金 艷，齊 威

(大連工業(yè)大學(xué)，遼寧 大連 116034)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)的勞動(dòng)生產(chǎn)模式發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變，很多行業(yè)為進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，紛紛引進(jìn)了機(jī)械化生產(chǎn)線的作業(yè)模式，使各個(gè)工序之間形成有序銜接，有利于生產(chǎn)成本的控制和生產(chǎn)品質(zhì)的提升，同時(shí)也使各個(gè)工序各司其職，使生產(chǎn)、質(zhì)檢、包裝等過(guò)程有序?qū)嵤?。很多早期引進(jìn)生產(chǎn)線作業(yè)模式的企業(yè)，由于當(dāng)時(shí)的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用不廣泛，生產(chǎn)線技術(shù)多在機(jī)械功能方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，使早期的機(jī)械化生產(chǎn)線的各個(gè)工序需要人工進(jìn)行配合才能完成，生產(chǎn)線的更多作用在于運(yùn)輸、定位及其他輔助功能，使企業(yè)對(duì)人力資源的需求量仍非常高，造成了用工成本上漲和勞動(dòng)力負(fù)擔(dān)。隨著自動(dòng)化技術(shù)逐漸成熟且在生產(chǎn)線上進(jìn)行應(yīng)用，新的生產(chǎn)線產(chǎn)品具有了典型的自動(dòng)化與智能化特點(diǎn)，為進(jìn)一步提高傳統(tǒng)生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)和升級(jí)是十分必要的。

1 機(jī)械化生產(chǎn)線特點(diǎn)與種類(lèi)

機(jī)械化的生產(chǎn)線技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了很長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)期，其技術(shù)特點(diǎn)從早期的輔助性作業(yè)逐漸向全部自動(dòng)化甚至智能化方向轉(zhuǎn)變，從目前的生產(chǎn)線應(yīng)用情況來(lái)看，不同的階段具有各自的典型化特點(diǎn)，根據(jù)生產(chǎn)線設(shè)備的自動(dòng)化程度，可將機(jī)械化生產(chǎn)線分為以下幾大類(lèi)：(1)生產(chǎn)線僅能實(shí)現(xiàn)物料的定向輸送等功能，對(duì)于原料放置、產(chǎn)品加工、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品集中存放等工作均需要人工干預(yù)；(2)生產(chǎn)線既能實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)化輸送還能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)化加工功能，但是在原料放置、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品集中存放等方面仍需要人工干預(yù)；(3)生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)原料放置、輸送、自動(dòng)加工、自動(dòng)包裝、集中存放等功能，但不具備信息記錄、故障檢測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)檢等功能，以上工作需人工參與完成；(4)生產(chǎn)線具有較高的智能化程度，既能完成傳統(tǒng)的人工投放料、生產(chǎn)制造、包裝、產(chǎn)品存放等工作，還能利用生產(chǎn)線進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等工作，從而提高質(zhì)檢、倉(cāng)儲(chǔ)的工作效率。

2 傳統(tǒng)生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造原則

機(jī)械生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造是根據(jù)不同的生產(chǎn)線技術(shù)特點(diǎn)實(shí)施的，例如上文提及的四類(lèi)生產(chǎn)線，前兩類(lèi)的改造重點(diǎn)在于生產(chǎn)過(guò)程的全程自動(dòng)化，而第三類(lèi)生產(chǎn)線則是自動(dòng)化功能的進(jìn)一步豐富，機(jī)械化生產(chǎn)線的改造是遵循生產(chǎn)線技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，在充分考慮生產(chǎn)廠家經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的情況下，將一二類(lèi)生產(chǎn)線逐漸升級(jí)為三類(lèi)生產(chǎn)線，再考慮技術(shù)和功能的進(jìn)一步提升。傳統(tǒng)的機(jī)械化生產(chǎn)線改造應(yīng)以以下原則為出發(fā)點(diǎn)。

(1)降低生產(chǎn)過(guò)程的勞動(dòng)強(qiáng)度。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的主要目的之一就是通過(guò)機(jī)械來(lái)替代繁重的體力勞動(dòng)，尤其是完成物料輸送、搬運(yùn)及重復(fù)性的動(dòng)作，并避免傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)人身安全和健康造成的威脅。例如在化肥、藥劑等生產(chǎn)場(chǎng)所，利用將傳統(tǒng)的人工混料、人工監(jiān)測(cè)等長(zhǎng)時(shí)間、重復(fù)性工作通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備完成，既減少人工接觸的危險(xiǎn)，又能降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

(2)提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造，利用傳感器、視覺(jué)系統(tǒng)等代替人工定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)各工序反應(yīng)時(shí)間的提高，再在生產(chǎn)輸送過(guò)程中增設(shè)質(zhì)量檢測(cè)、自動(dòng)包裝、自動(dòng)碼垛等機(jī)械裝置和功能，使生產(chǎn)各個(gè)工序?qū)崿F(xiàn)合理化設(shè)計(jì)，生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)一步整合，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升。

(3)降低生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械化生產(chǎn)線的自動(dòng)化改造，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量控制水平，有效降低人工操作產(chǎn)生的失誤、誤差等問(wèn)題，降低生產(chǎn)的廢品率；通過(guò)自動(dòng)故障檢測(cè)技術(shù)降低生產(chǎn)線的故障發(fā)生率，降低大故障對(duì)生產(chǎn)工期的影響，降低誤工損失；有效減少對(duì)用工人數(shù)的依賴(lài)，自動(dòng)化生產(chǎn)有效替代人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)用工數(shù)量最優(yōu)化，人員雇傭成本進(jìn)一步降低。

3 自動(dòng)化改造關(guān)鍵技術(shù)

