APP下载

船用型材加工智能化升级技术研究

2020-09-22康占宾闫德俊何开平梁剑明高翔

广东造船 2020年4期
关键词:流程再造生产线

康占宾 闫德俊 何开平 梁剑明 高翔

摘    要:传统的型材加工主要依靠人工作业,由于操作人员水平参差不齐,导致加工效率及质量不稳定。通过对船舶企业传统型材加工工艺进行梳理,形成传统的型材加工工艺流程,并对工艺流程下各工序进行数字化、智能化升级;采用先进的智能化设备代替落后的加工设备;通过型材加工数据库、工艺知识库、型材加工生产线的智能管控系统,实现型材加工实时运行状态信息采集、生产状态实时监控、设备故障报警分析、工时物量统计分析、報表打印输出、零件质量在线检测、工艺的自动生成与下发等功能,完成型材加工的数字化、智能化流水线升级改造,提高型材加工效率与质量。

关键词:型材加工;生产线;智能化升级;流程再造

中图分类号:U671.3                              文献标识码:A

Abstract: Traditional ship profile processing mainly relies on manual operation. Due to the uneven technical level of operators, the efficiency and quality of processing are unstable. Through the summarization of the existing profile processing technology in shipbuilding enterprises, a traditional ship profile processing technological process is formed and each procedure in the process is upgraded with digital and intelligent scheme. The backward mechanical equipment is replaced with intelligent equipment. Through the profile processing database, process knowledge base and intelligent control system, the real-time running status information collection of profile processing, real-time monitoring of production status, equipment failure alarm and analysis, statistical analysis the working hours and material quantity, report printing, components quality online inspection, processes automatic generation and delivery are realized to complete digitalization and intelligent upgrade of profile processing line and to improve the efficiency and quality of ship profile processing.

Key words: Profile processing; Production line; Intelligent upgrade; Process reengineering

1     前言

型材加工过程中由于材质、规格、尺寸、曲度、形状等不同,使得每个零件的加工工艺各异,难以实现全数字化流水线生产[1]。

船体型材加工工艺,主要包括型材切割与成形:目前船舶企业对型材切割主要依靠人工作业,依据型材下料册进行号料,借助机械设备进行火焰切割、打磨等;对型材成形加工主要借用肋骨冷弯机或水火弯曲工具进行 [2]。由于型材零件数量及种类众多,工人技术水平参差不齐,导致其加工效率与质量低下[3]。

近年来随着自动化、信息化技术在船舶行业的广泛运用,船舶行业自动化设备发展愈渐成熟,新型型材加工自动化设备逐步代替落后的机械设备,实现了型材加工部分工序的自动化生产[4]。但针对型材加工的数字化、智能化升级改造还处于探索阶段,尚未实现型材加工的数字化、智能化生产[5]。

本文通过对企业传统型材加工工艺进行梳理,形成传统的型材加工工艺流程,并对传统工艺流程下各工序进行数字化、智能化升级;通过生产线设备更新换代以及对生产线的智能管控系统、型材加工数据库与工艺知识库等智能化要素,最终完成型材加工生产线智能化升级改造,提高型材的加工效率与质量。

2    传统的型材加工工艺流程

要实现对型材加工生产线的智能化改造,首先要对现有的型材加工工艺流程进行梳理,在传统工艺流程基础上对型材加工工艺进行智能化改造,最终实现型材加工的数字化、智能化生产。

通过对企业传统的型材加工工艺流程进行梳理,得到型材加工工艺流程,如图1所示。

(1)型材预处理:在加工作业区将采购回来的型材按照不同材质分批进行除锈、喷涂底漆等;然后针对型材进行炉批号、型材种类名称及规格的编写,并将处理后的型材按照加工需求装入托盘运输到下一个工位;

(2)型材矫直:由于型材在购买时或吊运过程中会出现型材弯曲的现象,需将经过预处理后的型材进行矫直处理;针对不同类型的型材,采用不同的矫直方法:对军用品型材一般采用顶平机进行矫直处理、民用型材一般采用水火工艺矫直处理,然后运输到下一个工位,需要冷弯的运输到肋骨冷弯工序、不需要冷弯的运输到型材切割工位;

