装配单元控制系统设计（精选8篇）
基于Pro/E的装配工装设计与管理系统
应用基于实例推理、参数化设计思想,将三维计算机辅助设计技术和数据库管理技术应用于装配工装的设计中,在Pro/E平台上实现了装配工装设计与管理系统,并介绍了该系统的结构和功能实现方法.
作 者：王磊 段晓峰 吴宗莲 Wang Lei Duan Xiaofeng Wu Zonglian 作者单位：北京理工大学机械制造自动化学院刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(1)分类号：V2关键词：基于实例设计 参数化设计 装配工装
大规模定制(mass customization,MC)生产方式下企业通常按照大批量生产方式生产通用零部件,根据客户定单要求生产定制零部件,从而实现将定制件和通用件装配成不同产品的部件,再由通用部件与定制部件装配成不同产品以满足客户定制产品的需求。因此,装配作业实现了由零件向产品的形态过渡,直接影响着产品生产周期及成本,是企业生产组织的重要内容。如何敏捷高效地组织生产以满足MC生产方式下多品种变批量需求是企业急需解决的难题。
1 装配单元产生背景
针对MC下的生产组织形式,文献[1,2,3]总结和分析了MC模式的基本特征及其快速响应顾客多样化、个性化需求的机理;文献[4,5]提出了面向MC的混流装配线的平衡模型并改进了算法。之后,樊树海等[6]提出面向MC的子生产线、C形线型和花瓣型布局。以上研究考虑了MC生产系统中生产线设计的多方面因素,但是生产系统如何构形以及设备、库存数量、人员等量化研究鲜见。同时,如Bidanda等[7]所述,柔性的生产系统设计不但要考虑技术因素,而且更要考虑人在系统中效能的发挥。但是,国内外文献对MC下生产组织中对人员指派的研究也鲜有报道。
在实践MC生产的企业中,装配作业通常在传送带驱动的流水线上进行,该模式下无法适应MC对装配作业的要求,具体表现为:①由于多品种小批量特点,不能维持流水线的大批量水平运行,生产线平衡复杂,当品种及数量变化后需要对节拍、工作站数、员工数量、工作标准化等多个参数进行频繁的调整与测算;②针对少数几种产品设计的流水线在生产对象发生变化后必须对流水线进行重构,而流水线的重构对企业而言是耗时耗力耗财的巨大工作;③过细的分工和生产节拍的约束致使工作单调、紧张,同时,用工形式单一,在任务变动的情况下,人力资源系统制约生产系统产能的释放。如图1所示,在不同的生产计划周期内,由于客户定制产品的变动,导致了生产系统在不同周期内的重新组织,这为企业采用MC策略设置了难题。
近年来,众多日本企业将其生产转移至海外低成本国家,日本国内的制造企业为了增强竞争力而对传统流水线式装配线进行了革新,包括:①拆除大批量生产下的传送带流水线,形成了Kaku等[8]报道的7种不需要生产平衡的单元装配模式;②以装配单元为基础单位,组建快速响应生产客户需求的生产组织形式;③以多能工及灵活的用工方式应对人力资源需求的波动。Johnson[9]对日本理光采用装配单元模式生产超过400种产品以及70%的产品生产数量小于100单位/月的情况下所取得的优异的绩效进行了研究。Sakazume[10]认为日本的单元装配模式源于丰田精益生产方式、流水线拆分及日本索尼株式会社的单人制生产的融合。Kaku等[11]采用仿真等方法证明了装配单元模式的优越性。如图2所示,拆分后的流水线在多能工的操作下形成了三种单元装配模式,它在生产周期、产能柔性等方面大大优于流水线模式。
因此,本文以日本企业采用面向团队的以多能工为基础的装配单元模式为背景,分析了该模式对于MC生产中装配作业的适用性,在考虑了MC下装配单元构形、人员指派、设备采购、库存策略、滚动计划周期等要素的情况下,提出了以动态单元装配系统进行MC生产组织的观点,建立了面向MC的动态单元装配系统重构的数学模型,并验证了模型的有效性,为实现MC生产组织提供了理论模型。
2 MC环境下动态单元装配系统适用性分析
为了能满足MC生产系统所要求的高柔性及快速响应特性,本文从单元装配系统构成要素方面出发,分析该系统对于MC生产的适应性。
(1)装配系统单元化。
装配单元具有良好的可替换性,当用户需求变化时,可以通过单元间的替换来满足动态的需求变化,使装配系统具有柔性和快速响应能力,从而满足MC的要求。与此同时,装配单元也使现场管理得到简化,管理组织扁平化。所以,装配单元的优点在于提高了系统的可重组性和可扩展性。图3所示为日本企业采用的几种装配单元模式。图3中的装配模式都具有自缓冲、自平衡特性,如图3c所示的“救火队”模式装配单元在日本制衣、电子、电气行业的装配作业中都有应用,“救火队”模式因其运行规则(员工在加工完工件后携带工件走向下游设备,并在该设备上继续加工,以此类推,直到遇到下游员工后将手中加工完毕的工件交予下游员工继续加工,本人则返回上游去接替上游员工加工完的工件,并开始后续工序的加工,如此循环)与救火时消防人员传递水桶的规则相似而得名。Bratch等[12]和Lim等[13]在对“救火队”模式装配单元的研究中取得了众多成果。以外,Nakade等[14]与Wang等[15]分别对图3d、图3e所示的模式进行了研究。随着装配单元所表现出的优越性能,相信会有越来越多的学者加入研究行列。
(2)动态的布局方式。
MC要求制造系统具有柔性和快速响应能力,为此,制造系统在单元化的基础上,将不同单元适当组合,以满足不同产品对制造系统的不同配置要求。装配单元根据设备所需空间和物流成本特点被分割成多个U形、L形、C形等单元,各单元通过装配工序构成整个装配子系统。常见子系统布局方式有花瓣形(图4a)、心形、网形等,图4b所示为日本佳能美里工厂中由多个装配单元组合而成的某产品的装配单元子系统。
