柔性制造系統在工程機械產品制造中的應用

公艷慶

（山重建機有限公司，山東 臨沂 276000）

工程機械產品的質量標準越來越高，工程機械產品制造技術不斷提升，各個系統的匹配性也更強。工程機械產品的質量、核心技術受到了很多因素的影響，除了大型結構件的制造技術水平之外，還與各系統的協調性有關。工程機械產品的制造需要經過很多個工序才能夠完成，具有復雜性、系統性，為了保障工程機械產品的精度、質量等需要盡快使用先進的制造系統。柔性制造系統作為目前在工程機械產品制造中應用價值比較高的系統之一，具有優越的靈活性，可以起到積極的作用。

1 柔性制造系統

柔性制造系統在工程機械產品制造中的應用價值越來越高，這與其信息控制系統、物料儲運系統等子系統有關，也得益于柔性制造系統中的一組數字控制加工設備。柔性制造系統的應用主要是發揮了其自動化的優勢，可以最大程度地減輕人力勞動強度。成組技術屬于柔性制造系統的工藝基礎，為此應用柔性制造系統時需要以生產計劃作為前提條件，從而確保生產過程中的生產組織流程可以靈活地調整，并適用于多樣化的工程機械產品制作需求，充分提高生產的整體效率。而且也能夠從市場變化的需求著手，利用柔性制造系統相應地調整生產計劃和生產目標，確保所生產的工程機械產品能夠擁有良好的銷量。

柔性生產作業系統、生產控制信息系統、物流儲運系統作為柔性制造系統的重要組成部分。而銷存管理和工藝研發系統則屬于生產控制信息系統。從柔性制造系統的柔性生產作業系統的組成部分來看，則主要以各種生產線組成，比如焊接、加工、熱處理、裝配等方面的生產線。物料管理、營銷、物流運輸定位系統則組成了物流儲運系統。從這些柔性制造系統的子系統來看，其采用的明顯是分級管理技術，能夠確保每一個層級的作業系統都處于高效運轉狀態之中，并且有效預防作業故障。焊接柔性作業系統作為柔性制造系統重要的內容，在很多制造企業中都在加以應用，本文便從實踐經驗和技術研究成果等各方面對焊接柔性作業系統的應用作了詳細分析，以展現柔性制造系統在工程機械產品制造中的應用價值。

2 焊接柔性作業系統

2.1 柔性組合工裝

焊接柔性作業系統在很多制造企業中應用頻率非常高，生產控制系統、物流儲運系統等都屬于其子系統，服務于工程機械產品的制作。柔性制造系統的核心技術是焊接生產線，在具體實踐中有著清晰的生產線，生產流程非常關鍵。例如從工程機械產品制造中應用的推土機這一機械設備的后橋箱工藝流程來看，需要經過組隊、焊合，再次組隊、焊合，最終進行機器人焊接、焊補、打壓等環節，工藝流程非常清晰流暢。不過如果沒有柔性焊接作業生產線，則意味著很多環節都需要采用人工完成，這樣不僅會增加柔性焊接作業的難度，還無法保障焊接作業的精度，對于最終生產出來的工程機械產品的質量就無法保障，不利于制造企業的發展和進步。應用了柔性焊接作業系統之后，將工藝流程進一步優化，采取C型布置的方法，有效地減少了跨路轉運的次數，物流速度以及暢通性都因此得到明顯提升。在此系統的作用下大行車、叉車等的使用頻率耕地，降低了沖突的概率，而且改用半跨手拉行車之后推土機后橋箱的物料搬運效率也得到了提升。此種工藝布局和流程對于工程機械產品的制造具有非常重要的作用，因為其優勢是高效、靈活性，能夠滿足當前制造行業的基本發展需求。柔性制造系統的應用下以自動化設備為主，工裝也具有顯著的柔性化特點，尤其是組合夾具的柔性特點，值得被探討和分析。柔性組合工裝系統、工業機器人作業單元等設備都具有明顯的自動化特征。

