柔性装配生产线系统技术方案说明.docx
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柔性装配生产线系统技术方案说明
柔性装配生产线系统
技术方案
1项目概述3
1.1概述3
1.2实现目标3
1.2.1装配生产柔性化3
1.2.2提升生产效率3
1.2.3实现自动化生产管理，提高管理水平3
1.3系统安全性4
2系统方案4
2.1设计原则4
2.2产品装配工艺流程5
2.3工件输送工艺流程10
2.3.1入库流程简介10
2.3.2出库及装配流程简介12
2.3.3各区域、空托盘、空包装箱等物流流程13
2.3.4研制阶段零部件物流流程13
2.4总体方案13
2.4.1系统构成13
2.4.2系统概论14
2.5装配工装设计15
2.5.1功能15
2.5.2使用方法16
2.5.3主要结构16
2.5.4互换性与增产办法17
2.6物流方案17
2.6.1零部件预处理区设计17
2.6.2装配区设计22
2.6.3检测区设计23
2.6.4输送线设计23
2.6.5助力机械臂24
2.7柔性装配生产线管理信息系统25
2.7.1系统架构25
2.7.2物理部署27
2.7.3网络构成28
2.7.4软件实现29
1.方案特点说明47
2.附图说明49
1项目概述
1.1概述
通过总装生产线的柔性化设计，实现在一条生产线上同时生产多品种型号产品，企业可根据需求调整生产的型号和产量，提高企业应变能力，实现可持续发展和灵活变化。
通过装配线管理信息系统的实施，对企业生产制造过程实行全面监控、加强生产过程控制，提高产品质量。
同时，企业可根据生产的需求调配资源，实现资源的优化配置。
进而实现控制决策与过程改进，最终实现制造过程的可视化，提高生产管理水平，提高整体竞争力和可持续发展能力。
1.2实现目标
1.2.1装配生产柔性化
满足5种不同型号共100套产品的现场同时库存周转、装配生产和调度需求。
建设装配工位10个、测试工位5个的总目标。
每个装配工位适应不同装配工序的装配需求，每个装配工位可实现6个自由度的装配工艺需求。
建设投产后，装配工位满足产品研制阶段的研制需求，生产调度满足反向作业的操作与管理，零部件的存储货位可实现动态优化。
检测分为在线检测及性能检测，在线检测时工件无需搬运、将检测设备推到其附近实施检测；性能检测集中在测试区进行，用户自备专用设施。
各检测结果需人工输入并上传到管理系统。
1.2.2提升生产效率
系统实施后，装配人员仅需在装配工位作业，工件、配件均自动输送到装配工位附近；当某一工序装完后，采取在线检查及检测，减少过程搬运时间；装配工装要求自由度大、灵活，调节便捷、快速；站台与工装间借助助力机械臂，达到省力目的。
1.2.3实现自动化生产管理，提高管理水平
（1）投产后的柔性装配线，物流配送智能化、自动化；
（2）物料管理数字信息化，实现物联网在装配生产中的应用，每个配件、半成品状态实时跟踪并上传管理系统，能及时对所需了解的物料数量、所处位置、流转信息以及装配状态进行查询和统计；
（3）过程控制信息化，装配生产点装配工艺仿真提示，装配过程实时视频监控；
（4）对产品质量追溯性强，质检及测试数据上传智能化，并按要求保持各相关数据记录；
（5）提高现场管理水平，减少传统的人工找货、搬运等，避免了因人工参与造成的不必要失误。
（6）过程控制信息化，现场管理上，避免人工找货、搬运；
（7）实现与MES系统无缝连接，为MES提供所有生产数据。
系统在未连接MES系统时，须实现人工录入订单，系统根据人工订单自动运行。
（8）整个系统的通讯信号符合保密性要求，不能涉及有生产数据和检测数据的无线信号。
（9）构建网络安全系统，确保数据安全性；
1.3系统安全性
（1）实施保障
