智能制造在枪弹制造行业内的应用

智能制造在枪弹制造行业内的应用

左雪飞

身份证号码：53032219900712193X

摘要：本文以某公司所采用的智能化制造技术为实例，对智能制造在枪弹行业中的运用进行了简要的阐述。在剖析枪弹智能化制造发展状况的基础上，将其整体智能制造体系划分为枪弹部件制造、底火生产以及枪弹组装三大类，并以该企业的3种相应的模块生产流程为实例，对其在生产中的运用进行了实证研究。通过引进智能制造，实现了管理、设计、数据与设备的互联，实现了对生产工艺及产品质量的不断监测和数据的实时共享。

关键词：智能制造；枪弹制造；物联网

1智能制造的发展概况

“工业4.0”，是德国政府在2013年推出的一项高技术项目，旨在实现数字化、数字化和智能化，被称为第四次工业革命。工业4.0的目的在于将已有的相关技术、销售模式和产品经验进行有机的结合，通过智慧的厂房，为企业的业务过程和价值过程的集成，给企业的生产和销售带来更多的增值。针对产业4.0这一关系到制造业的发展趋势，国家在2015年就已经出台了“中国制造2025”，以促进国内制造业转型升级。本项目站在我国的战略层面，提出建立完备的制造业系统，对传统制造业进行提升，对现代化制造业进行革新，以此来填补上一轮工业革命的短板。智能设备是智能制造的基石，它把目前的精细设备提升到了智能设备，实现了单个设备的智能化，再到流水线的智能化，最终实现智能化车间。搭建设备整机、零部件、机械手、物联网、大数据、传感器等工业智能化。加拿大麦格纳公司的弹匣线，现已具备了一条智能化设备流水线的基本框架。以它的枪弹弹壳为实例，根据生产过程，将弹壳引伸装置、退火装置、清洗装置、检验装置等设备依次进行了组合，构成了一条弹壳流水线。

德国的“工业4.0”要求，新型的智能化生产车间可以与企业的生产过程进行纵向的网络和企业的经营过程，并通过网络与外界的供应链相融合，实现了从订货到发货的全过程的互联和实时监控。目前，在国际上已经出现了将CAD/CAM、PDM与ERP相结合的实践。2智能制造系统的应用

本文通过对我国轻型兵器装备数字综合示范项目及企业自行研制的弹药装备研制过程的实例，阐述了我国枪弹设备智能化的现状及发展趋势。本文提出了一种基于3层结构的枪械弹药智能化生产体系结构，该体系主要由以下三个部分组成：1）前端(front-end)：接受使用者的数据录入与数据展示。2)中间件（Middleware）通过企业的服务器来运行生产执行系统，也可以通过诸如ERP、PDM之类的软件来实现对生产的控制。3)后端（back-end）包括用于监测该软件的工作以及该设备装置网络化的管理软件。

2.1枪弹部件智能制造

不管是从枪弹的制造过程，或是从战场管理的具体情况来看，用户所要求的智能化制造系统，都应当是通过对加工任务进行信息的管理，通过企业的内部网，将枪弹的制造过程、生产细节等各个方面的因素进行连接。枪弹零件的制作，包含枪弹壳及枪弹头的制作。这两种产品在生产过程中采用了两种不同的加工方法，采用了两种不同的机械和装备，但是在程序上却是相同的，因此将其整合成了一个智能化生产模块。在软件上，通过企业的中心数据库，对所传送的设计数据进行了有秩序的管理，然后通过系统对枪弹研制、研发、制造等工作进行了启动和管理，并给出了枪弹模块开发需要的相关信息。利用Pro-E进行参数化的方法，实现了三维零件库和模块库的构建，并利用数据库中的模板或零部件进行装配，大大提高了产品的开发速度。通过对所设计的模块进行仿真，给出了相应的工艺方案。在改变设计方案时，可以通过调整设计参数，迅速地实现重新设计，并通过管理体系将产品的重新设计信息传达给各车间，使其能够即时中止和改变生产。计算机协助工艺计划（CAPP）根据零部件的信息对工作进行划分，使各个部分的负责人对自己的工作范围和工作要求有一个明确的认识，并为其设置一个统一的标准，以便对其进行处理和测量。此外，CAPP工作文件管理会根据模块设计版本、工艺版本等资料来进行管理，防止因为设计变化和模块拷贝而导致的过程的反复。该系统根据机型、加工精度和维护计划等特点对工厂中的各个部分设备进行了分类，方便了生产资源的安排和管理。同时，还根据生产优先度和工艺顺序等相关的信息，对生产资源进行了智能化的规划，给出了一个比较合理的生产计划。在硬件上，该系统利用仓库的管理，根据工作需要，将原材料准备好，并将其运送到需要的车间，根据流程安排，在各个车间中进行枪弹零件的生产和加工。该公司通过提高数控机床的自动控制程度，实现了对设备工作状态的实时监控，从而有效地防止了设备的突发故障和大批不良品的出现。比如在弹壳生产过程中，弹壳通过一台单独的组装设备就能实现弹壳的持续引伸挤压，从而大大降低了工位的数量。利用压力传感器对下火孔冲孔过程中的压力进行监控，从而实现对断线状态的自动判定。

