柔性生产设备的研究与应用

柔性生产设备的研究与应用

唐动

摘要：本文首先浅论了柔性生产设备的发展趋势，最终将实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程自动化， 特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统；其次通过对公司现有产品的分析，总结现有工序开发柔性生产设备的思路及必 要性；再次探讨了柔性生产设备开发时的设计理念及注意事项；最后举实例简要说明目前已经开发成功的柔性生产设备。

关键词：柔性生产设备；效率提升；夹具设计

中图分类号：TH

165

文献标识码

:B

作者单位：贵州航天电器股份有限公司

技术嗍新

—、弓I 言

随着社会进步和企业的发展，企业对生产过程自动化的 需求越来越强烈，个性化、差异化的追求导致产品生命周期 越来越短，小批量多批次订单不断地涌现，传统的大批量生 产模式受到巨大挑战。而小批量、多批次的订单现状决定了单 一品种定制的设备已受到众多条件的制约，因此企业开始关 注柔性化生产设备。在新开发设备项目时首先考量的是设备 能否实现柔性生产，更大可能地满足使用者需求，尽可能地 实现设备利用最大化。本文是针对柔性生产设备开发的探 讨，柔性生产设备作为柔性生产系统中的核心内容，其是否 具有一定的柔性化直接影响着企业能否快速响应客户不可 预测的需求变化，关系着企业能否在竞争中脱颖而出。因此， 企业对柔性生产设备的关注逐渐成为企业关注设备的重点。

二、 柔性生产线设备定义及发展趋势

1.

柔性化生产类设备的定义。设备通过调整工艺参数、 夹具等能够满足多个产品的使用，能够对生产的需求变化做 出快速适应的设备。

2.

发展过程及未来趋势。柔性化生产线最早是从机加行

业开始的，早期的柔性生产设备代表是1954年美国麻省理 工学院第一台数字控制铣床诞生,20世纪70年代初柔性自 动化进入生产使用阶段。几十年来，从单台数控机床的应用 逐渐发展到加工中心、柔性制造单元、柔性生产线和计算机 集成制造系统。随着技术的不断进步，柔性生产系统将机器 人技术、视觉检测技术、计算机信息技术、电子技术、控制技 术、机械制造、物联网技术和系统工程有机地融为一体，最终 将实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程 自动化，特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。在 这个大系统中，柔性生产设备只是它的一个组成部分。在今 后的市场中，由于生产制造必须满足顾客需求，所以生产制 造必须满足多品种小批量生产，缩短交付周期不让顾客等 待，完成从计划生产到接单生产的变革。

三、 公司对柔性生产线设备需求状况分析

目前就公司而言，民品部每月有600多批次，个别批次

只有200-300件产品;新型平均每月近2500多批次,个别批 次仅1~2件产品，针对这种需求实际状况，要想做到快速响 应，满足使用者需求，除了加大人力、物力的投入外，研究开 发能够适用通用工序的设备或将多个类似工序合并的设备 非常必要。目标是能够解决现有车间的生产压力，使产能提 升不再成为制约公司合同履约率完成和企业发展的瓶颈。

民品现状分析：民品目前解决了螺钉螺母测螺纹、车制 接触件的自动收口、分离力测试、铆管翻铆等设备开发，他们 均为能够满足类似产品通用的柔性生产设备。后续需要突破 的通用工序有喷码、移印等工序。也期望新的设备能够尽可 能大地满足多品种产品的使用需求，不再受到单一产品订单 的限制导致设备的闲置。

新型部现状分析：新型部目前只有剥穿压、贴标签两种 设备在车间使用较好，其他工序的通用设备诸如保持力测

试、麻花针吊分离力设备因各种因素最终没有达到预期目

标,后续仍有很多内容需要改进和协调。除了现有设备以外 还有很多隐形工序诸如接触件调高低、控制胶量、根部清胶、

产品合格检测及返工等工序均没有量化指标，而是作为员工 技能的体现存在车间之中，给新型的产品质量和效率提升设 置了障碍。

尽管目前公司已有多台通用类工序上线使用，解决了车 间急需的问题，仍有较多通用工序，如焊锡、点胶、绑扎、绝缘 耐压等没有实现自动化。建议从以下几个方面加快设备推进 工作。

1.破除设备效率问题的制约：大家期待的自动化设备均 是全自动或节省人力较明显的设备，而依据目前的技术和工 艺水平，有些设备如绝缘耐压类的只能够解决产品质量的一 致性和稳定性问题，而对效率提升贡献不足。但是人工制作， 质量难以保证，大量的检验员参与追踪纠错，返工返修客诉 等问题增加，而这些隐性成本没有通过量化的指标直接体 现。对新开发的设备使用单位重点做好配合工作，先保证设 备运行起来，能够正式生产时提高产品的质量，降低公司隐 性成本将成为现实。

2018年第8期175

技术劊斯

2. 扭转观念：目前各车间交付压力较大，新设备上线可能 改变现有的工序，占用人力而且不能直接产出合格品（初期 生产的产品多数是验证用：)。设备试用时车间产品会存在多 种状态，给现场管理增加难度；设备初期运行存在设备不稳 定性和人员需要学习的过程，导致车间工作量的增加；综上 各种原因导致车间员工产生了无形的抵制情绪。扭转观念是 加快推进设备的第一步。

3.

