（机械工程专业论文）彩管玻壳智能化柔性自动生产线及关键技术研制.pdf

n t l j 本人声明： 除了文中特别加 或撰写过的研究 贡献均已在论文 本人完全了 校有j 汉保留论文 以公布论文的全 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：蓝声 2 0 0 4 年上海大学工程硕士学位论文 彩管玻壳智能化柔性自动生产线 及关键技术研制 硕士生：张意 导师：谈士力教授 学科专业：机械工程 上海大学机电工程与自动化学院 2 0 0 3 年10 月 ， 上海大学工程硕士学位论文 摘要 现代生产条件下，对生产自动化的要求越来越高；同时，由于市 场竞争的激烈，对企业生产过程的智能化、柔性性化要求也不断提高。 2 0 0 2 年6 月由上海机电一体工程有限公司、上海大学、上海旭电子 玻璃有限公司联合申报的国家8 6 3 计划项目，把彩管玻壳生产中的智 能化柔性自动生产线作为目标课题。本文主要介绍部分彩管玻壳智能 化柔性生产线及关键技术的研制过程。 彩管玻壳生产中的智能化柔性自动生产线研制主要要解决以下 几方面的技术难点： 1 玻壳在生产工艺过程中的柔性存储技术。 2 玻壳在生产工艺过程中的在线自动精密检测技术。 3 在线设备、质量、流程实时监控硬件及单元数据接口技术。 4 高温连续生产环境下的工业机器人优化设计及集成技术。 5 玻壳物流设备的可重构技术。 6 多品种玻壳混线输送技术。 这些难点的解决将会推动传统玻壳制造业的飞速发展，对其它行业也 可作为一个好的借鉴。 关键词：柔性存储在线自动检测特殊生产条件下的工业机器人 多品种混流输送 产工彳6 顷士i 产f 乞沧迁 k e y is su eso n in t eiie c tu ai iz e dfiexibie a u t o m a tio npro du c tlib ef or0 0io ur1 3la ss z h a n gy i m a j o r ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n gs u p e r v i s o r ：t a ns h i l i t h i sp r e s e n tp a p e rd e s c l i b e ss o m ek e yi s s u e sa n dt i l e d e v e l o p m e n tp r o c e s so fa l li n t e l l i g e n t f l e x i b l ea u t o m a t i c p r o d u c t i o nl i n ef o rm a n u f a c t u r i n gg l a s s s c r e e n so nc o l o r f i f l k i n e s c o p e s d u r i n g t h e d e v e l o p l n e n tp r o c e s s ，t h ef o l l o w i n g t e c h n i c a ld i f f i c u l t i e sa r eh ? o r k e do u tt ob u i l dt h ei n t e l l i g e n t f l e x i b l ea u t o m a t i c p r o d u c t i o n l i n ef o r m a n u f a c t u r i n g g l a s s s c r e e n so nc o l o r f u lk i n e s c o p e s ： 1 t h ef l e x i b l e s t o r a g et e c h n o l o g yd u r i n g t h ew h o l e p r o d u c t i o nt e c h n i q u e 2 t h ea u t o m a t i co n l i n e p r e c i s i o n m e a s u r e m e n t t e c h n i q u ed u r i n gt h ep r o d u c t i o np r o c e s s 3 t h ed a t ai n t c r f a c e t e c h n i q u e t i ) re l e m e n t sa n d 1 1 a r d w a r eu s e dt oo n l i n em o n i t o r i n gt h ee q t l i p m e n t s ， 肾 q u a li t ya n dp l o d u c t i o n 1 1 0 、7d u l i n gt h em a n u l a c t u l in g p t o c c e d m 4 t i l ei n t e g t a t i o nt e c h n i q u ea n do p t i m i z