智能裝試生產線設計方法的研究與應用

張敏濤，楊 恒，孫 江

（航空工業慶安集團有限公司，陜西 西安 710077）

1 引言

以某航空液壓產品的智能裝配試驗生產線為例，從項目方案設計到項目實施應用，整理形成了一整套較為完整的智能柔性生產線設計理論，對航空產品裝配試驗生產線的建設具有一定的借鑒意義。智能裝配試驗生產線主要功能如圖1所示。

圖1 智能裝配試驗生產線主要功能

2 生產線設計理念

航空液壓產品具有多品種小批量、齊套節點晚、生產過程不透明、臨時插單多、產品線下作業多（斷點多）、以推式生產為主及生產準備時間長的特點，很難直接復制汽車、3C等行業單件流水的生產作業模式。

針對航空液壓產品多品種小批量的特點，研究設計相應的生產線建設流程，航空智能柔性裝試生產線設計理念主要包括四方面內容。

2.1 規劃主導思想

以智能化、數字化和柔性化為主導思想，不過分強調自動化；以任務平衡、能力平衡和資源平衡為主導思想，不過分強調節拍生產；以智能管控系統為建線核心，排產、線上、線下等作業信息由管控系統進行自適應管理。

2.2 具體規劃原則

以能力平衡作為裝試生產線的基本設計理念；以智能立體庫為依托，實現線上物料的透明管理；以自動化工藝裝備為依托，實現生產過程自動化改進；通過各類傳感器，實時自動采集生產數據并進行分析；設計標準模塊化轉臺，兼容不同型號產品的擴型生產。

2.3 設計目標

航空智能柔性裝試生產線能力平衡的核心思想：利用信息化系統，結合實際配套情況、技術狀態、生產計劃等因素，對人員、任務、物料及進度進行動態調度，保證生產線一直處于一定的負荷，盡量消除空載和滿載兩種極限狀態之間的空檔期，智能裝配試驗生產線主要設計目標如圖2所示。

圖2 智能裝配試驗生產線主要設計目標

2.4 主要做法

1）精益化布局設計。生產車間精益化布局設計、精益化布局改進、分區劃分及模組化單元化工作站設計，提升物料流轉率。

2）物配送效率有效提升。配套智能立庫，物流傳輸系統、智能配送AGV，配餐式設計，保證物料自動配送，結合現代化手段把人機結合起來，最大化提升生產效率。

3）裝配模式革新，實現標準作業。降低工藝難度，減少人工，提升生產效率由單人一站到底轉換為多人協同作業，節拍化設計，同時通過電子示教，降低裝配工藝流程難度，提升生產效率。

4）自動化工藝裝備效能提升。通過RFID、掃碼、工裝防錯防呆等手段，降低產品零件混裝、裝錯、通過視覺及電子測量技術提升產品檢驗質量的提升。

5）生產管理信息化提升。通過信息化追溯系統平臺、RFID、掃碼追溯及電子工位看板實現產品過程透明化、可追溯性。

6）工廠車間實現精益化管理。通過數字化精益布局，智能物流配送系統及信息化管理，智能物流實現精益化工廠管理。

3 某航空柔性裝試生產線設計方案

3.1 整體設計方案規劃

某航空柔性智能裝配試驗室生產線利用先進制造技術，建立具有高智能、高可靠性、高柔性，以及高度信息化和可視化的生產線[1]。某智能裝配試驗生產線布局示意圖如圖3所示。某航空柔性智能裝試生產線主要設計理念見表1。

表1 某航空柔性智能裝試生產線主要設計理念

圖3 某智能裝配試驗生產線布局示意圖

整條生產線依據工藝邏輯順序，按照脈動式節拍化生產[2]。一方面，物料上線集中配餐，定時、定點、定量，按照工藝邏輯關系依次進行生產；另一方面，通過建立產線級的信息化管理系統，實現生產執行過程可視化與動態監控，實現有序、透明化管理。

3.2 生產線整體物流規劃

1）生產物料齊套后，按照部裝/總裝的物料要求，放入相應的形跡模板中；

2）形跡托盤掃碼登記后進入立體庫，通過AGV將部裝物料送至部裝工位；

3）總裝物料則通過輸送線配送至相應總裝工位，并在線上進行流轉；

4）部裝工位完成的成品放置線邊進行臨時緩存，為總裝工位提供物料；

5）成品區配置懸臂吊+吊具，人工吊裝產品下線，并打包緩存至線邊料架。

3.3 智能立體倉儲

1）用途：存儲齊套后的帶形跡板的料盒及產品存儲；

2）工位類型：自動工位；

3）配穿梭車+貨架單元；

4）配一體機、HMI、三色燈、按鈕盒及顯示屏。

3.4 AGV及傳送帶配送系統

1）部裝區域物料流轉采用AGV搬運流轉，物流順暢，柔性化設計；

2）總裝裝配線采用積放式鏈條輸送系統進行物料傳輸，模組化連接，固定節拍，流水作業。

3.5 裝配工位

裝配單站為操作者進行裝配任務提供平臺[3]，裝配單站上集成輔助裝配設備、電源插座、LED照明、工位器具掛板、終端看板、人機界面及掃碼槍，是集裝配及信息化一體工作平臺。針對不同的裝配工藝需求，采用多種防錯手段，快速高效進行人機協作工作。

