自動(dòng)化生產(chǎn)線概述01什么是自動(dòng)化生產(chǎn)線自動(dòng)化生產(chǎn)線和以前的人工流水線差不多，只不過(guò)是將設(shè)備升級(jí)為自動(dòng)化，然后將工人省掉。采用機(jī)器人、桁架機(jī)械手等實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)上下料，采用輸送線、AGV等實(shí)現(xiàn)各個(gè)工序的銜接和物料中轉(zhuǎn)，采用自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)物料的儲(chǔ)存，其目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)從原材料輸入到成品輸出之間所有工序的全自動(dòng)化運(yùn)行。隨著工業(yè)4.0的推進(jìn)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)線的功能也在擴(kuò)展，除了基本的自動(dòng)化功能之外，還增加了信息化內(nèi)容，比如常見(jiàn)的SCADA，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集生產(chǎn)線的工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)，并提供一個(gè)大屏顯示界面，實(shí)時(shí)展現(xiàn)生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)。

02自動(dòng)化生產(chǎn)線類(lèi)型根據(jù)制造行業(yè)及工藝上的區(qū)別，自動(dòng)化生產(chǎn)線具有很多類(lèi)型，例如自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線、自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線、自動(dòng)化噴涂生產(chǎn)線、自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線、自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線等。*典型的為兩種：一種為自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線，用于機(jī)械零件加工行業(yè)；另一種為自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線，用于各種產(chǎn)品的后期裝配生產(chǎn)。自動(dòng)化機(jī)加生產(chǎn)線概述01機(jī)加工基礎(chǔ)知識(shí)常見(jiàn)的機(jī)加工方法有車(chē)、銑、刨、磨、鉆、鏜、沖、鋸、插等。與機(jī)加工相關(guān)的內(nèi)容有工藝、機(jī)床、刀具、工裝夾具、斷屑、對(duì)刀、機(jī)內(nèi)測(cè)量、刀補(bǔ)、清洗等。02自動(dòng)化機(jī)加生產(chǎn)線特點(diǎn)自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線主要從事零件的銑削、鉆孔及其他類(lèi)似的回轉(zhuǎn)切削加工工序，主要應(yīng)用于以下零件加工場(chǎng)合：零件大批量生產(chǎn)零件設(shè)計(jì)成熟長(zhǎng)期生產(chǎn)需要多種加工工序在上述場(chǎng)合，用自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線就可以顯示出它的巨大優(yōu)越性。例如，很低的人工和制造成本、零件制造周期短、占用場(chǎng)地*少等。03自動(dòng)化機(jī)加生產(chǎn)線樣式在自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線中，根據(jù)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)形式的區(qū)別可以分為兩種類(lèi)型：未設(shè)置內(nèi)部零件存儲(chǔ)緩存區(qū)的自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線設(shè)置內(nèi)部零件存儲(chǔ)緩存區(qū)的自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線上述兩類(lèi)自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線的節(jié)拍原理存在較大的區(qū)別，本文主要介紹未設(shè)置內(nèi)部零件存儲(chǔ)緩沖區(qū)的自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)組成及節(jié)拍原理。04結(jié)構(gòu)組成自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線的基本結(jié)構(gòu)原理如圖1：

圖1 典型的自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)原理示意圖

自動(dòng)化機(jī)械加工生產(chǎn)線在機(jī)械結(jié)構(gòu)上主要由六部分組成：零件自動(dòng)輸送系統(tǒng)單個(gè)的機(jī)床加工工作站機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)質(zhì)量檢驗(yàn)工作站生產(chǎn)輔助系統(tǒng)上位控制系統(tǒng)通過(guò)輸送系統(tǒng)將各臺(tái)機(jī)床加工工作站連接在一起，原始零件（未加工的零件）從生產(chǎn)線的一端進(jìn)入，到位后通過(guò)機(jī)器人進(jìn)行上下料，在一臺(tái)工作站上完成加工后再由輸送系統(tǒng)輸送到相鄰的下一臺(tái)工作站，每一臺(tái)工作站完成不同的加工工序，經(jīng)過(guò)最后一臺(tái)工作站后完成全部加工工序的零件。在生產(chǎn)線上可能還有部分檢測(cè)工作站，用于對(duì)工件加工過(guò)程中的加工質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。此外還可能有部分人工操作的工作站，用于代替技術(shù)上極難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，在成本上不經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)化加工工序。由于零件的機(jī)械加工通常都要求較高的加工精度，對(duì)零件的定位精度自然要求較高，因此零件的自動(dòng)輸送采用一種專(zhuān)用的夾具，即“隨行夾具”來(lái)輸送。隨行夾具不僅可以對(duì)待加工的零件進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，還可以移動(dòng)、定位及在加工工作站上夾緊。由于零件可以在隨行夾具上精確的定位，還可以移動(dòng)、定位及在加工工作站上準(zhǔn)確定位，因而可以確保零件相對(duì)于加工刀具的準(zhǔn)確定位。由于隨行夾具需要循環(huán)使用，所以這種自動(dòng)化加工生產(chǎn)線通常都是首尾封閉的。零件自動(dòng)輸送系統(tǒng)自動(dòng)輸送系統(tǒng)主要是完成零件的流轉(zhuǎn)、輸送。主要類(lèi)型有：1.皮帶輸送線 2.滾筒輸送線 3.倍速鏈輸送線 4.板鏈輸送線 5.其它（實(shí)際應(yīng)用根據(jù)具體場(chǎng)景，選用合適的輸送線進(jìn)行零件輸送。例如：輕載非金屬材質(zhì)的零件，選用皮帶輸送線；輕載金屬材質(zhì)的零件，選用倍速鏈輸送線等）。輸送線

