Tehokas käsittelytekniikka monilajisten ja vaihtelevien erätuotteiden automatisoitua tuotantolinjaa varten.

基于两条自动化生产线，阐述了生产线加工时，零件种类众多且状态繁杂，单工序加工时间短，品种变换极为频繁，生产线运行节拍出现卡顿不顺畅等状况，还分析了致使数控机床利用率低、生产线效率低下的主要缘由；基于制造痛点，创新研究了多品种变批量产品在生产线的高效加工技术，达成了自动化智能生产线的高效加工以及设备利用率的最大化，对发展älykäs valmistus技术、构建自动生产线以及落实智能制造在生产中的应用具备较好的参考价值。

1  序言

伴随着智能制造技术的持续发展，传统制造业持续不断地进行转型升级，自动化生产线的建设愈发成熟起来，其中像关节式机器人、物流叉车等RGV小车的运用愈发广泛，生产线所加工的对象展现出批次数量众多，品种多样，结构复杂等一系列特点，导致生产线以及设备的利用率较低，零件加工的效率也很低，现有的生产线制造模式在技术层面深度适应以上具有这些特点的产品方面显得有些乏力。本文针对上述情况，围绕自动化生产线创新多项核心技术，提出一种针对复杂程度不同产品的生产线加工方法，该方法含全自动无人干预、半自动、间歇性自动这三种生产线运行模式，以及多工位多转台装夹技术，创新多合一工序设计技术，解决了单工序加工时间短暂类零件生产线加工效率低的难题，发明加工环境自动复位技术，攻克多批次零件首件无人干预的难题，通过发明新技术，激发生产线综合效能。

2  背景、目的及意义

2.1 研究背景

在数字化与智能化逐渐推行实施的进程当中，市场竞争变得越发激烈起来，传统制造行业正面临着极大的机遇以及挑战，急切需要展开深度的转型升级。

然而，劳动力成本呈现上升态势，产品附加值处于偏低状况，个性化消费需求在不断增长，这三方面的问题，正在对我国制造业的转型升级形成制约。大规模定制，充分运用企业现有的各类资源，借助现代的设计方法、成组技术、信息技术以及先进制造技术等，依据客户的个性化需求，以大批量生产的规模，去提供定制化的产品以及服务。当时，离散型智能生产线具备高超的制造柔性，有着灵活的工艺路线，它能够在数据的基础之上，对产品的制造工艺予以改善，还能进行质量检测，这有助于提升管理者的决策效率，并且能够依据生产状况，做出动态实时的排产决策。所以，在大规模定制模式之下，建设更为高效、更为自主、更为精确以及更为节能的离散型智能生产线，将会是未来我国制造业的破局之路。

科学技术不断发展，在航空航天、汽车、造船以及模具等工业领域，生产模式从早前的大批量、单一品种，逐渐演变为如今的中小批量、多品种，零部件的形状变得越发复杂，对工艺技术的要求日益提高，并且一旦出现废品，所造成的损失难以估量，所以怎样去提升自动化加工技术，提高加工效率并稳定产品质量，这将会显得格外重要。

2.2 研究目的与意义

在航空航天产品的发展进程里，呈现出产品品种繁多的情况，有着变批量的特性，周期较为短暂，复杂程度颇高，并且零件状态更改十分频繁等这些特点，传统的单机离散加工已然无法满足日渐复杂且多元的航天零部件加工需求，在单机离散加工朝着智能化加工转变的进程当中，自动化生产线的深度应用变成了亟待去解决的难题。

多台数控机床，物流系统，调度系统，线下预调系统，在线测量系统，共同构成自动化机械加工生产线，若把生产线各项系统，与产品加工深度融合，那么零件自动化加工程度会极大提高，人工劳动强度会大幅降低，产品质量能稳定，生产周期有保证。

3  生产线加工的特点与难点

其具备生产效率高的特点，其拥有人工操作少的特性，其含有灵活性强的特质。借助自动化技术，借助智能化技术，能够显著提升生产效率，能够降低生产成本，能够提高企业的经济效益；针对某些重复性较高的工作，针对一些危险性较高的工作，能够大幅减少人工操作，能够降低质量风险能够提高安全生产；在生产任务繁杂繁忙之际，能够依据需求展开快速调整能够提高企业核心竞争力。

与此同时，自动化生产线加工的开展以及生产线的运行包含着诸多难点：其一，在技术层面要进行自主研发，突破装配以及软件技术方面的瓶颈，并且留意整个生态链里的核心技术；其二，在管理方面需推动组织和管理的变革，从而适应信息技术所带来的管理变化；其三，在智能化发展道路上要引入系统工程、顶层设计，如此才存在实现制造技术、信息技术以及组织管理三者深度融合的可能性。

生产线布局示例如图1所示。

图1　生产线布局示例

4  生产线加工新技术研究与应用

4.1 生产线加工新技术研究

（1）车间已有多条机械加工生产线，在此基础上进行混合运行模式设计，先对生产线开展调试工作，接着进行应用尝试，之后加以总结归纳，最后进行创新探索，从而成功设计出一套混合运行模式，该模式涵盖全自动、半自动、间歇性自动这三种模式。

工装、刀具、零点基准、夹紧位置以及在线测量基准，会被全都统一起来并加以固化，这就形成了全自动运行模式，此模式还结合了在线检测以及自动补偿技术，最终实现产品能够进行全自动24小时无人干预加工制造，这种加工模式主要是针对大批量常规零件上线加工的情况。

