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我司工程部总经理张国平浅谈“非标自动化”研发经验

2021-12-24


一、自动化设备概述

所谓自动化设备,是指在无人干预的情况下,能够按既定的程序或指令实现机器代替人工的自动化生产的机器或装置,它包括“标准设备”与“非标准设备”两大类。


标准设备:常规的通用化设备,经过专业厂商不断地标准化和模块化后使其结构、功能相对成熟和稳定,通过选型应用即可(如激光打标机、车/铣/冲床、机器人、插件机、印刷机等)。


非标准设备:依据不同客户的喜好、产品工艺、品质要求、现场条件等量身定制的设备。

大型车企实际应用的设备绝大部分都是根据自身需要量身定制的非标自动化设备(如KUS集团的戴姆勒/博士配件的半自动生产线、车载雷达/车载传感器探头自动组装线、及其它单机组装设备等)。




二、自动化设备类型

自动化设备的类型一般是根据机构布局、物料的流向、生产工艺来决定的。通常可分为工站型、直线型、圆周型、环形和混合型五大类。


工站型:适用于工艺单一或简单的情形,可以是一台独立设备,也可作为整合到复杂的设备或流水线中去应用。


直线型:设备预设流道或输送线,物料从线体一端进入,从另一端流出,中间经历若干生产组装工艺,布局简单直接。


圆周型:产品不便走流道,或者散件组装工艺较多的情形,常常采用圆周型布局,结构紧凑,空间利用较充分。


环型(回字型):产品不便走流道的情形,常常通过载具或盛器来间接实现移动,柔性较好。


混合型:基于前面四种类型的组合,一般在自动化整线应用较多。



三、非标自动化设备机构组成

非标自动化设备一般是由供料机构、上料机构、移料机构、工艺机构、收料机构、标准件(机)等6个模块机构组成,各个机构既是独立的单元,相互之间又有着紧密的联系,主要取决于如何合理地布局与细化。


供料机构:是指能够实现物料整列和定向,并可连续性供给下工序的机构。从原理上看供料机构的实现方式有很多种,常规的如:振动式、气压式、旋转式、往复式、弹夹式等。

要实现自动化供料需要从以下四个方面来评估考量:


上料机构:可归属为搬运类机构。上料机构可把物料从A点搬运到B点或更多的位置,故可定位为拾放机构或移栽机构。上料机构核心部件包含了执行机构、导引机构、动力源、机架、附件等部分。


机构的负载能力、运行速度和精度是上料机构正常工作的硬性指标,主要决定于动力类型和导引方式。

我们在设计上料机构时,通常要把机构的负载能力、速度、精度、平稳性、调整性和经济性考虑进去


移料机构:物料的加工一般会经历多道工序,这就需要有一个机构将其进行多个位置的搬移或输送,直到最后的成品,这个机构就是移料机构。

如何移料一般是设备的设计重点,对各个工艺、机构合理的排配和布局以此来确定物料流向,即也是机构布局的确定。


常见的移料机构可分为线性机构和非线性机构,线性机构其效率较高,通常一个移料周期可做到1S以内,而非线性机构的移料周期通常在1S以上。



工艺机构:是指具体行业和特定工艺紧密关联的机构,专业度高,常见的工艺机构有:锁螺丝、激光打标、点胶、超声波焊接、插件、检测等,不同产品对应不同的技术要求并采用不同的工艺机构。

工艺机构是自动化设备最基础、最核心设计模块,在其它机构的辅助下,完成对产品最终的组装和检测工艺,产品的技术要求(品质、功能、尺寸等)均需由该机构来实现。


收料机构:是指对已经加工完毕的产品进行收集或包装的机构。下料方式的设计主要取决于后工序的需求,一般应用较多的有:料盘收集、料带收集、胶框收集等,各种收集方式对应不同的下料机构,如采用传送带、机械手、载具、料管等。



标准机/件:非标自动化设计的过程中往往会用到很多标准件,诸如机器人、视觉、气缸、电机、伺服模组、丝杆导轨、螺丝供料器、电批、超声波、点胶机等,这些标准机/件配合其它机构实现各种功能,可以节省成本,同时缩短设计周期。


传感器: 传感器选型应用可有效辅助机构对产品进行检查有无、检测尺寸、精准定位、安全确认等功能的实现。

常见的传感器有:接触式传感器、激光测距传感器、光电传感器、光纤传感器、光幕传感器、光线式启动开关、光纤/雷达传感器等。


四、自动化设备评估条件

自动化项目的评估及导入往往是一项综合性工作,其可行性与成功率需要诸多因素条件来满足,具体可归纳为以下几个方面。


五、自动化设备投资回报的计算

投入自动化设备之前,企业通常会对设备进行投资回报的计算,以评估设备投入是否会产生经济效益。

一般情况下,投入自动化设备都是为了节省人力,同时提高产品品质和生产效率。因此,人力成本、设备占地成本等方面是评估设备投资回报率必不可少的一部分。