智能工廠里面有一個重要要素——智能機器。在“工業(yè)4.0”的定義中, CPS核心作用就是信息驅(qū)動。以往是由人來控制機器,而在智能工廠中要實現(xiàn)機器驅(qū)動機器,或者由機器去驅(qū)動外圍設(shè)備。所以要求這種機器必須是智能機器,或者是智能機器人。將來建構(gòu)智能工廠必須要考慮這個要素。 下面以高鐵制造的一個樣板工程,也是高鐵領(lǐng)域里面一個比較難的工藝環(huán)節(jié)——轉(zhuǎn)向架的裝配為例,談?wù)勎覍χ悄軝C器人未來在智能工廠中如何發(fā)揮作用的思考。 高鐵列車轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜,需要一系列復(fù)雜的工藝,如打磨,即在焊接完成后打焊縫,實施難度就很大。轉(zhuǎn)向架零部件需要大量的自動化裝備。把很多復(fù)雜的零部件裝備起來,其難度可想而知。以前國外此類裝配主要有三種方式:集中式、流水線式、半自動化流水線式。集中式比較好理解,就是在一個部位上所有工件都在一個固定地方裝;而流水線式就是這個工位裝一部分,那個工位裝一部分;半自動化流水線就是物流是實現(xiàn)了自動化,但是裝配、定位還是人工完成。國內(nèi)的情況也大體如此。 如果要做到自動化裝配轉(zhuǎn)向架有很大的難點需要解決。轉(zhuǎn)向架由近400個零部件組成,如果實現(xiàn)自動化裝配,首先要解決零部件的物流問題,必須考慮如何有序裝備這些復(fù)雜零部件,這是第一個要突破的難點;其次必須考慮零部件之間的如何實現(xiàn)精準定位,這是實現(xiàn)自動化裝配的重要技術(shù)前提,這個難度相當大。影響精準定位的因素太多了,如何消除各個零部件之間的差異及如何保證用于物流的自動小車放的位置都是一樣的,都是難點。還有轉(zhuǎn)向架的調(diào)整和測量也是難題。 在這種背景下,國內(nèi)的一批科技人員結(jié)合國家的高鐵戰(zhàn)略需要,開發(fā)了一套全自動高鐵自動化裝配線,里面包含了智能工廠思想和理念。這條生產(chǎn)線解決了物流難題、裝配難題和測量難題,整個裝配流程實現(xiàn)了全自動化。這套全自動裝配線體現(xiàn)了兩個重要思想: 一是在虛擬環(huán)境和實體環(huán)境的并行工作。就是在實際環(huán)境背后構(gòu)建了一個虛擬環(huán)境,虛擬環(huán)境一方面實時監(jiān)控實際環(huán)境,另一方面對實際環(huán)境進行參數(shù)優(yōu)化,這樣能夠保證在不影響生產(chǎn)情況下,把人的智慧更多地融入到這里面來,在后臺通過人的智慧實時優(yōu)化參數(shù)。 第二就是智能工廠核心概念——信息和物料有機地統(tǒng)一起來,這就必須依靠智能機器及智能機器人。科研人員基于這個思想設(shè)計了幾種機器,一種能夠完成零部件的智能裝配,實現(xiàn)零部件的裝配過程包括定位;另一種可以完成對轉(zhuǎn)向架智能測量的調(diào)整,實現(xiàn)裝配之后的轉(zhuǎn)向架尺寸檢測,這是十分重要的關(guān)鍵。如果裝配質(zhì)量不好,會嚴重影響到轉(zhuǎn)向架性能,進而會影響高鐵的安全。 以此為基礎(chǔ),科技人員首先研究了零部件智能物流系統(tǒng),讓系統(tǒng)內(nèi)部要求有相互協(xié)調(diào)的關(guān)系。接下來,考慮了基于信息驅(qū)動的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品全生命周期的關(guān)系。這里面是兩個方面:一個是生產(chǎn)過程靠信息驅(qū)動,這些信息有裝配關(guān)聯(lián)度的信息,裝配過程有利的信息、裝配配合度的信息,由信息驅(qū)動裝配并檢測生產(chǎn)過程;第二個是產(chǎn)品全生命周期的管理,這也是智能工廠很重要的概念,它其實是要把產(chǎn)品統(tǒng)一管理起來,不光是生產(chǎn)管理,包括零部件的流通,包括生產(chǎn)以后的使用,最后的維修,整個環(huán)節(jié)要通過一些相關(guān)的技術(shù)有機地統(tǒng)一起來,這個其實就是分布式無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的智能工廠控制模式。它體現(xiàn)智能機器和智能機器人的理念。 在這個生產(chǎn)高鐵列車轉(zhuǎn)向架的智能工廠中,有主物流線,用以傳輸轉(zhuǎn)向架的,還有配套有很多存儲單元和子輸送線,用來輸送物料的,這樣通過一個主的物流線加上輔助的子物流線可以把零部件和智能機器人裝配過程有機統(tǒng)一起來,實現(xiàn)自動化的裝配過程。最近,這套系統(tǒng)已在國內(nèi)高鐵制造企業(yè)開始應(yīng)用。 我國發(fā)展高鐵裝備自動化,構(gòu)建智能制造工廠有以下幾個意義:一個是滿足國家發(fā)展高鐵事業(yè)戰(zhàn)略需求;第二有效解決人工作業(yè)面的問題,剛才也說了各種各樣的問題;第三著重要說的可以開拓我們國家的智能裝備新領(lǐng)域,大家知道這一塊是空白,都是人工在做,提升工藝,提升我們核心競爭力,隨著我們國家高鐵事業(yè)的快速發(fā)展,我們國家的高鐵制造裝備也將會在世界上有一席之地。 本文中提到的一些關(guān)于智能工廠理念和智能設(shè)備的協(xié)同配合它國內(nèi)其他類企業(yè)的落地之路還很長。相信有了高鐵制造企業(yè)的示范作用,這個過程可以大縮短。 |
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