中船重工七○五所是从事武器装备的科研生产单位，获得国家一级保密资格认证、军用软件研制能力等级证书、军品质量体系认证并是具有相应安全生产武器装备的科研生产的必要条件，承担国家多型高新、重点国防项目研制。
（2）元器件选型
系统中采用的机电设备全为我公司自主研发的成熟设备，机械传动器件、电气电子元器件以合资品牌国产为主，少量采用原装进口件。
（3）应急措施
系统具备容错、纠错、快速诊断、及时恢复的功能，当系统软硬件发生故障时，有应急方案，无法避免时分段运行，不因局部故障影响系统整体运行；对于立库、缓存库的存取设备，需有备用电源，当停电发生时，不影响正常生产，并预留人工取货路径，必要时，人工将零部件取出。
2系统方案
2.1设计原则
结合现场实际情况，充分考虑用户的远期发展目标和满足用户近期要求为基本点，从专业和经验的角度出发，遵循经济、合理、先进、实用、可靠的原则，采用科学而先进的方法和理念，进行本系统的总体规划和设计。
在具体的规划设计中遵循以下原则：
Ø满足工艺要求，实现柔性化装配；
Ø有限空间最大存储量；
Ø作业流程自动化管理；
Ø操作简便，维护方便；
Ø系统高稳定及可靠性；
Ø可扩展性强；
Ø管理的信息化、网络化、智能化、标准化、柔性化；
2.2产品装配工艺流程
下面就其中一种工件的装配工艺详细说明，其它型号产品装配过程与之类似，不再举例。
单件装配总体工艺流程图
（1）部件1、2、3从零部件预处理区自动出库，经人工送达配作间并配作，配作完毕合格后人工送达装配区站台，同时出库工件A到达装配工位站台，装配人员使用助力机械臂或人力将工件从托盘上搬放在装配工位工装上，按工位现场终端提示完成相应工序装配，装完后进行检测，检测合格后的工件标识为3A。
可人工将其存放在暂存区或进入下一装配工序组装部件4，装完检验合格后自动存放在暂存区，此时工件A已装完4个部件，标识为4A；
（2）自动调度B、C两个工件从零部件预处理库出库到装配工位站台，装配人员使用助力机械臂或人力分别将工件从托盘上搬放在装配工位工装上，同时出库部件5（部件5需与部件4按要求一一对应）到装配工位，人工按现场终端提示装配，装完检验合格后存放在暂存区。
此时工件B、C已经临时连接在一起，标识为工件1BC；
（3）装完后的工件4A与工件1BC需连线在线检测，若装配时并联进行的，当装配完4A、1BC两工件后无需去暂存区存放，将二者靠近后连线在线检测。
若装配时串联进行，则将先装好的工件，如4A暂存，当工件1BC装完后在装配工装上等候，将对应的各4A从暂存区自动取出靠近1BC，在线连线检测，合格后的4A、1BC各自往下装配；
（4）从零部件预处理库中自动出库部件6到工件4A装配站台，完成装配并检验合格的工件标识为5A，存放于暂存区中；
（5）从零部件预处理库中自动依次出库部件7、8、9、10、11、12到工件1BC装配站台，完成装配并检验合格的工件标识为2BC，存放于暂存区中；
（6）对于工件5A、2BC可串联或并联进行装配，串联装配时，存放先完成的工件，直到后者完成后一并送入测试室测试；并联装配时，若完成不同步，则按上述步骤进行，若同步完成，则无需进暂存区存放。
测试合格后的工件经人工搬送到暂存区存放；
（7）将工件5A、2BC从暂存区取出送达试验室试验，合格后暂存或再次进行测试，测试合格后，工件5A作为成品暂存或包装发货，工件2BC完成刚性连接，暂存或包装发货；
（8）对于上述所有工序，按生产任务情况，在工位上可进行串联或并联装配，每个装配工位均可做任意一道工序；当串联装配时，同时可进行10个型号产品装配。
（9）对于工件A，当装完部件1、2、3成为3A时，需将流转托盘工装更换。
更换的托盘工装来自于暂存区；
（10）对上述工件A、B、C以及12种部件，当每次完成物料取完后，空托盘均经自动存取机搬运至码盘站台码盘（特殊工装托盘除外），同时对托盘上的条形码信息进行清零。
