李 奎，程 朗，印厚飛

（國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)（連云港）有限公司， 江蘇 連云港 222000）

引言

當(dāng)前風(fēng)電葉片的制造屬于勞動(dòng)密集型作業(yè)，其制造加工全部依靠人工操作，人工作業(yè)產(chǎn)生的各種成本占到整個(gè)葉片制造成本的1/3，同時(shí)隨著國(guó)家“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的深入，在風(fēng)電葉片制造行業(yè)引入機(jī)械自動(dòng)化制造裝備和方法，降低成本提升質(zhì)量愈顯重要。本文結(jié)合目前風(fēng)電葉片制造形勢(shì)，和國(guó)內(nèi)外其它制造行業(yè)在機(jī)械化和自動(dòng)化方面已有技術(shù)，對(duì)風(fēng)電葉片制造如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化進(jìn)行了系統(tǒng)性論述。

1 風(fēng)電葉片制造現(xiàn)狀

風(fēng)電葉片的制造從大的工序上可分為模鑄成型和修型涂裝，其制造過(guò)程配套的設(shè)備諸如模具、行車(chē)叉車(chē)、加熱器、真空泵、翻轉(zhuǎn)鎖模、樹(shù)脂混膠機(jī)和噴涂機(jī)等多為輔助生產(chǎn)，而直接用于葉片生產(chǎn)作業(yè)的自動(dòng)化機(jī)械裝備基本沒(méi)有。其中葉片涂裝在汽車(chē)制造行業(yè)已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化可以借鑒，自動(dòng)層鋪、自動(dòng)灌注、自動(dòng)倒運(yùn)流轉(zhuǎn)等在飛行器制造行業(yè)也有應(yīng)用，這些成熟的技術(shù)結(jié)合葉片生產(chǎn)的工藝技術(shù)特點(diǎn)，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)后可用于葉片的自動(dòng)化生產(chǎn)[1]。和其它自動(dòng)化生產(chǎn)線一樣，葉片的自動(dòng)化生產(chǎn)線也需要硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的深度融合才能實(shí)現(xiàn)。葉片的硬件部分：產(chǎn)品的自動(dòng)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)貫穿于葉片制造從投料到成品產(chǎn)出全過(guò)程；分布于各模具和工位中具有不同功能的自動(dòng)化機(jī)械裝備是制造執(zhí)行終端。葉片的軟件方面：中央智能控制系統(tǒng)是整個(gè)自動(dòng)化工廠的大腦，通過(guò)MES等專業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間所有人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)的統(tǒng)籌、調(diào)度和監(jiān)控，收集和匯總各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)；系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)、人機(jī)交互展示、設(shè)備及產(chǎn)品檔案記錄和各種報(bào)表打印等功能；智能化水平更高的控制系統(tǒng)，還能通過(guò)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備和工藝參數(shù)的最優(yōu)化自動(dòng)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益的最大化和產(chǎn)品工藝的最優(yōu)化。

2 葉片生產(chǎn)自動(dòng)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)

風(fēng)電葉片的生產(chǎn)屬于T型生產(chǎn)線布局，大梁和腹板提前生產(chǎn)作為部件在殼體生產(chǎn)時(shí)使用，殼體成型至型修涂裝可按照流水線形式布局。葉片在加工過(guò)程中的流轉(zhuǎn)是線性的，原材料、部件、半成品及成品的流轉(zhuǎn)倒運(yùn)貫穿于葉片制造全過(guò)程，是葉片自動(dòng)化生產(chǎn)線不可缺少的部分。鑒于風(fēng)電葉片尺寸巨大，可通過(guò)自動(dòng)化流轉(zhuǎn)倒運(yùn)工裝載動(dòng)葉片和部件在布置好的車(chē)間軌道上受控輸送，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的自動(dòng)倒運(yùn)流轉(zhuǎn)。同時(shí)該系統(tǒng)內(nèi)置整個(gè)工廠的物理模型數(shù)據(jù)，輸送和運(yùn)行軌道上布置位移、速度和定位傳感器，通過(guò)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)工裝本身的控制程序和與軌道傳感器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)的啟停和精確定位，其軌道可以是具有傳感器的物理軌道也可以是磁感應(yīng)的AGV軌道或者差分衛(wèi)星定位系統(tǒng)路徑[2]。

2.1 工位和模具端裝備作業(yè)運(yùn)行軌道系統(tǒng)

