新型自动化新能源屏柜生产线设计

姚志国，贾艳玲，宋全刚，于丽阳

(许继集团有限公司，河南 许昌 461000)



新型自动化新能源屏柜生产线设计

姚志国，贾艳玲，宋全刚，于丽阳

(许继集团有限公司，河南 许昌 461000)

摘要：随着新能源产业的大力发展，新能源屏柜作为核心设备，在产业发展中起到关键作用。屏柜的质量控制是整个产业中关键控制环节之一，其直接决定屏柜乃至整个新能源电网能否长期、安全和可靠地运行。针对传统新能源屏柜生产模式所存在的弊端，提出了一种新型自动化屏柜生产线设计方案。该新型生产线采用自动化、智能化和信息化技术，在实际生产过程中能大幅提高产品质量，提升工作效率，降低劳动强度。

关键词：新能源产业；屏柜生产模式；传统生产模式；自动化生产模式

随着国家智能电网建设的深入推进，以及国家经济发展对电力需求的不断增加，新能源产业得到快速发展。特别是随着社会雾霾问题的日益突出，新能源产业更以其独具的特点，将在我国未来电网发展中发挥重大作用[1]。

新能源屏柜作为新能源输电过程中实现电能整流或逆变转换的核心设备，在新能源产业发展中起到至关重要的作用。在整个产业中，屏柜产品的制造质量是关键控制环节之一，其直接决定屏柜产品乃至整个新能源电网能否长期、安全、可靠地运行。

随着制造业的飞速发展，许多新观念、新技术、新工艺也迅速融入到制造产业当中，特别是自动化生产技术得到了越来越广泛的应用。基于当前制造业的发展趋势以及技术成熟性，本文详细介绍一种新型自动化新能源屏柜生产线设备的设计。

1新能源屏柜生产模式

1.1传统生产模式

目前，传统新能源屏柜产品生产主要采用孤岛作业模式(见图1)，即屏柜放置在地面，操作人员及生产所需物料围绕在周围。操作人员根据装配位置的不同，在屏柜四周移动来全程操作整个产品的装配。

图1　传统孤岛作业模式

传统孤岛作业模式基本依靠人力进行，既没有可靠的辅助设备，又缺少完善的质量控制管理系统，人为因素在产品生产过程中所占比重很大，导致产品质量及一致性很难保证。

采用传统生产模式生产效率低，劳动强度大，自动化水平低，严重影响了企业生产能力及市场竞争力。

1.2自动化生产模式

随着科学技术的快速发展，自动化生产技术在工业生产中得到了越来越广泛的应用。在机械制造、电子等行业已经设计和制造出大量类型各异的自动化生产线。这些自动化生产线的使用，在提高劳动效率、提升产品质量、改善劳动条件、降低能源消耗和节约材料等方面均取得了显著的成效[2]。

生产制造业倡导自动化、智能化和信息化的制造管理理念，从产品框架构思到目的性设计，直至最终产品定型以及批量化生产，其制造管理理念贯彻始终。

同样，在新能源产品生产制造领域，其产品生产线的设计也应遵循自动化、智能化和信息化原则，同时还应具备多功能柔性化生产理念。在企业产品多元化发展的同时，既能满足主导产品生产需求，又能兼顾其他产品生产，解决了产品种类多、需求大和生产区域受限等各种制约因素。

2新型自动化屏柜生产线

2.1生产线特点

自动化生产线的性能及操作模式已经远远超过传统模式。其主要的特点是自动化生产线具有统一的自动化控制系统，较高的自动化程度，还具有严格的生产节拍，应以一定的生产节拍经过各工位来完成加工生产[3]。

针对屏柜传统生产模式所存在诸多弊端，以及结合当前生产制造业的发展趋势，新型自动化屏柜生产线对整个传统生产模式进行了全面提升。其主要体现在产品转运功能、产品在线位置控制、线体设备运行控制以及产品质量控制等方面的设计(见图2和图3)。

