所以原有产品生产大多属于多品种小批量生产类型, 14类机器生产11种产品。近年来, 随着市场需求增加, 公司调整了其产品的生产方式, 由多品种小批量改为多品种批量生产。原来的机群式布局已经不能满足生产需求, 根据企业实际情况应用制造单元进行重新布局, 完成批量生产的转型, 本文作者已经利用遗传算法对制造单元进行划分, 见表1。
2. 建立生产系统仿真模型
系统模型是对系统的一种模型化描述。仿真人员通过系统模型了解仿真对象, 是理解性或认识性的模型。模型实体设计如下表2所示。
仿真模型是在系统模型的基础上, 进一步构造可供计算机运行的模型, 也有人称建立仿真模型为二次建模。仿真模型与系统模型相同的是, 针对同一个系统, 仿真模型所表达的系统特征与系统模型应该是一致的。所不同的是, 仿真模型是将系统模型规范化和数字化的过程[4]。系统模型的建立只是仿真过程的第一步, 在FLEXSIM仿真软件中建立生产系统的仿真模型。
模型必须包括现实系统中的主要因素, 为兼顾到现实性和易处理性还要对模型进行简化, 模型假设如下:
(1) 每个工序所需的工人数量充足, 不会出现因无工人操作而导致的生产停顿;
(2) 忽略工序间的零部件搬运时间, 认为从上一道工序到下一到工序是顺序进行的, 如不需等待则直接进入。根据表3流程和逻辑关系建立仿真模型如图1, 用不同的颜色来显示不同类型的机床。
本文选定研究时段为15天, 通过15天的连续运行对产量进行统计观察, 每天工作8小时, 仿真时间为15*8*60=7200分钟, 故把系统预热时间设定为200分钟, 仿真结束时间为7400分钟。
3. 模型运行与分析
模型建立、赋予参数后, 就可以进行编译, 编译通过后就可以运行了, 本文中模型运行后到达仿真结束时间后的三维立体图见图2。
从仿真结果的三维立体图可以直观观察到, 在暂存区Queue15、Queue22和Queue33中有许多等待加工的零件。具体数据获得通过选择Stats中Standard Reports输出关于Queue的Excel表, 主要包括的参数有输入、输出、最小和最大容量, 如表4暂存区状态表。
从表4中可以看出Queue15、Queue22和Queue33等待加工零件最大容量是538, 491和139件, 系统的Source输出的总数与到达S i n k的数量是不一致的, 说明流程不顺畅系统中还存在一定的瓶颈。通过选择S t a t s中Standard Reports输出设备状态表见表5。
从表中可以看出在仿真结束时间7400.492时, 系统的三个设备M12、M72和M5的加工时间为100%, “瓶颈”就是系统中相对繁忙的元素[5], 我们可以确定模型中的瓶颈是M12、M72和M5。
4. 模型优化
消除瓶颈的方法有很多, 企业的实际情况是为充分利用现有的设备而不增加设备投资, 故优化方案定为在瓶颈点处增加原有的同种设备。经过几次增加瓶颈设备运行后, 通过观察统计数据最后确定增加设备的方案确定如下:①在单元一中, 将设备M12增加3台;将设备M13增加1台;②在单元二中, 将设备M7增加2台;将设备M6增加1台;将设备M8增加1台;将设备M11增加1台;将设备M14增加1台;③在单元三中, 将设备M5增加1台。优化后仿真模型如图4。
我们以3 0天为观察时间, 仿真时间为30*8*60=14400, 预热时间为200, 仿真结束时间14600。选择Stats中Standard Reports输出关于设备的Excel表, 主要包括的参数是设备的空闲和加工时间的比率如表6, 从表中可以看出, 设备利用率大部分在70%以上, 只有部分设备如M3、M4、M10利用率较低, 原因是经过该设备的零件加工总时间较少, 且该道工序不能再进行优化, 这3台设备必须保留。M121和M131利用率超过90%, 容易形成新的瓶颈, 解决的办法是可以利用空闲时间较长的M111。