(3)型材预套料:根据型材套料册中零件的尺寸,在保证型材利用率最大化的情况下,选定合适规格的加工型材进行套料;

(4)肋骨冷弯:根据型材加工需求,判断是否需要肋骨冷弯,需要的流向肋骨冷弯工位、其他类型流向型材切割工位;

(5)分类摆放:将不需要进行肋骨机冷弯的型材,按照规格依次铺放在切割台上;

(6)型材号料:根据设计部下发的型材下料表对型材号料尺寸进行整理汇总,以便施工人员进行查阅;平铺在切割平台上的型材,基于整理汇总后的纸质文件在型材上标记切割线位置、型材端部坡口形状、切割余量,然后根据型材下料表书写型材零件编码等信息;

(7)型材切割:根据号料信息进行型材零件以及坡口形状的切割;针对切割后的零件进行流向判断,确认是否需要成形加工,不需要的流向矫直工序;

(8)冲孔、轧角、曲度加工(冷、热弯):针对切割后需要进行成形加工的型材,进行冲孔、轧角、曲度加工作业:需冲孔的送冲孔区域用冲床设备进行冲孔;需轧角的先送打磨区打磨后采用矫直弯曲液压机或顶床进行轧角;并对需要进行曲度加工的零件进行手工的冷热弯曲加工;

(9)肋骨冷弯:根据设计部下发的人工套料册进行逆直线划线的工作;然后根据划好的逆直线使用肋骨冷弯机进行冷弯;在冷弯过程中,控制进给距离与速度逐段进给,然后通过对该段施加压力使型材变形,直至该段所划的逆直线曲线压制成直线为止,然后进行下一段的冷弯操作,直至该根型材弯曲完毕。其在弯曲过程中主要采用人工方式对所划逆直线的形状进行目测检测;

(10)型材校正:由于人工目测误差大,冷弯后型材根据成形的精度需送到火工区域按照喷线板进行校正,并对其进行水平线和端口线的划线工作;

(11)端点切割:根据划好的端口线进行端点切割的工作;

(12)打磨:将型材切割与肋骨冷弯后的零件按照流向装入托盘,通过门吊等输送到打磨工位区域,采用砂轮等机械设备进行打磨作业;

(13)托盘:将打磨好的型材零件进行人工分拣,按照不同流向归入不同托盘移到下一个工序。

传统的型材加工工艺流程,如图2所示。

传统的型材加工工艺各工序对应的场地分布较为分散,未能形成分布合理且紧凑的生产线,加工过程中需花费大量时间在各工序间通过托盘或者门吊进行转运,生产效率低下;型材加工过程中,其现场的操作人员主要根据设计部下发的图纸进行型材切割、肋骨冷弯、号料等工作,其纸质图纸不易保存且需要修改时流程较为复杂;型材切割主要依靠火焰切割,切割端口較等离子切割质量较差,增加后续打磨工序工作量;型材号料主要依靠人工进行,由于型材零件种类及数量众多,耗费大量时间且易出错;逆直线法型材冷弯成形质量检测主要依靠人工目测的方法,导致成形效率与精度低下。

目前型材加工生产线在硬件设施方面较为落后,仍无法实现自动化、数字化生产,生产车间缺乏网络连接,无法实现信息数据的传输;缺乏智能管控系统,无法实现生产状态的实时监控及信息分析等功能;缺乏工艺数据库与知识库,无法实现生产数据的收集存储及工艺的自动生成等。

3    型材加工生产线的智能化要素

要实现型材加工生产线数字化、智能化升级改造,首先在硬件设施方面要使用先进的数字化、智能化设备代替落后的机械设备;车间需布置网络系统,型材加工信息数据可通过网络实现设备与MES系统的数据交互;在软件系统方面,需通过智能管控系统,实现设备实时运行状态信息采集、生产状态实时监控、设备故障报警分析、工时物量统计分析、报表打印输出、零件质量的在线检测等功能;通过工艺数据库与工艺知识库,实现工艺数据的存储与分析、工艺自动生成与下发等功能。