但对于工件A、B、C，其托盘上的工装需单独人工回收；
（11）对于上述12种部件，每种部件装配完后剩下的空箱由操作工将其集中放入物料框推车中，由人工将其推出厂房并处置；
（12）对于工件A、B、C，每当成为3A、4A、5A或1BC、2BC时，其运载托盘上的条形码均实时更新物料状态信息，并上传到管理系统；
2.3工件输送工艺流程
2.3.1入库流程简介
2.3.2出库及装配流程简介
2.3.3各区域、空托盘、空包装箱等物流流程
（1）对于零部件预处理区、装配区之间采取自动输送线输送，其余测试区、检验室、包装发货区与各区间则采取人工小车搬运；
（2）空托盘组需进行反向流转，按每4个一组送入零部件预处理区中存放；
（3）对于从零部件预处理区中出库后的物料，若发生错误、临时变更等情况时，需进行退库处理。
此时，启动退库管理程序，输送线反转将物料托盘送回到立库中，系统自动分配货位并存放；
（4）对于过程中的不合格品，暂存于预处理库暂存区中，按管理流程处理；
（5）成品包装发货后，空托盘搬运到入库站台，并自动送入预处理库区中存放；
2.3.4研制阶段零部件物流流程
对于研制阶段的工件装配，由于为小批量，其依据零部件来料情况采取不同的方式，若来量大，可将其存放在零部件预处理区随机存取侧货位，装配时按正常生产任务出库；若来量小，则在入库检验区缓存，无需入零部件预处理区，直接经输送线到达装配区装配。
2.4总体方案
2.4.1系统构成
整个柔性装配生产线物理空间上由四大区域构成，即装配前零部件预处理区、装配区、检测区以及包装发货区。
柔性装配生产线系统总体上由以下几部分构成：
Ø零部件预处理区自动存取系统；
Ø自动输送设备（含平面链式及辊道机、升降输送系统等）；
Ø柔性装配工作台；
Ø辅助设备（含助力机械臂搬运系统等）；
Ø管理信息系统。
总体效果图如下：
装配区
图一方案效果图
2.4.2系统概论
整个系统集零部件来料预处理、装配、检测、暂存于一体，零部件采用托盘为搬运载体，以便将形状多样的物品规范化，便于零部件仓储搬运及生产流转。
装配前的零部件使用标准托盘加工装作为载体，装配后的工件由于外形发生变化，需更换为专用托盘。
托盘采用条码标签标识，托盘在整个仓储、流转的过程中均进行信息跟踪及依据装配状态实时录入系统。
零部件预处理区高层立库仓储作为仓储设备，零部件预处理区与装配区隔离，便于两个不同区域的管理。
零部件预处理区与装配区之间利用自动输送线传送，并借助装配区的直行穿梭车将零部件搬运到各个装配工位站台以及物料流转。
装配线为集中作业模式，装配线由多个装配工位构成，装配工位模块化设计，互换性强，满足不同型号产品不同工序的装配需求，达到柔性装配的目的。
作业时人工将工件从站台搬运至装配工位工装上，装配后的半成品、成品工件采用现场暂存与回库暂存两种方式，并在装配厂房设置检测区、暂存区、装箱发货区。
装配区、配作室、检测区、暂存区、包装发货区、试验区之间均以人工小车搬运工件、部件的模式。
构建信息管理软件系统，使整个系统智能化、数字化、过程可视化、质量追溯性强、操作简单便利，实现安全生产与效率的完美结合。
整个系统平面布局图如下：
图二方案平面布局图
方案规划时全面讨论制定了装配的工艺流程，对相应的物流供应方式、质量控制方式融入准时化、柔性化、过程化的新技术，从而提升整个装配生产线的整体柔性，实现多品种产品的柔性化生产。
规划设计的柔性装配线具备以下六方面的基本功能：
①满足多品种产品的柔性装配功能、②质量保证功能、③对设备的监控功能、④信息管理功能、⑤安全与人机工程合理化功能、⑥物流与零部件供应功能。
2.5装配工装设计
2.5.1功能