(3)面向顾客的团队与多能工。
单元装配系统在产品开发阶段以及生产过程中采用柔性极强的团队组织形式。团队与某项任务或产品或某个生产单元相对应,团队能完成某些零件的加工和装配,甚至是产品改进和开发。顾客参与团队的产品设计,加强了顾客与企业的沟通。而装配单元系统中建立了多技能员工培训体系,并要求正式员工具有一技多能,即多能工,多能工可随着顾客需求的不同在不同团队间灵活流动。
(4)多种用工形式。
为了压缩劳动力成本,大量临时性员工被雇佣以应对外部市场变化。在单元装配系统中同时可能存在正式工、预备工、实习工、派遣工、兼职工等,多种用工形式保证了动态装配系统对人力资源需求的灵活性,同时由于采用了无需生产平衡的装配单元模式,使多样化的人力资源在单元装配系统中迅速得到应用。
(5)减少生产准备。
流水线设计建造一般需要数月之久,而装配单元则在数周内就能完成,大幅缩短了生产准备时间。装配件在进入单元前进行的提前组装和分类有利于缩短装配作业提前期。而使整个流水线陷于瘫痪的零件故障、工人休息和旷工以及残次品等因素,在装配单元模式下只会影响个别单元,因而缩短了生产周期。
(6)较低的库存水平。
装配单元并没有继承流水线的推式生产,而是采用了精益生产的拉动型生产原理,产量完全由客户的定制需求确定,因此能够大幅度降低在制品及成品库存。此外,为了避免由于工人操作过慢或过快引起的传输过程中在制品阻塞或不足的现象,在装配单元中通过调整工人作业范围就可以避免上述情况发生。
3 动态单元装配系统建模
通过以上分析可知,随着外部客户需求的改变和生产周期的推进,装配系统不能快速响应客户的需求,因此单元装配系统需要进行重新构建。本文建立了包括多能工指派(包括员工聘用、解雇、招聘成本)、设备重构(包括设备采购、设备移入/移出)、最小化人力成本、库存策略、交货策略的基于动态装配单元重构的数学模型,目标函数为最小化装配单元系统重构成本。
3.1 模型假设
重构是个复杂的过程,考虑过多的因素会使重构模型的建立难度加大。而合理的模型假设可以抓住主要因素抛开次要的因素,既能很好地简化模型又能得到需要的结果,从而准确反映重构的本质问题。具体假设如下: ①每种产品在机器上的每个加工工序时间已知;②每种客户定制产品的需求在每个生产周期内已知;③每台设备的生产能力已知;④每类多能工的可利用时间已知;⑤根据客户定制的产品品种可以确定所有生产周期中装配单元的数量;⑥装配单元间的物流成本与距离无关,是确定的常量;⑦库存、拖期成本已知,因此,本周期产品需求可以通过前后周期得到满足;⑧每类多能工的工资水平已知。
3.2 符号体系
3.2.1 标记
对系统重构过程中涉及的资源、计划周期和产品加工工序进行标记,具体如下:C为装配单元数;M为机器类型数;P为产品品种数;W为多能工类型数;H为计划周期数;Op为p类产品的工序数;c为装配单元索引,c=1,2,…,C;m为机器类型索引,m=1,2,…,M;p为产品品种索引,p=1,2,…,P;j为p类产品的加工工序索引,j=1,2,…,Op;w为多能工类型索引,w=1,2,…,W;h为计划周期索引,h=1,2,…,H。
3.2.2 输入参数
对重构过程中涉及重构成本计算的相关参数进行标记,包括员工操作时间、产品计划需求量、物流成本、机器使用维护管理成本、单元内机器容量、单元内多能工数量、机器与多能工数量、多能工相关成本等,具体如下:
tjpmw为p类产品的j工序在m类机器上由w类员工操作的时间;Dp h为计划周期h内p类产品的需求量;αm为m类机器的维护与管理成本;βinter为跨单元物料转移成本;δm为m类机器的安装成本;εm为m类机器的拆除成本;CLc为装配单元c的最少机器数;CUc为装配单元c的最大机器数;WLc为装配单元c中多能工最少数量;WUc为装配单元c中多能工最大数量;MNm为可获得的m类机器的数量;WNw为可获得的w类型多能工的数量;WTw h为w类型工人在周期h内可利用的时间;MTm h为m类设备在周期h中可利用的时间;φp h为计划周期h内p类产品的单位持有成本;εp h为周期h内p类产品的拖期成本;wjpmw=1表示w员工可以在m类机器上处理p类产品的j工序,否则为wjpmw=0;ajpm=1表示p类产品的j工序需要在m类机器上加工,否则ajpm=0;Ew为w类型多能工单位小时工资;Sw h为周期h内w类型多能工薪水成本;Hw h为周期h内w类型多能工招聘成本;Fw h为周期h内w类型多能工解雇成本;Bintererp为p类产品跨单元转移批量。
3.2.3 决策变量
生产系统动态重构后需确定的计划周期内的决策变量为:产品族的划分、单元的划分、多能工的指派、产品的生产数量及库存数量、添加和移除设备的数量以及加入或减少多能工的数量,具体如下:
Yjpmch=1表示周期h内p类产品的j工序在单元c中m类机器上加工,否则Yjpmch=0;Xjpmwch=1表示周期h内p类产品的j工序在单元c中由w类多能工在m类机器上加工,否则Xjpmwch=1;Mmch为周期h内分配给单元c的m类型机器数量;Ww c h为周期h内分配给单元c的w类型多能工数量;Pp h为周期h内p类产品的生产数量;Ip h为周期h内p类产品库存数量;Bp h为周期h内p类产品的拖期数量;AMmch为周期h内单元c中加入m类型机器的数量;SMmch为周期h内单元c中移除m类型机器的数量;AWwch为周期h内单元c中加入w类型多能工的数量;SWwch为周期h内单元c中减少w类型多能工的数量。
3.3 数学模型
通过以上假设、输入参数和决策变量的设定,以动态装配单元重构成本最小为目标函数建立了如下数学规划模型:
Dph=Pph+Iph-1-Bph-1-Iph+Bph ∀p,h (4)
Mmch-1+AMmch-SMmch=Mmch ∀m,h,c (7)
