探析自动化智能化生产线的特性和模式
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【摘 要】随着工业发展的加快，批量生产成为工业企业追求生产效率和质量的重要手段，自动化生产线作为批量生产的重要技术设备是企业提高市场竞争力的关键所在。随着我国人工智能技术水平的不断提高，催化了自动化生产线的智能化发展，智能制造系统成为机械制造设计的新兴课题。论文通过结合智能化、自动化这两大特点详细探讨了我国自动化智能化加工生产线的特性和模式。
【Abstract】 With the acceleration of industrial development， mass production has become an important means for industrial enterprises to pursue production efficiency and quality. As an important technical equipment for mass production， automatic production line is the key for enterprises to improve their market competitiveness. With the continuous improvement of artificial intelligence technology level in China， the intelligent development of automated production lines has been catalyzed. Intelligent manufacturing system has become a new subject of mechanical manufacturing design. This paper discusses the characteristics and modes of China's automatic intelligent processing line in detail by combining the two main characteristics of intelligence and automation.
【关键词】生产线;智能化;自动化;特性;模式
【Keywords】production line; intelligence; automation; characteristics; modes
【中图分类号】TP278 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）02-0162-02
1 自动化加工生产线
所谓自动化加工生产线，指的是将机器零件放置在由输送装置和辅助装置连接的若干台机床上，通过设备的传送功能，工件按照设定的工艺流程通过加工设备的生产作业线进行加工[1]。自动化加工生产线在流水线的基础上，增加了自动控制系统，用于控制各台机床之间的工件输送、转位、定位和夹紧以及其他操作动作，是一种按照预先设计的程序自动工作的生产线。
2 智能化自动化生产线的加工流程
不同的加工工件有特定的生产标准和工艺要求，因此，在加工生产线上的具体加工流程也不相同。但这些只是细节上的不同，加工流程的大体框架还是具有相似性的，因此，笔者以串联式自动生产线为例，简要介绍其加工流程。
首先，将上料框从待工作位置移动到工作位置，接着机械手自动取料并利用传输带将工件送至加工设备进行自动加工，该过程中变位装置会对工件的传输角度进行自动调整，测量工位会对上一步骤加工后的工件尺寸进行实时测量[2]。最
后，生产线末端的机械手将工件移至下料框。至此，一个工件完成了其自动加工的流程。
3 自动化智能化加工生产线的功能
3.1 常见功能
自动化智能化加工生产线的常见的功能主要包括以下几点：一是自动加工功能;二是自动上下料和退出功能，指的是上料框和下料框可以自动取料，取料结束后自动回归原位待命的功能;三是自動定位和夹紧功能;四是自动清洁功能;五是工件自动传输功能;六是干涉性运动的互锁控制，指的是避免相邻程序、动作之间相互干涉、碰撞的功能，如控制料框移动过程中机械手不能取料，旧零件未取出前，新零件不得放入等;七是变位功能，即根据生产需要变化加工装置的位置;八是缓冲功能，生产线配有中间储存设备，可以为工件的输送进行一定的缓冲，用于调节各工序节拍不协调导致的生产事故;九是智能故障诊断功能;十是在线测量和自动补偿功能、误差分析和处理功能[3];十一是参数自动优化功能，即分析零件、刀具、主机、节拍等因素，自动优化加工参数;十二是工件尺寸的在线测量和自动补偿功能、误差分析和处理功能;十三是自动安排和优化生产程序的功能，指的是智能化自动化生产线依照生产总计划，自动规划、选择相对最佳的生产安排，如混合加工时的顺序安排、出现故障时的临时加工安排等;十四是与自动线上下位的数据自动交换和处理功能，该功能主要用于与互联网技术和相关智能技术相结合为工厂实现信息化、智能化控制和管理。