型材加工生产线的智能化要素如下:

(1)设备组成

型材加工生产线主要由数控上料单元、数控进料单元、喷码划线单元、等离子切割单元、数控肋骨冷弯单元、出料单元、电气控制系统等组成,并对设备进行接口开放,便于信息及数据的传输。

(2)数据传输

通过型材加工生产线预留的网络接口,并通过网络和中控室服务器连接,采用数据接口的方式,通过网络自动接收产品加工信息及生产数据的反馈;针对数控设备系统及通讯接口不同的问题,设备管控系统与数据采集系统对设备数据通过网卡进行采集。

数据传输类型:包括设备的运行状态数据、加工对象的数据参数、设备的工艺参数、报警信息等;

数据存储:通过数据采集系统实现生产数据的实时在线采集,并对采集后的数据进行分析处理存储到工艺数据库中,为实现产品建造工艺数字化提供基础。

(3)智能管控

智能管控系统主要包括以下设备及软件系统:数据采集服务器、接口、网线、交换机、监控计算机、套料软件、数据库与知识库等。通过智能管控系统可实现型材加工实时运行状态信息采集、生产状态实时监控、设备故障报警分析、工时物量统计分析、报表打印输出、零件质量的在线检测、工艺的自动生成与下发等功能。

(4)在线检测

数控肋骨冷弯设备配备精密的在线检测装置。在整个冷弯过程中,两套检测油缸和移动导轨使两个检测滚柱始终抵靠在肋骨线形边缘,保证实时检测肋骨线形的准确可靠。

(5)工艺生成

开发型材加工工艺知识库。工艺知识库在工艺数据库的数据基础上,实现工艺知识建模、知识挖掘、知识检索与存储、典型工艺生成等功能;针对加工对象已经存在工艺实例与否,通过匹配型与推理型工艺生成方法实现工艺的自动生成,并通过MES系统实现生成工艺的下发。

通过上述问题的解决,实现型材加工生产线涉及的智能化要素升级改造,为型材加工实现数字化、智能化生产奠定基础。

4    智能化型材加工工艺流程

通过对智能化型材加工生产线的升级改造,船用型材智能制造生产线的工艺流程,如图3所示。升级改造后的型材加工工艺流程,主要由以下单元组成:型材预处理单元、数控上料及进料单元、喷码划线单元、机器人智能切割单元、数控肋骨冷弯单元、打磨单元、出料单元、工艺自动生成系统、智能管控系统等。

(1)型材预处理单元

在作业区将通过型材预处理流水线实现型材的自动化喷砂除锈、喷涂底漆、喷绘型材信息等工作;然后转送到型材矫直工位,对变形不明显的型材采用火工矫正处理、对变形严重的型材采用油压机进行矫正;然后将矫直后的型材输送到上料工位。

(2)数控上料及进料单元

数控上料单元:采用由7个固定高度的长输送链条组成的传动链式横移输送装置,将摆放好的型材自动输送到辊式输送位置上:输送装置高度900 mm、长度17 m、宽度6 m、最大输送速度15 m/min。

数控进料单元:将型材从进料辊道推送至型材切割房进行切割。通过高精度导轨配合精准的伺服电机及减速机,实现送料推行速度的精准控制,达到型材高效、高精度切割的需求;导轨长度21 m、齿条长度21 m、小车钳口高度900 mm、小车运行速度0~30 m/min。

(3)喷码划线单元

喷码划线单元实现对型材零件信息的自动标注工作。借助计算机连接的系统,在辊式进料系统传送过程中,按照要求在型材上标注零件信息等。其中,零件信息由自动套料软件生成,主要包括:喷墨打印器1台/每线,打印速度0~5 m/min(字符)、字符高度15 mm、字符格式为单行字母或数字、字符串长度为50个字符。

(4)机器人智能切割单元

配备等离子切割设备,实现型材零件的智能切割功能。在切割过程中,根据型材切割的尺寸及材料种类,机器人自动调用切割程序进行切割。在切割前,操作者可以根据选择的割嘴型号手动调整切割参数。