装配工装为可移动式、模块化组合结构，采取通用与专用相结合，满足装配时所需的工件俯仰、自转、水平360度旋转、垂直升降及平移，车底装有四个地脚轮，经移动整车可实现以另一工件端头为中心的90°旋转和两个工件一起的整体旋转，整体对接等功能。
若需将整个工件竖立翻转，可借助助力机械臂实现。
2.5.2使用方法
针对不同的工件长度，选择合适的支撑尺寸，首先将支撑轮间距沿导轨调到需要位置，插好定位销。
将工件吊到工装车上放好，通过支撑轮上的丝杆手柄微调柱形工件的俯仰及水平度。
点动垂直升降的的驱动电机，将桶体高度调到适合高度。
当需要水平360度旋转工件时，将定位销拔出，手动方式推转到需要的方位，再插好定位销。
满足工件装配时任意对调，操作人员无需移动位置。
当需要平移工件时，将定位销拔出，手动方式沿直线导轨推动到需要位置，再插好定位销。
当两段工件间需要90°互联时，可以将两台车上的物件（连带转盘）各自平移到对接位置。
（事先将两台车按平移导轨的90°方向分别布置）。
2.5.3主要结构
支撑轮：
是四件包胶轮，不会损伤工件表面。
其安装座固定在直线导轨上，保证在移动过程中不会偏移且没有卡滞现象。
旋转转盘：
采用我公司成熟的转盘技术。
不需要转动时有专用定位销锁住。
剪叉式垂直升降台：
由一台减速电机驱动。
当配有调速系统时，可以随意改变升降速度。
地脚轮：
由两件定向轮，两件万向轮组成。
轮子表面是聚氨酯材质，不会损伤车间地面。
四个轮子上均配有各自的制动装置，当车推到工位后踩下制动即可锁定车位。
按钮操作盒：
在车的一侧布置。
可选项：
按客户需求配置工具盒等个性化设计。
图三装配工作台效果图
2.5.4互换性与增产办法
装配工位工装设计时兼顾所有装配工序，经调整其上的旋扭可满足不同长度的工件装配；沿导轨调整另一个方向的长度，实现两组支撑轮间距大小变化，满足不同直径工件的装配；为了满足装配后外圆直径发生改变的工件装配，设计时工装空间高度上按此种工件尺寸设计；若需将两个工件旋转90°或对接为一个整体时，可旋转整个工装台达到所需的目的；若无需实现两个工件对接这道工序，可以将其中一个工装台推放到一边，而完成其它工序。
由于装配工装为模块化组合式结构，当任务量大增时，现场可增加装配工装台，让更多的操作人员到现场作业，提高产量。
2.6物流方案
2.6.1零部件预处理区设计
（1）零部件预处理区规模及参数
考虑到物品使用时批量处理与随机性取货的特性，按最大的储存容量设计，零部件预处理区由标准货物存放系统及预留区两大部分构成，标准货物存放系统分为批量存取存储系统及随机存取存储系统。
库区规划时一道多货位与一道一货位并存，存放时原则上采取一道同品及一品多道，先进后出与随机存取结合。
批量存取存储系统采取密集穿梭车自动存取系统，该系统采用RGV穿梭车自动搬运，不同层的切换通过往复升降输送机实现；随机存取存储系统采用巷道式存取机立库系统，该系统以存取机为自动搬运工具。
密集穿梭车自动存取系统，设计时充分利用厂房高度16.5米，按12层进行存储货架的布置，系统由存储货架、RGV穿梭小车、换层往复式升降输送机及控制系统构成。
其外形为：
L18.6m×W5.5m×H16.0m，设计为13列×12层×6货位，合936个货位，货位规格：
1200mm×800mm×750mm，承载500㎏。
图四密集穿梭车自动存取系统示意图五巷道式存取机立库系统示意
巷道式存取机立库系统由存储货架、存取机，天轨、地轨及控制系统等组成。
随机存取存储系统外形：
L18.6m×W0.9m×H16.5m，设计为13列×16层×1货位，合208个货位，货位规格：
1200mm×800mm×750mm。
零部件预处理区具备四种功能：
装配前零部件存放、装配过程缓存、退库存放以及空托盘组存放。
（2）RGV穿梭车搬运系统
RGV穿梭车是货物的自动存取功能的执行者，用于完成货物的移动、存取，其功能如下：