Ww ch-1+AWw ch-SWw ch=Ww ch ∀w,h,c (11)
Yjpmch∈{0,1} ∀j,p,m,c,h (15)
Xjpmwch∈{0,1} j,p,m,w,c,h (16)
Mmch,AMmch,SMmch≥0且为整数 ∀m,h,c (17)
Wwch,AWwch,SWwch≥0且为整数 ∀w,h,c (18)
Pph,Bph,Iph≥0且为整数 ∀p,h (19)
目标函数由10个成本项构成,第1项为所有计划期内所有产品库存持有成本;第2项为所有计划期内产品延迟所造成的拖期成本;第3项为跨单元物流成本,即装配单元间由于个别高效率设备或设备数量限制而产生跨单元移动所产生的跨单元物流成本;第4项为多技能的员工由于薪资水平的不同所产生的人力成本;第5项为设备维护与管理成本;第6、第7项分别为设备的安装及移除成本,即装配系统重构后,装配单元进行构形调整致使单元内的设备发生增减所产生的成本;第8项为员工的雇佣成本;第9、第10项为员工的招聘及解雇成本。
式(2)为多能工的能力约束;式(3)为机器能力约束;式(4)表示平衡相邻两个生产周期的产品数量,如果有库存产品,则产生库存持有成本;式(5)、式(6)确保每个产品的每道工序仅有一名多能工在装配,由于多能工的多项技能,所以本模型满足一个多能工在多台设备上进行操作;式(7)保证当前单元内机器数量等于前一周期单元内机器数量加上本期加入的机器数量,再减去移除设备数量;式(8)对可获得机器数进行了约束;式(9)、式(10)为装配单元内设备数量的上下限约束;式(11)为相邻两个周期内多能工人数的平衡约束;式(12)为多能工总数的约束;式(13)、式(14)为单元内多能工人数的上下限约束;式(15)、式(16)限定决策变量为布尔变量;式(17)～式(19)为决策变量的正整数约束。
4 算例
为了验证所提出的模型的有效性,对模型进行数值计算验证。采用通用商业优化软件LINGO9.0进行规划模型计算。软件运行环境为PC,Pentium Dual E2160@1.86GHz,2.00GB内存。
由于目标函数中的决策变量及约束条件数会随着系统规模的增加呈指数级增长,因此本文选取小规模算例以验证模型的有效性。算例如下:3个装配单元,7种类型的设备,4种类型的多能工,4种客户定制的产品,2个计划周期。由于员工为多能工,所以产品装配工序的员工具有可替代性。表1给出了设备信息,如设备采购、拆除、安装等信息。表2为工序—设备矩阵信息,如产品类型1共有5道工序,分别需要在设备1、3、4、6、7上进行操作。表3所示为设备—员工矩阵,表示多能工所能操作的设备类型,如第1类型多能工会操作1、4、7类型的设备,表格右侧为相关人员成本。表4所示为工序在每种类型设备上的处理时间,如生产产品1时,员工W1在1、4、7设备上的操作时间分别为0.04h、0.02h、0.03h。
表5～表8所示为算例的计算结果。由于本文为首次对装配单元动态重构建立规划模型,所以本文的目标函数没有可对比的前期研究结果。但是本文对模型进行了敏感性分析,说明了模型的有效性。
生产计划和目标函数值如表5和表6所示。表5显示,由于产品3在需求周期2内的260件产品在周期1阶段进行了生产,由此产生了持有成本。表6所示为重构成本中各个成本项。装配单元所对应的定制产品和设备以及多能工分配情况如表7所示,计划周期2中的单元3在计划周期1中的单元3的基础上加入设备1和7,同时加入多能工1和3,调离多能工2。
本文从设备重置、多能工重新指派、设备重置与多能工重新指派三个方面对所建模型进行了敏感性分析,目的是验证模型在这三方面的效果,考察与静态单元装配系统的成本节约情况。为了考察成本节约情况,本文采用每次消减一个方面的成本项的方式进行考察,具体方法是:通过对式(1)增加约束项Mm c1=Mm c2以达到一次性满足设备要求,在后期没有设备的重置过程;通过对式(1)增加约束项Ww c1=Ww c2以达到一次性满足人员指派要求,在后期没有人员的招聘与解雇重新指派过程;同时消减设备与人员的项,同时增加约束项Mm c1=Mm c2、Ww c1=Ww c2来观察装配单元动态重构在成本节约方面的效果。从表8中可以看到,动态单元装配系统在设备、人员方面进行重构会产生明显的成本节约效果。
5 结语
装配单元是自精益生产以来日本制造企业对生产方式进行的又一次革新,它是在丰田生产方式、传送带拆分以及索尼株式会社的单人制(屋台式)生产基础上形成的装配单元,具有满足大规模定制生产所提出的批量化与定制化要求的特点。本文通过分析单元装配系统对大规模定制的适用性,建立了包含10项特征的动态单元装配系统数学规划模型以实现系统快速动态地响应客户定制需求,并通过算例证明了其有效性。但是,从本文也可看到,由于该模型是NP难题,所举算例为小规模规划问题,对于大型企业而言,本文所采用的传统算法在求解速度上有待改进,因此,下一步研究应该采用元启发式算法(遗传算法、蚁群算法等)提高本模型的求解效率。
基金项目：广东省教育部产学研资助项目（0712226100099）；广东省高校自然科学基金重点资助项目（05Z020）
作者简介：周志雄（1953-），男，湖南郴州人，湖南大学教授，博士
通讯联系人，Email： zhouzx8@sina.com
摘要：提出了新型的具有铆头倾角可调、铆装压力和工作台位移实时测量、自动精密调整铆装终止位置等功能的精密铆合装配专用机床，理论分析了机床的铆头倾角、进给量和铆装力等参数，试制了机床样机.试验结果表明，该机床最大轴向铆装力达30 T，工作台的定位精度小于2 μm，生产效率可达3 000件/班，铆装出的轮毂轴承单元可靠性理论上可达到30万公里以上，满足了轿车轮毂轴承单元的装配要求.
