摘要：文章从当前电表生产线存在的问题入手，提出了减少浪费、由设备替代人的措施，从而制定了自动输送、自动装配、自动检测、自动包装、自动化信息管理的新技术、新装置、新方法，为智能电表自动化线创新提供了整体解决思路。
关键词：自动输送、自动装配、自动检测、自动包装、自动化信息管理
在智能电表自动化线研制过程中，我们先梳理智能电能表的生产工序，然后结合当前应用的比较成熟的自动化技术，设计了线体自动化方案，并根据改进后的自动化方案，对原有的生产工序进行排序，形成新的自动化生产工艺，并根据初步设计完成了线体布局及产能计算，形成如下改造思路。
1、研制思路
要改善当前劳动密集型的生产模式，着手点有两个，一是消除整个流程中存在的搬运等流转浪费；二是设备能够代替人工操作并稳定运行的，全部实现无人化，降低运行成本。结合当前成熟的自动化技术，我们将需要改造的工序做一下分类，我们主要对输送、装配和包装等几个方面进行改进，下图中列出：
图1，各工序改造的思路
根据当前国内的自动化水平，我们选择改造的工位第一要考虑的是设备的稳定性，对于大批量生产，稳定性是影响生产效率的关键因素。因此对当前国内的自动化厂家、不同行业的自动化生产线进行了调研后，根据电能表生产的实际情况，引进了相对成熟且应用多年的自动化技术，设计的原则是非常复杂的工序不使用自动化设备，仍然采用人工操作，而能够使用成熟的自动化设备取代的工序全部使用自动化设备，实现无人化。
从上图中可以看出，自动化输送中倍速链、同步带两种形式都可以选择，这些在其他电表厂家或其他行业中应用广泛且运行稳定。自动化装配中的手持电动设备已经非常成熟，我们只需要将其和伺服电机、丝杠等移载结合起来，也能集成出稳定的自动化设备。自动化检测中，功能检测与参数设定等，行业内部已经应用多年，只需要稍加改动就可以实现完全自动化。而视觉检测则是当前大热的检测项目，由于电能表的液晶字符大，对比度高，字符清晰可见，500万像素的工业相机已经远远满足检测的需求。而自动化包装中，选用的也是市场上较成熟的自动化设备。对于信息管理和存储，当前数据库的发展已经非常成熟，而且储存的数据量也非常巨大。
综上所述，对以上工序进行改进，是可以实现既定的少人化、自动化，同时消除运输浪费等设计目标的，下面对上述的几个部分提出整体的设计思路。
2、自动化输送
线体采用倍速链输送形式，倍速链以链条作为牵引和承载体输送物料，链条可以采用普通的套筒滚子输送链，可承载较大的载荷。它输送速度准确稳定，能保证精确的同步输送。并且可在各种恶劣的环境（高温、粉尘）下工作，性能可靠。倍速链可采用铝型材制作，安装方便。同时它的结构美观，实用时噪音低。
采用倍速链的输送形式后，电能表可以装载在流水板上，由电机带动链条，链条带动流水板，再由由控制系统软件控制，实现电能表在各个工位间的流转。将整线串联为闭环，产品可以在装配测试完成后下线，而流水板在线体上循环流转。
3、自动化定位
为了保证自动化加工测试的精度，不仅要对流水板上的电表进行定位，而且还要对流水般流转到各个工位时进行精定位，一般情况下，如锁螺丝、焊锡工位，对定位的精度都要求在±0.05mm范围内，才能保证批量生产加工的一致性，精确的定位将大大提高自动化加工的可靠性。因此，不仅要对流水板上的电表进行定位，同时流水板上也要有定位装置。
图2、流水板的定位
上图为流水板上放满电表以后的效果图，每个流水板上放置六只电能表，每个表位的左侧及下侧都安装有类似于弹簧的定位装置，电能表放置在表位上时，弹簧卡紧，从而实现电能表在流水板上的定位。
流水板的左上方和右下方有两个形状上稍有差异的定位孔，当流水板流转到加工单元时，加工单元下方的定位销插入流水板上定位孔，从而实现流水板的高精度定位，该定位孔的定位精度为±0.02mm。
4、自动化装配
自动化装配是对原有的手动锁螺丝、焊接、安装铅封三个工序进行改进，使用三轴伺服电机系统通过丝杠带动电动螺丝刀、烙铁等到达指定位置后完成加工动作。伺服电机对速度的控制、位置精度控制都非常准确。
锁螺丝及自动化安装铅封工序需要螺丝、铅封等原材料，原材料的供应采用振动盘的形式供应，每个设备配置两个振动盘，一个圆形振动盘与一个直线型振动盘，圆形振动盘中储备一定数量的原材料，振动盘开启后可以将原材料输送到直线型振动盘中，在直线型振动盘中依次排序后，送往螺丝刀头处、烙铁头处。