2.2枪弹底火智能生产

底火击发药由湿法混合工艺制成，在原有的人工作业程序基础上，对底火发药机进行了改造，使底火发药机的生产效率得到了极大的提升，在高危区域大幅度降低作业人数，提高企业的本质安全水平。企业的管理者负责对底火的智能化进行管理，并利用DCS的数据收集、安全风险监测等方法，对底火的生产工艺进行了实时监测，由此构建了一个完整的底火智能化生产车间。它的线上生产加工资料可与其它模组共用。

2.3枪弹的智能化组装

智能枪弹组装模块由智能底火组装、智能成弹组装、成弹智能封装三部分组成。在智能化底火组装方面，采用底火智能化生产线，实现枪弹底火组装、底火喷涂、弹壳口部涂抹胶等自动化作业，利用光学器件对弹壳的底火组装深度及弹壳外形进行实时监测，实现对弹壳的在线检验与分类。

成弹智能化流水线与下火流水线由后勤管理与仓储管理系统相连，根据生产进度表，实现了对发射药的自动称重及装料，以及对不合格产品的自动分类，完成弹头、弹药和发射药的组装。枪弹成型后，通过多个位置的检验转盘，对弹长、高度、重量及外形进行检验，实现了自动取弹品质的自动化。成弹拣选完成后，仓库管理系统会对成弹进行出入库管理，按照排产安排，经过高速纸盒包装机，可快速完成成弹的包装。该设备具有自动上料、分料的能力，可利用图像探测及称量检验来排除废料，并可实现从单盒到多盒的塑封全过程。

3某枪弹装配系统工作原理与方案改进

某枪弹装配装置，其工作机理为：手工将装药弹壳放置在滑槽上，装药机构将药盒成捆送到分级机构，步进机构将药量剔废机构依次送到装药机构、药量检测机构、药量剔废机构。

为了进一步提升设备的自动化水平及工作效率，本装置进行了三方面的改进。传统的装填装置中的装填斗需手动定时装填，这一新的装填装置使用了一种真空装填装置，它是在探测器探测到的剂量小于报警时，将其自动抽入装填斗，这样避免了手工装填。传统的预压装置中的弹头编组工作是通过手工把弹头在滑槽上进行规整的，而现在则是由卷扬机和托盘机构来取代，托盘机构是把里面的枪弹以一种静止的态势推送到弹头滑道上，而在托盘里的枪弹在某一高度以下时，通过操纵机械手将枪弹推进到花盘子中，从而完成弹头的自动装弹。将原有的四个工作台改为六个工作台，大大提高了生产率，预期可以使生产率增加40%。

4控制系统功能分析

根据设备的安装和制造要求，应该具有以下几个主要功能：

4.1多种工作模式功能

为了满足现场调试与现场生产的需要，系统分为单步调试、单机调试、空载调试和投产四种工作方式。单步调试是对执行元件的动作进行控制，比如液压缸的延伸、电机的起停等，它的功能是在进行装置的调试和发生了错误后的人工检修。单机调试是对设备进行一段工作流的操作，适用于组装线上各个机械的调试。空载调试是指在操作过程中进行操作，在操作过程中不会对原料进行检查，也不会对产品进行组装，在投入使用之前，要确认产品在组装过程中没有被放置。在枪弹的组装和制造过程中，采用了一种生产操作模型。为了避免人为的错误操作，在实际的工作或空载运转时，对其进行了隔离，使其能够正常工作，只能在暂停的情况下进行转换。

