3C產(chǎn)品柔性生產(chǎn)線電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：通過在3c產(chǎn)品中引入機(jī)器人的使用可以增強(qiáng)生產(chǎn)線的通用性和適應(yīng)能力。本文主要針對典型的3C產(chǎn)品給出生產(chǎn)線的總體設(shè)計(jì)方案，包括硬件與軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)模型，并且有針對性的進(jìn)行了相關(guān)測試。通過測試結(jié)果進(jìn)行分析來看，生產(chǎn)線效率和設(shè)備的利用率得到了大幅度的提高。該項(xiàng)技術(shù)具有很好的發(fā)展和研究前景和空間。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人柔性生產(chǎn)線3C產(chǎn)品

1引言

進(jìn)入21世紀(jì)將迎來第四次工業(yè)革命，而與以往不同的是第四次工業(yè)革命是信息技術(shù)的變革，隨著第四次工業(yè)革命的到來“工業(yè)4.0”與“中國制造2025”等已經(jīng)成為社會廣泛關(guān)注的的熱門話題[1]。在未來的很長一段時間里工業(yè)發(fā)展速度將更加的趨于智能化和信息化，智能制造已經(jīng)成為大勢所趨。而且隨著快速的發(fā)展和進(jìn)步，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度也將越來越快，隨之而來的需要生產(chǎn)線的不斷更新，與此同時會很大程度增加企業(yè)成本。那么柔性的生產(chǎn)線也就應(yīng)運(yùn)而生，柔性生產(chǎn)線可以更好地提高設(shè)備的利用效率，根據(jù)陳品生產(chǎn)需求進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)整和變化[2]。在工業(yè)生產(chǎn)過程中通過機(jī)器人替代高度重復(fù)的單一的人工操作，或者代替人工在惡劣環(huán)境中進(jìn)行工作，將機(jī)器人與柔性生產(chǎn)線進(jìn)行結(jié)合可以更好的提高生產(chǎn)效率。本文將主要針對基于機(jī)器人的應(yīng)用柔性生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)。

23C產(chǎn)品和柔性生產(chǎn)線簡介

2.13C產(chǎn)品

3C是計(jì)算機(jī)類（computer）、通信類（communicantion）和消費(fèi)類（consumer）的簡稱，是現(xiàn)代工業(yè)和信息化發(fā)展的產(chǎn)物。這個行業(yè)具有跟新?lián)Q代快、設(shè)計(jì)性強(qiáng)等主要特點(diǎn)。通產(chǎn)3C產(chǎn)品是易于操作并且使用的家用型電器產(chǎn)品，在傳統(tǒng)的家用電器中融入信息化智能化的因素，使其更加便捷智能。

2.2柔性生產(chǎn)線

現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)下，定制化、多樣化的需求越來越多，為了更好地滿足消費(fèi)者的不同需求，傳統(tǒng)的大規(guī)模的批量的無差別的生產(chǎn)模式已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)在的生產(chǎn)需求。為了滿足高質(zhì)量生產(chǎn)和頻繁的生產(chǎn)線調(diào)整，柔性生產(chǎn)性成為大勢所趨。通常柔性生產(chǎn)線包括自動化系統(tǒng)、物流運(yùn)輸系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)四個部分。柔性生產(chǎn)線與傳統(tǒng)的生產(chǎn)線相比主要具有利用效率更高、生產(chǎn)更加穩(wěn)定、生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量更好、根據(jù)需求調(diào)整更加靈活等優(yōu)點(diǎn)。在未來的生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其是發(fā)展變化速度快的3C產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域具有非常廣闊的發(fā)展前景。

