智能化生產線在隔離接地開關制造場景中的應用

收稿日期：2023-10-10

基金項目：平高集團科技項目“（PGKJ2022-237 550 kV GIS隔離接地開關智能生產線工藝研究及應用”）。

作者簡介：史潤軍（1980—），男，碩士，高級工程師，研究方向：氣體絕緣金屬封閉開關設備與質量控制。

通信作者：王汝佳（1989—），男，碩士，工程師，研究方向：氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）。

摘 要：【目的】在高壓開關生產過程中，物流轉運和裝配工藝比較傳統，導致工作效率低，且產品質量也不穩定，迫切需要找到解決該問題的技術方案。【方法】以隔離接地開關為研究對象，根據其結構特點和生產需求來優化生產布局，運用連續流的理念設計出包含智能化物料配送和智能化裝配在內的智能化生產線。【結果】智能化生產設備的應用和生產節拍的優化縮短了等待時間，提高了生產效率，并降低了工人的勞動強度。【結論】本研究的研究結果為電力行業探索出一條數字化、智能化裝配技術路線。

關鍵詞：智能化；生產線；隔離接地開關

中圖分類號：TH87" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）02-0017-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.02.003

Application of Intelligent Production Line in Isolated Ground Switch Manufacturing Scenario

SHI Runjun WANG Rujia WANG Xiaosheng

（Henan Pingzhi High-voltage Switchgear Co.，Ltd.，Pingdingshan 467001， China）

Abtrsact： [Purposes] In the production process of high-voltage switch， the logistics transfer and assembly process are more traditional， resulting in low work efficiency and unstable product quality. It is urgent to find a technical solution to solve this problem.[Methods] Taking the isolated grounding switch as the research object， the production layout was optimized according to its structural characteristics and production requirements， than， the intelligent production line including intelligent material distribution and intelligent assembly was designed by using the concept of continuous flow. [Findings] The application of intelligent production equipment and the optimization of production rhythm shortened the waiting time， improved the production efficiency and reduced the labor intensity of workers. [Conclusions] The research results of this study explore a digital and intelligent assembly technology route for the power industry.

Keywords：intelligentize;production line;isolated ground switch

0 引言

氣體絕緣全封閉組合電器（Gas Insulated Substation，GIS）由斷路器、隔離接地開關、互感器、避雷器、母線、連接件、出線終端等部件組成，被廣泛應用于高壓、超高壓和特高壓領域中，具有結構緊湊、可靠性高、配置靈活、環境適應性強等優點。目前，隔離接地開關的生產裝配仍以人工“地攤式”作業方式為主，生產效率低，且產品質量不穩定。面對日益增長的市場需求，對隔離接地開關的裝配生產技術進行提檔升級成為該行業的迫切需求。目前，國內已有將機械化和自動化技術應用于高壓開關生產過程中的相關研究，并取得了一定成果。本研究將進一步研究智能化生產線技術在隔離接地開關制造場景中的應用，通過優化生產布局，運用連續流理念來設計裝配工藝和生產節拍，并開發出適合的軟件系統，從而完成對智能化化裝配生產線的建設，探索出一條更高效和可行的數字化、智能化裝配技術路線。

1 智能化技術

智能化是指事物在計算機網絡、大數據、物聯網和人工智能等技術的支持下，所具有的能滿足人的各種需求的屬性。智能化技術在其應用中主要體現在計算機技術、精密傳感器技術、GPS定位技術的綜合應用。隨著數字化技術不斷發展，智能制造正逐漸成為一個新趨勢，智能制造的應用將極大提高生產效率和產品質量［1］。與傳統人工操作的工藝技術相比，智能化技術主要有以下三個方面的優勢。

①生產效率高。在實施智能化技術過程中，用到機器人、助理機械手等設備，機器人在執行任務時，傳感器可為其提供合適的信息，提高作業的準確率、加快操作速度、減少作業時間，從而提高了生產效率，降低了生產成本。

②工人勞動強度低。在智能化技術實踐過程中，采用各種機械和信息設備來完成勞動環境差、危險性高、勞動量最大的工作，在很大程度上降低了工人的勞動強度，保障了工人的人身安全。

③產品質量有保障。智能化技術通過替代或減少人工參與，從而減少人為因素的干擾，避免因工人疏忽或疲勞等影響產品的質量。同時，智能化技術可快速調整工藝參數，并能在符合質量要求的前提下實現模塊化、個性化生產，保障產品質量穩定、可控［2］。

2 GIS隔離接地開關裝配生產特點

隔離接地開關是GIS設備的核心部件，是一種主要用于隔離電源、倒閘操作、連通和切斷小電流電路，并具有無滅弧功能的開關器件，主要由可動部、固定部、接地開閉、快速開閉等部分組成［3］。隔離接地開關具有標準化程度高、市場需求量大等特點，具備建設智能化裝配生產線的前提條件［4］。本研究以隔離接地開關為研究對象，分析裝配生產的現狀。隔離接地開關生產線包含零部件配送、分裝、總裝、檢測四大生產步驟。現有的分裝工序依靠人工來完成，效率低、節拍時間長、與總裝生產節拍存在差距。總裝工序的自動化程度低，對吊車的依賴程度高，勞動強度大。零部件管理不夠科學，主要依靠人工來完成點件及轉運，配送及時性、到位率均不高。目前，生產線是多工位“地攤式”同時生產，工序間的在制品多，作業人員在執行同一道工序時，需要在工位間來回走動，勞動強度較大，生產效率較低。因此，迫切需要引進智能制造技術來進一步提高生產效率，降低工人勞動強度。