3.6 試驗臺自動化上下料

借鑒機床的單機自動化改造方案，利用機器人、零點定位及液壓升降等裝置實現產品自動上下料，大幅縮短裝卸時間，減少人力資源需求，提高測試效率。磨合試驗臺單機自動化的改造主要包括以下四個方面。

1）建立工裝預調站輔助人員安裝，提高隨行夾具安裝效率；

2）增加機器人，實現一“人”多機減少人工搬運；

3）增加零點定位系統，實現工裝安裝定位的自動化；

4）通過液壓升降裝置，兼容不同系列產品的快速定位。

3.7 數據追溯策略

信息的追溯流程采用產線MES追溯產品信息工位布置掃碼槍，及CCD 2D視覺拍照識別產品信息，對比MES數據，判斷產品操作步驟產品流轉托盤采用RFID識別，產品碼信息與托盤信息綁定，一一對應MES不參與產線控制，只參與信息管理，產品生產更靈活，產線可獨立生產控制[4]。

3.8 信息化管控系統

1）建立基于工業網絡的設備集成。①對于車間現有生產設備，基于SCADA建立統一工業以太網網絡，通過聯網項目將現場獨立的或者局部聯網的控制設備連接入工業以太網，實現對設備的統一管理，數據交互，使得整個生產制造過程更加透明，實現網絡化管理。②為數字化工廠建設提供安全穩定的網絡支持。

隨著西方資本主義工業經濟的日漸興起，商品在世界范圍內流通的要求逐漸增強，客觀形勢的發展要求清政府審時度勢，正確處理國際事務，廣開貿易渠道。但是，由于清政府對世界形勢茫然無知，對發展海外貿易缺乏足夠的認識和判斷，加之頑固保守思想根深蒂固，導致閉關鎖國政策的出臺。清朝閉關政策主要表現在限制商品出口、限制外商活動、對外國商船實施“引水”(領港)制度及實行行商制度等。

2）建立集中生產監控系統。①建立產線級和車間級的生產監控平臺，實現對生產信息、物料、設備狀態、人員及能源等實時數據的監控與采集。使每一個相關部門都能了解生產實時狀態，統一管理。②在集中監控的基礎上，加強對設備管理的效率，能夠使維修人員及時發現設備問題，快速響應與處理故障。

3）規范數據互連接口。①對車間設備劃分種類，對每一類設備類型定義符合工廠實際的數據互連接口，要求供應商按照標準化接口實現數據互連，便于未來擴展與管理。②SCADA系統與上層信息系統如MES實現交互。一方面下達上層系統的指令到設備，另一方面采集設備的數據，將上層系統需要數據傳送給上層系統。

3.9 典型工藝裝備

在生產線的建設過程中，結合產品典型工藝需求，對現有工藝方法進行改進，采用了大量的新工藝、新裝備，進一步提升生產過程質量，具有較強推廣意義。典型工藝裝備清單見表2。

表2 典型工藝裝備清單

此外，生產線還包括標牌彎折機、鋼球自動清點機、鋁絲自動鉚接機及軸承跳動量檢測裝置等共計52項工藝改進裝備的設計與應用，助力產品質量和生產效率的大幅提升。

4 項目建設效果及意義

1）提高生產效率。基于歷史經驗的排產，保障物料齊套性，通過合理的生產計劃，優化工藝布局，盡可能實現單件流和快速響應生產異常，提升設備自動化水平，從而提高生產效率。

2）提高產品質量。通過智能在線檢測技術、關鍵件全生命周期管控技術、形跡料盒追溯，以及Andon與異常控制技術，實現全流程的質量過程管控，通過智能裝備保證生產的一致性。

3）降低生產成本。通過優化產品制造工藝設計流程，實時精細化管理，不斷改善，提高裝配過程自動化程度，降低操作者勞動強度，提升資源效率和利用率，降低庫存水平，減少在制品堆積，全面降低生產成本。

5）創造核心價值。生產線設將引入領先的裝配流程與理念，實現設計工藝一體化，提升產品性能，提高產品質量與可靠性，打造企業核心價值。

6）實現全流程，全價值鏈的精益化閉環管理。推動工廠組織架構，生產方式等管理模式的深層次變革。