本文研究某科工集团在一年内的生产产量和设备利用情况, 没有指定的仿真结束事件, 属于稳态仿真, 即不受起始状态影响的系统特性。对系统建立仿真模型后, 由随机数发生器产生的随机变量驱动仿真模型运行, 所以一次仿真的结果是产生了系统的一次随机样本, 对系统的描述并不精确, 应该用若干次重复运行的仿真结果来估计。为使得到的数据精确, 取运行5次后的数据见表7。
通过观察上表数据可以看到11种零件在30*8*60分钟内的产量在333到362之间。按现行法律规定扣除节假日后工作的天数为250天, 企业现行工作制度每天8小时一班制计算, 一年内的工作时间为250*8*60分钟, 预计年生产能力在2775到3016之间, 生产能力平均提高60%, 达到了批量生产的要求。
三、结束语
应用先进的Flexsim仿真软件建立仿真模型, 通过对仿真结果的分析, 找出了制约生产能力的瓶颈因素, 对模型进行优化后, 使得生产能力有了提高达到了批量生产的要求, 设备数量使用减少, 得到很好的结果。
参考文献
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[4]常鹏.基于Flexsim的散货码头物流系统仿真[J].中国水运, 2007, 5 (4) :156-157
生产制造单元 篇7
制造单元是敏捷制造环境下生产组织的基本单元,是具有自治能力的逻辑或物理制造系统[1]。其特点是将制造系统按照不同的制造零件进行重组,零件组合成族,它们和一组机床和人员(设计人员、操作人员、编程人员、质量管理人员)一起构成一个自治的制造单元。
制造单元有利于缩短生产周期、改进生产质量,增强制造系统的柔性,从而提高企业的经济效益[2]。在传统的job shop环境下,调度是一类非常复杂的NP困难问题。相对而言,由于一个制造单元的零件种类有限,因此单元的计划和调度问题变得简单了。
从job shop向制造单元过渡面临的首要问题是如何将零件族和相关的机床组成制造单元,也就是如何确定单元数量和零件-机床的聚类问题。目前解决该问题的方法有:基于排列的方法[3]、聚类分析方法[4]、网络图方法[5]、数学规划方法[6]。这些方法的缺陷在于:1)在程序初始化时,需要人为指定单元的数目;2)对环境变化的适应能力较差。
文献[7]提出运用GA算法解决零件族-机床成组问题,可以并行的计算零件族和机床单元。运用该方法可得到多个优良的可行解,这些解均可作为单元成组的方案,因此具有较好的柔性。但是,缺少评价多个可行解决策支持,无法客观地确定单元数目和成组方案。
针对上述问题,本文建立了一种成本模型,定量地计算建设和运行制造单元的成本,以成本为依据评估制造单元的配置方案。
1 成本参数的选择
建立评估单元配置的成本模型时,可能涉及很多参数,如投资成本、准备成本、物料传输成本、在制品成本、生产周期、直接人工、间接人工和动力成本等。
机床准备成本是影响的单元配置的重要因素。准备的定义是:“自A类零件的最后一件产品加工完毕开始到B类零件的第一件开始生产,用于调整某个机床、加工中心或生产线而进行的工作[8]。”构造制造单元有利于形成更为专业化的设计、工艺和制造工作组,促进了各个环节有效的协同工作,能够同时降低准备的次数和准备的时间,所以映射的成本也随之降低。
物料传输成本包含了把零件从一个工序转移到下一个工序需要的人工和设备花费。在job shop环境中,这项成本是很可观的。在单元生产中,由于物理布局的高度紧凑,减少了工序之间的移动,物料运输发生在每一批的两个工序:进入和退出加工单元。
投资成本是购买或者租用生产设备的花费。
在制品是从发放原材料进行初始加工到加工完毕等待检验确认为产品的过程中,在各个阶段的半成品。在制造单元中采用拉式生产模式可以有效的降低在制品数量。
生产周期是度量制造单元性能的综合指标,反映了减少准备次数,简化调度,降低物料传输成本等改进结果。
