智能装配分娩线

引自：《智能装置工艺与装备》（作者：伸开富、程晖、骆彬）

装置线的观点是HenryFord于1913年提出的，是机器时期最重大的技能改造之一。
所谓装置线是指按照制订的工艺流程，运用制订的操作步骤，按照一定的节拍，对各装置目标有序地进行组装的生产过程。
是一种广泛运用的人机工程，是一种主要的规模化生产办法。
20世纪80年代，美国学者赖特教授（P.K.Wright）和布恩教授（D.A.Bourne）提出了智能制造的观点，随着机器学习、大数据、物联网、云打算等智能技能的不断发展，智能装置生产线作为范例的智能制造装备之一，是实现高端制造转型的主要需求。

「 1. 基本观点 」

针对智能装置生产线，首先须要理清智能单元与生产线、节拍、装置线平衡等3个主要观点。

1）智能单元与生产线

智能单元与生产线是指针对制造加工现场特点，将一组能力附近相辅的加工模块进行一体化集成，实现各项能力的相互接通，具备适应不同品种、不同批量产品生产能力输出的组织单元，智能单元与生产线也是数字化工厂的基本事情单元。

智能单元与生产线具有独特的属性与构造，详细包括构造模块化、数据输出标准化、场景异构柔性化及软硬件一体化，这样的特点使得智能单元与生产线易于集成为数字化工厂。
在建立智能单元与生产线时，须要从资源、管理、实行3个维度来实现基本事情单元的智能化、模块化、自动化、信息化功能，终极担保事情单元的高效运行。
总结来看，智能化生产线的培植离不开依赖于高度信息化的总体布局与智能化妆配装备。

以汽车发动机装置为例，发动机装置线要担保发动机的装置技能条件，实现高精度；要担保装置节拍，实现高效率；要多机型同时装置，实现高柔性；要有效地掌握装置精度，实现高质量。
要实现以上几个方面必须从生产线的方案开始动手。
传统的汽车零部件装置线虽然能实现流水线式生产，但是由于生产过程中无法保存产品的生产和测试参数，导致一旦涌现质量问题就无从查起。
因此，对人工本钱上升、质料价格上涨、出口订单萎缩的中国汽车零部件制造业而言，走升级现有装置、检测设备的智能化道路是未来家当发展的一定趋势。
实现汽车发动机装置线智能化，表示在成熟的装置工艺、智能化妆备的选择、质量掌握与智能化物流办法等方面。

民机制造方面的装置事情量更大，飞机装置事情量约占全体飞机制造事情量的1/3旁边，全体装置过程中涉及大量工装、系统的整合，因此对智能扮装备进行合理的方案与管理是实现装置智能化过程中的主要环节。
波音公司采取数字化工厂实现全方位、全周期生产管控，这样可以在制造环节显著提高生产效率并降落质量毛病率。
借助打算机建模拟真和信息通信技能的巨大潜力，不断优化产品设计和制造过程，得到显著的经济效益。

2）节拍

节拍是指全体生产系统在规定的韶光范围内产出规定数量。
对付单台设备而言，指代单个工件的均匀产出韶光；对付一条生产线而言，指代瓶颈工位产出单个工件的均匀韶光。

3）装置线平衡

装置线平衡是指位于同一条装置线上的各个工位，生产同一种产品所需的节拍的差异情形。

装置线平衡率f能够直接反响企业的生产能级水平，是一项主要的指标。
拥有较高平衡率的装置线，其产能也越大。

式中,T指各工序韶光总和；CT指生产线工序中最大标准工时，即生产线节拍；n指工序数。

「 2. 智能装置生产线的总体布局与信息化集成 」

结合企业的实际情形，采纳总体方案布局、分步履行的原则是智能化生产线建立的主要担保。
在前期布局阶段就应充分考虑未来的可持续发展性，提升生产线的灵巧性与兼容扩展性，以便于现有和未来设备的选型、联网集成与协同运行。

1）智能装置生产线的总体布局

智能装置生产线的总体布局紧张应从信息化培植和设备、物料的管理与调度两个方面动手。
首先，生产线的信息化培植应达到数字化管理的哀求，即通过MES（制造实行系统）的培植，同时整合已经履行的ERP（企业资源操持）、设备物联网系统及即将履行或方案的PDM（产品数据管理）系统、CAPP（打算机赞助工艺方案）系统，彻底打通横向信息集成。
然后以Smart Plant Foundation为数据连接及管理平台，构建协同设计的构架，再通过信息化进行整合，通过车间布局改造、设备升级及自动化改造，终极实现智能化生产线的构建。
其次要办理好零部件装置质量掌握与检测各个阶段的管理与掌握，办理好产品从设计到装置制造阶段的全过程监控问题，降落设计莅临盆制造之间的不愿定成分，使生产过程通过数字化手段得以验证。

利用当代信息技能和网络技能，以“产品加工与装置”为主线，将由打算机、网络、数据库、设备、软件等所组成的系统平台构建成一个高速信息网，实现操持快速下达、作业调度掌握、工艺辅导、生产统计、设备状态监控、质量全面管控及追溯、生产信息协同（物料协同、定时配送、生产准备协同）等，实现设备的智能化、生产管理的信息化。