e dd e s i g n o l i n d u s t r y r o b o t s c o n t i n u o u s l y s e r v c du n d e r h i g h t e l n p e r a t u r e 5 t h er e c o n f i g u r a b l et e c h n o l o g yo fe q u i p r n e n t s f o r l o g i s t i ca n dt r a n s p o r t 6 t h et e c h n o l o g y f o r c o m p o s i t et r a n s p o r t a t i o n o f m u l t i p l ek i n d so fg l a s s s c r e e n s u c hk e yi s s u e sa n dd i f f i c u l t ya r el l ? o r k e d o u ti nt h i s p a p e r t h es t u d yi n t h i sp a p e rw i l lm a k e st h et r a d i t i o n a l m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yi m p r o v e dg r e a t l y t h e s t u d y w i l la l s o y i e l d s o m e g u i d e l i n e s t ob e i n s t r u m e n t a lt oi m p r o v e m e n to fs o m eo t h e rf i e l d s k e y w o r d s ：i l c x i b l c s t o r a g e o n li n ea u t o m a t i c m c l 1 s t l r c n l t 2 1 1 i n d u s t r yr o b o t c ( ) m p ( ) s i t ct r a n s p o r t a t i o no l m u l t i p l e k i n d s ) f g l a s s s c f c c r l v 3 3 3 q 4 4 4 。第 ) 5 5 5 第 6 6 。 上海大学工程硕士学位论文 6 3 多品种混流的试点。 6 3 1 三合一包装线的组成。 6 3 2 三合一包装线的流程。 6 3 3 三合一包装线的技术核心。 6 4 玻屏的全程跟踪技术。 6 4 1 数据全程跟踪的软件思路。 6 4 2 数据跟踪典型p l c 梯形图。 6 5 多品种通过机械装置。 6 6 滚道传送的拐弯处理。 6 7 结论。 第7 章：应用实例的总体设计。 7 1 彩管玻壳智能化柔性自动生产线总 7 1 1 总体要求。 7 1 2 性能指标。 7 2 彩管玻壳智能化柔性自动生产线关 7 2 1 技术难点。 7 2 2 关键技术。 7 3 彩管玻壳智能化柔性自动生产线技 7 3 1 技术路线。 7 3 2 研究内容。 7 4 预期目标。 第8 章：彩管玻壳智能化柔性自动生产 致谢。 攻读工程硕士期间发表的论文、专利、及 参考文献。 附录 攻读学位期间所申请的专利及获奖证书 呱 上海大学工程硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 选题的目的、意义及重要性 我是一名来自于工厂企业的的学生，按照入学前的要求我们的 培养目的是为了企业将来的发展，我们的课题亦将来自于企业。 我们的企业是一家中日合资企业，它生产的产品是用于电视和电 脑的彩色显象管和彩色显示器玻壳。我们的外方投资伙伴日本旭硝子 株式会社( 以下简称a g c 公司) 是目前日本国内最大的电子玻璃生产 企业，它是在1 9 6 7 年开始生产彩色显象管玻壳，当时的技术是很落 后的。随着时间的推移，美国康宁公司退出了彩色显象管玻壳的制造 行业，a g c 公司一跃发展为世界玻壳行业的龙头老大。由于行业的垄 断，合资后a g c 公司向我们提高的设备技术也只相当于日本二十世纪 八十年代的水平。随着我国进入w t o 跟世界接轨，中国的劳动力价格 必然升值，加之为了减轻工人的劳动强度，减少制品的碰伤损失，生 产线上运用智能化柔性系统已成为必然。在这个前提下，将智能化柔 性系统引入到生产中具有相当大的意义。 在二十世纪八十年代的末期，日本的a g c 公司和n e g 公司( 日本 玻壳制造行业的二大公司) 已着手开始自动化和智能化设备在生产中 的应用。玻壳行业是一种在高温环境下作业的行业，稍不当心就可能 被烫伤或划伤。每年的工伤事故少则几起，多则几十起。操作工人整 天困扰在随时有可能被烫伤或划伤的工伤事故中。为了摆脱这一困 扰，日本a g c 公司在八十年代的末期投资巨额资金成立了以a g m c ( 旭 硝子玻璃机械公司) 为中心的柔性自动化和智能化设备改造班子，到 帆 上海大学工程硕士学位论文 九十年代的初期己初见成效。