王傳存
(上海振華港機重工有限公司,上海 202150)
岸邊集裝箱起重機和散貨機械均設(shè)有行走機構(gòu),行走機構(gòu)由車輪、軸、軸承座、軸承、臺車架、減速機、電機支架、電機、護欄以及夾輪器等組件構(gòu)成。目前行走機構(gòu)臺車裝配,多是依靠行車頻繁起吊翻身和轉(zhuǎn)運來完成裝配工作,因此在轉(zhuǎn)運過程中經(jīng)常出現(xiàn)碰壞油漆問題,受設(shè)備條件限制,手工作業(yè)量大,每個零部件都需人工裝配,裝配效率低,且存在一定的安全隱患。另外,行走機構(gòu)檢測多利用簡易測量設(shè)備,導(dǎo)致裝配制造過程產(chǎn)品質(zhì)量可控程度低、用工成本高、自動化程度低,不利于提高企業(yè)經(jīng)濟效率。
上述裝配方式與先進制造要求之間的差距越來越大,難以完成與日俱增的生產(chǎn)任務(wù)要求,這要求必須改變現(xiàn)有裝配工藝,優(yōu)化行走機構(gòu)臺車裝配生產(chǎn)線,依靠自動化生產(chǎn)技術(shù)將勞動力從裝配生產(chǎn)上解放出來。
行走機構(gòu)裝配主要按照從下而上、先主后輔的順序來進行的,主要有車輪裝配、驅(qū)動排裝和軌道排裝三個工序。車輪裝配是將臺車架與車輪組進行裝配;驅(qū)動排裝是將臺車架與電機、減速機、制動器、夾輪器和護欄等部件進行組裝;軌道排裝是將下部臺車行走與平衡梁進行穩(wěn)定組裝。
行走機構(gòu)生產(chǎn)線包括輔助清洗準備區(qū)和主線裝配區(qū),本文所研究的行走機構(gòu)生產(chǎn)線占地面積約1700m2,生產(chǎn)線主線裝配區(qū)包含車輪、軸、軸承、軸承座和臺車架裝配等部分組成。整條生產(chǎn)線物流方向清晰,地面噴有”5S”標示,各功能直觀明了。此外,該生產(chǎn)線采用非標專機加立體庫進行集成,每當工位出現(xiàn)設(shè)備故障時,有相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案進行處理,滿足生產(chǎn)需要;各道工序能脫線獨立運行,互不影響,實現(xiàn)柔性生產(chǎn);每道工序間可以進行自檢,合格后轉(zhuǎn)移到下道工序,不合格退出到返修工位。該生產(chǎn)線產(chǎn)品合格品率在98%以上,能實現(xiàn)信息化和智能化功能,同時預(yù)留工廠級MES升級接口。
1.2.1 生產(chǎn)線輔助清洗準備區(qū)
輔助清洗準備區(qū)主要對主動軸、從動軸、車輪、軸承座、臺車架、電機底座、鎖緊盤預(yù)先進行清理,同時對部分零件進行噴碼處理。輔助清洗準備區(qū)還配有清洗專機和簡易除塵設(shè)備,其中車輪清洗工序與車輪加熱、輪軸裝配工序進行銜接。
1.2.2 車輪軸和軸承間的自動裝配
車輪和軸通過專機進行自動裝配;軸承座和軸承自動壓裝;車輪、軸、軸承、軸承座通過機器人自動裝配。立體庫與輪軸裝配區(qū)采用立體庫與堆垛機主體形式進行緩存。堆垛機另一出口與非標裝配區(qū)對接,留有二個工位緩存。
1.2.3 驅(qū)動排裝及臺車架裝配主體人工輔助裝配
前部(裝配車輪和車架)采用各種專機以實現(xiàn)臺車架與車輪的正常運裝,同時設(shè)置安全護欄配安全光柵,保證工人安全操作;后部(減速機和電機及附件)采用經(jīng)典的“排骨線”布局,主線采用子母小車形式,工作站整齊分布在主線兩邊,配備各種專用設(shè)備,小件配有線邊庫,方便各工位單獨取拿。各安裝工位旁,如車架及裝配附屬件,有序放在主線旁。各工位配有工具箱收集,做到文明生產(chǎn)。
1.2.4 減速機和電機支架的預(yù)裝工位
本工位一共3個,減速機與清理后的電機支架進行螺栓連接,減速機在通用性工裝料臺上進行安裝,電機支架配備平衡吊輔助安裝。
1.2.5 各緩存工位
清洗準備區(qū),車輪、軸、軸承及軸承座裝配區(qū)和臺車架裝配主體區(qū)附近布置相應(yīng)物料緩存工位,預(yù)留物料通道。
改造前行走機構(gòu)臺車裝配按照由散到集、從下而上、先主后輔的順序進行工序安排,主要包括車輪軸裝配、車架裝配以及驅(qū)動排裝等工序。改造前的裝配工藝全部依靠人工,而改造后主要依托自動化設(shè)備完成,只需人工輔助,具體對比如表1所示。