2）智能装置生产线信息化集成

智能化妆备单体虽然具备智能特色，但其功能和效率始终是优先的，无法知足当代制造业规模化发展的需求，因此，须要将智能化妆备进一步发展和建立智能装置系统。

底层的多台智能化妆备组成数字化妆配生产线，实现智能化妆备间的连接；多条数字化妆配线进一步组成数字化车间，实现数字化生产线的连接；终极，数字化车间组成了智能化工厂，实现各数字化车间的连接。
顶层的运用层由物联网、云打算、大数据、机器学习、远程运维等使能技能组成，为智能装置系统供应技能支撑与做事。

智能装置生产线的信息化集成过程便是将物理工具（智能装置装备、产品）等与信息系统（如MES和ERP）进行集成，通过打算机集成掌握产品的装置过程。
通过智能人机交互将机器和人的上风充分发挥，实现产品装置过程的智能化、高效化。
总装智能生产线领悟智能装备、智能配送、物联网、人工智能、数据挖掘、信息系统集成、打算机仿真等前辈技能。
智能总装生产线由智能总装生产过程建模与仿真优化系统、智能生产管控系统、智能物料配送系统、基于物联网的制造信息智能感知系统和智能制造云做事平台等子系统组成。
以飞机产品为例，其脉动总装智能生产线架构如图1所示。

图1 飞机脉动总装智能生产线架构

采取物联网技能对移动装置生产线现场各项信息数据进行采集、剖析整理，并结合节拍设计与管理、生产操持与实行等信息化管理系统实现产品装置过程中的监测及掌握、生产过程追踪质量掌握、物流配送及装置资源管理是一种高效的前辈管理手段。
基于物联网的总装生产线管理系统及掌握系统硬件构造分别如图2和图3所示。

图2 基于物联网的装置过程管理系统框架

图3 基于物联网的装置监测与掌握系统硬件支配

「3. 智能装置生产线的硬件设备 」

智能装置生产线系统的硬件设备是实现智能制造的核心载体，比较于传统的制造装置而言，智能化妆备具有自我感知、自适应与优化、自我诊断与掩护、自主方案与决策等能力，智能化妆备的发展水平是衡量一个国家工业当代化程度的主要标志。
智能装置生产线系统范例的硬件设备包括智能机器人、智能传感器、柔性工装、智能装置装备等。

1）智能机器人

智能机器人是集成打算机技能、制造技能、自动掌握技能、传感技能及人工智能技能于一体的智能制造装备，其主体包括机器人本体、掌握系统、伺服驱动系统和检测传感装置，具有拟人化、自掌握、可重复编程等特点。
智能机器人可以利用传感器对环境变革进行感知，基于物联网技能，实现机器与职员之间的交互，并自主做出判断，给出决策指令，从而在生产过程中减少对人的依赖。
随着人工智能技能、多功能传感技能以及信息网络、传输和剖析技能的快速发展，通过配备传感器、机器视觉和智能掌握系统，智能机器人正朝着做事化与标准化的方向发展，个中做事化哀求未来的智能机器人充分利用互联网技能，实现在线的主动做事，而标准化是指智能机器人的各种组件和构建实现模块化、通用化，使智能机器人的制造本钱降落，制造周期缩短，运用范围得到拓展。

2）智能传感器

智能传感器是指将待感知、待掌握的参数进行量化并集成运用于工业网络的高性能、高可靠性与功能性的新型传感器，常日带有微处理系统，具有信息感知、信息诊断、信息交互的能力。
智能传感器是集成技能与微处理技能相结合的产物，是一种新型的系统化产品。
目前常见的传感器类型包括视觉传感器、位置传感器、射频识别传感器、音频传感器与力/触觉传感器等。
其核心技能涉及五个方面，分别是压电技能、热式传感技能、微流控Bio MEMS技能、磁传感技能和柔性传感技能。
多个智能传感器还可组建成相应的拓扑网络，并且具备从系统到单元的反向剖析与自主校准能力。
在当前大数据网络化发展的趋势下，智能传感器机器网络拓扑将成为推动制造业信息化、网络化发展的主要力量。

3）柔性工装

飞机装置过程中的柔性工装设备包括柔性对接平台、柔性制孔设备、AGV等干系赞助设备，是实现智能化妆配的硬件根本。
柔性定位过程采取弹性体曲面柔性定位技能，通过调度、重组、掌握等手段动态天生工装定位模块，通过拼装或调换柔性装置工装局部定位件进行信息重组，完成多型号飞机的装置任务，适用于多机型，多构造的生产模式。
包括柔性对接平台、制孔设备及AGV等干系赞助设备的柔性工装设备是实现智能化妆配的硬件根本，是降落装置本钱，缩短装置准备周期的主要工具。
柔性工装合营前辈的丈量考验系统与连接设备是保障智能化妆配中最主要的环节。