單個(gè)的機(jī)床加工工作站機(jī)床加工工作站主要是按照既定的工藝程序完成零件的機(jī)械加工。主要的機(jī)床類(lèi)型有：1.數(shù)控車(chē)床 2.數(shù)控銑床 3.數(shù)控復(fù)合車(chē)床 4.龍門(mén)加工中心 5.其它（實(shí)際應(yīng)用根據(jù)具體場(chǎng)景，選用合適的數(shù)控機(jī)床）。數(shù)控車(chē)床

機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)主要是按照既定的路徑完成零件上下料。主要類(lèi)型有：1.標(biāo)準(zhǔn)型工業(yè)機(jī)器人 2.非標(biāo)型桁架機(jī)器人 3.其它（實(shí)際應(yīng)用根據(jù)具體場(chǎng)景，選用合適的機(jī)器人）。工業(yè)6軸機(jī)器人

桁架機(jī)器人

質(zhì)量檢驗(yàn)工作站質(zhì)量檢驗(yàn)工作站主要是完成產(chǎn)品的外觀瑕疵及尺寸檢驗(yàn)。主要類(lèi)型有：1.接觸式三坐標(biāo)測(cè)量 2.非接觸式光學(xué)測(cè)量-2D/3D相機(jī) 3.其它（實(shí)際應(yīng)用根據(jù)具體場(chǎng)景，選用合適的方式測(cè)量）。三坐標(biāo)測(cè)量三坐標(biāo)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)是測(cè)量精度較高，一般面向高檢測(cè)要求的產(chǎn)品，但三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x同時(shí)存在檢測(cè)環(huán)境要求高、檢測(cè)速度慢及價(jià)格昂貴等問(wèn)題，需要根據(jù)特定情況選擇。

2D視覺(jué)2D視覺(jué)就是先通過(guò)相機(jī)對(duì)工件拍照獲取工件圖片，然后通過(guò)各種算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，最終獲取圖像中工件的有無(wú)、位置、尺寸等信息。另外還可以通過(guò)2D視覺(jué)實(shí)現(xiàn)字符識(shí)別、二維碼讀取等功能。

3D視覺(jué)結(jié)構(gòu)光視覺(jué)是由投影儀投射結(jié)構(gòu)光（條紋光）照射到工件表面，然后相機(jī)對(duì)工件表面的結(jié)構(gòu)光進(jìn)行拍照，從而獲取工件表面輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

生產(chǎn)輔助系統(tǒng)生產(chǎn)輔助系統(tǒng)主要是完成機(jī)屑加工的金屬?gòu)U屑、切屑液的集中處理。主要類(lèi)型有：1.集中供液系統(tǒng) 2.廢屑處理系統(tǒng) 3.其它（實(shí)際應(yīng)用根據(jù)具體場(chǎng)景，選用合適的處理系統(tǒng)）。集中供液系統(tǒng)在車(chē)間內(nèi)建設(shè)集中供液系統(tǒng)，每次加工完成，立即進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行處理，去除各種雜物并進(jìn)行指標(biāo)修正后，恢復(fù)到新配制液的*佳性能供液，實(shí)現(xiàn)不更換循環(huán)，大大延長(zhǎng)刀具、加工液的使用壽命；對(duì)切削液進(jìn)行增氧、殺菌、假日循環(huán)，提高水溶解氧飽和度防止厭氧菌滋生；可根據(jù)加工液性能參數(shù)定量添加殺菌劑，無(wú)需人工參與。

廢屑處理系統(tǒng)對(duì)所有機(jī)床設(shè)備產(chǎn)品的廢屑進(jìn)行自動(dòng)化處理，將車(chē)屑原料通過(guò)高壓直接冷壓成2～10公斤的塊狀廢屑，整個(gè)過(guò)程不需加溫、添加劑或其他工藝，以便于儲(chǔ)運(yùn)及減少回收再利用過(guò)程中的損耗。