但是,在成本模型中包含所有这些成本因素显然是不实际的,因为收集整理这些数据非常困难。即使成本模型中包含了所有的成本因素,由于没有准确的数据来源,也没有实用价值。因此,对于难以精确计算的成本参数,作者将它们作为“变化趋势的指示器[12]”,而把可以准确计算的成本参数包含在成本模型中。
成本模型包含的3个参数是(1)机床准备成本;(2)投资成本;(3)物料运输成本。
从理论上讲,完全可以获得在制品数和产品的生产周期,但是在实际的生产企业中,基本上没有收集和准确计算这类数据。而且在制品的数量往往受到批量大小、加工时间、变化的用户需求等多种因素的影响,在单元成组阶段考虑这些约束,无疑会大大增加成本模型的复杂程度,也不能保证决策的准确性。如前所述,生产周期是生产改进的综合体现,因此并不容易用成本定量的描述。
2 成本模型
对于企业来说,重要的是设计出的制造单元成组方案,不仅可以满足相似零件的加工,而且应尽可能地降低成本。因此,本文构造了一个成本模型来衡量各种可能的单元成组方案。
(1)成本总和
其中:
TC是成本总和
TSC是准备成本总和
TMC是物料传输成本总和
TIC是投资成本
(2)准备成本总和
其中:
CSW是作业加工环境中机床的准备成本;
CSM是制造单元中加工一批新的零件时的准备成本;
CSS是制造单元中机床作简单调整花费的成本
aki=1,如果在作业加工环境中,零件k由机床i加工;否则aki=0;
cji=1,如果在制造单元加工环境中,零件j由机床i加工;否则cji=0;
Lk是零件k计划在作业加工环境中的加工批量;
Lj是零件j计划在制造单元中的加工批量;
AMi是制造单元中机床i的数量。
(3)物料传输成本总和
其中:
CMk1是零件进入job shop的传输成本;
CMk2是零件离开job shop的传输成本;
CMki是零件对机床的传输成本;
CMj1是零件进入制造单元的传输成本;
CMj2是零件离开制造单元的传输成本。
其它参数与上面的定义相同。
对于每个制造单元,每一批只有两个传输过程:进入和离开单元。在作业加工环境下,除了有零件进入和离开job shop的传输成本,还有在机床间移动的成本。
(4)投资成本总和
其中:CIi是购买或租用机床的花费;
AMi是机床的数量。
文中设计的成本模型虽然没有包含所有的影响成本的参数,但是包含的参数都是至关重要的,而且这些参数的数据是可以获取的,这点保证了模型的可用性。
3 案例
本案例中有4台机床,6种零件,输入输出数据采用零件-机床关联矩阵方式表示,如表1所示。其中,1表示零件需要经过对应的机床加工,否则为0。
案例包含了从纯粹的job shop型,到job shop和制造单元混合型,再到纯粹的制造单元型的多种情况。利用文中的成本模型,计算各个方案对应的成本(见表2)。
根据表2的数据可以判断,单元数是4的成组方案具有最小的成本总和,总的说来,随着单元数的增加,机床准备逐渐下降,在纯粹的制造单元环境中,假如每一类零件对应着一个单元,则分摊到每类零件的准备成本将接近于零;物料传输成本将会降低,当所有的零件在制造单元里加工时,物料传输成本最终稳定在一个水平;投资成本会随着单元数量的增加而增加,因为购买和清除报废的机器都需要占用资金。
4 结论
本文考虑了设备投资成本、准备成本、物料传输成本等成本因素,提出了一个简单易用的成本模型,定量地计算制造单元建设和运行的成本,为可重构制造单元配置提供优选方案评估依据,从而帮助设计人员客观地选择单元成组方案。
算例验证了该成本模型的有效性。然而在现有模型中,总成本的高低在很大程度上依赖于投资成本的高低,因此为了提高模型的鲁棒性,关于投资成本的敏感性问题还有待进一步的研究。
参考文献
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[7] 赵涛,齐二石.基于遗传算法的制造单元成组方法的开发[J].管理工程学报,1998,12(4): 48-52.