3.2 自动化智能化加工生产线的功能模块及其作用 自动化智能化加工生产线包括自动化加工模块和智能化加工模块。
一是自动化加工功能，该部分包括自动上下料模块、数据加工模块、自动定位和夹紧模块、自动清洁模块、工件自动转移模块、中间存储模块，这六大模块构成了自动化加工生产线的主体[4]。其中，数控加工模块由若干台数控加工主机组成，主要功能为独立对工件进行生产加工，是生产线不可或缺的基础模块。自动定位和夹紧功能模块由自动夹具和动力夹紧系统组成，其设置不受限制，可固定于主机，也可随工件移动，该模块与数控加工主机模块一起构成了自动生产线的主体。二是智能化的加工功能，该部分包括对外数据交流与处理、自动规划和优化生产流程、自动优化加工参数、在线测量和自动补偿、误差分析与自动处理、智能化故障诊断，这六大模块是自动加工生产线向智能化的优化发展[5]。
智能化加工模塊与自动化加工模块的关系要明晰，自动化加工模块是生产线运行的前提，也是智能化的前提。智能化加工模块是生产线的优化，帮助生产线实现智能控制。自动化是生产线需要达到的主要功能，智能化功能尚未成熟，在具体应用中要适当，不应过度强调。
4 生产线控制程序设计中需要注意的原则和要点
一是顺序原则，生产线要按照输送系统的功能要求设置正确的操作顺序;二是节拍最小化原则，生产线在运行中要尽可能将互不干涉的流程顺序重合，从而避免主工序等待辅工序，例如，机械手从上下料框取料的流程可以和上一工件在加工设备中的加工流程重合，以避免加工工序等待上下料程序;三是监控报警和停机，如待上料框缺位时、下料框满位时、气爪夹持和放置失败等情况发生时设定警报，予以停机处理，以保证设备和生产运行的安全。
5 自动化智能化生产线尺寸超差的模式分析
在线测量和自动补偿及处理是自动加工生产线最主要的智能化功能，这两种功能有利于提高工件的尺寸精度和质量。而尺寸误差因素分析和处理是在线测量和自动补偿处理的关键内容之一，分析尺寸超差的因素有利于自动化智能化生产线的安全、高效运行，尺寸超差常见的分析模式包括尺寸超差的分析模式和超差状态和工件的处理模式两种，具体如下。
5.1 尺寸超差的分析模式
各种超差因素会对生产线加工工件的尺寸精度产生直接的影响，这些影响主要表现为机械电气性能和温度产生变化。尺寸超差的分析模式就是利用在线测量方式，对指定尺寸进行测量、对比和处理，同时通过分析上述超差因素引起的变化，从而得知超差问题所在的一种模式。该模式中存在一些常见的超差因素，如丝杠磨损、夹具磨损、系统参数变化等，这些因素对生产线造成的误差影响一般会表现在特定的零件结构、加工状态和控制特点上，因此具有一定的规律可循，可以作为超差分析的辅助依据[6]。
5.2 超差状态和工件的处理模式
尺寸超差的处理程序为在线监测和分析生产线的数据，并与临界误差值对比，若监测结果超出临界值的范围，那么开始分析导致误差的原因，触发报警装置，系统予以停机处理，从而最大限度地降低故障的危害。接着将监测数据与最大允差比较，大于最大允差的零件要移至专门的超差处理处，未超过最大允差的零件可以正常转移。
程序中提到的临界误差值需要设定在最大允差范围内，其作用为允许自动线由于刀具磨损等不可避免的因素导致的精度下降，也就是允许生产线在存在一定的缺陷的状态下仍可照常运行。这里要注意临界误差值需要综合分析主机、刀具、工件材质、加工参数等各种因素，从而保证数值的准确性。
6 结论
综上所述，智能化是自动化加工生产线的重要发展方向，智能化自动化生产线具有在线测量和自动补偿、自动加工、自动生产规划、自动优化参数、智能化故障诊断等功能，对于自动化生产线提高效率、优化产品质量、减少尺寸误差具有重要意义。因此，相关企业和技术人员应当以自动化为重点，重视生产线的智能化发展，积极优化加工生产线的功能布局和误差处理模式，使得加工生产线高效、安全地投入生产，为企业和国家带来更大的经济效益。
【参考文献】
【1】路甬祥.网络智能制造——中国制造的未来[J].MT机械工程导报，2014（3）：1-2.
【2】张政泼，廉晓明，陈静，等.全自动生产线输送系统的设计[J].机械工程与自动化，2014（12）：179-180+189.
【3】幺开宇，幺炳唐.智能化制造技术和智能化工厂[J].金属加工：冷加工，2013（7）：29-31.
【4】王鸿博.YL—335A自动生产线控制系统[J].机械工程与自动化，2009（02）：166-167.
【5】李海标.自动生产线精确传输机械手控制系统设计[J].液压与气动，2013（04）：17-18.
【6】龙玺宇，高宏力.数控机床智能化故障诊断系统软件设计[J].制造技术与机床，2014（03）：21-24.
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