3.1 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)電一體化設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)線實(shí)際情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪工作，將現(xiàn)有設(shè)備的外形尺寸、功能特點(diǎn)進(jìn)行記錄，并記錄其在生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)的布局情況，形成生產(chǎn)車(chē)間現(xiàn)階段的設(shè)備布局方案記錄，并同時(shí)記錄車(chē)間內(nèi)的電源位置和建筑布局情況。利用CAD軟件進(jìn)行車(chē)間的設(shè)備重新布局與新增功能設(shè)計(jì)與布局，形成初始的改造設(shè)計(jì)方案。再利用CAD、SolidWorks等設(shè)計(jì)軟件和PLC等功能設(shè)計(jì)軟件對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化方面的改造設(shè)計(jì)，其中包括在原有機(jī)械結(jié)構(gòu)上增設(shè)填料、包裝、加工、質(zhì)檢等機(jī)械功能結(jié)構(gòu)或裝置，并設(shè)計(jì)針對(duì)新功能的傳感器、視覺(jué)檢測(cè)、重力檢測(cè)等功能及位置布局，利用PLC程序形成各個(gè)工位自動(dòng)化功能的實(shí)施流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有流程的檢測(cè)控制。此外，針對(duì)已經(jīng)完成的功能設(shè)計(jì)和布局，重新設(shè)計(jì)生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)部的電源箱位置、控制箱位置、設(shè)備地基情況、設(shè)備接地點(diǎn)的布局，使設(shè)備布局與基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)匹配。

3.2 電氣控制技術(shù)

根據(jù)總體的改造方案展開(kāi)電氣控制方面的設(shè)計(jì)與硬件選型等工作，以傳統(tǒng)人工操作向自動(dòng)化轉(zhuǎn)型為出發(fā)點(diǎn)，考慮如何利用先進(jìn)的檢測(cè)與控制原件和相關(guān)設(shè)備更好地替代人工作業(yè)，并實(shí)現(xiàn)各個(gè)工序之間的良好銜接。電氣控制技術(shù)的實(shí)施通常以PLC為核心，現(xiàn)階段的PLC技術(shù)具有利用自身邏輯實(shí)現(xiàn)控制功能和高度自由化的可編程特點(diǎn)，在電氣控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。因此，根據(jù)總體布局的功能要求，設(shè)計(jì)PLC對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線功能執(zhí)行的工藝流程是電氣控制設(shè)計(jì)的首要工作，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可同步進(jìn)行控制元件和相關(guān)機(jī)械設(shè)備的選型，主要選型內(nèi)容包括PLC主站、工控機(jī)、變頻器、機(jī)器人控制系統(tǒng)等，并對(duì)總體方案中的傳感器、視覺(jué)設(shè)備、機(jī)械臂產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)核，考慮其適用性和工作邏輯是否合理，并設(shè)計(jì)生產(chǎn)狀態(tài)顯示屏位置，利用工控機(jī)實(shí)現(xiàn)信息獲取和功能控制。

3.3 傳感器技術(shù)

傳感器是自動(dòng)化控制領(lǐng)域常用的信息獲取與檢測(cè)控制元件，在自動(dòng)化生產(chǎn)上常用的傳感器包括光線傳感器、光柵傳感器、接近傳感器、計(jì)數(shù)器、重力傳感器、速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、金屬檢測(cè)器等，在進(jìn)行傳統(tǒng)生產(chǎn)線改造過(guò)程中，合理利用傳感器技術(shù)能有效優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)的各個(gè)過(guò)程，提高機(jī)械加工產(chǎn)品過(guò)程的精確度，并提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，優(yōu)化傳統(tǒng)工作流程。例如在生產(chǎn)過(guò)程中利用光柵傳感器進(jìn)行產(chǎn)品定位，再配合PLC控制進(jìn)行精確的產(chǎn)品加工，利用重力傳感器、金屬檢測(cè)器進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)，這些功能都能有效替代傳統(tǒng)人工工作，便于自動(dòng)化控制功能的實(shí)現(xiàn)。

3.4 自動(dòng)化物料輸送技術(shù)

自動(dòng)化物料輸送是針對(duì)生產(chǎn)的全過(guò)程進(jìn)行的輸送功能設(shè)計(jì)，具體的功能包括了原料自動(dòng)投放、原料輸送、生產(chǎn)線之間銜接、成品輸出、成品碼垛、成品自動(dòng)入庫(kù)等功能，此外還包括生產(chǎn)雜質(zhì)的去除、物料信息記錄等功能。物料的自動(dòng)化輸送主要通過(guò)多種輸送設(shè)備實(shí)現(xiàn)，例如自動(dòng)放料裝置、皮帶輸送機(jī)、輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)、彎道輸送機(jī)、斜坡輸送機(jī)、振動(dòng)輸送機(jī)、垛盤(pán)輸送機(jī)、碼垛機(jī)器人、成品輸送小車(chē)等，利用不同輸送裝置的結(jié)合，能夠?qū)⑸a(chǎn)線從物料供應(yīng)到成品入庫(kù)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行銜接，并利用彎道輸送機(jī)、斜坡輸送機(jī)提高生產(chǎn)布局密度，充分利用空間資源，實(shí)現(xiàn)在有限空間內(nèi)的設(shè)備布置最佳化。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)化的改造是現(xiàn)階段生產(chǎn)企業(yè)節(jié)本增效的有效手段，盡管在改造階段會(huì)產(chǎn)生一定的成本支出，但由于充分利用了已有設(shè)備，改造成本相對(duì)于全部購(gòu)置新設(shè)備明顯更低，通常僅為購(gòu)置新設(shè)備成本的30%～40%，且有利于提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，是現(xiàn)階段生產(chǎn)企業(yè)的最佳技術(shù)升級(jí)方式之一。

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