节点问题:现有个别工序诸如绝缘测电阻、点胶等无法

实现自动生产与现有状态完全一致，需要大量的工艺参数去 研究和探讨;而对项目的节点考核及绩效评价导致员工无法 安心研究工艺，所以尽管有需求仍无法快速推进自动化设 备。因此分出资深工程师从事工艺的研究，为后续的自动化 实现做技术储备是加快设备开发速度的有效途径之一。

四、柔性设备的核心部件的设计理念

设备开发的目的是提高生产效率，提高产品质量，降低 对人员的技能依赖，降低工作劳动强度等。合并多道工序或 提升单工序的生产效率是提升生产效率的有效解决方案，而 多品种、小批量订单的现实迫使设备既要满足现有的生产工 艺需要又能够适用于多个产品。因此柔性生产设备实施之初 首先需要确定预涵盖产品的种类，根据产品结构与性能要求 确定合适的方案;柔性设备重点需要关注的主要是工装夹具 的设计、标准件的选择和软件的开放程度三个方面。

1.

工装夹具的设计。来料不是单一产品，难免外形特征

差异较大,传统的依据产品外形全尺寸定位的方式不能满足 实际需要，设计之初就要选择无需过多干预就能适用于多种 产品的装夹方式是解决设备能够实现柔性生产的重点。

(1)

圆形产品的夹具设计:在保证中心不变的夹具设计：

两边采用对称的夹爪，对称、均衡地对产品施加加紧力，保证 产品中心不受外形的变化而变化。

(2)

矩形产品的夹具设计：常采用对角加紧的方法保证

加紧状态和产品位置的唯一性。

(3)

异形产品的夹具设计：除了借助现有的特征寻求共

同点之外，所有形状的产品均可采取更替夹具实现快速切 换，不同产品更换夹具但安装方式不变，这种情况重点是设 计如何快速切换和固定夹具。

2.

运动范围的确定与标准件的选择。运动范围的选择一

般是由所需涵盖产品的极限尺寸决定的，如果只需要两种产 品的通用，在夹取及上下左右运动幅度上通过单行程的气缸 等即可实现，而对于适用多种类产品一般采用能够满足多位 置需求的模组丝杆或多轴机械手臂实现运动的需求。

标准件的选用原则：

(1) 确定所选标准件的类别：根据实际需求确定标准件

类别，必要时选择具有调整余量或多位置移动的模组替代单 位置移动的电缸或气缸。考虑到设备的灵活性及后期标准件 的再利用，多关节机械手臂、视觉系统已经成功在较多项目 上应用。

(2)

确定标准件的品种，设备中标准件的品种越少越有

利于后期的维修，在可能的情况下单一的标准件给采购、使

用、后期维护及标准件库存管理带来便利，如螺钉尽量选择 常用

M 3〜M 8的螺栓而避开选择M 2以下的。

(3)

经济性的原则：选择市场常用的规格型号，因生产及

采购量的上升，成本降低，设备回收周期缩短。

(4)

性价比第一的原则：设备开发会使用到多种行业最

新、最高端的标准件，但是要避免只买贵的观念，在满足使用 要求的情况下尽量选择成本较低的标准件。

3.软件的开发。针对柔性生产设备，设计之初除了需考 虑涵盖的产品范围外，更多地关注能够通过开放的程序完成 自动实现各产品之间的通用性,尽量避免通过技术调整来满 足切换产品使用目的。每种产品对应的程序有一个可选择的 产品序号实现切换对应的程序满足不同产品的使用。必要时 对应参数需要采取开放的方式更能够满足客户的实际需要， 如电机装销轴设备，需要将钻头转速、上下的进给速度等参 数开放，根据实际需要经常调整满足使用。

五、结束语

目前公司开发的柔性设备多数仅限于工序、类似产品的

通用，公司仍然存在许多通用类生产工序如热缩管处理、自 动焊锡技术等问题急需解决。企业生产要实现以大批量生产

的成本和速度，为客户提供满足其个性化需求的定制产品和 服务，企业急需突破效率和质量瓶颈;零件来料全检测，生产 过程全自动化或核心工序自动化，产品零件、成品进行编码，

产品的生产制造过程通过编码全程追踪，通过编码管理，让 杂乱无章、纷繁复杂的资源清晰明了。这些措施均是突破效

率和质量瓶颈的有效举措之一。未来制造业的发展将涵盖物 流、信息流，适用于多品种、中小批量的生产，兼有加工制造 和部分生产管理的功能，最终实现无人化生产。通过全公司 的不断努力，最终实现这一目标。

参考文献：

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理信息系统开发[M

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P 1贾安年，张彬.总线型柔性生产方式丨北京：企业管

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期