a）穿梭车根据任务要求，通过往复式升降机、行走巷道进入货架不同层、不同货道内完成任务；
b）穿梭车接受信息管理系统的控制，在信息管理系统的调度下，可以多台穿梭车同时进行工作；
c）穿梭车在工作时，可以向信息管理系统上传位置、速度、电量、有无货、故障、工作情况等信息；
d）穿梭车具有远程遥控功能；
e）穿梭车具有存放、捡取货物功能，能根据信息管理系统下发工单或遥控器指令完成货物的捡取、移动、存放；
f）托盘间距设置功能，可以设置两个托盘间的间距，充分利用货架空间；
g）托盘尺寸溢出管理功能，当托盘上存放的货物尺寸超出托盘尺寸时，可以进行设置，防止货物相撞；
h）具有货物、托盘点数功能；
i）穿梭车具有故障报警提示功能，自身机构发生故障，可以发出声光报警,并向信息管理系统上报故障信息；
j）穿梭车具有停车报警功能，当穿梭车在巷道内进行存取作业过程中，如果由于异常情况而导致非正常停车时，穿梭车可以发出报警，并向信息管理系统上报信息；
k）穿梭车具有防撞功能；
l）穿梭车具有自动充电功能，当电池容量不够时，穿梭车可自行移动至货架充电区自行进行充电,并将电量信息上报信息管理系统；
m）穿梭车应具有超载保护功能,当超载时，穿梭车应停止工作，并向信息管理系统上报报警信息。
穿梭车组成部分：
机架、传动部件、电池、充电装置、控制系统、无线AP其性能参数如下：
a）穿梭车配置数量：
6台；
b）可同时运行穿梭车数量：
4台；
c）驱动方式：
电池供电，电机驱动；
d）穿梭车承载能力：
G工作＝500kg；
e）穿梭车整备质量：
280kg；
f）外形尺寸：
1000mm×1200mm×260mm～290mm（长×宽×高）；
g）可运送托盘尺寸：
1200mm×800mm；
h）行驶速度：
V空载＝1m/s，V工作＝0.6m/s～0.8m/s；
i）加速度：
a=0.5m/s2～1m/s2；
j）减速度：
a=-0.5m/s2～-1m/s2；
k）定位精度±5mm；
l）存放货物最小间距100mm；
m）平均功率：
250W；
n）单车工作时间（电池容量至0）：
≥10h（常温）；
o）充电时间：
电池容量0-100%，采取两倍率充电为0.5小时；
电池容量80%-100%，采取单倍率充电为12min，采取双倍率充电为6min。
p）电池使用寿命3年；
q）工作环境温度：
-10℃～55℃；
r）充电装置数量：
2台；
s）充电装置充电倍率：
0.5倍、1倍、2倍；
t）无线AP点数：
6个。
（3）存取机
a）外形照片
图六存取机外形图
b）技术参数表
序号
项目
技术参数
1
型号
DQB101
2
结构形式
双立柱、单深
3
总高，mm
5600
4
额定承重量，kg
250
5
载货尺寸L×W×H，mm
1200×800×1000
6
走行距离，m
约22.5m
7
升降行程，m
3.6m
8
速度，m/min
走行
180
提升
45
伸叉
50
9
加速度，m/s2
走行
0.3
提升
0.5
伸叉
0.3
10
定位精度，mm
走行
±5
提升
±5
伸叉
±5
11
供电方式
滑触线供电，底部安装，380V50Hz
12
通信方式
红外通信
13
驱动方式
电机变频
14
操作方式
手动/自动/在线
15
认址方式
（X向）激光定位；（Y向）激光定位；（Z向）编码器认址方式
16
操作界面
图形化机载人机操作中文界面
17
地轨
22kg/m
18
安装方式
化学螺栓方式
19
表面处理
聚氨酯桔纹漆
2.6.2装配区设计
装配区共设计5个装配工位，每个工位配置3个给料站台，其中1个装配工位配有1台助力机械臂，区内预留在线检测设备放置空间及助力机械臂位置。
给料站台侧配置直行穿梭车（以下简称直穿），1用1备。