现在的a g c 公司彩色显象管和彩色显示 器玻壳制造工厂已基本做到了零灾害，它与同等规模的中国工厂相 比，它的操作工人数只有中国工厂的1 3 。这就是自动化和智能化给 企业带来的效益。 本文把智能化柔性系统的研究和开发作为研究内容，就是想让我 们的企业能在不久的将来赶上和超过国内外的同行，跃居世界先进行 业，同时也使我们的企业能在中国进入w t o 的浪潮中不断前进。 1 2 彩管玻壳智能化柔性自动生产线国外发展现状 随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越 来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高， 传统的大批量生产方式受到了挑战。因为，在大批量生产方式中，柔 性和生产率是相互矛盾的。众所周知，只有品种单一、批量大、设备 专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；反之，多品种、 小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调 整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。为了同时提 高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短 产品生产周期，降低产品成本，最终使中小批量生产能与大批量生产 相抗衡，柔性自动化系统便应运而生。 二十世纪7 0 年代初，柔性自动化进入了生产实用阶段。以美国 康宁公司为代表的彩管玻壳行业的龙头老大最先在彩管玻壳行业推 广柔性自动化生产线。亚洲的日本、韩国、新加坡、台湾等国家和地 区的彩管玻壳行业紧随其上。由于彩管玻壳品种的多样化和客户对制 上海大学工程硕士学位论文 品要求的不断变化，彩管玻壳厂产品的切换频率越来越频繁，这就更 加促使了柔性自动化生产线在彩管玻壳行业的迅速发展。 在日本最大的彩管玻壳生产厂( a g c 旭硝子株式会社) 及韩国最大 的彩管玻壳生产厂( h e g 韩国电子玻璃公司) 中，基本上己实现了无人 操作的柔性自动生产线。如韩国h e g 公司，一个年产值约5 0 亿元人 民币的大型彩管玻壳生产厂，从业员工只有1 5 0 0 人，而其规模目前 已居世界第一。 1 3 彩管玻壳智能化柔性自动生产线国内发展现状 国内彩管玻壳厂家共有五家，以安阳玻壳厂为最大。安阳玻壳厂 始建于1 9 9 0 年，当时为了振兴中国民族工业的发展，由当时的电子 工业部投资兴建的，属于我国最早的彩管玻壳厂，最初引进的是美国 康宁公司的技术，后来又融合了日本n e g 公司的先进技术，是一个有 产品研制开发能力的大型国有股份制企业。另外四家彩管玻壳厂均为 中外合资企业。由于外商对国内企业引进技术的保密和封锁，目前国 内五家彩管玻壳厂的生产线的柔性自动化程度只相当于它们合作伙 伴上个世纪八十年代末九十年代初的水平。一来柔性自动化设备的引 进需要投入大量的资金，二来中国劳动力价格的低廉也是的企业的老 总不愿意花费大量的资金。这样就阻碍了柔性自动化生产线在彩管玻 壳行业的推广步伐。 1 4 彩管玻壳智能化柔性自动生产线今后发展趋势 目前智能化柔性自动生产线在彩管玻壳行业广泛推广已成为必 然。随着中国加入w t o ，中国劳动力价格的升值已是必然。现在世界 气 1 上海大学工程硕士学位论文 电子玻璃行业的不景气，彩电价格的大幅度降价，彩管玻壳制造业的 产品利润己越来越低，企业减员增效已成为企业老总要作的头等大 事。国内各彩管玻壳企业纷纷成立技术开发研究部门，走出国门向我 们的同行学习。从9 9 年开始，我们的企业上海旭电子玻璃有限公司 以每年3 0 0 0 万左右的投入用于工艺设备的技术改造，而且这一费用 每年都在递增。安阳玻壳厂今年花费4 9 9 0 万美元购买了美国康宁公 司在美国本土的九条生产线，这九条生产线的引进将会使安玻的生产 线智能化、自动化程度整体上一个台阶。我们可以相信未来的几年， 智能化柔性自动生产线将会在国内彩管玻壳企广泛的推广，不进则退 这是历史的必然。 图l 一1 韩国h e g 公司屏全自动包装系统( 一) 1 上海大学工程硕士学位论文 图1 2 韩国h e g 公司屏全自动包装系统( 二) 1 5 本文的研究任务及预期目标 本文的主要研究任务就是要将智能化柔性自动生产线技术运用 到玻壳制造业中比较恶劣的环境中，把我们的工人从高温、多粉尘、 高负荷的工作环境中解放出来。根据我们企业的实际需要，我们通过 对“吊兰平衡装置机械手、s a l l 空中智能化输送系统、s a 2 1 l e 步上 式提升输送系统、s a 2 2 f i 多品种智能化混流输送系统、s a i o 五自动 - 一( 自动高速c e g 、自动标识打印、半自动制品检查、自动化再研磨、 t 自动化不良品废弃) 生产线”等的智能化柔性自动生产线关键技术研 究的基础上，选择了s a l 2 二次退火炉入口的一套智能化的柔性自动 生产线( 黄道婆装载机一因为移动小车就像织布的梭一样来回穿梭， 故起名黄道婆装载机) 作为本学位论文的应用实例，在这条生产线上 可多品种切换，并且在高温环境下稳定地将制品从一个工作地送往另 上海大学工程硕士学位论文 一个工作地。 