生產(chǎn)線準備設(shè)有3個大工位,分別為車輪清洗及上線工位1個,軸清洗及上線工位1個,軸承座清洗及上線工位1個。
車輪通過料框立式進入裝配車間指定工位上,利用車輪翻轉(zhuǎn)專機設(shè)備將輪子翻轉(zhuǎn)90°,在清洗工位上進行自動清洗,清洗工位配有清洗專機及簡易除塵設(shè)備。車輪清洗后,人工檢測合格后噴碼,再轉(zhuǎn)移下道工序,運送至加熱工位或入庫緩存。清洗機配有刷頭,一邊刷一邊噴清洗劑,清洗劑可循環(huán)使用,具有循環(huán)過濾功能。每件車輪清洗必須在3min內(nèi)完成。
表1 工藝流程改造前后的比較表
主動軸及從動軸通過料框豎直進入裝配車間,利用軸類專機進行移載并進行180°掉頭,在清洗工位上進行自動清洗。清洗后輸送至輪軸安裝工位緩存。每根軸清洗必須在2min內(nèi)完成。
主動及從動軸清洗機設(shè)置四個工位,分別為上料工位、輥刷+超聲堿洗、清水漂洗和烘干。機械手通過視覺定位,將軸從托盤上抓起放至超聲清洗槽內(nèi),配合輥刷刷洗,然后洗去堿液,進行控水、烘干。每個工位有工裝夾具,可同時清洗4根軸。超聲堿洗和漂洗配置油水分離裝置、循環(huán)過濾裝置、電加熱器和氣槍吹干裝置。
軸承座通過料盤掛式進入裝配車間,利用平衡吊移至工作臺上進行拆卸,拆下悶蓋放置到轉(zhuǎn)運車上,送至臺車架裝配工位。在清洗工位上進行自動清洗,清洗工位配有清洗專機及簡易除塵設(shè)備,軸承座清洗好后進行軸承自動壓裝,自動檢測是否到位,合格后噴碼轉(zhuǎn)移到下道工序,不合格返回維修。完成后自動送至軸承座自動裝配緩存或加熱區(qū)。
軸承座拆卸與軸承預(yù)裝分為5個工位,分別為軸承座拆卸工位2個、清洗工位2個、壓裝和下線工位1個,工位間采用鏈輪銜接。軸承座配平衡吊,人工輔助上料、拆卸;配有自動清洗機,自動清洗軸承座內(nèi)孔;清洗機配有刷頭,一邊刷一邊噴清洗劑;軸承采用機器人視覺定位系統(tǒng)實現(xiàn)自動抓取、壓裝操作;壓裝機配有壓力傳感器,防止過壓或壓力不到位;機器人配有各種夾具,實現(xiàn)自動選擇夾具、自動換夾功能。
車輪和軸承座間自動裝配立體庫緩存和4個裝配工位,分別是車輪和軸裝配工位1個、返修工位1個、車輪和軸和軸承座裝配工位1個、人工輔助軸局部涂漆工位1個。本本研究的行走機構(gòu)自動裝配指的是車輪與軸、車輪和軸以及軸承座的自動裝配。每工位之間采用輥道或運輸小車進行自動轉(zhuǎn)運。
立體庫主要包括堆垛機、緩沖器、垂直極限開關(guān)、動作聯(lián)鎖裝置、貨叉保護裝置、過載保護裝置、載荷外形檢測裝置、貨位虛實檢測裝置、聲光報警裝置、緊急停止開關(guān)、超速檢測保護裝置以及其他各種保護裝置。主體結(jié)構(gòu)采用鋼制框架,表面噴塑,為上中下三層料架結(jié)構(gòu)。庫體兩外側(cè)用網(wǎng)孔板隔離,頂部有隔板,具有防塵功能。每庫位配有托盤,用于存儲和緩冷車輪與軸,能容納不同直徑車輪和軸肩位置要求。立體庫側(cè)應(yīng)有應(yīng)急下線工位,輸出輥道與非標線對接。具體如圖1所示。
圖1 改造后的輪軸裝配緩存
圖2 改造前的輪軸裝配緩存
貨叉檢測不在中位,托盤貨物尺寸超差,貨叉正在運行,垂直升降安全保護系統(tǒng)被啟動;載貨臺超過最高極限,啟動緊急極限制動開關(guān)斷電停車;堆垛機運行到巷道端部觸動極限開關(guān);堆垛機緊急制動被啟動。
本工位共有1個,按工藝要求軸外漏部分需涂兩遍油漆,需配有專機進行翻轉(zhuǎn)。
車輪和軸自動裝配大工位1個,包括車輪感應(yīng)加熱小工位3個。車輪按工藝要求將清洗好的車輪自動輸送至加熱工位,車輪子內(nèi)孔加熱溫度要在油漆耐溫范圍內(nèi),保溫時間和加熱溫度要根據(jù)工藝試驗確定。車輪加熱結(jié)束到安裝結(jié)束控制在10s之內(nèi)完成,避免車輪和軸出現(xiàn)裝配偏差情況。
車輪感應(yīng)加熱機具有溫度和時間雙閉環(huán)控制功能,通過專機視覺定位進行輪軸自動壓裝,壓裝機配有壓力傳感器,防止過壓或壓力不到位。完成后自動轉(zhuǎn)到立體庫托盤上進行冷卻。專機裝配考慮主從動軸肩、長短及重量差異,自動檢測是否到位,合格后噴碼轉(zhuǎn)移到下道工序,不合格返回維修。