制造单元的成组聚类及重构研究 篇8
当前, 大批量生产的流水线生产方式并不适应于多品种, 小批量生产。为了提高产品柔性, 适应多品种、小批量生产的成组柔性制造单元技术得到了迅速的发展。20世纪50年代前苏联科学院院士米特洛凡诺夫对机械零件的成组加工和成组工艺进行了系统的总结和论述;20世纪60年代, 德国阿亨工业大学的opitz教授领导的研究小组全面发展了成组技术, 使其成为一门完整的科学理论, 制定了OPITZ零件分类编码系统;英国学者伯别奇依据工艺相似零件组的特征, 建立了与之对应的生产单元, 解决了多工序零件的成组加工问题。我国学者蔡建国在1985年将分类编码系统和排序聚类法有机的结合起来, 解决了相似零件分类成组的问题[1];徐立平在1996年指出了成组技术应用于中小批量生产的必要性和可能性;2009年韩晓燕针对中、小批量的生产类型中存在的问题, 应用成组技术将轴类零件分类成组, 提高了零件分组的效率[2];孙进平阐述了相似零件及工艺设备分组形成的单元化生产方法、基于成组技术的制造单元构成方法和在单元内对设备进行布置及单元在车间内布局的方法等。
针对成组技术在多品种、小批量生产的柔性制造系统中的应用, 结合零件的特征编码系统、聚类分析方法等, 将相似理论应用于制造单元构建及单元重构问题, 以探讨相似理论在先进生产管理中的科学应用。
2 制造单元的成组聚类
在机械制造企业中, 成千上万种零件在外形结构和制造工艺方面各有不同, 但零件的复杂程度零件呈现出一定的规律。研究表明, 任一种机械类产品其组成零件都可以分为三种类型, 这三类零件数量分布曲线如图1所示。A类零件为标准件, 一般占零件总数的20%~25%, 易组织大量生产;B类零件机构复杂程度中等、品种多、数量大, 可以形成一些功能相同、形状和尺寸上略有差异的相似件, 一般占零件总数的70%左右;C类零件专用性强、结构复杂, 其数量少, 一般只占零件总数的5%~10%。ABC分类表明, 在各种机械产品所组成的零件中, 占70%左右的是相似件, 在功能结构和加工工艺等方面都存在着大量的相似特征, 采用成组工艺组织生产是一种行之有效的方法。
考察图2所示的零件相似性分类, 零件结构和材料的相似性在一定程度上决定着工艺相似性, 故把零件结构和材料的相似性称为基本相似性或一次相似性, 而将工艺相似性称为二次相似性。依据此特点, 可以将品种众多的零件按其相似性形成不同的零件族, 聚合为少量的复合零件加工单元, 增大产量, 以此提高多品少量生产的经济效益[3]。图3描述了零件加工单元的构建过程, 即采用零件成组的相似理论、生产流程分析法、聚类方法和特征编码系统对零件进行成组化分析, 形成待加工的零件族;对已成组化的零件族进行工艺相似性分析, 构建加工制造单元, 而后运用产能分析和负荷均衡理论优化加工单元, 实现加工单元的重构。
3 轴类零件加工单元的构建
3.1 轴类零件聚类及成组
轴类零件是一种常用的典型零件, 主要用来支承传动零部件, 传递扭矩和承受载荷。针对文献[2]所讨论的10种轴类零件, 本文将特征位码域法与聚类分析法结合起来, 构建零件族。
表1是应用RPJLBM-1编码系统对10类零件进行的编码, 应用特征位码域法对表1零件进行零件族划分, 结果如表2。然后根据10种零件的生产工艺建立零件-机床矩阵, 如表3所示。
针对表3的零件-机床矩阵, 以SFX004对其他零件相似系数计算为例, 运用聚类分析法计算相似系数如下:
将Sij值大于0.8的相似度较高的零件分为一族;Sij值大于等于0.5、小于0.8的零件归入第二族, Sij值小于0.5的零件归类第三族, 其结果如表4。
比较表3和表4的零件族, 聚类分析法将10种零件分为3个零件族, 比特征位码域法减少了零件族数, 因此, 对于新增加的零件, 计算相似系数Sij就可以明确确定所增零件是属于哪个零件族, 大大提高了零件分类成组的清晰度。
