本文介绍了目前第一条完全由国内生产的全自动托辊装配线及其制造信息系统。该套装系统除具有较高的自动化程度外，还充分利用先进的伺服控制技术，采用先进的 SIMOTION运动控制系统，实现了托辊产品装配的柔性化。同时在软件及信息管理方面充分考虑到先进制造管理的理念，为企业的MES系统及管理信息系统的实施和升级提供了充分的接口，从而打造出一条具有较高科技含量和先进性的自动装配线。

    1 引 言

    随着我国经济全面快速发展，众多行业对托辊产品的需求越来越多且对其质量也提出了更高的要求。目前国外托辊的生产已基本实现全自动装配，既提高生产效率又保证产品质量。我国也于近几年由国外引进了几条自动化托辊装配生产线，对提高国内托辊生产的效率和质量起到了一定的带动作用。鉴于目前国内的成套装配技术不断成熟，且市场对托辊的需求有不断扩大的趋势，由沈阳矿业集团出资由多家单位协作设计制造出国内首条具有国际先进水平的柔性托辊自动装配线。该装配线无论从硬件和软件上都进行了充分的考虑，体现了现代先进制造的一个方向，是集数控技术，柔性制造及计算机集成信息管理为一体的新型的装配线。

    2 托辊产品的柔性化装配

    柔性制造的概念在第一台数控铣床诞生不久即出现了，但是受到技术瓶颈的限制，直到70年代才开始进入实施阶段。现在柔性制造的概念已进入不同规模的企业，在实施过程中也给企业带来的可观的经济效益。作为新建造的托辊装配线在设计之初就考虑到柔性装配的需要，把整条装配线设计成一条具有较高自动化程度柔性装配线。该柔性自动装配线是把多台可以调整的机床（不同机床具有不同的专用功能）联结起来，配以自动运送装置组成的装配线。该装配线可以加工批量较大的不同规格的托辊产品。

    托辊的组成形式如图1右图所示。其由四大部分组成，分别为托辊轴、托辊管、轴承座和端盖。轴承座又可分为轴承座外壳、密封圈、轴承等几部分。托辊的装配就是将这些不同的部件按照工艺要求进行装配，使得装配完成的托辊达到合格的性能要求。

    托辊装配线主要由切管机床、倒角、锪端面机床、穿轴机床、压轴承座机床、焊接机床、压密封圈机床、压卡圈机床、压端盖机床和检测机床组成。此外还包括三台用于轴承座、卡圈、密封圈半成品装配的单独机床，为装配线提供轴承座、卡圈、密封圈等部件。

    图1 托辊产品与加工机床示意图

    如图1所示，托辊产品属于外观比较规则的产品，不同的产品型号对产品的外观上不会造成非常大的影响，这也就在一定程度上减少了柔性生产的难度。但同时托辊又是由较多的小装配件装配而成，所以装配的工序也就相应较多。为了实现产品的柔性生产，在装配线的整体布局和单个装配机床的设计上进行了充分的考虑和设计，以保证柔性生产的可行性。首先针对单个机床，为了实现托辊产品的柔性装配，则机床夹具要能适应产品长度和直径的变化，为此在托辊的长度方向和直径方向分别采用数控伺服电机进行准确定位以适应不同型号带来的产品尺寸的变化；同样为了适应装配件尺寸的变化，对机械手则采用伺服电机加气动进行调节定位的方式，保证生产的柔性化。同时在装配线整体布局上采取同定机床一端，单端移动的方式，即将空间坐标原点固定在托辊轴的一端，该端在整条装配线上呈一直线，形成一个相对固定的坐标系统，这样对每台单台机床而言，只需有一端需要根据尺寸变化进行长度即X轴方向的调整，从而简化了单台机床的控制。装配线除了装配机床外，还需要通过料道和框架机械手将在空间上处于分离状态的单台机床联接成一体，实现物料的传递，保证整条线顺畅的运转。框架机械手采用多轴伺服电机控制，以适应托辊长度方向尺寸的变化，实现托辊在传送过程中的准确抓取定位。通过电气伺服控制配合液压，气动完成各台机床的装配，及物料的传送，配以合理的动作时序安排，使得整条线能够进行快速高效地进行自动化装配。

