藍(lán)初廣，盧健兵，江海燕，施嘉琳，閆國(guó)民

（廣州黃埔文沖船舶有限公司，廣州510727）

1 前言

黃埔文沖船舶有限公司文沖廠區(qū)以建造出口集裝箱船、散貨船和挖泥船為主，公司管子加工獨(dú)立設(shè)置生產(chǎn)車間，在管子生產(chǎn)中每條管基本具有唯一性，以管子和管子附件上的鋼字碼對(duì)加工中和加工后鍍鋅處理進(jìn)行區(qū)別。鋼字碼最初是人工錘打，慢慢改進(jìn)成常用的氣動(dòng)打碼，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。但由于管子編號(hào)不一，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)性，而且裝卸和分揀管附件需要人工進(jìn)行，整個(gè)過程輔助時(shí)間較多，效率不高。

在這種背景下，造船事業(yè)二部針對(duì)法蘭、套管是標(biāo)準(zhǔn)件特性，利用生產(chǎn)管理系統(tǒng)管子模塊處理好的數(shù)據(jù)，研制成功板式平焊鋼制管法蘭和鋼套管的智能化打碼，實(shí)現(xiàn)法蘭、套管自動(dòng)化作業(yè)、自動(dòng)化分揀，提高管附件打碼和管子加工效率。

2 法蘭和套管智能打碼工作站

2.1 概況

造船二部管加工作業(yè)區(qū)，配有3 臺(tái)氣動(dòng)打碼機(jī)，其中2 臺(tái)打Φ114 mm 以下法蘭，1 臺(tái)打Φ114 mm 以下套管；配置3 個(gè)人，1 人從料架或料堆里按單元附件清單挑揀出要打碼的法蘭或套管，用小推車送到打碼區(qū)給另外2 個(gè)人上機(jī)打碼；打碼人將法蘭或套管放在打碼機(jī)上夾緊，手工把管子編號(hào)錄入電腦，然后機(jī)器開始打碼；整個(gè)單元打碼完成后，把法蘭或套管放回小車，并推到理料區(qū)卸放法蘭或套管，整個(gè)過程結(jié)束；Φ114 mm 以上的法蘭和套管，則需要在平臺(tái)工位上用手錘打鋼字碼。

造船事業(yè)二部研制的管子法蘭和套管智能打碼工作站（以下簡(jiǎn)稱工作站），改變傳統(tǒng)的打碼工作流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)管理，讓它具有法蘭與鋼套管的自動(dòng)上料、打碼、分揀與現(xiàn)場(chǎng)整體管理等功能，這樣與傳統(tǒng)人工或氣動(dòng)打碼相比，具有擴(kuò)大打碼范圍、提高打碼效率、保障打碼質(zhì)量、降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度和勞務(wù)成本等優(yōu)勢(shì)。

2.2 工作站組成

工作站組成如下：6 軸機(jī)器人1 臺(tái)、套管儲(chǔ)料架2個(gè)、法蘭儲(chǔ)料架2 個(gè)、法蘭氣動(dòng)打碼機(jī)2 臺(tái)、套管氣動(dòng)打碼機(jī)1 臺(tái)、夾具3 套、抓取夾具1 套、料框6 個(gè)、壓縮空氣系統(tǒng)1 套。具體布局如圖1 所示。

圖1 打碼工作站布置圖

工作站設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 工作站設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

2.3 工作站功能

（1）機(jī)器人系統(tǒng)

機(jī)器人系統(tǒng)根據(jù)接收的控制指令，從儲(chǔ)料架中夾取待打碼零件放置到打碼工作站，并向打碼工作站發(fā)送放置完成信號(hào)，以使打碼工作站根據(jù)打碼零件進(jìn)行打碼；接收由打碼工作站發(fā)出的打碼完成指令后，從打碼工作站中夾取打碼完成零件，并向打碼工作站發(fā)送零件取走信號(hào)；將打碼完成零件放置在預(yù)設(shè)的移動(dòng)料框內(nèi)，并向工控機(jī)系統(tǒng)發(fā)送執(zhí)行完成信號(hào)。