关键词：机床；轴承；铆接；游隙；自动控制
中图分类号：TH6文献标识码：A
Study of a New Machine Tool for the Riveting and Assembly
of Automotive Hub Bearing Unit
ZHOU Zhixiong1，XIAO Yunya1，2，LI Wei1
（1.College of Mechanical and Vehicle Engineering， Hunan Univ， Changsha， Hunan410082；China；
2.College of Physical and Electromechanical Engineering， Shaoguan Univ， Shaoguan， Guangdong512005，China）
Abstract： A new special machine tool for the precision riveting and assembly of the automotive hub bearing unit was proposed， which could adjust the inclination angle of the rivet tail， realtime measurement of the riveting and assembly force and displacement of the stage， and automatic precision adjustment of stop position of the riveting and assembly. Its parameters， such as the inclination angle of the rivet tail， feed， riveting and assembly force， were theoretically analyzed and the prototype was manufactured. Experiment results show that it has a maximum axial riveting and assembly force of 30 T. The positioning precision of the stage is less than 2 μm and the production efficiency is up to 3 000 pieces per shift. The theoretical reliability of the hub bearing unit produced by the special machine tool is above 300 000 km. It satisfies the assembly requirement of the automotive hub bearing unit.
Key words： machine tool； bearing； riveting； clearance； automatic control
本文提出一种轿车轮毂轴承单元精密铆合装配专用机床的结构设计方案，进行了相关设计理论分析；试制出了样机，测试了其性能，为提升我国轿车轮毂轴承单元的制造水平打下了基础.
1结构设计方案的提出
轮毂轴承单元的铆合装配工艺原理如图1所示，铆头相对于工件轴线倾斜一定角度，工件轴端受到铆头的局部压力，随着铆头连续的周期摆动，工件轴端逐渐弯曲成形，从而实现轮毂轴承单元的铆合装配.
根据上述原理，本文提出的新型精密铆合装配专用机床如图2所示，采用4柱立式结构，主电机直接驱动动力头，再通过铆头倾角调节机构带动铆头作圆轨迹式回转运动，并可依工作需要调整铆头倾角；工件放置在压力传感器上，连同滑台一起装在工作台上，工作台由主油缸驱动可沿立柱导轨作轴向进给运动，当工件轴端接触到旋转的铆头后开始摆辗成形，从而实现轮毂轴承单元的铆合装配.料缸推动压力传感器连同上面的工件沿滑台在水平方向左、右移动，从而实现上、下料动作.
机床上装有步进电机并通过齿轮传动精确控制主油缸活塞杆行程.动力头壳体上装有磁力附加装置，压力传感器安装在工件与工作台之间，结合封闭光栅尺的测量和步进电机对主油缸行程的实时调整控制，可实现对铆接尺寸的实时准确测量与反馈控制，从而实现轮毂轴承单元的精密铆合装配.装配过程中，被铆工件的小内圈端面先与磁力附加装置接触，产生压力信号，并对应一光栅尺读数，当轴承轴端与铆头接触达到设定压力值时对应另一光栅尺读数，依据两次光栅尺读数的差值，并通过机床的控制策略实现机床的实时测量、自动调整、精密铆合装配等功能.
2设计理论分析
2.1铆头倾角的选择
铆头倾角γ是指倾斜的铆头轴线与工件轴线之间的夹角，如图3所示.γ角影响铆装轴向力与径向力的分布.γ角越小，铆装轴向分力越大，金属容易轴向流动，但太大的轴向分力容易使轴端发生径向胀大而导致轴承单元卡死；γ角越大，铆装径向分力越大，金属容易径向流动，但随着γ角的增大，机床的振动会加剧，从而降低机床的精度和使用寿命.综合考虑，铆头倾角取值为γ=1°～10°，且针对厚薄不同的轴端铆装时，要具备连续可调的能力.2.2每转进给量
根据铆头、工件运动几何关系，铆头转一周后工作台的上升量，即每转进给量s为：
s=60vn. （1）
式中：v为工作台的进给速度（mm/s）；n为铆头转速（r /min）.
通过在已有铆钉机床上进行轮毂轴承单元铆装试验发现，式（1）与实际情况相差较大.通过试验数据拟合得出的较为准确的每转进给量为：
s=60ΔHt n. （2）
式中：ΔH为轴端压下的高度（mm）；t为辗压时间（s）.
2.3铆装受力分析
铆装时的受力状态如图3所示.铆装总作用力F为：
F=Acp， （3）
Ac=λπ（R2-r2）. （4）
式中：Ac为接触面积（mm2）；R为轴端外径（mm）；r为轴端内径（mm）；p为平均单位压力（N/mm2），可按经验公式计算[7]：
p=cσ. （5）
式中：c为约束系数（1.0～1.1）；σ为工件的平均单位变形抗力（N/mm2）.
λ为面积接触率，按波兰马尔辛尼克教授提出的公式计算[8]：
λ=0.45s2Rtgγ. （6）
2.4摆辗力矩及电机选型
水平铆装分力Ft为：
Ft=Fsin α. （7）
式中：α为轧制咬入角（°）.摆辗所需的力矩MR为：
MR=FtRx×10-3. （8）
式中：Rx为中性面位置的半径（mm），按Rx=r+0.67（R-r） 估算. 所需的主电机功率P为：
P=MRn975η. （9）
式中：η为传动效率.
本文拟开发的专用机床主要针对DAC2F10轮毂轴承单元，其外观尺寸约为90 mm×100 mm，被铆轴端外径为28 mm，内径为16 mm，其轴向摆辗力为80～130 kN.根据上述参数及理论分析，选择主电机的型号为Y160L8，功率和转速分别为7.5 kW和720 r/min.
2.5轴向铆装力及液压系统工作压力
轴向铆装分力Fn为：
Fn=Fcos α. （10）
液压系统工作压力p′为：
p′=FnA-p″.（11）
式中：A为主油缸工作面积（m2）；p″为沿程压力损失（N/m2）.
3样机试制
试制的新型精密铆合装配专用机床样机如图4所示，其底座、动力头箱体及工作台等基础件均以焊
接件作毛坯，并进行退火处理以消除内应力，从而保证机床的工作精度；上述三大基础件与立柱相配合的4个孔位采用数控镗床来加工，以保证相互位置精度；4根立柱在调质加表面淬火处理的基础上，圆导轨部分镀硬铬并磨削，工作台与导柱相配合的部位采用直线轴承，以便减小摩擦.机床依自下而上的顺序平稳装配，避免导轨面与直线轴承的损坏.
机床配备电控系统、液压系统，并通过自主开发的专用控制软件实现工作台位移与轴向铆装力的实时精密控制及图形显示输出.
