摘要：目前国内大型腔体钢构涂装主要依靠常规人力进行，对人员的职业健康存在较大危害，且喷涂施工质量、效率等难以保证，同时《中国制造2025》提出在2025年迈入制造强国行列。本文提出了通过采用先进智能设备系统集成，实现大型钢壳智能喷涂。
关键词：智能喷砂、智能喷涂、智能控制系统、智能喷涂成效。
1．引言
目前大型钢壳喷涂主要还是基于人工进行作业，喷涂作业量大，工况恶劣，对人员的职业健康造成了极大危害，同时作业效率和质量难以保障，且伴随着“用工荒”、人工成本逐步上升等现象，大型钢构喷涂作业转型升级迫在眉睫。本文基于现阶段钢构喷涂厂房的配套设施、设备，集成先进的智能涂装装备，实现钢壳的智能的喷涂，以提高生产作业效率，改善人员职业健康环境，响应国家智能制造发展要求，推动智能制造水平。
2.智能喷砂系统
针对钢壳涂装，在基于目前厂房及配套设备、设施，增设先进的机器人、往复式自动化装备等协同控制集成系统，实现钢壳除锈、喷涂两道工序的智能涂装（表1）。本智能涂装方案具有先进高效、稳定可靠、切实有效，可迅速顺利落地实施等特点，易实现生产过程的智能化、自动化，提高生产效率和产品质量，促进涂装向智能化、数字化升级转型。
表1 钢壳智能涂装方式
钢壳喷砂除锈作业区域分外表面与内表面。钢壳外表面喷砂除锈采用天车式喷砂机器人与小车式喷砂机器人组合完成。钢壳内表面喷砂除锈采用架设内部贯穿桁梁的方式，使用往复式自动化喷砂设备进行全覆盖喷砂作业。
2.1外表面智能喷砂除锈系统（顶/侧/底面）
钢壳外表面顶面、侧面及底面的喷砂除锈，由2台的天车式机器人配合一台小车式移动机器人完成。配备伸缩臂的天车式喷砂机器人，可按照预先编制好的程序轨迹沿厂房纵向方向及横向方向移动，伸缩臂可沿垂直方向根据喷砂机器人作业区域间断动作，可完成钢壳侧面及底面的支墩外沿区域的喷砂除锈。
图1喷砂机器人布置图
如图1，小车式喷砂机器人负责对钢壳的底部进行喷砂除锈，可离线编程规划运行路径，避开支墩，进行自主喷砂作业。小车式喷砂机器人的喷枪可按需要与工件的距离及角度均可调整，可固定达到最优喷砂质量的位置。
（1）设备控制系统 喷砂机器人的控制系统采用可靠的现场总线技术以及一个以PLC为基础的控制系统。机器人控制系统内的所有组件均根据苛刻的喷砂房环境而设计。
（2）机器人自动操作及编程 在操作过程中，工件将被置于喷砂室中，操作员通过放置在喷砂室外的控制面板选择开始自动操作。
2.2内表面往复式自动化喷砂除锈系统
用于钢壳内表面往复式自动化喷砂除锈装备由分离式导向贯穿桁梁、挂壁式举升横移机构、往复式自动化喷砂设备组成，如图2。
（a）分离式导向贯穿桁梁 （d）内表面喷砂除锈作业范围示意图
图2钢壳内表面喷砂除锈
3.智能喷涂系统
钢壳喷涂作业区域分外表面与内表面。钢壳外表面喷涂采用天车式喷涂机器人与往复式自动化喷涂装备完成；钢壳内表面喷涂采用架设内部贯穿桁梁的方式，使用往复式自动化喷涂设备进行全覆盖喷涂作业。
3.1外底面往复式自动化喷涂系统
外底面智能喷涂系统由运载车、油漆供给配系统、往复式自动化喷涂装备等组成，负责钢壳底面的喷涂作业。底面运载小车搭载往复式自动化喷涂设备采用防爆伺服电机沿地面轨道高精度运动，往复式自动化喷涂设备可按照离线编程规划的路径在运载小车上的轨道运行，进行自主喷涂作业。
3.2内表面往复式自动化喷涂系统
用于钢壳内表面往复式自动化喷涂装备由分离式导向贯穿桁梁、挂壁式举升横移机构、往复式自动化喷涂设备组成。内部贯穿桁梁在钢壳未进入涂装厂房时，挂壁式举升横移机构分别移动至内部贯穿桁梁两端，通过位于内部贯穿桁梁两端举升横移机构实现内部贯穿桁梁上下升降。实现往复式自动化喷涂设备横向移动，由此实现钢壳内表面的全覆盖喷涂作业。
4.智能控制系统
钢壳智能涂装装备的专用集成智能控制系统包括电气控制系统、智能软件系统、执行单元系统。
4.1电气控制系统
根据涂装设备间隙式生产特点，控制系统均采用就近式设置原则。由配电柜、操作台、信号柜、电气管线等组成。力求经济适用、结构合理、安全可靠。
4.2智能软件系统
提供标准、简单的人机界面，用户权限登录等级设置，监控区域内机器人运行状态，监控车间生产全过程，反馈每台机器人喷涂吐出量、雾化扇幅等参数，系统报警管理。通过网络数据库管理系统保存和管理机器人数据，监控整个工厂每台机器人的函数（运行状态、位置等参数），报警历史、生产数量、生产状态等监控。
5.智能涂装成效
针对钢壳，采用机器人、自动化装备多系统集成的涂装方式，具有以下几点有益成效：（1）前处理除锈工序采用机器人喷砂除锈设备，高效持续作业，可保证钢壳二次表面处理质量，有效避免人工喷砂的劳动强度大、作业效率低、施工环境差、反复修补等缺点；（2）钢壳喷涂工序采用多机器人系统集成喷涂，搭配物料输送、物料补给，可全局监测作业、设备运行状况，实现精密化生产、保障涂装作业稳定性，并实时反馈；（3）智能涂装方式作业环境良好，降低长期接触油漆和溶剂对工人身体伤害。
项目实施对突破钢壳传统粗放式涂装思维，推动钢结构涂装业精细化生产，加快涂装工程智能信息化工厂改造等具有重要意义，经济、社会效益十分显著，将对同类工程的设计与施工提供有益的指导和借鉴作用。
参考文献：
【1】刘新，时虎.钢结构防腐蚀和防火涂装【M】.北京：化学工业出版社，2005.
【2】 《机械设备防护罩安全要求》GB8196-87》.
【3】 《工业机械电器设备通用技术条件》GB/T52611-96.
【4】 《工业机械电器第一部分：通用技术》GB/T526.1-1996.
【5】 《涂装供漆系统技术条件》JB/T10536-2013.
作者简介：胡 杰（1986-），男，助理工程师，主要从事生产管理；
梁颖敏（1982-），女，助理工程师，主要从事商务工作；
张 奇（1982-），男，工程师，主要从事生产管理；
谢义东（1983-），男，工程师，主要从事技术管理；
何志敏（1978-），男，高级工程师，主要从事工艺技术研究。
论文作者:胡杰,梁颖敏,张奇,谢义东,何志敏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/13
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