33C產(chǎn)品柔性生產(chǎn)線總體方案

（1）柔性生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)主要是為了滿足多品類產(chǎn)品的小批量的生產(chǎn)需求，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是圍繞手機(jī)、鼠標(biāo)的生產(chǎn)裝配開展。這兩種產(chǎn)品的生產(chǎn)主要流程和環(huán)節(jié)如下：①手機(jī)生產(chǎn)裝配流程：底殼的打磨—鍵盤的安裝—屏幕的安裝—手機(jī)上蓋的安裝—手機(jī)裝合—包裝盒加蓋。②鼠標(biāo)生產(chǎn)裝配流程：鼠標(biāo)底殼的打磨—電池的安裝—鼠標(biāo)上蓋的安裝—接收器的安裝—鼠標(biāo)裝合—包裝盒加蓋。（2）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過對以上兩種非常典型的3C產(chǎn)品的勝場裝配流程的分析，經(jīng)過總結(jié)發(fā)現(xiàn)六個共性的流程，分別是初期的打磨，前期、中期、后期的裝配過程，產(chǎn)品的裝盒以及包裝盒的加蓋。基于以上的分析，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含7個部分分別是6個子單元和1個中央信息集成控制系統(tǒng)。根據(jù)以上工藝流程的分析，每個子單元分別對應(yīng)一個生產(chǎn)流程，每個子單元既可以獨(dú)立工作也可以系統(tǒng)配合共同完成工作指令。中央信息集成控制系統(tǒng)也采用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)各個子系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的互通互聯(lián)[3]。

4系統(tǒng)運(yùn)行原理

4.1子單元設(shè)備組成

該系統(tǒng)的6個子單元主要承擔(dān)裝配功能，因此在硬件需求方面差異性不大，基本組成元器件幾乎相同。現(xiàn)在以其中的初期打磨單元為例詳細(xì)說明其中的設(shè)備組成和功能。初期打磨單元由工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人快換工具、立體倉庫、皮帶輸送機(jī)、單元PLC電氣控制系統(tǒng)、伺服旋轉(zhuǎn)變位機(jī)與夾具等部分組成。在該單元中的機(jī)器人主要采用結(jié)構(gòu)堅(jiān)固系統(tǒng)可靠工作范圍廣泛的六軸串聯(lián)機(jī)器人，該類型機(jī)器人在焊接、搬運(yùn)和應(yīng)用程序的運(yùn)用方面技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟[4]。在該系統(tǒng)中機(jī)器人快換接頭裝置主要采用可以同時夾持多種不同工具的氣立可滑軌氣缸驅(qū)動。快換工具使機(jī)器人的應(yīng)用更具柔性，增強(qiáng)了生產(chǎn)線自動化程序[5]。這一單元中采用三橫三縱9個倉儲位置用于放置工件。在每個倉位上都裝有精確的定位裝置放置裝配過程中出現(xiàn)錯誤現(xiàn)象。為了獲得更加科學(xué)合理的放置位置在每一個單元都配備一套伺服旋轉(zhuǎn)變機(jī)位[6]。旋轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)靠交流電驅(qū)動，并且在旋轉(zhuǎn)平臺上安裝氣動的夾具并通過傳感器控制旋轉(zhuǎn)的角度范圍。系統(tǒng)中的各個單元之間的工件的傳送運(yùn)輸通過期待實(shí)現(xiàn)，在該系統(tǒng)中共需要3條皮帶輸送機(jī)，分別位于1單元和2單元之間，3單元和4單元之間，5單元和6單元之間。合格單元的控制通過電視控制柜和電氣控制系統(tǒng)之間的密切配合實(shí)現(xiàn)。