4样机性能测试及铆装试验
经过实际测试，机床最大轴向铆装力达30 T；铆头转速约720 r/min，并在0°～10°倾角范围内连续可调；工作台的定位精度小于2 μm，最大工作行程为25 mm，在0～50 mm/s进给速度内连续可调；具备手动/自动铆装功能，生产效率可达3 000件/班，达到了相关设计指标要求.本文在样机上进行了铆装试验，具体过程如下：
1）开机，料缸处于顶出状态，手工装料，时间约3～5 s（可调节），到设定时间后，料缸带动滑台自动收回；
2）料缸到位发出信号确认后，铆头旋转，工作台主油缸上升；
3）铆装过程中，被铆工件小内圈端面先接触到磁力附加装置，随着工作台继续上移，将消除轴承单元组件间的装配间隙，并在压力传感器录得设定的压力值时读取光栅位移S1；
4）工作台继续上移，磁力附加装置分离，压力读数清零，随后工件被铆轴端与铆头接触，产生压力并达到设定值时，读取光栅位移S2，系统依据S1，S2数值计算调位量，并控制步进电机精密调整终止位置；
5）铆装到位后，工作台卸荷，主油缸回退；
6）主油缸回退到位后停止，料缸将滑台顶出卸料，完成一个工作循环，整个工作在10～15 s内完成.
装配的轮毂轴承单元如图5所示，通过模拟试验机在轴向负荷±6.13 kN，径向负荷6 kN，载荷作用半径312 mm，频率5 Hz的给定条件下试验143 h，理论上相当于汽车行驶30万km，也就是说本文铆装的轮毂轴承单元可靠性理论上可达到30 万km以上，性能优异.因此，根据样机性能检测结果及铆装的轮毂轴承单元可靠性试验结果，本文所开发的新型精密铆合装配专用机床完全能够满足轿车轮毂轴承单元的装配要求.
5结论
1）本文提出并设计了轿车轮毂轴承单元精密铆合装配专用机床的结构，研究了相关设计理论，试制了机床样机.该机床具有铆头倾角可调、铆装压力和位移实时测量、自动精密调整铆装终止位置等优点.
2）检测了机床的相关性能，其最大轴向铆装力达30 T，铆头转速约720 r/min，并在0～10°倾角范围内连续可调，工作台的定位精度小于2 μm，在0～50 mm/s进给速度范围内连续可调，生产效率可达3 000件/班，达到了相关设计要求.
3）铆合装配了轮毂轴承单元产品，进行了可靠性检验，其可靠性理论上可达到30万km以上，性能优异，说明本文所开发的新型精密铆合装配专用机床完全能够满足轿车轮毂轴承单元的装配要求，非常值得推广应用.这对于推动我国轿车轮毂轴承单元铆合装配工艺研究、提升产品制造水平具有重大的意义.
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[7]胡亚民，伍太宾，赵军华.摆动辗压工艺及模具设计[M].重庆：重庆大学出版社，2008：45.
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[8]张猛，胡亚民.摆辗技术[M].北京：机械工业出版社，1998：28.
ZHANG Meng， HU Yamin. Rotary forging technology [M]. Beijing： China Machine Press， 1998：28. （In Chinese）
3）铆合装配了轮毂轴承单元产品，进行了可靠性检验，其可靠性理论上可达到30万km以上，性能优异，说明本文所开发的新型精密铆合装配专用机床完全能够满足轿车轮毂轴承单元的装配要求，非常值得推广应用.这对于推动我国轿车轮毂轴承单元铆合装配工艺研究、提升产品制造水平具有重大的意义.
参考文献
[1]NUMATA T.Latest technical trends regarding hub unit bearings[J]. KOYO Engineering Journal English Edition，2005， 168E： 8-13.
[2]宋玉春，肖耘亚.基于CMAC网络的轴承轮毂单元铆合控制算法研究[J].制造技术与机床，2011（5）：155-157.
SONG Yuchun， XIAO Yunya. Study on clinching control algorithm for hub bearing unit based on CMAC[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool， 2011（5）：155-157.（In Chinese）
[3]王家序，赵慧，李金明. 固体润滑滚动轴承动态特性有限元分析[J].湖南大学学报：自然科学版，2013，40（3）：46-51.
WANG Jiaxu， ZHAO Hui， LI Jinming.Dynamics of solid lubrication rolling bearing based on finite element method[J]. Journal of Hunan University：Natural Sciences，2013， 40（3）：46-51.（In Chinese）
[4]SAKAMOTO J S.Trends and new technologies of hub unit bearings [J]. Motion & Control， 2005（17）： 2-9.
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[8]张猛，胡亚民.摆辗技术[M].北京：机械工业出版社，1998：28.
ZHANG Meng， HU Yamin. Rotary forging technology [M]. Beijing： China Machine Press， 1998：28. （In Chinese）
3）铆合装配了轮毂轴承单元产品，进行了可靠性检验，其可靠性理论上可达到30万km以上，性能优异，说明本文所开发的新型精密铆合装配专用机床完全能够满足轿车轮毂轴承单元的装配要求，非常值得推广应用.这对于推动我国轿车轮毂轴承单元铆合装配工艺研究、提升产品制造水平具有重大的意义.
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[8]张猛，胡亚民.摆辗技术[M].北京：机械工业出版社，1998：28.
飞机装配型架模块化设计技术研究
为适应飞机装配型架快速设计的需求,该文在对型架设计知识进行模块划分和层次处理的基础上,构建了型架设计知识模板,实现了型架设计实例和规则的.综合表达,提出了飞机装配型架快速设计的CBR和RBR混合推理模型,并集成以上技术,开发了飞机装配型架设计系统.