上海大学工程硕士学位论文 第2 章：玻壳输送中的柔性存储技术 1 玻壳生产传输线的现状 玻壳生产中主要采用直流式传输形式，即从玻壳的成型一加工一 研磨一检查一包装一条直线一样流动，如果某一环节发生问题就会造 成它的下道工序生产停止，部分制品采用人工进行半制品包装，整个 生产线以设定的速度运转。 以往玻壳行业普遍采用的物流输送形式多为吊兰输送链，这一形 式已延续了几十年。吊兰输送在当时玻壳行业的发展中起到一定的作 用。随着玻壳行业的不断发展，吊兰输送的局限性己越来越不能适应 生产的高速发展。通常吊兰输送速度慢、恒速、缓冲存储量少且无法 调控，运行中有爬行现象。吊兰输送链的使用寿命一般为2 至2 5 年， 而玻壳行业的大修年限一般为5 7 年。这样的不匹配使得在一次池 炉的大修理循环中要进行2 3 次吊兰大修，这样既增加了大修费用 又影响了生产。现在的玻壳行业都在逐步改造用其它的物流形式来替 代吊兰输送链。图2 1 为我公司改造前的吊兰输送链图片。 上海大学工程硕士学位论文 图2 1 吊兰传送带输送 2 2 玻壳输送中的柔性存储技术研制的必要性 玻壳生产中的在线生产设备故障是在所难免的，一旦某一设备故 障，就会使整条或整系生产线下道工序停止。( 从事玻璃制造业的人 士都知道压机一般不轻易让其停止，压机一旦停止，开机后的2 3 小时很难出良品。) 这样就可能造成部分半制品废弃。如果我们采用 智能化的柔性存储技术把这部分半制品存储起来，待生产线恢复后合 理的插入到生产线中，这就是利润的追回，同时也实现了生产的平衡 和不间断生产。 在2 0 0 0 年以前我们公司屏生产线的综合步流为7 0 左右，2 0 0 0 年底我们在屏生产线中首次引用了在线立体缓冲库，2 0 0 1 年该生产 线的综合步流已达到了7 5 以上，现在部分品种已达到8 0 的综合 步流。 上海大学工程硕士学位论文 2 3 传输设备的改进设计 实现传输设备的智能化柔性存储，就是使原来的等速传送的传输 线变成变速传送，或是在生产线上的某一环节增j j d d , 型在线立体缓冲 库，根据生产的波动自动调整传输速度，或制品的进出，实现线上存 储。( 9 ) 图2 2 空中在线缓冲传输线 1 2 上海大学工程硕士学位论文 一传输线 传输线是一种在各工业领域广泛应用的物流设备，一般的传输线 有许多变形，有连续式传输线和断续式传输线等等，其常见形式均为 刚性传输。在生产领域，特别在2 4 小时连续生产领域，由于在整体 上生产是连续的，而各生产工序之间，由于设备的原因，从局部的角 度观察生产是有波动的，非连续的，物料量的供应和消化，在小的时 间段里观察是离散和非连续的，在这非连续的工序之间为取得平衡， 就需要有缓冲。 = = 立体仓库 带立体库的传输线 带在；蔓存储的传输；蔓 图2 5 传输线示意图 缓冲的方法有许多，一般需增设专门的设备，如自动缓冲库、缓 冲区等等。如果能不增设设备，在不改变机械结构和形式的情况下， 、 心 q 上海大学工程硕士学位论文 通过自动控制的手段，直接利用传输带，通过软件实现调节，将是一 种最经济的方法。( 7 8 ) 二、传输线的构成 如图2 6 所示的传输带用于传送彩管玻壳的锥体( 玻锥) ，整个 输送线可分为两段，即从空中输送卜一人工装箱交叉为止，为第一段； 从人工装箱到各个研磨口为第二段。这两段分工不同，第一段由于线 路比较长，采用长皮带方式。第二段采用短滚道( 滚轴传送) ，每一 小段滚道上可储存一个玻锥，根据平均分配的原则为三个研磨入口喂 料。进输送线的玻锥密度最大为每6 秒一个，正常情况下，研磨线的 最大消化能力为5 8 秒个。 研辞- t 一- t 尊粤芝鳖兰芷翟州 图2 6 空中传输线示意图 三、动态存储方法 由于第一段传输线长约4 0 米，如果以1 5 米秒的速度运行，以 6 秒个的速度进料，锥体与锥体间的间距为9 米，4 0 米长的输送带 上可容纳4 4 个。当传输线以0 2 米速度运行时，进料速度不变时， 锥体与锥体之间的间距为1 2 米，4 0 米长的输送线上可容纳3 3 3 个。 从最快速度到最慢速度，可多存储玻锥2 8 9 个，相当于一个四层长度 为8 米的小型储存库，以进料速度不变来计算，最坏的情况下( 立即 上海大学工程硕士学位论文 阻塞) 可支持连续运行1 7 3 4 秒，即2 8 9 分钟，即可以调整的瞬态 波峰时间为2 8 9 分钟。第二段传输线共有2 4 个短滚道可存储2 4 个 锥体，按平时至少存储6 个计算，当突然阻塞来临时，也有1 8 个缓 冲空间，可支持1 0 8 秒。 而为避免锥体压缩空间后产生的后波峰情况，即集中时间突然增 加锥体对研磨的供应量，采用根据生产的恢复情况，慢慢加速的方法。 逐渐提高第一段输送带的速度，直至恢复正常生产。 对于超出平衡能力的锥体，可由人工装箱位置溢出装箱。 