車輪和軸承間裝配大工位2個,分別為主動輪和從動輪裝配工位各1個,按照軸承按工藝要求進行預(yù)加熱消磁,通過機器人分別抓取軸承和軸承座進行壓裝。采用視覺系統(tǒng),機器人進行調(diào)整,保證軸承與軸同軸度。正面軸承安裝好后,進行冷卻,以免翻身時反面軸承落下,影響裝配質(zhì)量。軸承安裝完成后翻轉(zhuǎn)90°,再裝另一面軸承和軸承座。機器人配有各種夾具,機器人自動選擇夾具,自動換夾。此工位需要注意車輪基準面,自動檢測是否到位,合格后噴碼轉(zhuǎn)移到下道工序,不合格返回維修。
RGV運輸小車上裝有定制柔性工裝夾具,能適應(yīng)不同種類車輪和軸,按節(jié)拍時間進行相應(yīng)工位間轉(zhuǎn)移操作。
人工輔助裝配設(shè)12個工位,分別是臺車架裝配工位2個、減速機裝配工位3個、電機及附屬件裝配工位4個、緩存裝配工位2個和下線試車噴碼工位1個。
人工輔助裝配是指車輪組通過定制運輸車送到臺車架裝配工位時,人工輔助進行裝配過程。減速機通過變頻吊裝設(shè)備進行人工輔助裝配,鎖緊盤配專用液壓工裝通過定扭力電動帶進行梯度緊固;電機通過平衡吊移載預(yù)先配鉆,輔助激光對中設(shè)備,附件配通過平衡吊人工輔助安裝,成品下線試車噴碼。車輪架裝配區(qū)、機構(gòu)排裝區(qū)設(shè)有相應(yīng)附件緩存工位。各工位裝配時間不可控,采用經(jīng)典“排骨線”布局,最大發(fā)揮工位間產(chǎn)能。每工位產(chǎn)品裝配合格后轉(zhuǎn)移到下道工位,不合格則退回返修工位。
MES系統(tǒng)主要由管理層、網(wǎng)絡(luò)層和現(xiàn)場測控層構(gòu)成。管理層由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和大屏顯示設(shè)備等組成;網(wǎng)絡(luò)層主要由交換機等部件組成;現(xiàn)場測控層由現(xiàn)場控制設(shè)備,如條碼槍、控制器和噴碼機等部件組成。
MES系統(tǒng)具有零件信息移植功能,并且遵循每個零部件依次疊加綁定原則。實現(xiàn)產(chǎn)品制作過程追溯性,方便后續(xù)查詢原料供應(yīng)商、操作崗位人員以及加工工序與關(guān)鍵工藝參數(shù)。另外,MES系統(tǒng)能統(tǒng)計和監(jiān)控每個產(chǎn)品質(zhì)量信息,對產(chǎn)品質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)進行自動統(tǒng)計和分析,精確區(qū)分產(chǎn)品質(zhì)量,將質(zhì)量隱患消滅于萌芽狀態(tài)。生產(chǎn)線在裝配不同產(chǎn)品時,MES系統(tǒng)還能自動校驗,并提示工人部件裝配錯、產(chǎn)品生產(chǎn)流程、產(chǎn)品混裝和貨品交接過程存在的問題。提升每個過程生產(chǎn)合格率。
行走機構(gòu)臺車裝配生產(chǎn)線是通過裝配工藝改革,按現(xiàn)代裝配理念來進行設(shè)計布局的,在這個過程中,充分利用機械手、平衡吊、穿梭車等高效物流設(shè)備,大幅提高生產(chǎn)效率。對于改進后的生產(chǎn)線和原手工裝配作業(yè)線,投入人員數(shù)量由36人減少至20人,人均效率提升率為180%;車輪裝配月組裝工時由2800h減少至1232h,驅(qū)動排裝月組裝工時由6720h減少至2288h,節(jié)約時間6000h;按10年設(shè)備折舊率計算,年節(jié)約費用1729187元,投資回報率高達21%。
另外,改造過程中因大量使用機械手、平衡吊、穿梭車等自動化設(shè)備,有效減少了安全事故發(fā)生概率,同時降低了工人勞動強度與起重安全風險概率。原裝配車間大量使用行車作起重轉(zhuǎn)場工具,效率低、能耗高;而臺車生產(chǎn)線使用先進人力輔助工具以及物流轉(zhuǎn)場設(shè)備,大幅提高生產(chǎn)效率,既省時又省力省工;采用各“排骨線”布局有效減少了車間場地占地面積,加工周期縮短40%,有效提升了產(chǎn)品制造流轉(zhuǎn)效率。