(5)数控肋骨冷弯单元

本单元可以实现型材的弯曲和校直加工,可采用自动或者手动方式对球扁钢、角钢、T型材等进行正弯、反弯、S弯等多种弯曲加工和型材校正工作;并能完成端切划线、工艺孔划线、喷印特定符号等任务;通过控制系统实现型材弯曲全自动生产,并具备全自动控制和手工控制两种状态;

数控肋骨冷弯设备主要包括:弯曲机构、夹紧机构、反变形机构、连续进退料机构、避让机构、实时在线检测机构、气动打印机构、液压与数控系統等。数控肋骨冷弯机根据型材加工指令自动进行型材逐段冷弯工作,并在冷弯过程中针对冷弯成形后的型材逐段进行实时检测,不合格的进行二次成形加工直至合格为止;弯曲后通过打印机构进行零件信息的喷绘等工作,然后通过输送装置移到下一个工位。

(6)打磨单元

将加工后的型材零件自动输送到打磨工位,目前主要依靠人工进行零件自由端打磨工作。

(7)出料单元

将型材切割后的零件运输出切割工位的出料装置,包括气缸侧推机构、链排输送台架等:链排输送台架的链排上平面高度为900 mm、链排输送速度为0~30 m/min、出料型材长度为0.8~16 m;气缸侧推机构作为型材出料后的过渡装置,出料链排将型材零件传送到固定位置后,由气缸侧推机构将型材零件移动到储料平台上,长型材进行正面和反面倒角,然后使用电磁吊车将型材吊出。

(8)工艺自动生成系统

通过对来料型材的扫描确认型材的规格,采用自动套料软件对型材进行自动套料,并将信息反馈至喷码划线单元完成喷码划线工作;套料后的型材,通过型材加工工艺知识库对加工工艺进行自动匹配和推理生成相对应的工艺,并对生成后的工艺通过MES系统下发到设备中。

(9)智能管控系统

通过自动控制系统实现生产线的远程实时监控、运行状态信息采集、在线检测、设备故障报警分析、工时物量统计、均衡生产工位的生产负荷等功能。其中,型材智能切割生产线布置图,如图4所示;数控肋骨冷弯单元,如图5所示。

5     结论

(1)梳理了企业传统的型材加工工艺流程,挖掘了需进行数字化、智能化升级改造的元素,为型材加工的数字化、智能化流水线升级改造奠定了基础;

(2)通过对型材加工生产线的实时运行状态信息采集、生产状态实时监控、设备故障报警分析、工时物量统计分析、报表打印输出、零件质量的在线检测、工艺的自动生成与下发等功能的实现,完成了型材加工生产线的数字化、智能化升级改造,实现型材构件的智能化生产,提高了型材加工效率与质量。

本文所介绍的型材加工生产线智能化改造方案,仅适用于近阶段特定船企。由于每个船舶企业的生产场地及生产过程的特殊性,需要做适当调整才能适用于其他船舶企业。

参考文献

[1]闫立梅. 船体型材下料图形系统的研究与实现[D]. 大连:大连理工大学,      2008.

[2]应长春. 船舶工艺技术[M]. 上海:上海交通大学出版社,2013.

[3]马月胜,顾胜,林光裕. 船体型材智能加工生产线工艺需求分析[J]. 造船技术,     2019(04):79-82.

[4]谢新. 船舶制造工艺装备的发展与创新[J]. 造船技术,2007(03):1-4.

[5]胡勇,刘强,周冬生. 建立船舶型材加工流水线的探索[J]. 造船技术,2004     (5):31-33.

猜你喜欢

流程再造生产线
生产线缓冲包装机构设计
基于改进遗传算法的生产线平衡优化
特斯拉将改造生产线 提升Model Y产量
一季度泛高安产区增加7条生产线
医院财务会计全面预算管理的考核与监督
平安集团财务共享服务中心组织结构框架研究
“互联网+”对传统图书出版的影响和推动作用
媒介融合语境下的新闻业务流程再造
纺织工业“十三五”规划拟推六大智能生产线