柔性組合工裝作為焊接柔性作業系統的重要組成部分，包括了重要的柔性組合夾具，此夾具的標準化、系列化、通用化程度非常深，作為工藝裝備在工程機械產品制造中具有關鍵性的作用。柔性組合夾具需要適用于多種多樣的標準與案件、組合件等，為了提高整體生產效率，需要提前設定好不同的夾具模式，從而讓拆卸、清洗、組裝夾具的過程更加高效。組合夾具的使用有助于解決很多的工程機械產品制作困難，相較于傳統的夾具而言，組合夾具的可以根據需求組裝的特點可以節省時間，柔性化特點因此而呈現。

柔性制造系統中的柔性組合工裝具有超越傳統系統的重要優勢，其組合平臺具有多維性，而且增加了定位、縮進、測量、匹配等裝置和設施，整體自動化水平明顯提升。工程機械產品的制造過程中柔性組合工裝會應用三維平臺材質完成熱處理，最大程度地消除內應力，為后續工程機械產品的粗加工、精細加工，以及打磨拋光打好扎實的基礎。這些工序相互作用和影響，應用柔性制造系統時需要準備好各種工具和設施，例如導軌、支撐軌、平臺平面等，并通過具體的裝置系統確定孔位，提高精度，以確保平臺位置變換之后的精度仍然能夠達到預期。通常實踐中會結合平臺的大小確定拼接鋼板的尺寸，一般情況下3m×1.5m尺寸的鋼板適用于大平臺操作，大平臺的長度一般能夠達到15m，為此可以在大平臺上進行多張鋼板的拼接操作，平面度在1mm以內，則會更進一步地實現大型結構件的拼接、操作精度。主工作面和副工作面的功能和作用有所不同，通常為了更進一步地提升工程機械產品制造的綜合水平，在主要的工作面上都會設置100mm的刻線，方便操作過程中的參照和對比，通過所設置的刻線也可以完成角鐵、方箱等的支撐和操作。除此之外，主工作面中設置的定位孔、定位槽等也會給構件的拼接操作起到精度保障的作用。主工作面的各個部件等都具有裝卸方便的特點，整體維護的時候不需要耗費太長的時間，也不需要投入過多的人力，尤其是尺寸調整方面靈活性非常高，又可以在很多場景中通用，可以適用于各種各樣機型的組隊需求，能夠最大程度地提高柔性制造系統的應用效率，并保障工程機械產品制造的安全性。在制造行業使用柔性組合工裝，可以高效地完成組隊焊接，除了可以對部件質量加以控制之外，還可以對組隊效率加以提升，從各方面來降低工藝裝備投入，采用柔性組合工裝縮短產品試制的周期已經成為很多制造企業的通用模式。

2.2 焊接作業單元

柔性制造系統在工程機械產品的焊接作業單元中的應用頻率很高，這也是當前柔性制造系統主要的應用價值之一。工程機械產品制造中的工序非常多，而且都具有復雜性和系統，焊接則屬于不僅特殊而且復雜的工序之一。近年來，一些大中型的工程機械產品制造都開始應用柔性制造系統，解決了人力焊接存在的各種問題，提高焊接的安全性以及整體效率。應用柔性制造系統之后便可以確保焊接過程中的每一個工序、每一個環節都在秩序運行的狀態之中。焊接的過程中需要人力的參與，也需要具備物料、設施設備，需要監督、測試，應當采用科學合理的操作方法等等，其中某一個環節或者具體的細節出現了錯誤，都會產生明顯的損失，降低制造企業的經濟效益。焊接作為工程機械產品制造的瓶頸工序，一直以來都備受重視。很多制造企業在經營發展的過程中開始應用工業機器人，使得機器人代替人工進行結構件的焊接，顯然這屬于柔性制造系統的一部分，柔性化程度已經比較深，影響意義重大。使用工業機器人進行焊接可以穩定質量、生產效率，為此很多地區的工業機器人都得到了推廣使用，產品焊接的制造工藝水平顯著提升，工程機械產品的市場被擴大了不少。

