智能追击系统在总装车间的应用

作者:上汽大通汽车有限公司 王 颖 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2019-07-15
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上汽大通汽车有限公司 王 颖

智能化是制造自动化未来的发展方向,在制造过程的各个环节几乎都广泛应用智能技术。建设智能化生产线是一项长期、艰巨且复杂的系统工程,必须按照总体规划、分步实施、重点突破和效益为先的原则进行规划、实施。随着中国汽车工业的发展,国内部分整车厂已出现产能不足的问题。这些整车厂的生产线建造时间已超过10年,如何在老生产线上进行智能化改造实现产能提升成为当务之急,而各工段之间的转接点是影响总装车间产能提升的关键因素。

某总装车间底盘线采用节拍式EMS输送线,通过EMS吊具将车体抱起进行底盘的装配,完成装配后将车辆运送至最终线,如图1所示。经过现场实测分析,我们发现影响转接工位产能的主要因素为EMS运行至D位置后要等待举升小车提升到位的信号(下方车辆未离开接车区域,举升小车无法上升至高位,EMS无法下降到转接工位),等待时间过长,导致转接工位出现瓶颈,通过节拍计算得知某长轴车型所受影响尤为严重。

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设计方案

为解决转接工位的瓶颈问题,我们确定按照三步措施来解决:C点等待位置前移,减少EMS吊具由C等待点到D转换点的机运时间;优化转接过程,在保证安全的前提下将小车举升至高位,动作复合至其他机运过程中;为了解决或减少EMS在D点位置的等待时间,增加智能追击系统。以下重点介绍智能追击系统的方案及工作原理。

1.智能追击系统的工作原理

(1)智能追击系统工作流程

EMS吊具自动运行到转接工位,追击小车上升至高位将EMS上的车辆接住,EMS吊具抱臂撤回吊具上升至安全位置,人工确认转接工作完成并处于安全状态后,追击小车自动向最终线运行方向进行加速追击(追击的距离是通过安装在板链线转轴上的脉冲码盘传感器的计量到脉冲数通过后台PLC自动计算后给出),追击到指定位置后小车开始自动下降将车辆放到最终线板链上,追击小车自动回到初始位置接车位置接下一辆车,如图2所示。

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追击系统实现“高位接车→自动追击→下降(带车)→低位自动返回→自动升至高位→上升(空车)→高位接车”循环。

(2)智能追击系统工作原理

在最终线板链驱动轴上安装增量式的码盘编码器,利用码盘编码器的工作原理采集驱动轴的转动量(转动角度)并转换成最终线板链的运行距离。驱动轴旋转带动码盘给出的脉冲,用计数器进行加减计数获得脉冲数量来计算角位移量,如公式(1)所示。计算最终线板链运行的距离,如公式(2)所示。再通过后台PLC进行计算得出追击小车追击距离,如公式(3)所示。追击速度与最终线板链运行速度均可以人为进行设置。

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编码器主要由主码盘、鉴向盘、光学系统和光电变换器组成,如图3所示。主码盘一般采用金属/非金属薄板制成,在圆周上被等分成n条透光的槽,数量从几十到几百条不等,形成均匀分布的透明区与非透明区。鉴向盘与主码盘平行,并刻有两组透明检测窄缝,彼此错开1/4节距使得光电变换器的输出信号在相位上错开90°。

工作时,鉴向盘处于静止不动状态,主码盘随着转轴一起转动,光源发出的光投射到主码盘与鉴向盘上。当主码盘上的不透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时,光线被全部遮住,光电传感器输出电压为最小,输入“0”信号;当主码盘上的透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时,光线全部通过,光电传感器输出电压为最大,输入“1”信号。信号检测原理如图4所示。

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本项目中使用的码盘透光槽数目为300,即1.2°/单元,即每个脉冲代表码盘转动1.2°,角位移量=脉冲数×1.2°。

2.智能追击系统的结构组成

(1)智能追击系统组成
该系统主要由控制部分与移动抗倾小车、驱动装置、直线轨道、轮系装置、齿条组系、加油装置、供电装置及IGS拖链、平台安全保护装置、传感器和脉冲码盘传感器等组成,如图5所示。

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(2)智能追击系统各模块主要作用

驱动装置:驱动单元,电动机转动驱动齿条运动;供电装置:动力单元,提供追击电动机工作的电源;直线轨道齿条组系:传动系统,将驱动单元的转动转化成追击小车的移动;移动抗倾小车(追击小车):承载单元,实现将整车托起往前、后方移动;码盘传感器:信号采集单元,采集脉冲信号数量,计算转换成最终线驱动电动机的转动角度和最终线板链运行距离;超声波传感器:信号采集单元,检测追击小车运行前方是否有人员及其他物体;系统控制模块:控制单元,控制追击小车自动追击距离。

3.新技术的综合应用

转接工位属于半自动工位,需要由现场员工进行人工操作。人工参与操作存在很多的不确定因素,操作工时的波动性较大。最终线为连续式产线,开始追击时最终线运行的距离(X)不确定。为保证最终线工位节距7 m恒定的要求,追击小车追击距离为随机数值。

生产线工位紧张,追击工位需要现场操作人员参与装配,追击过程中安全风险较大,安全防护措施要求高。在考虑了诸多因素后,我们在智能追击系统中采用了光电编码器计数、超声波传感器探测和伺服控制编码器等先进的制造及检测技术。

(1)光电编码器

光电编码器是利用光栅衍射原理来实现位移到数字的转换,因其具有结构简单、计量精度高和寿命长等优点,在国内外受到了普遍重视和推广,在精密定位、速度、长度、加速度和振动等方面得到了广泛的应用。根据其刻度方法及信号输出形式,主要分为绝对式编码器和增量式编码器两种。
利用增量式旋转光电编码器的光栅衍射原理来实现位移到数字的转换,是将生产线驱动电动机的转动量转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲信号,用脉冲的个数表示位移的大小。周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来测量移动的速度。如果在一个参考点后面脉冲数被累加,计算值就代表了转动角度或行程的参数。

(2)超声波传感器

超声波振动频率高于机械波,具有波长短、频率高、绕射现象小、方向性好、穿透本领强和具有多普勒效应等特点,利用超声波的特性研制而成的传感器成为超声波传感器。在追击小车前端安装超声波传感器。

追击过程中传感器呈扇形区域扫描探测到前方区域有人员及其他物体出现时,小车停止运行并等待,等到探测区域无任何障碍物体时,小车重新启动运行到目标位置,保证人员、设备安全。

设计方案验证

1.理论计算

理论节拍校核按公式(4)计算,可满足15 JPH(工位节拍时间228 s,设备开动率及人员效率0.95),如图6和表所示。
生产节拍=3 600/工作操作工时×设备开动率及人员效率    (4)

 

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2.生产线验证

通过引入智能追击系统后减弱间隙式底盘线与连续式最终线之间的耦合影响,解决了制约生产线提速的瓶颈问题,项目完成后现场实测转接工位节拍已达到15 JPH。

结语

通过引入智能追击系统,有效地解决了底盘至最终线转接工位的产能瓶颈问题,并提高了总装车间整体自动化率,通过现场实际造车验证表明,智能追击系统实用、安全且可靠性高,达到了设计要求。我们后续将对车间生产线进行系统的智能改造工作,进而提升公司整体的智能化水平。 

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