在这里如何控制输送带的速度是关键。 四、智能速度控制 速度控制的目的是使输送带对研磨线的物料供应能及时，避免 产生研磨线等料情况，又要避免速度变化太过剧烈，而导致震荡情况 的产生。本系统采用计算第二段传输线的玻锥数量及其变化作为反馈 变量，利用模糊算法，实现传输带的速度调节。 4 1 模糊控制器结构 旌希一，一一一，一上一一钯 一二，一嘎气二净二一- 器差i - 一卜嘎 t j ： - ：鼍一 一 图2 7 模糊控制系统结构 上海大学工程硕士学位论文 模糊控并1 i 入变成模糊输 入量；2 ) 模出模糊输出量； 3 ) 非模糊化之精确输出量。 图2 7 ，为 4 2 模糊化 模糊控铮至的变化率e c ， 分别定义五一( 零) 、p s ( 正 小) 、p l ( 正 1 0 一432 1 01234 图2 8 输入函数图 对于不同范围的输入变量e 、e c ，只需加上两个比例因子和，使其符 合输入隶属函数定义时的输入量的取值范围即可。采用梯形形式的隶 属函数，按输入变量的大小分五段计算，如图2 8 。 u 1n 一 oqbcd 又 图2 8 1 6 上海大学工程硕士学位论文 x 口 j = 0 x a c i x ot 4 = d 一口 得：一 b 石c z = 1 c x 上海大学3 - - 程硕士学位论文 第3 章：在线玻壳自动精密测试 及单元数据接口技术 3 1 在线玻壳自动精密测试在玻壳生产中的重要性 在线玻壳自动精密测试仪器是为了保证玻壳生产中的产品质量， 对用户负责。玻壳的外形尺寸指标要求很高，测量工作必须借助精密 仪器来完成，测量的结果同时又可指导我们设备的调整。所以在玻壳 生产中，在线自动精密测试仪器是比不可少的，它是我们企业的眼睛， 质量的保障。 3 2 在线玻壳自动精密测试设备的种类 在线玻壳自动精密测试设备种类很多，我们列举以下几种： 1 h e g 一热端制品监测仪。主要检查热端屏的精度参数。 2 制品称量仪一检查制品的重量，将电信号反馈给供料机，自动 调整玻璃料重。 3 c e g 一冷端制品检测量规。精确检测制品精度，与公司系统c p u 联网汇总一天的良品、再制品、不良品数量，将实时信息反馈， 动态调整前到工序的生产参数。 4 销钉应力测试仪。检测销钉的封接强度。 5 玻壳应力测试仪。测试玻壳的应力。 等等 3 3 在线玻壳自动精密测试设备的基本组成及关键技术 在线玻壳自动精密测试设备主要有制品输送设备、制品定位检测 设备、数据传输系统、数据处理系统等组成。 上海大学工程硕士学位论文 在这里制品的输送和数据的采集的有机结合是这一技术的关键。 检测设备要在4 5 秒的时间内完成制品的送入、数据的采集、制品 的送出、数据的跟踪等工作，所以合理的使用每一环节的时间是完成 这一工作的精髓。 3 4 在线玻壳自动精密测试设备与生产线的集成 我们公司建厂时锥体的制品检测量规c e g 是同生产线分离的，需 要人工从生产线上将被测玻壳取下投入到c e g 上测量，再将测量结果 手工书写到制品上( 再制品、不良品) ，然后将制品在投入到生产线上。 这样操作的结果有几个弊病：人员的浪费；制品的碰伤；包装中可能 发生的错误装箱；信息记录的不合理和原始性等。 2 0 0 2 年我们和上海机电一体工程有限公司联合研制开发了在线 玻壳自动精密测试设备。在线玻壳自动精密测试设备的使用，使我们 的生产线联成了一个闭环，制品的自动入线检测，快速的数据采集、 存储和数据接口，实现了数据的反馈和记录的准确性。这一技术目前 为国内首创，已申请国家实用性技术专利。如图3 1 所示为锥体在 线自动精密测试设备( 高速c e g ) 。 、 ， 上海大学工程硕士学位论文 上任。主：三二 t 二 鬟霉学连幸 二矗吾666666 ：j 云苦吾6 言苦 氇6666666 二 l 。量f 。 卜4 “谚。 王 。1 0 、， 幻一、 0u ，7 。、 ，一 t o 一b 知 =!=三?一!；量| 。弗。 # 一 扩乙 一笛 兰圣!=：= 上海大学工程硕士学位论文 玻壳质量的定义就是控制生产工序的工程能力，使工程能力系 数控制在规格指标内。 a 、管理基准 1 工程能力系数的计算式 工程的准确度：c a = ( 实际平均值一规格中心值) 规格允许值 = ( x - u ) ( t 2 ) 工程的精确度：c p = ( 规格上限一规格下限) 6 s = ( u - l ) 6 s = t 6 s 工程能力系数：c p k = ( 1 一 c ai ) 术c p 两侧规格 = ( u x ) 3 s上限规格 = ( x l ) 3 s下限规 x ：平均值u ：规格中心值 s ：标准偏差 u ：上限规格l ：下限规格 t ：规格公差= ( u l ) 2 工程能力系数的纪录 由品管课把工程能力系数记录到j o b 报表中。 3 工程能力系数的评价 a 1 3 3 兰c p k 优 b 1 0 三c p k c p k 需改善，向有关部门反馈 品管课将评价结果记录到j o b 报上并向有关部门汇告。 