在成型車(chē)間，每套模具兩側(cè)均布置有該模具葉片生產(chǎn)所需自動(dòng)化裝備運(yùn)行的軌道，自動(dòng)膠衣涂刷、自動(dòng)鋪布、自動(dòng)灌注合模等裝備安裝在該軌道上圍繞模具進(jìn)行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)膠衣自動(dòng)噴涂、自動(dòng)鋪層、自動(dòng)灌注、自動(dòng)涂膠合模；在葉片型修階段，每個(gè)型修工位兩側(cè)布置供葉片型修噴漆機(jī)器人運(yùn)行的軌道，圍繞半成品葉片進(jìn)行葉片切邊、打磨、噴漆的設(shè)備在此軌道上來(lái)回運(yùn)行實(shí)現(xiàn)葉片型修。

2.2 產(chǎn)品和部件流轉(zhuǎn)的自動(dòng)倒運(yùn)系統(tǒng)

在大梁至殼體、腹板至殼體、殼體至型修不同工位間，布置用于大梁腹板和葉片周轉(zhuǎn)倒運(yùn)的自動(dòng)倒運(yùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)大梁、腹板與殼體以及殼體與型修作業(yè)的作業(yè)順序，自動(dòng)將對(duì)應(yīng)部件和成品輸送至下一個(gè)工序或工位，實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)線間部件產(chǎn)品的自動(dòng)流轉(zhuǎn)。

2.3 原材料自動(dòng)配送系統(tǒng)

在倉(cāng)庫(kù)至每條生產(chǎn)線和工位設(shè)有用于物料自動(dòng)配送的軌道系統(tǒng)，該系統(tǒng)將各工序所需物料根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，自動(dòng)配送至對(duì)應(yīng)工位的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備端，實(shí)現(xiàn)物料配送的自動(dòng)化。

3 殼體成型自動(dòng)化生產(chǎn)線

該自動(dòng)化生產(chǎn)線主要是以模具和工位為中心，在模具或工位周邊布置自動(dòng)化設(shè)備作業(yè)軌道，膠衣自動(dòng)噴涂設(shè)備、自動(dòng)鋪布設(shè)備、自動(dòng)鋪設(shè)芯材設(shè)備、在線自動(dòng)灌注設(shè)備、在線自動(dòng)涂膠設(shè)備、自動(dòng)切邊打磨噴漆設(shè)備等在該軌道上運(yùn)行，完成相應(yīng)模具生產(chǎn)工序生產(chǎn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)葉片生產(chǎn)加工的機(jī)械自動(dòng)化。

3.1 膠衣噴涂和鋪布自動(dòng)化

在葉片和大梁腹板層鋪灌注階段，膠衣噴涂、玻纖布鋪設(shè)、芯材鋪放和輔材鋪放集成在一個(gè)設(shè)備上，該設(shè)備通過(guò)內(nèi)置的葉片模具型面數(shù)據(jù)和布置在模具上的定位傳感器實(shí)現(xiàn)膠衣自動(dòng)化混合、噴涂。玻纖布的自動(dòng)鋪設(shè)實(shí)現(xiàn)方式有兩種：第一種為所使用玻纖布為標(biāo)準(zhǔn)布帶，自動(dòng)鋪布機(jī)通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置的葉型、模具型面數(shù)據(jù)、鋪布工藝數(shù)據(jù)，結(jié)合布置在模具上的定位傳感器將玻纖布帶精準(zhǔn)的鋪設(shè)在模具，往復(fù)作業(yè)完成整個(gè)葉片的鋪設(shè)；第二種為所使用的玻纖布為提前按葉片的結(jié)構(gòu)和鋪設(shè)工藝裁切好的裁片，自動(dòng)鋪布機(jī)通過(guò)自動(dòng)識(shí)別將每塊裁片鋪放到對(duì)應(yīng)的位置，最終完成整個(gè)鋪布過(guò)程。同時(shí)該鋪布機(jī)具備芯材和導(dǎo)注輔材鋪放的功能，根據(jù)不同的材料更換對(duì)應(yīng)的作業(yè)手臂和程序，完成整個(gè)葉片殼體的自動(dòng)鋪設(shè)，過(guò)程中與材料的自動(dòng)配送系統(tǒng)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程自動(dòng)上料和材料自動(dòng)識(shí)別更換。