（2）打碼工作站功能

打碼工作站功能包括：① 具有三個(gè)打碼工位，可打碼法蘭或套管；② 打碼工作站在收到機(jī)器人發(fā)送的法蘭或套管放置完成信息后，打碼工位夾緊法蘭或套管；③ 打碼工位根據(jù)接收的打碼信息、法蘭或套管型號(hào)，自動(dòng)完成打碼工作；④ 打碼工位打碼完成后，打碼系統(tǒng)向機(jī)器人發(fā)送工位打碼完成信息；⑤ 打碼工作站具有半自動(dòng)打碼工作方式，接收來自現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)發(fā)來的手動(dòng)打碼方式狀態(tài)信息、法蘭或套管信息、工位信息、打碼信息，打碼完成后向現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)發(fā)送打碼完成信息；⑥ 向工控機(jī)發(fā)送打碼工作狀態(tài)、打碼物量。

（3）工作站工作流程見圖2

圖2 工作站工作流程圖

① 人工把需要打碼的不同規(guī)格的法蘭放入法蘭料架的格槽內(nèi)，把需要打碼的不同規(guī)格的套管放入套管相應(yīng)的格槽內(nèi)；然后把安全圍欄的安全門關(guān)好；

② 在電腦上通過無線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)，將要打碼批次的零件指令發(fā)送到工控機(jī)上儲(chǔ)存起來；

③ 人工操作工控機(jī)向機(jī)器人發(fā)出批處理指令，機(jī)器人按接收到的信號(hào)內(nèi)容開始工作，機(jī)械手移動(dòng)至相應(yīng)的料架格槽位置夾取相應(yīng)的零件，將零件放入對(duì)應(yīng)的打碼工位上并向打碼機(jī)輸出信號(hào)，機(jī)器人松開零件并移動(dòng)到某位置的同時(shí)打碼工位將零件定位夾緊后開始打碼；

④ 打碼完成后，打碼機(jī)復(fù)位并向機(jī)器人輸出完成打碼的信號(hào)，機(jī)器人接收到信號(hào)后夾取完成打碼的零件將其放入對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)料框內(nèi)，至此完成一個(gè)零件的打碼任務(wù)；

⑤ 機(jī)器人不斷重復(fù)循環(huán)工作，直至完成一個(gè)批次的任務(wù)，接著繼續(xù)下一批次的工作任務(wù)；

⑥ 大顯示屏幕和工控機(jī)屏幕上，同時(shí)顯示工作的進(jìn)程。比如，顯示今天要完成的工作任務(wù)、已經(jīng)完成的零件數(shù)量及批次、剩余未完成的工作任務(wù)等；

⑦ 工作站產(chǎn)能估算：

機(jī)器人最高移動(dòng)速度1.5 m/s ～2 m/s；

機(jī)器人抓手夾持工件時(shí)間2 s；

氣動(dòng)打碼機(jī)自動(dòng)裝夾時(shí)間0.5 s ～1 s；

氣動(dòng)打碼機(jī)雕刻時(shí)間30 s；

打碼機(jī)產(chǎn)能，按打碼機(jī)的雕刻時(shí)間35 s、每月26 天、每天7 小時(shí)計(jì)算，工作站每月產(chǎn)能為：26×7×3 600×82.3%/35 ≈15 400 件。

以上工作站產(chǎn)能計(jì)算只作為參考，如果產(chǎn)能需求更大，可以多建幾個(gè)工作站，一個(gè)熟練的操作工人可操作兩個(gè)工作站。

（4）工作站優(yōu)勢(shì)

常規(guī)打碼方案：

① 常規(guī)方案機(jī)器人在軌道上行走，增加軌道制作成本，而且運(yùn)動(dòng)帶來的損耗易消耗設(shè)備的使用壽命，增加維修費(fèi)用；而工作站機(jī)器人不行走，只是繞著中心旋轉(zhuǎn)，避免了以上的問題，常規(guī)打碼方案布置圖見圖3；