3.2 加工单元的聚类及构建
如前分析可知, 成组化零件族, 可以将多品少量的加工转换为较大的成组生产量。成组生产的基本生产组织形式是成组加工单元, 就是由一组机床和一组生产工人共同完成相关零件组的全部工艺过程的成组生产组织。
依据表4的零件族, 由其工艺路线 (见表3) 初步建立加工单元, 如图4所示。其中12台加工设备分别为:A-锯床, B-冲床, C-250T挤压机, D-磨床, E-钻床, F1-大倒角机, F2-小倒角机, F3-数控倒角机, F4-轧角机, G-热处理装备, H-双端面磨床, I-研磨机。
3.3 加工单元负荷均衡与重构
观察图4所示的3个零件族的加工单元可知:磨床D、热处理装备G等是三个零件族中使用频率最高的, 是三个零件组的共用设备;250T挤压机C、双端面磨床H、钻床E等为两个零件族的共用设备;大倒角机、小倒角机、带数控小倒角机、轧角机、锯床、冲床、研磨机等为单个零件族的使用设备。设备使用频率的高低, 影响着加工单元的负荷。表5是由加工的轴类零件的尺寸及加工工艺要求的工时定额时间标准, 据此可以计算各零件族的总加工工时, 即负荷量, 计算结果如图5所示。
分析图5所示各零件族加工过程中机床的负荷, 磨床所用的工时比较多, 且精磨的工序远远超过了其他机床;倒角机和双端面磨床的工时最小, 负荷最小, 空闲时间较多;粗磨和钻床的总工时都比较接近平均节拍, 负荷基本均衡。
通过工时图5分析的结果, 对现有的加工单元进行适当的调整和重构:磨床负荷较大, 适当增加磨床数量DZ, 均衡该加工单元负荷;倒角机和双端面磨床负荷较小, 将其与负荷大的磨床形成共用设备组, 合理分配操作人员均衡该单元负荷;负荷较均衡的钻床可以不予调整。调整重构后的加工单元布局如图6所示。
4 结论
本文从零件族的建立, 工艺规程设计及生产组织形式设计, 生产单元的优化等方面介绍了轴类零件生产系统中成组技术的应用。应用编码分类法中的特征位码域法对零件进行零件族划分, 然后再应用聚类分析法计算零件与确定零件族之间的相似系数, 大大提高了零件分类成组的清晰度, 提高了零件分组的效率。再应用复合零件法对零件族进行了成组生产单元的建立。最后通过机床负荷率、单元负荷的平衡调整, 提出了生产单元重构的可能性并分析了单元重构的条件和优化的途径。
参考文献
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生产制造单元 篇9
随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换,一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内,生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力,因此柔性已占有相当重要的位置。柔性主要包括的内容如下。
a.机器柔性:当要求生产一系列不同类型的产品时,机器随产品变化而加工不同零件的难易程度。
b.工艺柔性:一是工艺流程不变时自身适应产品或原材料变化的能力;二是制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。
c.产品柔性:一是产品更新或完全转向后,系统能够非常经济和迅速地生产出新产品的能力;二是产品更新后,对老产品有用特性的继承能力和兼容能力。
d.维护柔性:采用多种方式查询、处理故障,保障生产正常进行的能力。
e.生产能力柔性:当生产量改变、系统也能经济地运行的能力。对于根据订货而组织生产的制造系统,这一点尤为重要。
f.扩展柔性:当生产需要的时候,可以很容易地扩展系统结构,增加模块,构成一个更大系统的能力。
g.运行柔性:利用不同的机器、材料、工艺流程来生产一系列产品的能力和同样的产品,换用不同工序加工的能力。