c 级时，品管课应在品种切换( j o bc h a n g e ) 会议上专门提出， 上海大学工程硕士学位论文 并会同有关部门在下次 另外，品管课应定期的 目，要向有关部门提出 下面表格为锥体工 k=#b fi星靛j ；*“a：|“n” 1 _ 筘竹z ，目g 蛊 ；：h 讲h；。焉g ，b 口 蔓 卜 靛三 o o - n o 曩癸太- ， 量三l i 、o 融 蟊置幸 壤+一r三；ro中冀ktmu，ho 上海大学工程硕士学位论文 b 、参数指标 测量项目： ( 一) 玻锥 s e 外周p l ，p 2 p 1 6 n e c kr u no u t n e c kt i i t p a d 高 全高 - h - 、 ( 二) 玻屏 s e 夕 、周p 1 ，p 2 p 1 6 p i n 古 同 盐 、 3 6 传统质量控制的方法 1 6 点 3 点 3 点 1 点 i 点 2 6 点 1 6 点 4 点 i 点 2 l 点 传统的质量控制大多采用人工的方法，人工将制品放入量规中检 测，一部分指标用c p u 记录处理，而还有一部分指标数据要人工记录， 手工计算处理，再由人工输入到计算机中，这中原始方法主要是受到 传统的计算机硬件的限制原故。 3 7 在线质量监控的意义 在线质量监控的实施，可以实现生产质量的在线测量和实时反 馈，动态调整前道工序的生产参数。通过合理的机械接口，使玻壳能 上海大学工程硕士学位论文 高速、平稳地进入和流出，使得输送线与检测设备浑然一体，大大提 高了玻壳的生产效率。 3 8 在线质量监控的软硬件组成及关键技术 采用软硬件结合的办法。在硬件上，采用能快速正确传递数据的 工业现场总线及其相配套的接口模块，把计算机、显示屏、p l c 、在 线自动精密测试仪等联成整体。 设计数据采集、分析、存储、统计、反馈、跟踪软件，把所收集 的数据进行实时反馈给生产设备的同时，与玻壳进行全程同步传递跟 踪；在生产线末端的分流处，把“良品”、“废弃品 、“再制品”进行 分离，同时把带有缺陷跟踪数据的“再制品”返还到对应的工序进行 再j j h - c 。形成一种带有数据和物流双闭环的生产模式，大大提高产品 质量的稳定性和生产效率。 研制设备自诊断、故障预警、故障定位等设备状态监控软件，配 合大尺寸的等离子显示屏，实时显示生产线状态和报警、预警和故障 排除要点提示提示，便于发现隐患和故障点，大大提高生产线的可靠 性。 3 9 在线质量监控的软件设计 3 9 1 程序设计的基本思路 a p l c 程序是扫描方式执行的，即从第一条指令开始，逐条扫描 指令并执行，直至程序结束。然后开始下一轮扫描。换句话说， p l c 程序是永远不会自动终止的。因此，我们用流程图来表示 时，会出现死循环，该循环的循环周期就是p l c 的扫描周期。 7 上海大学工程硕士学位论文 在我们的主程序流程图中，注意到p l c 的这一特点，我们直接 画出了逻辑上实现的流程，而这种循环由p l c 的扫描特点保证， 以免程序从逻辑上难于理解。 b p l c 指令比较少，功能比较简单，不能很好的实现高级语言中 各种常见的程序结构；语句的书写也与我们习惯的自然逻辑有 相当的差距，因为在我们编写p l c 程序时必须把易于理解的自 然逻辑转换为易于用p l c 实现的顺序逻辑控制。因此，我们的 梯形图程序并不能完全精确的对应流程图的各个模块。但是， 必须指出的是，我们在编制p l c 程序之前，首先分析构造了这 样一个框图，然后按照这个流程进一步实现各个模块( 实际上是 在梯形图中添加相应的逻辑功能) 。 c 程序编制过程中遵循的基本原则： 程序中输出信号并非直接由输入逻辑得到后，立即送到p l c 输出模块的相应端口。我们尽可能的在程序中用中间变量( 内 部继电器m ) 来作为各种输出信号的缓存，而集中的使用一个子 模块来完成从内部缓存信号到输出模块的输出工作。这样作的 好处在于可以在系统出现故障时将故障隔离，便于调试。而且 系统运行过程中，也更加容易对各种逻辑错误、故障进行判断 和处理。 程序编制中，我们尽量使用模块化的方法。在功能相近、逻 辑上结合比较紧密部分放在同一个模块中。这样作的意义同样 是为了程序调试、维护方便，阅读起来可读性强。 上海大学工程硕士学位论文 3 9 2 主程序流程图 上海大学工程硕士学位论文 图3 3 主程序流程图 3 1 0 在线质量监控的硬件数据接口 在硬件上，采用能快速正确传递数据的工业现场总线及其相配套 的接口模块，把计算机、显示屏、p l c 、在线自动精密测试仪等联成 整体。下图3 4 为系统构成框图。 三主二三二s 系歹：一： 鲁入嘎云善二嘎乏 乏二互妻嘎i害二嘎乏餐二镁乒籍，一、唛发 j 2 1 羹：4 蚕i ：萋：萋 =l 7 、，、 ；! ； ! 茸 ； 墨銮 皇鎏 = i = ，二j = 1 一：一i 一 一 一l-u-一：-，-一-一 一：i ：一：j ： 图3 - 4 系统构成框图 上海大学工程硕士学位论文 第4 章：高温、连续生产条件下的 工业机器人的优化设计与集成技术 4 1 - v 业机器人在玻壳生产中的应用 工业机器人是典型的机电一体化高科技产品，自从2 0 世纪5 0 年 代美国制造第一台机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，它对 于提高生产自动化水平、劳动生产率和经济效益、保证产品质量、改 善劳动条件等方面的作用日益显著。