上位控制系統(tǒng)上位控制系統(tǒng)主要是按照既定邏輯程序完成整條機(jī)加線所有設(shè)備動(dòng)作控制。整條產(chǎn)線全部采用網(wǎng)絡(luò)總線通訊控制，以此達(dá)到單元可隨意組合/拆分的要求。每個(gè)單元都具備多種通訊協(xié)議，HMI采用RS232通訊，ROBOT和AOI等采用TCP/IP的通訊方式，變頻器采用RS485等通訊方式，其他傳感器接入ElCO Spider67 I/O Module，在通過(guò)TCP/IP進(jìn)入PLC系統(tǒng)。以此來(lái)達(dá)到單元的快速切換和保證后期設(shè)備的擴(kuò)展性。

自動(dòng)化機(jī)加生產(chǎn)線布局01布局形式“L”型自動(dòng)化加工生產(chǎn)線通?？梢圆捎枚喾N布局形式。在場(chǎng)地有限的地方，采用直線形式的生產(chǎn)線布局可能場(chǎng)地不夠，為了減少生產(chǎn)線占用場(chǎng)地，或者當(dāng)生產(chǎn)線長(zhǎng)度太長(zhǎng)時(shí)，可以按“L”型設(shè)計(jì)生產(chǎn)線，如圖2:

圖2 “L”型自動(dòng)化加工生產(chǎn)線02布局形式“U”型如果生產(chǎn)線按“L”型布局時(shí)仍然存在場(chǎng)地方面的限制，為了進(jìn)一步減少生產(chǎn)線占用的場(chǎng)地，可以按“U”型設(shè)計(jì)生產(chǎn)線，如圖3：

圖3 “U”型自動(dòng)化加工生產(chǎn)線采用這種形式的設(shè)計(jì)還有一個(gè)好處就是可以方便在生產(chǎn)線上對(duì)工件進(jìn)行工序調(diào)整，來(lái)加工工件不同的表面。03布局形式“一”型由于這種生產(chǎn)線上經(jīng)常需要采用重復(fù)使用的隨行載具，為了避免隨行載具運(yùn)輸上的麻煩，生產(chǎn)線按“一”形設(shè)計(jì)就可以很方便地實(shí)現(xiàn)隨行載具的自動(dòng)循環(huán)。同時(shí)還可以設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的清洗工作站對(duì)隨行載具進(jìn)行清洗，保證重復(fù)使用的隨行載具符合使用要求，如圖4：

圖4 “一”型自動(dòng)化加工生產(chǎn)線采用這種方式既保留了直線形式的方便，又*大限度地減少了生產(chǎn)線占用的場(chǎng)地。

04布局形式“其它”型特殊場(chǎng)景下“非標(biāo)定制”型布局。05載具形式載具“固定”形還有另外一種特殊情況，就是直接將隨行載具固定連接在輸送線上（*方便也最長(zhǎng)久的就是固定在鏈條輸送線的鏈條上），隨行載具始終與鏈條一起在輸送線的上下兩部分直接循環(huán)。在上半部分輸送線的上方設(shè)計(jì)各種加工工作站進(jìn)行零件的加工，輸送線的下半部分則將隨行夾具送返回到上方供反復(fù)循環(huán)使用，圖5為其工作原理示意圖：

圖5 上下輸送形加工或裝配生產(chǎn)線1.張緊輪 2.定位載具 3.分度輸送線固定架這種輸送方式也可以用于自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線，在上半部分輸送線的上方設(shè)計(jì)各種裝配工作站進(jìn)行零件的裝配。載具“分離”形還有一些場(chǎng)合可以采用托盤(pán)在輸送線（如皮帶輸送線、鏈板輸送線等）上實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)輸送。零件在托盤(pán)上能夠準(zhǔn)確定位，而托盤(pán)在輸送線上通過(guò)一定的機(jī)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，例如采用定位銷(xiāo)對(duì)托盤(pán)進(jìn)行定位。

結(jié)束語(yǔ)自動(dòng)化機(jī)加生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程，系統(tǒng)中的單元設(shè)備基本涵蓋了工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的各種先進(jìn)控制技術(shù)和正處于工業(yè)前沿領(lǐng)域的加工技術(shù)。該系統(tǒng)融合光、機(jī)、電、氣以及信息一體化前沿領(lǐng)域的加工技術(shù)，使得該系統(tǒng)成為一個(gè)先進(jìn)的綜合型平臺(tái)。項(xiàng)目主要在指定場(chǎng)地空間內(nèi)，依據(jù)客戶(hù)提供專(zhuān)機(jī)、設(shè)備、產(chǎn)能及加工工藝時(shí)間數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮物流、人流、參觀目視等需求，進(jìn)行合理規(guī)劃布局，結(jié)合人、機(jī)、料、法、環(huán)等設(shè)計(jì)要素，規(guī)劃設(shè)計(jì)一條上料-加工-下料等自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)線。產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)加工的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為后續(xù)全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化奠定基礎(chǔ)。