作 者：王仲奇 韩洁 康永刚 作者单位：西北工业大学刊 名：航空科学技术英文刊名：AERONAUTICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(6)分类号：V2关键词：模块化设计 飞机装配型架 知识库系统
预制装配式建筑结构体系架构相对来说使用上比较简单单，在运输过程中质量较轻。在施工中得到了广泛的应用。尤其在一些高层建筑上尤其在一些高层建筑上，符合建筑发展的趋势。首先，结构整体应该保证平整和规则体应该保证平整和规则，对于内部支撑体系具有很好的强度和韧性和韧性，从而更好地满足结构良好承载力的要求。同时，不同梁柱的中轴线应该维持在同一个水平上梁柱的中轴线应该维持在同一个水平上。其次，应该对于钢接点和柱间的交接部位进行有效的处理接点和柱间的交接部位进行有效的`处理，使框架的基础能够满足强度和稳定性的要求满足强度和稳定性的要求，保证使用混凝土的强度。最后，应该在内部构件之间选择更加科学合理的焊接方式该在内部构件之间选择更加科学合理的焊接方式，保证构件所处环境和承载力所处环境和承载力，优化施焊方式。
3.2剪力墙结构体系
在设计剪力墙的时候应该做好以下几个方面的工作在设计剪力墙的时候应该做好以下几个方面的工作。首先先，应该注重结合具体的使用环境和条件，优化纵横墙结构的选择选择，充分考虑到各种影响因素，从而满足正常的需求。其次次，应该在布置横墙的时候，合理安置承重墙板。最后，在确定剪力墙间的连接部分的时候定剪力墙间的连接部分的时候，应该注重结合承受点的特点进行构造设计进行构造设计。
4预制装配式建筑结构发展的分析
预制装配式建筑结构作为建筑行业发展的重要内容预制装配式建筑结构作为建筑行业发展的重要内容，在设计的过程中应该注重对于不同施工区域抗震烈度进行考量量，使其可以更好地满足建筑节能的需求，开发更强使用性的预制装配式结构预制装配式结构。在提升预制率的时候，应该注重不断提升工程的建设质量和水平工程的建设质量和水平，保证其专业化发展水平。只有逐步推动其构件的发展推动其构件的发展，使其各方面的特点得到更加有效的发挥，才能够实现提高施工技术水平才能够实现提高施工技术水平，改变传统建设方法的目的。在完善设计理念的过程中在完善设计理念的过程中，应该注重实现预制构件的自动化生产生产。
5结语
综上所述综上所述，当前，预制装配式建筑结构是建筑行业发展的主要趋势主要趋势，也是更好地满足人们需求的一种方法，对于提高建筑工程整体的质量和水平有着重要的作用筑工程整体的质量和水平有着重要的作用。但是，在实际的发展过程中发展过程中，还存在着一些不够完善的地方，需要对其设计进行不断优化和完善行不断优化和完善。在具体的实施过程中，应该注重鼓励不同的建设单位能够积极地运用该体系同的建设单位能够积极地运用该体系，才能够使其不断发展，从而更好地服务于建筑行业从而更好地服务于建筑行业，为保证人们的生活质量，提高人们的生活水平奠定良好的基础们的生活水平奠定良好的基础。
参考文献：
[1]陈秋实.预制装配式建筑结构体系与设计[J].江西建材,,((2):50+53.
[2]刘永霞.预制装配式钢结构建筑设计要点及经济性研究[J].中国新技术新产品,2016(21):167~168.
一、业务范围
装配式混凝土建构筑物设计
全栓接装配式钢结构建构筑物设计
装配式建筑三维数字化设计（BIM）
二、业务生态
我公司可提供变电站、换流站全装配式混凝土建构筑物、全栓接装配式钢结构建构筑物设计以及装配式建筑全过程三维数字化设计（BIM）等全方位一体化服务。
三、详细业务内容
业务一：装配式混凝土建构筑物设计
装配式混凝土建构筑物设计与传统的现浇结构相比，有其独有的特点和设计方法，在基于安全可靠性设计基础上，还要兼顾考虑建筑的使用功能性、各专业融合以及预制构件的运输安装效率等，对设计的专业性和精确性要求更高。
装配式混凝土建构筑物设计的难点在于：装配式混凝土构件的连接节点设计；与装配式主体结构相适应的围护墙板设计；根据工程的特定生产、运输、安装条件对结构进行合理拆分。
针对装配式混凝土建构筑物独有的设计特点，我们通过不断尝试和工程实践形成了一套完整的装配式一体化设计流程，全面覆盖平立面设计、结构主体设计、节点设计和构件拆分设计等全过程设计模块，整合电气、建筑、结构、水暖等不同专业的设计资源，利用全专业融合的协同工作模式，为客户提供优质高效的服务，解决客户的后顾之忧。
业务二：全栓接装配式钢结构建构筑物设计
钢结构具有轻质高强、、工厂加工精度高、现场拼装方便，施工周期短等特点，符合装配式建筑以标准化设计、工厂化生产、装配化施工、等几大典型特征。装配式钢结构建筑除了考虑主体结构的装配外，更需要考虑外围护和内装系统装配方式，否则就难以发挥出装配式钢结构建筑建造质量好、施工精度高的优势。
我公司基于传统的钢结构建筑设计方式，在主体结构装配式设计的基础上着重考虑包括外围护和内装修系统在内的一体化设计工艺，以建筑功能为核心、以结构布置为基础、以工业化围护和内装部品为支撑，整体提升装配式钢结构建构物的使用功能和舒适性。以建筑系统集成化的理念，综合考虑建筑功能、结构体系、围护系统、管线系统、防火、内装等各方面的协同与集成设计。
业务三：装配式建筑三维数字化设计（BIM）
装配式结构构件复杂多样数量众多，各专业配合接口繁杂，设计过程复杂且容易出现不一致性，为改善目前的设计现状，针对装配式结构，我们采用数字化设计，基于三维数字平台软件，创建装配式建筑标准化的构件族库和部品部件库，加强通用化设计，提高了设计效率，有利于构件工厂生产、物流运输、和现场装配；统一各专业规则和接口，实现了全专业的三维协同设计和信息共享；关联并共享模型信息，实现了模型与二维图纸数据库信息自动关联更改，保证模型与数据信息的一致性，便于后期工厂及装配现场的数据共享和共用。
四、典型业绩
卧龙500kV变电站工程
装配式部分：主控通信楼，站用电室、主变及220kV继电器和消防泡沫间小室、500kV第一继电器小室、500kV第二继电器小室、主变防火墙
装配式主控通信楼和继电器小室
巴西欣古-里约±800kV特高压直流输电工程
装配式部分：阀厅、主控楼、继电小室、备品备件库、消防水泵房、阀冷设备间、备用平抗室、警传室
装配式阀厅和主控楼
科研项目
È 换流站阀厅装配式防火墙设计研究—规划设计集团科技项目
È 特高压直流工程换流站与线路基础的装配式模块关键技术研究—国家电网公司科技项目
È 能源装配式建筑一体化建造关键技术研究与应用-中国能源建设集团科技项目
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气压传动机械手是以压缩空气为动力源,气动阀为控制元件,气缸为执行元件,实现各种需要的动作,具有系统结构简单、造价成本低、工作环境要求低、设计和制造周期短等优点,因此受到愈来愈广泛地重视。以P L C为核心的气动机械手控制系统具有较强的抗干扰能力,编程方便,系统的可改造和可扩展性好,特别适用于点位控制模式的机械手。阐述一种用于机械装配的P L C控制的气动机械手,用机械手取代人工装配,用P L C取代继电器控制,实现装配过程自动化。