3 工藝方案設計

通過對裝配現狀進行分析，本研究按組件單元、裝配工序等要素，使用信息技術、傳感器技術和自動化技術等，運用連續流的生產理念，設計出隔離接地開關生產線智能化建設方案。將整線分為分裝和總裝兩個裝配區域，以隔離接地開關殼體為基礎件，以總裝工序為主線。總裝區域按照工序設計了全自動總裝工位和人工輔助總裝工位；分裝區域設計了可動部、固定部、接地開閉和快速開閉這四個分裝工位。配置的有軌制導車（RGV）可在各工位和物料交換臺之間來回穿梭，用于傳遞物料和轉運半成品。產線設計按照“共用工位、共用設備”的原則，提高工位和設備的利用率，避免因功能單一而造成工位和設備閑置，從而提高隔離接地開關的裝配質量和裝配效率，并減輕勞動強度［5］。智能產線工位方案如圖1所示。

3.1 分裝工藝布局

自動導引車（AGV）裝載分裝用導體、屏蔽、機構殼體等大件水洗零部件，并按節拍配送到工位對應的接駁站，機器人夾取部件放置到交換平移臺上，平移臺滑出，將部件傳遞到裝配作業臺上。作業臺上方設置有與MES連接的觸摸屏一體機，用來顯示產品裝配信息、裝配工藝、物料信息，并支持工件上線掃碼與訂單綁定，從而完成質量追溯。在分裝完成后，作業人員使用框架吊和交換平移臺，將分裝部傳遞到全自動總裝工位，機器人夾取分裝部進行總裝。裝配所需的小型零部件存放在料架上，供料原則為“雙料盒制”。

3.2 總裝工藝布局

AGV將隔離接地開關殼體按需求轉運到人工輔助總裝工位上，作業人員檢在查處理后，利用工位上方的框架吊將殼體吊裝到殼體平移到翻轉臺上。翻轉臺傳遞殼體到全自動總裝工位，并將殼體翻轉180°，七軸機器人抓取涂膠系統會對殼體法蘭進行自動涂膠。機器人通過抓手快換系統來更換抓手，并與固定部入殼設備、接地開閉機構入殼設備等配合，將抓取到的分裝工位交換平移臺上的分裝部送入到隔離開關殼體。殼體平移翻轉臺在自動總裝工位和人工輔助總裝工位之間來回移動，從而完成部件傳遞和姿態的調整。裝配工作臺的作業人員與機器人相互配合，共同完成分裝部和附件的總裝工作。作業人員將成品吊裝到下線工位，再由AGV轉運到指定位置，從而完成隔離接地開關總裝作業。

4 軟件系統

根據智能制造、精益生產的先進理念，產線控制系統設計整合了產線的管理系統、識別系統、上位機控制系統等分系統，提供統一的信息、數據、異常處理平臺，產生的所有數據可實時上傳到車間管控系統，為車間生產活動提供及時、可靠的基礎數據，助力生產管理科學決策。該系統要滿足以下需求：①與MES系統交互，接收生產任務指令，并反饋生產信息；②記錄物料的配送和裝配履歷等過程信息；③轉運設備配套相應的調度控制系統，實現零部件、成品和工序間的智能轉運；④通過工位可視化終端來錄入質量信息，并實時顯示生產狀態、物料需求情況等生產信息。系統功能如圖2所示。

5 結語

通過研究智能化生產線技術在GIS隔離接地開關制造場景中的應用情況，設計出一套包含智能化部品配送和轉運、智能化裝配、裝配數據自動采集和實時存儲、裝配狀態自動顯示的智能化隔離接地開關裝配工藝技術方案，為特高壓開關產品數字化、智能化裝配探索出一條技術路線，對提高高壓開關設備行業裝配質量和裝配效率、降低工人勞動強度具有重要應用價值。

參考文獻：

［1］李磊，邵桂超.智能化技術在電氣工程自動化控制中的應用策略［J］.電子元器件與信息技術，2021（9）：206-207.

［2］高思遠.基于電氣工程自動化的智能化技術應用探討［J］.專用汽車，2021（12）：60-63.

［3］汪勇.GIS隔離開關自動化裝配生產線的研究及應用［D］.西安：西安交通大學，2018.

［4］陳偉博，周揚，吳明星，等.高壓開關設備精益自動化裝配系統的研究與應用［J］.新技術新工藝，2017（12）：24-29.

［5］鄭益征，吳雙.高壓電氣產品自動化裝配工藝探討［J］.高壓電器，2013（3）：127-133，138.