对于复杂程度较高的批产零件，存在这样一种生产线加工模式，即半自动运行模式，现有手段无法做到无人干预，而是需要人工进行少量干预。比如说在某零件的加工进程当中，像圆柱销的安装以及拆卸等操作，是需要程序停止运行的，要依靠人工辅助参与之后，才能够继续运行；然而零件的线下装夹预调和中途自动测量等这些操作，依然是自动达成的。这种方式是适用于复杂零件生产线模式的高效加工的。

间歇性自动运行模式，是指在人工休息之际，亦或是下班之前，将托板在线开关打开。当当前程序执行完毕之后，便会自动执行预先下发的全自动运行产品任务。从而针对研制与批产这两大类零件的交叉排产予以应对。对于预研型号复杂的零件而言，需要较多的人工进行干预。这样的状况对生产线的自动化运行颇为不利。特别是在中午以及后半夜的空余时间里，会致使机床出现大量浪费的情形。所以发明了间歇性自动运行模式。在复杂零件加工研制的阶段，白天的时候，人工要参与测量、调整、试切等任务，与此同时，还要对全自动运行的零件进行下单操作，待操作人员下班之前，要去点亮托板在线按钮，等到舱体程序执行完毕后，会自动启动白天下单的任务，机床进而实现连续运行，最终设备利用率达到最大化。

（2）多合一工序的设计以及多工位多转台的装夹设计，部分零件进行单工序加工时所需时间较少（小于0.5小时），然而工件的自动运输、托板交换等步骤颇为频繁，此种情况致使其在总加工时间里所占比重较高。所以，借助改变零件装夹方式，设计多工序工装，让零件一次装夹就能完成多道工序的加工，以此降低零件运输等辅助时间于总加工时间中的占比，进而提高零件的加工效率。针对批量较大且工序繁杂的零件，能够设计专用的多工位工装，实现零件一次装夹便可以完成所有工序内容的加工。

（3）加工环境自动复位技术，针对批量大的零件，一般会分成多个批次来排产，没办法做到一次性全部排产。所以，在生产线模式运行期间，每个批次的首件都得人工介入去调试，而且存在一定质量风险，经由研究“加工环境自动复位技术”，编制零点赋值程序，将加工零点、加工基准、加工程序以及加工刀具进行绑定。当进入下一个批次排产时，系统会自动恢复上个批次的加工环境。

自动化生产线设计优化思路如图2所示。

图2　自动化生产线设计优化

4.2 新技术的应用验证

呈间歇性且自动运行的模式，针对那批生产的零件以及预先用于研究的零件进行交叉生产，生产线的设备利用效率从百分之四十七点零九提升到了百分之八十点一七，提升的效果彰显突出，如同图三所示那般。

图3 生产线设备利用率对比

某零件的精加工涵盖正反两面的清根这种加工，以及端面的精加工，借由多合一工序的设计，设计出专用工装，还设计了专用加工程序，达成了正面精加工这道工序在机床内一次性完成，反面精加工这道工序在机床内一次性完成，端面精加工这道工序在机床内一次性完成，减少了两次零件转运时间，减少了两次零件入库出库时间，加工时间降低至，效率提高了33%，使得设备运行愈发连续，如图4、图5所示。

图4 零件多合一工序设计及多工位装夹

图5　技术手段提升后设备利用率

例如某框类零件，数铣工序存在深腔这样的工序，数铣工序还存在浅腔这样的工序，数铣工序有4道工序，数铣工序没办法一次装夹就完成，所以设计了多工位工装，多工位工装能达成零件续动加工，多工位工装达成了框类零件4工位的连续加工，多工位工装达成了3托盘的连续加工，每组加工所需时间是8h，借助3个转台恰好能满足24h排产，3个转台集中了操作人员线下装夹时间，人工参与的次数从4次降低到了1次，如此可实现一人操作3机。

为比如说某前连接框零件这般的，这类加工过程中批量较大的单个零件，通常状况下会被划分成多个不同的批次来进行生产，而且各个批次在投入生产时常常呈现出不连续的状态。通过借助被称作“加工环境自动复位技术”这个技术手段，身为工艺人员遂编制了专门用于此零件加工的零点赋值程序，在该零件加工所使用程序的开头位置，将所有与之相关的偏置值全部清零操作，把对应此零件加工的坐标系写入到前连接框加工零点的专门设置区域，之后运用测头以精确的方式设置零点，把加工此零件所使用的工装与托盘放置到编号为30至33号的托位之上，将加工此零件所需要使用的刀具存放到刀库中编号为T36至T40的库位里，把主程序名固定化为O5001，如此这般便形成了一套被固化妥当的加工环境，从而能够为生产线系统在任何需要的时候随时进行调取使用。

5  结束语

剖析自动化生产线加工里，数控机床利用率低下、生产线效率不振的主要致因之际，归纳提炼出多项生产线核心技术，涵盖混合运行模式、多合一工序设计以及多工位多转台装夹、加工环境自动复位法，攻克了多批次产品加工首件加工环境自动恢复的难题，达成了生产线无缝连续自动运行，革新生产线多工位多转台装夹途径，不但达成了批产零件续动加工，还达成了生产线全自动、半自动运行模式。发明了一种生产线运行模式，这种模式具有间歇性，实现了批产任务与研制任务交叉进行排产，达成了设备利用率的最大化，其设备利用率高达94.48%！