3.2 在線灌注與在線涂膠

在葉片成型的真空導(dǎo)注階段，通過(guò)集成了樹(shù)脂自動(dòng)上料、自動(dòng)脫泡、降溫和混配等功能的在線灌注機(jī)與預(yù)埋在模具上的樹(shù)脂輸送管路連接，實(shí)現(xiàn)葉片成型的自動(dòng)化導(dǎo)注。導(dǎo)注開(kāi)始時(shí)在線灌注機(jī)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)系統(tǒng)開(kāi)至待灌注的模具，在線灌注機(jī)的混合樹(shù)脂出口有帶快速接口的連接軟管，與模具上的樹(shù)脂輸送主管路實(shí)現(xiàn)快速連接，樹(shù)脂輸送主管路在葉片每個(gè)導(dǎo)注口位置的支管上布有帶傳感器的電磁閥門(mén)，電磁閥門(mén)的傳感器可以通過(guò)樹(shù)脂流速、壓力等感應(yīng)真空灌注進(jìn)行程度，傳感器將這些信號(hào)傳輸給在線灌注機(jī)，在線灌注機(jī)通過(guò)內(nèi)置的灌注程序，檢測(cè)到模具上對(duì)應(yīng)區(qū)域樹(shù)脂澆注完成后給出指令自動(dòng)關(guān)閉對(duì)應(yīng)澆注口的電磁閥門(mén)，最終完成整個(gè)葉片的真空灌注。在葉片合模階段，通過(guò)合模專用的在線涂膠合模機(jī)完成葉片合模涂膠的自動(dòng)化，在線涂膠機(jī)運(yùn)行軌道從模具葉根向葉尖移動(dòng)，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)預(yù)制的葉型數(shù)據(jù)和涂膠區(qū)域定位數(shù)據(jù)，完成粘接劑的自動(dòng)上料、自動(dòng)配混和自動(dòng)涂膠，涂膠時(shí)機(jī)器根據(jù)布置在模具上的定位傳感器，對(duì)不同的涂膠區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)每個(gè)區(qū)域粘接劑涂抹尺寸數(shù)據(jù)自動(dòng)切換不同的刮膠頭，最終完成整個(gè)葉片的合模涂膠。涂膠結(jié)束后模具根據(jù)智能控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)模具翻轉(zhuǎn)、鎖模，最終實(shí)現(xiàn)葉片合模的自動(dòng)化。

3.3 大梁腹板的吊裝與定位自動(dòng)化

大梁腹板生產(chǎn)完畢后通過(guò)一體化的吊具準(zhǔn)確的完成大梁腹板的吊裝，吊裝至對(duì)應(yīng)殼體主模具上后，通過(guò)吊具和主模具上定位傳感器實(shí)現(xiàn)大梁腹板的精確定位和安放，該吊具為模塊化重復(fù)結(jié)構(gòu)，可根據(jù)產(chǎn)品的長(zhǎng)度通過(guò)增加重復(fù)單元數(shù)量的方式增加長(zhǎng)度，吊具可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的自動(dòng)抓放，通過(guò)吊具內(nèi)置的識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品型號(hào)和產(chǎn)品上預(yù)制的吊點(diǎn)標(biāo)記，自動(dòng)完成吊點(diǎn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和復(fù)核，確保吊裝安全，同時(shí)吊具本身具備智能控制系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)顯示吊具的運(yùn)行狀態(tài)和工作軌跡，從而實(shí)現(xiàn)大梁腹板吊裝與定位的自動(dòng)化。

3.4 葉片表面型修和涂裝自動(dòng)化

從成型車(chē)間生產(chǎn)線下來(lái)的半成品葉片，通過(guò)自動(dòng)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)系統(tǒng)輸送至型修涂裝工位，使用多軸工業(yè)機(jī)器人手臂實(shí)現(xiàn)型修涂裝的自動(dòng)化作業(yè)[3]。在此工序葉片的處理方式有兩種，一種為葉片固定，在工位兩側(cè)鋪設(shè)工業(yè)機(jī)器人作業(yè)的導(dǎo)軌，機(jī)器人在導(dǎo)軌上按照程序設(shè)定從葉根向葉尖移動(dòng)完成葉片的切邊、打磨和涂裝作業(yè)；另一種為通過(guò)式，葉片在自動(dòng)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)系統(tǒng)上逐步通過(guò)固定點(diǎn)機(jī)器人的方式，完成葉片的切邊、打磨和涂裝作業(yè)。切邊、打磨和涂裝使用同一個(gè)工業(yè)機(jī)器人，該機(jī)器人內(nèi)置切邊、打磨和噴涂三種作業(yè)模式，不同的模式下自動(dòng)切換不同的末端作業(yè)頭和程序。機(jī)器人的內(nèi)置程序中有不同葉型的三維數(shù)據(jù)，結(jié)合作業(yè)工位的各種定位傳感器實(shí)現(xiàn)葉片型修和涂裝的自動(dòng)化。

4 分布式和中央自動(dòng)控制系統(tǒng)