在焊接作業單元中使用工業機器人可以提高焊接的效率和質量，為了更進一步確保焊接結果達到預期，為企業創造最大化的經濟效益，很多企業采用了雙工位機器人作業單元的方式。應用工業機器人的時候也需要技術人員輔助操作，尤其是在臺車機架方盒類的焊縫工序中，更需要人機配合。臺車機架方盒一般都是長、直、平行焊縫模式，所以焊接設備屬于半自動化的雙絲焊設備，具體的焊接工作需要建立在很多的基礎條件、具體信息的研討和論證基礎之上，從而建構出雙工位焊接機器人工作模式，保障預期的焊接目標在最短的時間內完成。應用了雙工位機器人作業單元之后，產品質量能夠得到提升，因為新產品試制的速度明顯加快，工人勞動強度較之前降低很多。雙工位焊接機器人顧名思義是兩個工位、兩個焊接機器手，為此產品制造的效率也是雙倍的，作為并行工程的產物，在制造行業的作用非常明顯。焊接生產單元包括了機械手、焊接設備、控制柜、變位機、弧焊軟件等部分，焊接機器人需要完成的工作內容非常多，所以需要技術人員加以輔助，以保障機器人操作的精度。機械手作為焊接生產單元中的重要組成部分，也是焊接動作完成的主體。目前很多制造企業使用的都是六軸機器人，主要組成部分是伺服電機，因此各軸旋便可以在伺服電機帶動手臂的時候完成各種動作，繼而達到操作目標。

計算機在柔性制造系統中占有重要地位，例如在焊接作業單元中計算機就需要用來控制伺服電機，而伺服電機往往都是安裝在機器人本體上的，還會應用到伺服放大器，所以機械手在這些機械設備的作用下能夠協調運動，達到預期的控制效果。另外配有計算機控制系統軟件的控制柜還可以起到尋找起始點、跟蹤電弧的作用。探討焊接作業單元中柔性制造系統的應用時也會涉及到變位機的作用，工件的定位要想精確則需要應用到變位機，精確的定位是固定工件安裝的重要前提條件，利用變位機旋轉工件，確保焊縫可以得到精確焊接，與機械手充分聯動。變位機在實踐中的應用效果顯著，而且目前已經有了頭尾架、L型等兩種變位機，能夠滿足大部分情況下的固定工件安裝需求。在焊接過程中會應用到很多焊接設備，除了常見的焊槍、焊接電源之外，還需要使用剪絲、水冷、送絲等裝置，以達到焊接標準和要求。例如一些由厚鋼板拼接的構件進行組對的時候容易出現誤差，具體表現在焊縫的位置、寬窄上面，所以在焊接過程中會遇到焊縫偏離組對的情況，這是因為先焊接的焊縫會變形，焊接質量因此無法保證。通過應用機器人則可以更好地控制起始位置、方向，保障焊接功能的發揮與實現。

推土機后橋箱作為工程機械產品制造中常見的機械設備之一，由多個部分組成，其中最為重要的一個是密封式腔體，是用來儲油的。由于這一類的機械設備表面的焊縫數量大，所以需要保證焊縫的質量，加之此類機械設備的結構整體上呈現出復雜性，包含了多個組成部分，焊縫的形式也會多種多樣，則更加需要協調機器人與變位機之間的關系，保障工程機械產品制造的技術水平符合企業以及行業制定的標準。焊接系統、控制系統、機器人移動裝置、變位機等都屬于柔性制造系統十分重要的子系統，各個子系統之間的層級關系、協調配合程度等都會受到很多因素的影響。在實踐中焊接作為柔性化生產特點體現的重要環節，充分地應用焊接機器人可以達到目的。除了這些基本的條件之外，還需要從提高企業的工程機械產品制造管理水平，提高工程機械產品制造人員的技術水平，并且要加快柔性制造系統的完善與優化，使其更適用于工程機械產品制造的各種各樣的需求，促使制造企業的工程機械產品質量得到保障，最終實現更大的經濟效益和社會效益。

3 結語

綜上所述，市場競爭越來越激烈，使得很多制造企業不得不轉型發展，采用高新技術進行工程機械產品制造。柔性制造系統同對工程機械產品制造起到了積極的作用，有效降低了人力資源的投入，避免了工人高強度工作，具有明顯的柔性化管理效果，生產方面的靈活性也更高，能夠保障制造企業的經濟效益。采用柔性制造系統推進工程機械產品制造業的發展和進步，可以確保工程機械產品的質量得到提升，確保工程機械行業可以穩定、持續地發展和進步，為我國經濟發展創造更大的貢獻。