柔性制造系统(Flexible Manufacturing Technology,简称FMT)是由计算机集成管理和控制的、用于高效率制造中小批量多品种零部件的自动化制造系统。
柔性定位单元是柔性制造技术在自动生产线的应用之一,主要突出产品柔性和运行柔性,应用于汽车白车身底板定位的生产线,其特有的高速、精确特性,可以与标准机器人配合使用,实现生产线的柔性化,以实现精确、快速、简便的多种车型切换与定位,大幅度加快作业节拍,提高生产效率。
(1)柔性定位单元的构成
柔性定位单元是基于三轴运动机器人的原理设计而成,由6个柔性单元分布在白车身生产线的1个工位,通过PLC、人-机交互界面及现场总线对6个柔性定位单元(见图1)共计18台伺服电机进行快速、精确、同步调整,以对不同规格尺寸的白车身进行支撑与定位,实现降低工装成本、提高生产效率、减少占地面积、适于多种车型的“柔性”生产模式。
(2)柔性定位单元的使用
柔性定位单元使用在白车身合装线及地板生产线,用于以下2种情况。
a.同一平台不同车型(两厢、三厢、旅行车、皮卡)的变化。
b.同等级的不同车型的变化。
用于地板生产线的柔性定位单元布置见图2。
(3)柔性定位单元的基本技术指标
a.不同车型切换时间:小于6 s。
b.一次定位精度:小于0.1 mm
c.重复定位精度:小于0.02 mm
d.调整范围:X轴为300~500 mm;Y轴为300~400 mm;Z轴为100~200 mm。
e.承载能力:单体最大负荷1 200 N。
硬件组成:PLC+多轴运动控制卡+数字通讯+伺服电机+滚珠丝杆(直线滚动导轨)。硬件系统配置见图3。
(4)柔性定位单元的核心部件——多轴运动控制卡
数字运动控制器是基于微处理技术的高性能数字运动控制器,能够轻松实现多种运动形式,如直线、圆弧、螺旋线插补、电子齿轮、电子凸轮,同步跟踪控制、虚拟轴控制等。数字运动控制器与驱动器接口方式有RS232、485、以太网、Modbus、Profibus,还有CAN总线接口,可以根据设备的需要对I/O和模拟输入口进行扩展。
柔性定位单元是一种多轴运动装置,是一种直角坐标系机器人,其核心在于运动耦合控制,在没有专用控制板卡的条件下实现该装置的功能是十分困难的。近几年,国外公司陆续开发出多轴运动的专用板卡(PMAC系列控制卡、ARC1505系列控制卡、Trio系列数字控制卡),大大简化了机器人的设计复杂程度,但面向不同的用户,其编程的语言环境差异较大,直接影响用户掌握二次开发的难易程度。
2 设计、加工及调试中的关键问题及应对措施
(1)结构刚度:为保证系统整体精度,重点考虑在承载时整体结构的弹性变形,从而减小动态载荷造成的误差。
(2)部件精度:为减小部件运动误差,根据受力负荷的不同,对所需的标准件合理选用预紧等级,例如采用分级预紧,即X、Y轴采用的滚珠丝杆、直线导轨选取轻度预紧,Z轴采用的滚珠丝杆、直线导轨选取中度预紧。
(3)柔性定位单元属高精度数控装备,其控制精度范围接近机械加工误差,所以系统误差受加工过程、外购件品质及安装等因素的影响较大,其误差构成比较复杂,不同性质的误差也应分别处理。
(4)在调试中,对每个柔性定位单元的特性单独进行测试、标定,并建立数字档案,以备在日后使用维护过程中参考。
(5)对动态因素造成的随机误差,必要时进行分组正交试验,利用数理统计分析,确定显著相关因素,逐一消除干扰。
3 结束语
柔性制造技术是生产模式的一种变革,也是汽车白车身制造过程中的发展趋势,柔性定位单元的应用也将日益增加,其国产化进程也会逐渐加快。只有柔性定位单元才能与标准机器人配合使用,在生产线不停车的情况下,实现多车型的快速自动切换,达到生产线的柔性化,不仅极大提高了生产效率、减小了占地面积,而且降低了工装的投资成本。柔性定位单元属于高精度数字控制装备,从设计、加工、安装到调试过程受多种因素的影响,只有在不同阶段和关键部件采取相应的措施,才能将系统的整体误差控制在范围之内,最终达到快速切换、精确定位的使用目的。