為確保各模具和工位所有自動(dòng)化設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行、互不影響和安全高效，需要有一套以模具和工位為單位的分布式智能控制系統(tǒng)，和以整個(gè)工廠為總體的中央控制系統(tǒng)，終端設(shè)備和模具的運(yùn)行由設(shè)備和模具內(nèi)置的自動(dòng)化程序完成對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化作業(yè)[4]。分布式控制系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)置的葉片生產(chǎn)工藝流程和參數(shù)，對(duì)一套模具及周邊配套的設(shè)備按工藝流程進(jìn)行排序、控制和切換。該系統(tǒng)自動(dòng)化作業(yè)的具體實(shí)施方法為在每個(gè)設(shè)備和模具以及產(chǎn)品流轉(zhuǎn)系統(tǒng)上加裝數(shù)據(jù)采集裝置和控制裝置，數(shù)據(jù)采集線路和控制線路集成到該模具配套的分布式就地控制柜，該控制柜負(fù)責(zé)控制和收集該模具周邊所有設(shè)備的工藝和運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行整理打包后進(jìn)行傳輸至更高一級(jí)的中央智能監(jiān)控系統(tǒng)，該分布式就地控制柜在更換生產(chǎn)線后可實(shí)現(xiàn)模塊化快速拆裝和換模；中央監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和節(jié)拍，在整個(gè)工廠層面統(tǒng)籌控制共用部分葉片自動(dòng)流轉(zhuǎn)倒運(yùn)系統(tǒng)和各分布式就地控制柜的運(yùn)行，確保整個(gè)工廠多條并行生產(chǎn)線的有序運(yùn)行。中央控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)化、信息化和智能化代替了人工化的生產(chǎn)作業(yè)管控，準(zhǔn)時(shí)化地完成各生產(chǎn)線及其設(shè)備集群的自動(dòng)操作和關(guān)停，同時(shí)作為一個(gè)大數(shù)據(jù)終端完整的記錄所有設(shè)備和葉片生產(chǎn)過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)，再通過(guò)大數(shù)據(jù)分析改進(jìn)程序優(yōu)化葉片制造工藝，進(jìn)而不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到提質(zhì)增效的目的，從而提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

5 網(wǎng)絡(luò)化和信息化

以上自動(dòng)化生產(chǎn)線和控制系統(tǒng)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)化和信息化，網(wǎng)絡(luò)是信息的載體和高速公路，二者相輔相成是整個(gè)葉片自動(dòng)化生產(chǎn)線的軟體部分發(fā)揮著重要的作用。分布式就地控制柜對(duì)每個(gè)模具自動(dòng)化設(shè)備的監(jiān)控、中央監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)分布在各生產(chǎn)線就地控制柜和相應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控、各種數(shù)據(jù)采集傳輸，都需要數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，因此需要在整個(gè)工廠內(nèi)搭建以模具工位為三級(jí)、以車(chē)間為二級(jí)和以中央控制系統(tǒng)級(jí)為一級(jí)的工廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工廠各終端系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化布局[5]。

信息化主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)各級(jí)設(shè)備、控制柜、中央監(jiān)控系統(tǒng)程序化的智能化專用軟件平臺(tái)，其中WMS電子倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)通過(guò)布置在倉(cāng)庫(kù)的物資收發(fā)和車(chē)間模具周邊軌道系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料的配送和上料，ERP實(shí)現(xiàn)對(duì)物料出入庫(kù)的賬務(wù)和公司級(jí)層面訂單、項(xiàng)目和生產(chǎn)計(jì)劃資源管理分配，基于MES制造執(zhí)行系統(tǒng)的中央監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各工序生產(chǎn)的制造執(zhí)行和數(shù)據(jù)記錄分析。信息化是整個(gè)葉片自動(dòng)化生產(chǎn)線的中樞大腦，支配著整個(gè)葉片生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上機(jī)械化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和信息化深度融合而打造的風(fēng)電葉片自動(dòng)化生產(chǎn)線，取代了風(fēng)電葉片生產(chǎn)制造過(guò)程中人員直接作業(yè)的工序。自動(dòng)化生產(chǎn)線建成以后工廠只需要保留少數(shù)人員用于設(shè)備管理、工廠管理和中央監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)維，直接生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化，大大降低了葉片制造成本，發(fā)揮出了機(jī)器作業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提升的優(yōu)勢(shì)，而且人工的減少規(guī)避了企業(yè)面臨的大部分勞資風(fēng)險(xiǎn)，是風(fēng)電葉片制造優(yōu)質(zhì)安全高效的必由之路。