1 装配自动线的布局及气动机械手的工作任务
图1所示为某零件的装配自动线的整体布局平面图。装配线主要由转盘、传输带1、传输带2和气动机械手等4部分组成。转盘有4个工位,由变频电机驱动槽轮机构带动转盘作间隙转动,每次顺时针旋转9 0°。传送带1和传送带2由步进机构驱动带动工件作步进间隙运动。自动线的零件装配过程如下:在工位1处,安装零件的基础件→转盘顺时针旋转90°将基础件送到工位2→机械手将传送带1上的工件1取出→机械手将工件1送到工位2处并进行装配→机械手将传送带2上的工件2取出→机械手将工件2送到工位2处并进行装配→转盘顺时针旋转90°将已进行初装配的工件送到工位3→在工位3处,安装零件的压盖并压紧完成零件的装配→在工位4处,将零件取走。
由自动装配线的零件装配过程可见,气动机械手的主要任务是将传送带1上已到位的工件1(矩形)取出,送到转盘工件2位置并装配到零件的基础件上;再将传送带2上已到位的工件2(圆柱形)取出,送到转盘工件2位置并装配到零件的基础件上。
2 气动机械手结构设计
根据机械手的工作任务,进行机械手的结构设计。机械手结构如图2所示,由手指、手指升降装置、手指旋转装置(手腕)、机械臂、机械臂旋转装置、立柱机架等组成。运动构件均由气缸驱动,由电磁气阀控制气缸动作。
手指用于夹持工件或释放工件。手指夹持和释放动作,由手指夹持气缸的往复运动实现。
手腕是实现手指的旋转动作的部件,由手指旋转气缸的往复运动实现。在本研究的机械手中,手腕设计是必须的。由图1可见,工件1是矩形截面,手指在传送带1抓取工件1并随机械臂逆时针旋转60°,到转盘工位2时,工件1也随之逆时针旋转60°,而装配要求工件1的边线与x轴线平行。因此,要求在工位2处,手指应顺时针旋转6 0°。抓取圆柱形工件2,手指没有方位问题。当手指再次抓取工件1时,又要求手指逆时针旋转60°,回复到初始方位。
手指升降装置是实现手指和手腕部件的上升和下降,由升降气缸的往复运动实现。传送带和转盘台的工作平面不在同一高度上,升降装置在这2个高度都能停留,即升降装置设计应使手指有3个高度的工作位置:传送带、转盘工位2、最高位置。
机械臂用以支承手指、手腕和升降装置等部件,机械臂旋转气缸的往复运动带动机械臂绕立柱轴线作往复摆动。中空的立柱内,安装有用于带动机械臂旋转运动的回转轴。由图1可见,旋转机械臂的设计应使手指在3个工作位置上停留:传送带工件1、转盘工位2、传送带工件2。
3 机械手气压传动原理
机械手的气动原理图如图3所示,气源的供气压力为0.5~0.7MPa。电磁气阀均选用24VDC供电,可直接与P L C输出端口连接使用。机械臂旋转缸配用气阀选用3位气阀,双电磁铁驱动,因为旋转缸需要3个工作位置。同样,手指升降缸配用气阀选用3位气阀。手指旋转气缸和手指夹持气缸配用气阀选用2位气阀,单电磁铁驱动,因为气缸只需要2个工作位置。系统配置1 3个电感式接近开关S Q,以获取气缸及相关工部件工作位置的信息。机械臂旋转气缸路径上配备3个接近开关S Q 1~SQ3,分别和3个工作位置相对应:传送带1、转盘工位2、传送带2。升降气缸的路径上也配备3个接近开关SQ4~S Q 6,分别和3个工作位置相对应:传送带、转盘工位2、最高位置。接近开关S Q 1 1的信号标志传送带1上工件1是否到位;接近开关S Q 1 2的信号标志转盘上基础件是否到位;接近开关S Q1 3的信号标志传送带2上工件2是否到位。
气动系统的气源开关阀由电磁铁线圈Y A 0控制,Y A 0通电时,机械手的4个动作气路供气,机械手可以根据指令进行操作;Y A 0失电时,机械手的气路处于排气状态,不能动作。YA0的通电由手动按钮SB1控制,作为系统的启动按钮;Y A 0的断电由手动按钮S B 2控制,作为系统的停止按钮。如图3所示,机械手的4个动作缸都处于原始状态,SQ1、SQ4、SQ7、SQ9等接通。YA1通电(Y A 2不得通电),机械臂旋转缸活塞杆伸出,机械臂逆时针转动;Y A 2通电(Y A 1不得通电),机械臂旋转缸活塞杆缩回,机械臂顺时针转动;机械臂旋转过程中,Y A 1或Y A 2断电,机械臂停止在中间位置。Y A 4通电(Y A 3不得通电),升降缸活塞杆伸出下行;Y A 3通电(Y A 4不得通电),升降缸活塞杆缩回上行;升降缸活塞杆上行或下行过程中,Y A 4或Y A 3断电,升降缸活塞杆停止在中间位置。Y A 5通电,手指旋转缸活塞杆伸出,手指顺时针转动;YA5断电,手指旋转缸活塞杆缩回,手指逆时针转动。Y A 6通电,手指夹持缸活塞杆伸出,手指合拢夹持工件;Y A 6断电,手指夹持缸活塞杆缩回,手指松开放下工件。
4 可编程逻辑控制系统设计
4.1 机械手动作顺序
表1列出自动装配线上气动机械手的动作顺序,每一动作的指令信号元件及输出电磁铁通电状态改变情况,用作P L C设计编程的依据。
4.2 PLC的选型及I/O接线图
气动装配机械手的控制系统采用P L C控制。机械手有7个电磁铁,13个接近开关,2个按钮。此外,为了动态显示每一工序的运行状态,每一个工序对应有一盏指示灯显示,工序1~19对应指示灯HL1~HL19,工序21对应指示灯HL20,全部指示灯选用24VDC。整个系统有15点输入,27点输出,全部为开关信号,因此选用PLC型号为三菱FX2N-64MR-001,其有32点I/O,满足系统要求。图4为I/O接线图。
4.3 PLC程序流程图
PLC程序流程图如图5所示。三菱PLC编程采用步进指令,程序流程图方便直观,容易修改。
5 结论及展望
本设计是将PLC技术和气动机械手应用于装配自动线。初步运行实践证明,系统工作的可靠性、灵活性、可扩展性等均有明显提高。气压传动机械手是以压缩空气的动力实现机械手的动作,其主要特点是介质来源极为方便、动作迅速、结构简单、成本低等。以P L C为控制核心的气动机械手在机械制造自动化的应用前景十分广阔。
参考文献
[1]吴卫荣.气动技术[M].北京:中国轻工业出版社,2007:190-195
关键词 CAN/LIN网络 ；车门控制系统 ；主控单元
中图分类号 U46
Abstract The article by adopting CAN and LIN bus technology， optimized design on the door of the main control unit of the control system， simplify the structure of the system and control circuit， reduces the manufacturing cost of the system， improve the working reliability of the vehicle and the operation of the system are comfortable. Verified， comply with the design requirements.