工业机器人代替人力劳动是必然 的发展，和计算机技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着 人类的生产方式和生活方式，机器人工业已成为世界各国备受关注的 产业。 2 0 世纪7 0 年代玻壳行业的鼻祖美国康宁公司率先在玻壳生产中 引用了工业机器人。最先应用的机器人主要使用在高温、多粉尘的的 环境中。国内的玻壳行业工业机器人的使用是在9 0 年代初，近几年 有了突飞猛进的发展。 4 2 适应玻壳生产特殊环境的工业机器人关键技术 玻壳生产的特殊环境：温度高、粉尘大等诸多因素对机器人的使 用寿命有着相当大的影响。温度高，机器人各关节及传动副的润滑油 容易碳化，造成润滑的不良，构件的损坏。同时，机器人的计算机控 制系统由于长时间在高温下工作，易老化损坏。目前这一问题已是世 界机器人制造业共有的难题。德国p e n n e k a m p 公司在这方面取得了一 定的成绩。他们在润滑油中添加专用添加剂，使油品的碳化温度升高 到9 0 0 。c 不变质。在计算机电控柜中加装小型制冷设备，使控制箱的 图4 2 机器人的防热辐射 3 2 上海大学工程硕士学位论文 图4 3 机器人控制箱的冷却 4 3 工业机器人与玻壳生产线的集成技术 针对玻壳生产的特种生产环境，对工业机器人的机构设计、有限 元机构刚度分析、机构优化和可靠性设计的技术进行应用研究，并对 工业机器人在玻壳柔性自动生产线上的集成技术进行研制，同时结合 以往的工程经验，采用计算机仿真的手段进行科学的分析和探索。 4 4 工业机器人在玻壳生产中应用的前景和面临的问题 从玻壳生产的一开始就注定着与工业机器人的不解之源。玻壳生 产一个流水线式连续生产，每工序都受生产节拍的限制。最初的玻 壳生产采用人工投取制品，严重影响生产效率，同时还威胁工人的人 身安全。工业机器人的使用与玻壳生产形成了一个不断的纽带，生产 1 ： 上海大学工程硕士学位论文 节拍得到了保证。随着玻壳制品的不断向大型化、平面化发展，人工 操作已不在适应生产的发展，移栽机器人、抓取机器人、专用机器人 等工业机器人必将在玻壳行业广泛使用。( 1 2 ) 下面照片所显示的几种机器人在本公司( s a e ) 的应用情况。本人 在攻读工程硕士学位期间参加了这几个项目的规划设计，其中s a l l 、 s a l 2 二次l e 机器人浮动吸头夹具在2 0 0 3 年申请了国家实用新型专 利，本人为此专利发明人之一。 图4 4 移载式机器人( 移载机) 上海大学工程硕士学位论文 图4 5 工艺料头抓取机械手 图4 6 制品抓取机器人 3 5 上海大学工程硕士学位论文 图4 7 屏内面清洗机器人 目前工业机器人在玻壳生产中面临的主要问题是高温、多粉尘环 境下的稳定工作。世界上很多设计公司和设备制造厂都在投巨资研 发，我们可以坚信这一问题的解决为期不远。 上海大学工程硕士学位论文 第5 章：物流设备的可重构技术 5 1 何为物流设备的可重构技术 通过物流设备和控制软件的模块化、标准化、系列化设计，实现 系统的可重构组合。 ， 5 2 物流设备的可重构对玻壳生产的意义和前景 随着玻生产的不断扩大，玻壳的品种也越来越多。我公司( 上海 旭电子玻璃有限公司) 1 9 9 7 年以前的产品品种为1 7 个，到2 0 0 3 年已 发展到3 2 个品种。品种的增加必牵涉到设备的改造。以往的设备改 造都是旧设备的全面报废，用新设备予以替代。这样的结果是投资巨 大，使企业背上沉重的经济外债，从而影响改造的进度和企业的发展。 可重构技术的引入模块化、标准化的设计，使玻壳设备改造的资 金投入减少，原本要全部报废的设备，只要调整相应的设备，对生产 线进行局部改造就可得到事半功倍的效果。( 1 0 _ 2 ) 5 3 结构优化和模块化技术在物流设备可重构设计中应用 以往的生产设备大都采用钢架结构，按生产线的实际情况进行设 计。这两年开始我们运用铝合金结构的框架，这种结构的设备重量轻， 技改时安装方便，改造起来也比较容易。同时在设备的设计时我们运 用了模块化的设计，把传送带设计成l - - w a y 、2 一w a y 、3 - w a y 滚道， 交叉升降滚道，垂直升降装置，自动引导和位置校正装置，以及皮带 升降机等，在总体设计时将它们有机的结合融入生产线，在生产发生 变化时，合理的取舍，就可在短时间里适应市场需求。( 1 0 1 2 ) 5 4 物流设备重构的实践 上海大学工程硕士 采用模块化 计算机辅助设计 现设计中不良结 可以随时的模拟 状态下。 上海大学工程硕士学位论文 第6 章：多品种混流输送技术 6 1 玻壳生产多品种混流的意义 由于玻壳生产也向其他产品生产一样，因市场需要，进入了多 品种中小批量生产的模式。在这种情况下，切换品种变成了一种经常 性的任务。由于自动化生产设备具有针对性强等的特点，故一般在品 种切换时，往往要化很长的时间。