自动化焊接、自动化锁螺丝、自动化安装铅封工序，此类工序因为加工动作比较复杂，因此都具备独立的运动控制模块，由PLC实现远程控制。
5、自动化检测
自动化检测主要包含电表功能检测、视觉检测、参数设置等需要产品与设备完成信息交互的工序。本节主要介绍视觉检测和功能测试。
视觉检测方法是通过CCD工业相机实时采集图像，与软件内存储的模板图片进行比对，检测图像是否正常，检测完成后返回检测结果即可。当前的CCD技术，检测过程可以完全由远程计算机控制，可同时完成多只电表的检测。当前，图像处理软件功能强大，配置简单，可根据现场情况实时进行编程，同时可根据需要保存多套检测方案，软件还有自动保存不合格电表图像的功能。图像处理软件，结合TCP通信技术，可以灵活的进行应用。
功能检测的内容主要包括电表通信功能、计量功能以及对电表进行出厂参数设定等。功能检测虽然项目不同，但是有三个共同点：需要加电；产品需要和计算机完成信息交互；测试全部由计算机软件控制并完成。
线体上所有加电全部可以全部实现自动化。流水板到位后，加电装置通过气缸推动完成对接，系统检测到对接装置到位后，测试软件控制电压电流源输出，完成加电。如出现对接不到位等异常情况，系统报警，且不接通电源。
6、自动化包装
自动化包装的改造主要主要包括自动分拣、自动打印粘贴合格证、自动套包装塑料袋。
电表完成各项功能测试以后进入包装线，机械手可根据系统中存储的测试结果进行分拣，合格品进入包装线，不良品进入不良品储存区，空的流水板流入线体起点重复使用。
自动化打印合格证、粘贴合格证。此道工序主要完成电表合格证的粘贴。合格证的内容包含检验员姓名、生产日期两项内容。由于需要打印内容较少，打印方式可采用色带打印方式，较普通打印机成本更低。合格证打印完成后，通过简单的机械机构就可以将标签粘贴在电表侧面，同时可以通过控制电表流入设备的方向，调整合格证粘贴的位置。
自动套包装塑料袋主要为产品套上“U”形包装塑料袋，可以通过给电表套在双层膜中，然后两边进行热切割形成U形的包装塑料袋。
图3、电能表包装及打包
7、自动化信息采集
线体的控制采用PLC的方式进行控制。
线体的信息系统主要包含信息的采集、存储，要有可视化的界面，在此界面，可以随时查询各个工序的实时加工情况，包括流水板的位置、各个工序当前的测试情况等。
各个电表的信息存储实现。可以在上线时粘贴有一对一的条码，此条码作为电表的身份信息被储存在系统的数据库中，产品在线时，条码信息将和流水板上的RFID绑定在一起，后续各个工序的测试结果根据条码号对应储存起来。
8、自动化布局
根据以上工序的改进思路，我们可以对智能单相表的生产流程重新进行了排序，整个生产流程为一个闭环。
改进后的工艺流程如下图：
图4、改进后的智能单相表生产工艺流程
创新之后，自动化线效果图如下：
图5、自动化线效果图
线体的摆放主要由车间的面积决定，同时要避开车间的柱子，前后段还要留出放置原材料、成品的空间。同时为了保证线体的美观，工人操作时站立的位置尽可能设置在线体的一侧。同时，考虑电路走线问题，中间留出空间安装配电箱。所有加电的工序都放置在南北方向的纵轴上，这样，接线的难度大大减小。
为了最大限度的利用空间，线体内部呈现出折线型。这样也有了足够的缓存空间，即使某个工位发生异常，前一道工序完成后仍可以继续测试，测试完成的流水板储存在缓存区即可。后包装线没有设计到闭环中。因为包装时，电表为单表流，不能在流水板上进行操作。同时，包装材料灰尘较多，需要与生产线之间设置隔离墙，因此包装线设置在线体尾部。
结束语：
经过自动化线的改造与创新，我们设计的自动化生产线，具有国内领先水平，智能单相电能表8小时产能为4800只，生产效率由原来的最高68只/天/人提升至200只/天/人，提升2.94倍。线体占地面积减少2/3，操作人员减少42%。
论文作者:孔宏伟,易鑫,张涛,冯二浩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/13
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