装配时零部件自动输送到直穿取货站台，按装配调度要求，直穿自动将零部件搬运至相应装配工位给料站台，工件在助力机械臂的辅助下或直接人工搬运至装配工作台，部件则按装配工艺要求人工拆箱后手工取货。
零部件装配后剩下的空托盘及包装箱等辅件，空托盘及工装若需继续使用则在给料站台等候，否则人工将工装取下手工码垛，当码垛到一定数量后系统调度直穿将其搬运至入库站台入库；空托盘则由直穿送达空托盘码盘站台并自动码盘，码盘按4个一组，当码盘完成后系统调度直穿将其搬运至入库站台并入库。
2.6.3检测区设计
检测区设计2个检测工位，并为扩产预留场地空间。
区内采取手工搬运的物流模式，与其它区间采取手工扒车或叉车作业的物流模式。
2.6.4输送线设计
输送线由若干台链式输送机、辊道输送机、换向输送机、往复式升降输送机、电控系统以及支撑钢平台等组成。
零部件预处理区出入库线为上下层输送方式，上层采用钢平台支撑。
装配区与检测区采取空中双层输送线，各区配置一台往复式升降输送机。
空中输送线由钢平台支撑，钢平台为独立支撑结构，其由4根单柱支撑，底面与现有走廊其平。
图七自动输送设备外形图
2.6.5助力机械臂
本方案中，在其中一个装配工位使用助力机械臂，该机械臂为单立柱助力机械臂，帮助装配人员从站台与装配工装间起吊搬运工件，从而降低劳动强度。
工作原理：
通过检测吸盘或机械手末端夹具和平衡气缸内气体压力，能自动识别机械手臂上有无载荷，并经气动逻辑控制回路自动调整平衡气缸内的气压，达到自动平衡的目的，工作时，重物犹如悬浮在空中，可避免产品对接时的碰撞，在机械手臂的工作范围内，操作人员可将其前后左右上下轻松移动到任何位置，人员本身可轻松操作。
气动回路还有防止误操作掉物和失压保护等连锁保护功能。
功能特点：
a）操作简易快捷，无随作业员的牵引力在上下前后三维空间自动检测运行；
b）无重力省力，搬运最大重量工件时牵引力不大于2㎏；
c）悬浮性无冲击力及不具有反弹力；
d）可深入机器内部，完成物料抓取。
图九单立柱助力机械臂外形图
2.7柔性装配生产线管理信息系统
2.7.1系统架构
柔性装配生产线管理信息系统以引入现代企业管理思想和方法、提高军工企业的管理水平和企业核心竞争力为出发点，根据军工企业装配生产管理的现状及特点，提出了基于条形码技术的军工柔性装配生产管理解决方案。
柔性装配生产线管理信息系统是昆明七零五所科技发展总公司通过条形码自动识别技术集成开发的、用于装配生产管理的一套软件系统，该软件拥有完善的功能模块，结合了705所软件开发经验以及在仓储、机加、物流信息管理系统行业中的成功实践经验。
该系统用于控制生产流程，并对仓库空间、库存进行管理，实现多型号、多批次管理，快速、柔性装配生产管理。
根据系统基本结构的设计原则，结合柔性装配生产线管理信息系统的实际需求，整个装配线的架构由设备控制层、集中监控层、生产管理层三层体系结构构成：
图十系统硬件架构
柔性装配生产线管理信息系统是以生产服务为核心的在线物料管理系统，下联工业实时控制系统，集物流生产保障管理、物料管理、仓库管理于一身，是自动化物流系统的调度核心和信息存储处理中心。
构建在先进的工业控制网上，运行于网络系统与数据库环境下，以集成技术为核心，实现物流指令快速、准确的执行及物流信息的采集、处理、传送、存储和分析，并做出正确的决策以协调各业务环节，从而实现物料高效有序的流动和科学管理，以满足工厂作业计划的需要。
柔性装配生产线管理信息系统还可以通过对物资消耗、库存分析，及时、准确地了解某一段时间内的生产情况，为企业信息决策支持系统提供所需的工艺统计数据、物流数据和辅助决策信息。
图十一系统软件架构
2.7.2物理部署
柔性装配生产线管理信息系统设备主要通过局域网实现数据交互和控制，其中服务器和业务终端计算机通过有线
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