Key words CAN/LIN network ；door control system ；MCU
隨着电子技术的高速发展，车门作为汽车车身中操作最为频繁的部件，汽车的门控控制功能模块在不断地增加，同时简化了系统的结构及控制电路，降低了系统的制造成本，提高整车的工作可靠性及系统的操作舒适性，实现了车门控制系统之间的联系[1]。笔者结合CAN和LIN总线网络技术，对车门控制系统的主控单元进行了优化设计。
1 设计思路
该系统能够实现汽车车窗升降且防夹功能、记忆定位功能、车灯驱动功能、自检功能和界面显示功能。为了控制的简便和优化，笔者选择将BCM和4个车门采用CAN总线进行连接控制，而各个车门和车灯的控制则采用LIN总线进行连接控制，这样有利于提高整个系统的硬件利用率。系统整体设计思路见图1。
由图1可知，该系统主要对汽车的车窗、车灯以及汽车的后视镜进行控制，而要实现以上的部件控制，则系统的主控单元为设计的重点。
2 系统硬件的设计
根据设计的思路以及该系统的功能要求，构建出了车门控制系统的整体结构，如图2。主控ECU包括主控芯片、CAN、LIN和PC通讯接口单元、组合开关检测控制单元、故障指示及警示控制单元、电源管理控制单元以及调试接口模块等组成。
2.1 主控单元系统硬件选用
主控单元系统硬件的选择，不仅影响该系统是否能够正常工作，也影响了系统的控制精度，所以主控单元系统的硬件选用显得尤为重要。
主控芯片：根据系统的功能要求，系统选用了Freescale中的68HC08芯片作为主控芯片。它具有响应速度快、整体性能好和价格便宜等特点。
LIN通讯接口单元：系统选用了专为汽车LIN总线设计的Motord公司生产的MC33689芯片作为LIN通讯接口单元。
组合开关检测控制单元：由于MC33972芯片具有采用4各CPU接口即能控制22路开关量的检测，且只需要一根数据总线就能完成数据的传导和控制作用[2]，所以选用MC33972芯片作为组合开关检测控制单元。
故障指示及警示控制单元：选择专为驱动汽车负载而设计的Freescale公司生产的MC33888芯片作为故障指示及警示控制单元[3]。
系统的CAN通讯接口单元和电源管理控制单元则分别选取TCA82C250和MC33689芯片作为该系统控制单元。
2.2 主控单元系统硬件设计
通过对硬件功能的叙述及选取，构建整个主控单元系统所需的硬件已经选用齐全。图3为主控单元的控制原理[4]。
3 系统软件设计
主控单元控制系统的软件设计采用C语言编程进行设计，通过主控单元对程序的控制执行，即能实现整个车门控制系统的控制。
通过拓扑结构分析后，该主控单元控制系统在优化设计过程中，分别使用了2、4、8个字节对系统的1个主节点和3个子节点进行了标志，具体的系统协议及标志分配见表1。
根据上述的节点分配和定义，构建出了如图4所示的系统软件设计思路流程。
4 系统验证
通过输入上述编写的软件程序进行系统的验证，不同字节输入后，主控单元控制的对应部件执行了相应的指令，见表2。
通过表2输入的命令进行调试后可以看出，汽车的车门控制系统主控单元所对应的相关控制部件执行状况正常，所以基于CAN 和LIN数据总线设计出来的车门控制系统的主控单元优化设计成功。
5 小结
基于CAN和LIN网络的车门控制系统主控单元的成功设计，为后续汽车在简化系统的结构及控制电路、降低系统的制造成本、提高整车的工作可靠性和系统的操作舒适性以及系统集成模块化控制提供了一条可行之路。
参考文献
[1] 马春红，王旭东，吕宝良. 基于CAN/LIN总线的汽车车灯控制系统的设计[J]. 哈尔滨理工大学学报，2006，11（1）：116-119.
[2] MC33972 Data Sheet， Freescale Semiconductor[EB/OL]. [2016-09-14]. http：//cn.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/181922/FREESCALE/MC33972.html.
[3] MC33888 Data Sheet， Freescale Semiconductor，2006.2[EB/OL]. [2016-09-14]. http：//www.alldatasheetcn.com/datasheet-pdf/pdf/90679/MOTOROLA/MC33888.html.
[4] 国辛纯. 基于CAN/LIN网络的车门控制系统主控单元的设计[D]. 天津：天津大学，2007.
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