4）智能装置装备

随着人工智能技能的不断发展，智能装置技能与装备开始在航空、航天、汽车、家用电器、半导体、医疗等重点领域得到运用。
例如，配备机器视觉的多功能多目标智能装置装备首先可以准确找到目标的各种特色，并自动确定目标的形状特色和准确位置，并进一步利用自动实行装置完成装置，实现对产品质量的有效掌握，同时增加生产装置过程的柔性、可靠性与稳定性，提升生产制造效率；数字化智能装置系统则可以根据产品的构造特点和加工工艺特点，结合供货周期哀求，进行全局装置方案，最大限度提升各装置设备的利用率，尽可能缩短装置韶光。

「4. 智能装置生产线范例运用案例 」

在汽车制造领域，海内各大整车厂及零部件制造厂普遍向智能化生产线转型。
长城汽车培植的高端智能化工厂以科技为根本，打造以“智能、聪慧”为主的新模式创新工厂。
通过履行智能装备自主研发与互联网的有机结合，实现了高端智能装备、柔性化工艺技能、无人化聪慧物流管理等核心技能的攻关与打破（图4）。
该智能化工厂年产能为25万辆，占地总面积为27.15公顷（约557.25亩），总建筑面积为286.316m2，项目总投资为378483.27万元，达产时年发卖收入约为50亿元。

图4 长城汽车智能化妆配线

在民用电气领域，随着中心空调更新换代速率的加快，空调设备越来越提倡环保节能减排，产品越来越繁芜，个性哀求越来越高。
在个性化定制、柔性化生产更符合当下市场需求的背景下，海汇集团有限公司积极创新发展，将新一代信息技能与传统运送线相结合，自主研发了一条模块化、柔性化和智能化的多联机中心空调装置线（图5），知足型号繁芜多变的多联机中心空调的个性化妆配生产，项目研发历时2年，于2018年正式投入运用于海尔中心空调智能互联工厂，拥熟年产大型水机机组逾万台、空调末端产品打破35万台的生产能力，总装效率提高了30%，人工劳动强度降落。
此外，海尔中心空调互联工厂创始容器智能装置线、聪慧能源管理系统，拥有环球最大的智能互联测试台，实现了生产制造的转型升级，和包括内外互联、信息互联、虚实互联的三大互联。

图5 海尔中心空调智能装置线

民用飞机领域，具有代表性的是洛克希德马丁公司在F-35的研制和生产过程中，采取柔性装置技能，运用激光定位和电磁驱动等新技能组成模块化、智能化柔性自动化妆配系统，可一次性完成制孔、锪窝、铆接等多项装置事情，极大提高了事情效率与整机质量（图6）。
此外，该公司在对繁芜型面的复合股料零件的检测事情中（如大型邮箱、大梁、复合股料进气道、机翼蒙皮等位置）采取前辈的激光超声检测技能，自动检测范围近乎100%。
2015年，空客公司采取这种柔性装置技能开拓出电磁铆接动力头和行列式高速柱阵的柔性装置工装，历史性地实现了每月生产38套机翼，尤其在机翼翼盒自动装置过程中，柔性装置技能充分运用于柔性装置单元中，可完成丈量、定位、加紧、送料、机器人钻孔等多种繁芜事情。

图6 F-35脉动生产线

海内，民机制造领域，以C919为代表的飞机部装车间的4条生产线（水平尾翼、中心翼、中机身及全机对接生产线）均采取了自动扮装备及柔性工装（图7）。
C919飞机的研制采取MBD技能建立面向三维数字化工艺设计和运用的一体化集成体系。
采取分散式技能柔性装置工装，可对各机体零、组件稳定支撑，实现空间六自由度调度，具有较高的定位精度。
此外，装置线的自动钻铆系统结合平尾、中心翼、中机身部件的不同构造特点及装置工艺流程哀求，配置不同的钻铆装置。

图7 C919首架机机体对接线

采取激光跟踪仪搭载空间剖析仪（SA）丈量软件组成数字化丈量系统实现自动丈量，将丈量数据通报给掌握系统，实现丈量数据的数模交互。
并采取AGV设备进行物流运输，具备万向运动功能，运动灵巧、精度高，通过位置传感器自动感应与周围环境物体的间隔，打算安全间隔进行避障运动或报警。

总装移动生产线包含导引驱动系统、机体承载系统、动力源（气、电、液）的传导部分、装置事情平台、安全监测系统、掌握系统软件及与MES的集成接口等。
整条移动生产线采取导引驱动系统牵引机体承载系统，带动飞机和工装沿预定路线行进并采取地上与地下相结合的办法供应生产线的能源供给，配备生产掌握系统及在线安全监控系统，担保生产线稳定可控。
能够实现机身内部添补、全机系统件安装、电缆导通/分系统测试、终极功能试验、内饰系统安装、水平丈量和客户检讨等，能够知足100架/年的产能哀求。

通过以上运用案例可以看出以实现加工生产智能化、检测与掌握智能化、决策管理智能化、绿色化为出发的装置装备、装置生产线的智能化是智能制造发展的一定趋势和哀求，在提升产能及产品附加值方面都有着十分主要的浸染。

转自"大众年夜众号：PLM之神