    3 托辊装配线制造信息系统

    制造执行系统（MES）是一个近年来在企业管理领域比较流行的概念，且在某些企业成功实施，取得了较好的效果。MES是处于计划层和车间层操作控制系统 SFC之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式。从而实现企业实时化的ERP/MES/SFC系统。本文所提出的制造信息系统既可自成一体，根据操作员的指令实现整条装配线的柔性化、自动化装配，又可作为MES系统的底层，对MES系统起到重要支撑作用，可根据MES系统提供的操作指令进行生产。

    该套系统如图2所示，主要包括控制层和设备层。其中控制层底层的控制器采用集运动控制功能，逻辑控制功能与工艺控制功能于一体的SIMOTION控制器，对单台机床的伺服电机。液压及气动运动等设备按照生产工艺要求进行控制，以实现每台机床的装配工艺；同时对整台机床的运行状态进行监控，如发现异常情况可通过声光方式进行报警，同时在现场的人机界面上显示报警信息。还通过OPC服务器接口将报警信息传输给上位监控计算机并以硬存储的方式存储在数据服务器上以便日后进行统计和查询。每台SIMOTION控制器之间根据需要可以采用现场总线互连，实现控制器之间的信息交换。在控制层的顶端设有上位机监控站和数据服务器。上位机监控站及数据服务器与现场的SIMOTION控制器通过以太网现场总线相连，采用OPC通讯方式进行数据与信息交换。OPC技术是在工业自动化及企业系统中用于在不同生产厂商所生产的控制产品之间进行开放性互连的一系列标准和协议。该标准为不同生产厂商的产品提供了一个统一的通信平台，具有稳定，可靠的特点，广泛应用于工业现场。

    图2 制造信息系统总体结构图

    上位机监控站负责对整条装配线进行整体监控。采用西门子的WINCC软件制做的人机界面将整条装配线的重要信息以图文的方式显现出来，具有直观，操作简单快捷的特点。对装配线上的异常情况允许操作人员进行相应的干预，以保证整条装配线的安全和顺畅。数据服务器是整条装配线制造信息系统的中心，其中存储有历史报警记录，故障信息记录，产品检测数据，机器运行状态等整条装配线的重要信息。所有这些信息采用数据库的方式分门别类地存储在数据服务器内，并可提供相应接口供上层企业信息系统调用，为企业进行信息统计提供生产现场的详细资料，而统计的结果就可以作为企业进行决策的一个重要依据。这也是信息系统所应起到的一个重安作用。

    4 结 论

    装备制造业是为国民经济各领域和国防建设提供技术装备的基础性、战略性产业。它的发展与创新对于推进我国产业结构优化、增强国际竞争力具有十分重要的战略意义。随着改革开放的不断深人，我们不断的引进，消化吸收国外的先进技术，装备制造业的整体技术水平得到了很大的提高。我们这条托辊自动化柔性装配线正是在吸收国外同类装配线的特点和技术的基础上，结合目前先进制造的一些新的理念和模式而设计建造的，使整条装配线具有了安全，可靠，自动化程度高，可实现柔性生产的特点，同时结合工业现场总线技术和信息管理技术，对整条装配线实现整体监控和管理，同时对现场设备和控制信息进行相应的处理并采用数据库技术进行硬存储，为企业的制造执行系统（MES）提供一个完善的执行平台。该套装配线充分利用了伺服控制技术，OPC通信技术，工业现场总线技术以及企业信息化管理技术，从各个方面实现了设计要求，为同类装配线的设计和建造提供了一个成功的范例。

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