4.2参数设置功能

由于枪弹的品种及批量的差异，组装时要进行相应的调整。在触屏上设定参数设定功能，便于快速调节组装参数，可调节全长、合膛合格度及合膛位移传感器标定值。

4.3故障报警自诊断功能

在非单步调试方式下，若发生机械卡滞、检测开关松动、脱落、缺料等状况，则可发出警报，使整条线路停止运转。通过错误询问接口，找到了错误出现的地点，并利用单步调试方式对错误进行了人工清理，并将其恢复到原来的工作方式，按下「继续制造」键，重新开始制作。

4.4重置功能

如果设备发生不可复原的失效，清除流水线上的半成品，电机重置按钮，使装置回到最初的启动状态，各执行元件回到原来的状态，可以继续进行生产作业。

4.5数据记录功能和状态显示功能

数据记录功能是用来记录枪弹的长短及膛口大小等资料。可透过触摸屏及状况指示灯，即时了解设备的工作状况。状态指示灯可显示工作状态、停止状态、故障状态。在触屏上可以看到枪弹的生产数量和不合格数量等情况。

5控制系统硬件设计

该控制器由PLC、触摸屏、光纤传感器、磁性开关、电机、电磁阀等组成。本系统以西门子1500型PLC为主控单元，以普洛菲斯品牌的触屏系统为主要接口。以Profinet协议与主从通讯的Et200sp分布式IO组件构成了一个分站，该主从控制体系具有较高的实时性，可以降低线路的布置。由于设备是在可燃灰尘的工作场所工作，所以在设计时，必须要对可能会发生电火花的电子元件进行防爆，而在防爆柜的外部元件上，应该选用防爆电机、防爆磁性开关、防爆接近开关等。在这些情况下，防爆接近开关必须要与安全栅相匹配。将PLC控制系统、安全栅、光纤放大器、位移放大器等不具有爆炸性能的元件，设置在控制柜中，以达到整个装置的防爆性能。

6控制系统软件设计

6.1总体设计

在人机界面上，使用者可以透过触控触摸屏与按键组件来控制组装，并透过触摸屏与状况显示来回馈组装系统的状态。在控制层，PLC在接收到来自应用层的控制信息之后，利用切换量输出模块对执行层中的电动机和电磁阀进行操作，通过开关量输入模块和模拟量输入模块接受传感器的信号，从而对所述汽缸的工作状态进行判定，站内有无有材料，得到完整的枪弹长度及膛口大小等信息。

6.2控制程序设计

该系统按照模块化的设计思想，对各个专机的程序及其各个功能进行了独立的设计。在开机后，对其进行了硬件的自检，当停机灯点亮时，则表明开机已结束，可以投入正常的工作。在制造方式下，按下开始键，步进机构首先运转一圈，然后装药机构和炮弹组合机构再次运转，二者重复交错运转。成型装置独立工作，在感应器探测到成型站准备对枪弹进行处理后，便启动上胶及烘干工序。该系统具有暂定工作和结束工作两种功能，按下触控板上的暂停键，使工作中的各单位完成本工作后，便会停止工作，解除暂停键后，再进行下一步的工作。在一天的工作结束之后，按下“结束”键，弹壳机构就会停止工作，该系统将剩下的枪弹组装完毕之后，就会停止工作。

6.3人机界面设计

该系统以普洛菲斯品牌的触屏作为接口，通过网络与西门子PLC进行通讯，增加了PLC的控制元件，并将其与PLC的地址进行了对应。在触屏上按一下按钮，屏幕就会把修改地址的信息传送到PLC，然后PLC就会按照内部的地址变化来进行相应的操作。

7结束语

通过信息通讯技术，将设计端、生产端和营销端的信息数据连接起来，使得设计方能够对市场的要求做出迅速的反应，而生产方能够在生产过程中对设计者的设计进行及时的响应。从该企业的实践来看：在实现智能转型的目标时，除要进行软硬件的投入之外，还必须要有合理化的工艺、标准化的操作、数字化的数据采集等等。另外，本公司拥有数十年的研发历史，在枪弹生产及经营上积累了丰富的软硬件力量，如此，枪弹的智能制造系统，才能发挥出最大的作用。

参考文献

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