圖3 常規(guī)打碼方案布置圖

② 常規(guī)方案的設(shè)備依次擺放，占用面積較大；而工作站方案緊湊布置，只占用常規(guī)方案一半左右的面積；

③ 常規(guī)方案機(jī)械手抓法蘭和套管需要更換夾具，影響打碼效率；機(jī)器人行走取料、打碼和放料整個(gè)過程至少需要2～3 min，一天按8 h計(jì)算只能打碼約240個(gè)，達(dá)不到生產(chǎn)所需500 個(gè)/天的要求；而工作站方案機(jī)器不動(dòng)，法蘭和套管夾具為一體設(shè)計(jì)，可根據(jù)對(duì)象自由轉(zhuǎn)換，不需要另換夾具，整個(gè)打碼過程只需要35 s，每天可以打碼720 個(gè)，除去效率損耗一天至少可以打碼597 個(gè)，達(dá)到生產(chǎn)所需500/天的要求。

工作站方案：

項(xiàng)目組在選定工作站方案后，還根據(jù)車間管理流程，對(duì)法蘭料架、打碼機(jī)布置、夾具設(shè)計(jì)等進(jìn)行了優(yōu)化。

工作站研制完成后，項(xiàng)目機(jī)器人、打碼機(jī)和料架于2019 年10 月安裝到位，經(jīng)過調(diào)試于2020 年4 月投產(chǎn)驗(yàn)收， 5 月實(shí)現(xiàn)單個(gè)或單批次的打碼應(yīng)用，7 月實(shí)現(xiàn)聯(lián)接生產(chǎn)管理系統(tǒng)管子模塊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)對(duì)接使用和實(shí)時(shí)看板工作，隨即在船舶H56675668566956705671和H55735574 等進(jìn)行了批量打碼和實(shí)時(shí)看板。經(jīng)大半年運(yùn)轉(zhuǎn)使用，整個(gè)打碼工作站按當(dāng)初的工藝技術(shù)和管理流程穩(wěn)定工作，達(dá)到了設(shè)計(jì)和研發(fā)的目的。

3 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

（1）智能打碼工作站的研制，實(shí)現(xiàn)了管法蘭0.6 Mpa 及1.0 Mpa 兩種壓力、短型和標(biāo)準(zhǔn)型套管各14 種規(guī)格通徑（DN15202532405065801001251502002 50300）共56 種管附件實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)打碼、自動(dòng)下料按批分揀，整個(gè)過程和數(shù)量通過顯示器可實(shí)時(shí)看板，管附件打碼區(qū)更合理高效，生產(chǎn)前準(zhǔn)備效率提升至少20%；

（2）在2020 年建造的H5588H56675668566956 705671H55735574 等船舶上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打碼，特別是9月實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)批量打碼后，效率和數(shù)量不斷提升，基本達(dá)到項(xiàng)目實(shí)施工藝和流程要求；

（3）智能打碼工作站申請(qǐng)專利26 項(xiàng)，擁有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在后續(xù)推廣應(yīng)用中擁有主導(dǎo)地位；

（4）智能打碼工作站打碼物量占總打碼物量90%以上，可減少打碼人員2～3 名，節(jié)約全年支出16.3萬元；加上打碼效率提升，生產(chǎn)準(zhǔn)備更加快捷，預(yù)計(jì)4、5 年可回收成本，并可繼續(xù)使用服務(wù)管子加工，提升車間管子加工效率；

（5）智能打碼工作站的研制成功，提升了公司在數(shù)字化和智能化方面的能力，擴(kuò)大公司的影響力，擁有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可在公司和集團(tuán)推廣，甚至可以延伸到相關(guān)行業(yè)，是一款拳頭產(chǎn)品。

4 結(jié)論

（1）實(shí)施自動(dòng)打碼智能工作站后，1 個(gè)操作人員從料堆或料架上補(bǔ)充指定機(jī)器人放料區(qū)，單元附件的管子編號(hào)已在管子系統(tǒng)編好送到打碼工作站，操作人員點(diǎn)擊提取即可；

（2）機(jī)器人自動(dòng)從放料區(qū)揀料到打碼站，打完碼機(jī)器人又夾取法蘭或套管送到小推車，操作人員可按批量打完字碼，打好的字碼放在推車上，實(shí)施不落地，直接送到銅工裝配工位；

（3）可以減少2～3 個(gè)人，上下法蘭或套管由機(jī)器人做，自動(dòng)化程度高，整體打碼效率提高3～4 倍；