图2　自动化屏柜生产线整体效果图

图3　自动化屏柜生产线实景图

2.2生产线设计

2.2.1整体布局设计

在产品自动化生产线设计时，不仅考虑产品生产这一环节，还应充分考虑生产流程简便、区域物流配送快捷等整个生产过程中的各因素。

针对此生产线，在设计过程中运用精益化生产理念及方法，将生产线设备设计成“非”字布局(见图4)。同时对产品工艺流程经过“同期化”拆分，合理分配至各工位，充分考虑人、机、物、料、环等各个因素。各工位操作人员仅需完成整个装配流程中的某一个环节即可，使繁琐的流程简单化，并能有效控制各工位生产质量。

图4　整体布局示意图

2.2.2自动化设计

由于产品不同，各种类型的自动化生产线大小不一，结构有别，功能各异；但不论何种类型的自动化生产线都应具备控制、运转、检测和驱动等4项基本功能。

该自动化屏柜生产线在设计过程中采用PLC控制，以满足线体复杂的运转流程控制；线体屏柜产品各操作工位间转运采用滑触线供电的穿梭车，满足产品在各工位之间的进出及转运；同时在各工位及输送轨道设置位置、位移及角位传感器以此来控制产品在生产过程中所需的各种状态；另外，在各操作工位，采用电动机驱动滚筒的驱动模式，以满足产品在操作工位上的运转需求(见图5)。

图5　穿梭车及操作工位示意图

2.2.3机械手及升降平台设计

在新能源屏柜产品生产过程中，通常存在较大、较重元件的安装，考虑到劳动强度及人员操作方便性，在特定操作工位根据生产所需设置机械手；同时，考虑操作高度方面的需求，配备移动式电动升降平台，此移动平台可根据不同产品生产需求移动到需求工位进行辅助操作。

机械手及移动式升降平台的配备(见图6和图7)提高了生产线自动化程度，减少了人员数量，减轻了劳动强度。

图6　机械手设备示意图

图7　电动升降平台示意图

2.2.4柔性化设计

在自动化生产线设计时，应同时考虑设备柔性化设计(兼容性)。柔性化生产线有着极高的生产效率，既能满足主导产品生产，又能兼顾其他产品生产，解决了产品种类多、需求大以及生产区域受限等各种制约因素。

根据柔性化需求并结合新能源产品种类，将操作工位设计成伸缩式结构(见图8)。在生产过程中，可按照产品的不同自动调整操作工位，以满足生产所需。

图8　伸缩式工位示意图

2.2.5生产信息化管理体系设计

针对整个新能源屏柜产品生产工艺流程，建立相应的生产信息化系统，如质量管理体系(QMS)、工艺管理体系(PMS)以及企业制造执行系统(MES)。

从到货检验至包装发货，整个生产流程设立多个数据采集点，借助上述系统实现全面生产过程数据采集、分析和处理，对整个生产过程进行全方位质量管控，达到全面提升产品一致性、全面提高产品质量的目的。

3结语

综上所述，该自动化屏柜生产线弃用传统作业模式，依据自动化、智能化和信息化设计理念，并结合产品装配特点进行设计。该新型生产线的使用，不仅大幅提升了安装效率，降低了劳动强度，而且极大提高了产品安装质量，为新能源电网长期、安全和可靠运行提供了有利保障。

参考文献

[1] 刘振亚.全球能源互联网[M].北京:中国电力出版社,2015.

[2] 张永军.完整的自动生产线[M]. 北京:机械工业出版社,1995.

[3] 陈永方,陈明. 浅谈自动化生产线的发展[J]. 广西轻工业,2011,1(1):57-61.

责任编辑马彤

New Type of Automatic Production Line Design of New Energy Cabinet

YAO Zhiguo, JIA Yanling, SONG Quangang, YU Liyang

(Xuji Group Corporation, Xuchang 461000, China)

Abstract：With the developing of new energy industry, new energy cabinet is the core equipment of industry, and it plays a key role in development process of new energy. The production quality of the cabinet is the key link in the whole industry, and directly decide if the cabinet and new energy grid can be in long-term, safe and reliable operation. With the disadvantage of the traditional production model of inverter cabinet, put forward a new design of cabinet production line. The new production line using the intelligent and information technology can improve the product quality, improve work efficiency, and reduce the labor intensity in production.

Key words:new energy industry, cabinet production model, traditional production model, automatic production model

中图分类号：TB 21

文献标志码:A

收稿日期：2015-11-24

作者简介：姚志国(1980-)，男，硕士，主要从事电力设备结构设计等方面的研究。