又由于在产品没有流出之前，设备 调整往往很难调整到位，需在生产初次阶段，继续调整；而又由于玻 壳生产连续性的特点，生产不允许停顿，所以在开始生产的阶段，产 品成品率低，造成了很大的损失。要改变这种情况，就必须使自动化 生产设备具备自动调整的能力。( 7 8 ) 6 2 多品种混流概念的提出 由于导论中的情况，使“多品种混流”这个概念应运而生，这个 多品种混流包含有两层意思：生产设备能自动适应产品的变化，即 具备自动调整能力；不同品种的产品能共用一条生产线，或者共用 部分生产线。如果能实现多品种混流，意义深远；第一，完全解决了 生产线的频繁切换问题，可把调整的工作量和时间大大降低，实现零 调整，可完全避免初期损失。第二，这将完全打破生产线一一对应、 互不关联或很少关联的传统模式，可以实现生产线资源的共享；如图 6 1 上海大学工程硕士学位论文 生产 生产 生产 l 世 l 一啊 发2奉 “ l iq l f 弋、 麦3 奉 奉 i 位 l 一 图6 一l 传统的生产线图6 2 共享型生产线 图6 1 为传统生产线，线与线之间没有任何联系，如果生产线 1 生产品种1 、生产线2 生产品种2 、生产线3 生产品种3 时，由于 互相之间没有联系，只能由各自生产线的产能决定产量，哪怕有生产 线不需要那么大的产量，多余的产能也不能分担其它线的压力；更甚 至由于各生产线是串接的，一旦某条生产线中某个环节出问题时，对 应产品生产的停顿是必然的结果。 图6 2 为共享型生产线，线与线之间构成网状结构，三条生产 线的产品，可以根据需要，一一对应生产，也可以借用其他生产线， 借道生产。这样出现上段所述情况时，可以做到产能的迅速平衡和借 道生产，可以大大提高设备的利用率和生产稳定性。同时也为生产线 的自动有限重构奠定基础。这共享型生产的核心是多品种混流。 6 3 多品种混流的试点 根据我厂实际情况，不可能立即全面推广这种混流技术，需在 小范围中的某些设备上进行试点。我们选择了s a 2 2 生产线的研磨后 包装线，如图6 3 、图6 4 。该生产线由s a 2 21 、s a 2 2 2 、s a 2 2 3 三条研磨线组成，三条研磨线为相对独立的生产线，生产的品种可能 各不相同，品种从1 4 英寸到2 5 英寸。最特别的情况是s a 2 2 1 做1 4 上海大学工程硕士学位论文 英寸、s a 2 2 2 做2 1 英寸而s a 2 2 3 做2 5 英寸。按照传统的设计理念， 这三条线需条相对应的包装线来传送研磨好的经过检查的玻屏。在 我们的创新性的设想下，决定使用条包装线，在这条包装线上实现 真正的多品种混流。 ；十i - m2 2 3 口口 ：ll o i： i i 2 2a _ _ i。i e：i t ill 睦h 呻十t + - l s = ! = 毕毕 嗣 嚣 垂直升降机 3 市- 7 朵2 2 1 亓 口j由躐 f = 昌 巨 _ ii 量 ：= ： 重 = 置 国 r mi t l l l l t i l i ,a 一 j 7 。3 米楼面( 二藉口台 图63 三合楼上部分接料及抽检段 1 盯啪 4 i i i i i i i i 帅m i刚i 口l| 0 1 餮 1 1 1 1 1 1 皿i i i l j l ! - 甾 恻 崮 i 三i i 匿 震i 菡 嘲 薹 屋 国 | 国 倍引 广、 22 制品包装1 | 包装匕 ， 221 制1 包装再剁t品互装线垂直升降机 1 厂 长钢平台( q 车：二层) j b 一合楼1 盲1 4 1 上海大学工程硕士学位论文 6 3 1 三合一包装线的组成 该包装线由楼上楼下两部分组成；楼上部分主要是包装线对三 条研磨检验线的接口( 接料部分) ，接受三条研磨线输出的玻屏，玻 屏分良品和再制品两种；在接料部分的中段设置有一个抽检位j 楼下 部分包括一条总输送线、一条适应全部品种的再制品包装子线、三条 分别对应三条研磨线的包装子线，统称为包装部分。楼上和楼下部分 通过垂直升降机完成联接。 6 3 2 三合一包装线的流程 接料部分接受三条研磨线的不同规格的玻屏，通过一条输送滚 动进行输送，在抽检处根据操作指令，实现对应规格的抽检；通过抽 检位的玻屏进入垂直升降机，传人底楼包装部分。屏在包装部分底滚 道上继续流动，在经过再制品包装分叉时，再制品自动分离，良品进 入成品包装段，然后依次分离s a 2 2 2 玻屏、s a 2 2 1 玻屏、s a 2 2 3 玻 屏。 6 3 3 三合一包装线的技术核心 根据上述情况，要实现各种规格玻屏的合流、输送、分离，生 产线必须具备多品种混流。 这个多种混流要求： 1 )具备每个玻屏在包装线上的全程跟踪能力； 2 )机械系统的多规格同时通过能力； 3 )多规格玻屏在各转弯处的自动调整能力。 6 4 玻屏的全程跟踪技术 上海大学工程硕士学位论文 光电开关 u l j u 滚道1滚道2滚道3 几n 厂1 图6 5 滚道 为保证玻屏在滚道上的跟踪，我们设计的滚道如图6 5 所示， 每个滚道由一个电机驱动，每个滚道上配有一个有无屏的探测光电开 关。屏在滚道上流动时，控制系统的数据也同步流动，换句话说，玻 屏的全程