4.2子單元運(yùn)行流程

在具備硬件條件的基礎(chǔ)上，各單元之間通過協(xié)同配合共同完成產(chǎn)品的各項(xiàng)裝配任務(wù)。下面以手機(jī)的裝配過程為例，具體操作流程如下：4.2.1初期打磨。機(jī)器人手臂通過快換工具裝置移動到儲存?zhèn)}庫內(nèi)拿取手機(jī)底殼，通過精確的定位系統(tǒng)將手機(jī)底殼放在指定的旋轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)。與此同時機(jī)器人更換末端工具為打磨工具，在變?yōu)闄C(jī)的密切配合下完成手機(jī)底殼的打磨工序。完成打磨后，變位機(jī)回歸原始位置，機(jī)器人在快換工具庫將現(xiàn)有打磨工具更換為吸取裝置，從而將打磨好的手機(jī)底殼吸取后放置到傳送帶上，傳送至下一工位。4.2.2前期裝配。手機(jī)底殼在傳送帶上到達(dá)指定工位，機(jī)器人吸盤末端吸取手機(jī)底座放置在旋轉(zhuǎn)變位機(jī)內(nèi)，完成吸取工作的機(jī)器人變更為涂膠末端，準(zhǔn)備粘合工作。同樣通過變?yōu)闄C(jī)的旋轉(zhuǎn)配合使機(jī)器人快去完成涂膠工作，機(jī)器人再次快去變換末端工具為吸盤，吸取手機(jī)鍵盤于變位機(jī)處，完成手機(jī)鍵盤與手機(jī)底座的粘合裝配。這是機(jī)器人再次變換末端工具為吸盤，吸取粘合后的手機(jī)底座放置下一工位的變位機(jī)處。4.2.3中期裝配。經(jīng)過前期裝配的手機(jī)底殼放置在變位機(jī)上，隨變位機(jī)的轉(zhuǎn)動到達(dá)指定位置，隨之需要機(jī)器人將末端工具切換為涂膠工具，變位機(jī)通過旋轉(zhuǎn)配合機(jī)器人手臂完成涂膠工作。這時機(jī)器人末端工具進(jìn)行快去的轉(zhuǎn)換，變?yōu)閹ё呶P的工具從而將手機(jī)屏幕從倉儲中吸出，通過精確的定位裝置將手機(jī)屏幕準(zhǔn)確無誤的放置在變位機(jī)上并完成與手機(jī)底座的安裝工作。然后，根據(jù)需要機(jī)器人吸取已經(jīng)裝配完成的手機(jī)底殼及屏幕放置在傳送帶處，隨著傳送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)輸至下一工位，為后期的裝配工作做好準(zhǔn)備。4.2.4后期裝配。安裝完成的手機(jī)底座隨傳送帶的轉(zhuǎn)動來到后期裝配工位，位于傳送帶上的手機(jī)底座在機(jī)器人手臂吸盤的作用下被吸取到變?yōu)闄C(jī)上準(zhǔn)備下一步操作。隨之機(jī)器人末端自然快換工具吸取倉庫內(nèi)的手機(jī)按鍵也放置在變位機(jī)上。然后切換機(jī)器人末端工具為涂膠快換工具，在變位機(jī)配合下完成鍵盤的粘合工作。最后切換機(jī)器人末端快換工具為吸盤，吸取倉庫內(nèi)的手機(jī)上蓋放置在變位機(jī)上進(jìn)行與手機(jī)底座的合體安裝工作。4.2.5成品裝盒。機(jī)器人直接抓取存儲倉庫內(nèi)的成品包裝盒放置到變位器上同時將安裝完成的手機(jī)也放置到變?yōu)闄C(jī)上，并通過機(jī)器人末端的抓取工具將手機(jī)放到包裝盒內(nèi)。包裝完畢的手機(jī)通過機(jī)器人末端吸盤放置到傳送帶上，隨傳送帶運(yùn)送到下一工位。4.2.6成品盒加蓋。機(jī)器人手臂將傳送帶運(yùn)送來的成品盒直接夾取放置在變?yōu)槠魃希缓髾C(jī)器人末端切換吸盤快換工具吸取成品盒與位于變?yōu)槠魃系某善泛型瓿杉由w工作。最后工具復(fù)位，并將變位器上的成品盒轉(zhuǎn)移到存儲倉內(nèi)進(jìn)行入庫管理，整個裝配過程到此結(jié)束。鼠標(biāo)的生產(chǎn)操作流程與手機(jī)幾乎一致，在這里不在詳細(xì)說明。

5系統(tǒng)測試效果

本次測試分別在單機(jī)模式和聯(lián)機(jī)模式兩種模式下進(jìn)行。

5.1單機(jī)測試

通過示教盒和觸摸屏的功能實(shí)現(xiàn)對單機(jī)工作的監(jiān)控從而完成單機(jī)模式的測試。觸摸屏主要分成兩個部分，一部分為主畫面另一部分為主畫面。子畫面的主要功能是系統(tǒng)檢測報(bào)警畫面的呈現(xiàn)，工作人員可以通過子畫面獲得傳送帶和變位機(jī)等單元的監(jiān)測信息。

5.2聯(lián)機(jī)測試

聯(lián)機(jī)測試相較于單機(jī)測試更為復(fù)雜，需要更為充分的準(zhǔn)備工作并且需要6個子單元和中央信息集成處理系統(tǒng)的共同參與密切配合才能夠完成。首先必須具備測試所需的所有元器件并且擺放在指定的位置，所有的子單元都處于初始化復(fù)位狀態(tài)，等待指令的觸發(fā)。

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作者:岳鵬飛 單位:河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院