基于数字孪生的搅拌筒焊装超柔性智能生产系统通用技术条件

基于数字孪生的搅拌筒焊装超柔性智能生产系统通用技术条件范围本文件规定了基于数字孪生的搅拌筒焊装超柔性智能生产系统的组成、工作条件、工作流程、技术要求、试验方法。本文件适用于面向工程机械制造行业的基于数字孪生的搅拌筒焊装超柔性智能生产系统（以下简称系统）的设计、制造、检验和应用。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T3768声学声压法测定噪声源声功率级和声能量级采用反射面上方包络测量面的简易法GB/T3785.1电声学声级计第1部分:规范GB/T5080.1可靠性试验第1部分：试验条件和统计检验原理GB/T5226.1机械电气安全机械电气设备第1部分:通用技术条件GB/T7932气动对系统及其元件的一般规则和安全要求GB/T8196机械安全防护装置固定式和活动式防护装置的设计与制造一般要求GB11291.2机器人与机器人装备工业机器人的安全要求第2部分:机器人系统与集成GB/T12467.2金属材料熔焊质量要求第2部分:完整质量要求GB/T26153.1-2020离线编程式机器人柔性加工系统第1部分:通用要求GB/T42202智能制造大规模个性化定制通用要求GB/T30030-2023自动导引车术语JB/T8896-1999工业机器人验收规则术语和定义GB/T30030-2013界定的以及下列术语和定义适用于本文件。搅拌筒mixingdrum混凝土搅拌运输车用的搅拌筒体。基于数字孪生的搅拌筒焊装超柔性智能生产系统superflexibleintelligentproductionsystemformixingdrumweldingbasedondigitaltwins采用“产品孪生—生产孪生—运维孪生”的数字孪生思想进行整线规划和验证，主要用于在焊接车间中实现搅拌筒筒体成型过程中的上件、拼板、卷圆、焊接、压入、组对、输送、在线检测、数据采集、智能监控等的生产系统。搅拌筒智能焊接生产线intelligentweldingproductionlineformixingdrum通过桁架、机器人自动组对、机器人自动焊接等系统实现搅拌筒自动化生产的生产线。数字孪生管理系统digitaltwinmanagementsystem以搅拌筒智能焊接生产线所属设备的设计、工艺、生产、质量、运维等全生命周期数据管理需求，打造对关键数据可进行数字化映射、监测、诊断、预测、仿真、优化的搅拌筒生产全流程的数字化管理的系统。自动导引车系统automatedguidedvehicle；AGV具备物料搬运能力或操作能力，以轮式（含履带）移动为特征，基于环境标记物或外部引导信号，沿预设线路自主移动的设备。[来源：GB/T30030-2023，3.1.1]轨道式自动导引车railguidedvehicle；RGV轨道式自动导引，有轨穿梭小车。组成、工作条件、工作流程系统组成系统主要由拼板卷圆区、成型预装区、立式组对区、成型筒后段区等部分组成，组成示意图见图1。标引序号说明：1——拼板卷园区；2——成型预装区；3——立式组对区；4——成型筒后段区。基于数字孪生的搅拌筒焊装超柔性智能生产系统组成示意图拼板卷圆区包括下列设备或子系统：叶片分拣工作站；拼板专机系统；扇形板桁架转运系统；输送系统；卷圆机系统。成型预装区包括下列设备或子系统：纵缝焊接工作站；筒节翻转机；成型件桁架转运系统；封头及前锥自动组对工作站；滚道及随行工装自动压装工作站；后锥后段人工焊接变位系统。立式组对区包括下列设备或子系统：立式组对桁架系统；立式组对工作站。成型筒后段区包括下列设备或子系统：内环缝焊接及划线工作站；叶片摆搭工作站；叶片螺旋焊缝焊接工作站；筒体合模工作站；筒体外环缝焊接工作站；人工补焊及修磨工作站；筒体转序桁架系统；筒体在线检测系统。其他系统：AGV系统；RGV系统；搅拌筒生产线数字孪生系统；搅拌筒生产线集中控制系统。工作条件系统设备在室内安装运行，工作间内环境温度范围宜为-5℃～45℃，相对湿度应不大于90%，海拔高度应不大于1000m。系统安装地面混凝土强度应不小于C25，混凝土厚度应不小于300毫米。生产线工作电源电压与额定电压应保持在±10％之间的范围内。压缩空气压力：0.5Mpa～0.8Mpa。系统工作流程系统主要工作流程为首先进行来聊的分拣上料，然后进行拼板焊接、卷圆，再进行压装组队合模、自动焊接等，最后工件下线。拼板卷圆区、成型预装区、立式组对区、成型筒后段区四部分的物料转运、工序衔接等通过AGV、RGV、桁架系统、数字孪生管理系统等实现。拼板卷圆区由拼板焊接专机、桁架、卷圆机等设备实现搅拌筒前锥、中锥、后锥、中筒的拼板卷圆。成型预装区由机器人完成纵缝焊接，各工作站完成锥体的封头、随行工装、滚道压入和后锥的组对。立式组对区采用先进的立式组对工艺，对整筒进行高精度对中组对。成形筒后段区采用3台联动桁架实现筒体在7个工位间的转运，X轴总长110m。各个工位由焊接机器人、伸缩变位机、旋转变位机、XX架、滚轮架等组成。完成内环焊接、划双螺旋线、叶片摆搭、叶片满焊、合模组对、外环焊接、满焊打磨、下线等工序。各区的物料转运、工序衔接等通过AGV、RGV、桁架系统、数字孪生管理系统等实现。技术要求一般要求系统应按规定程序批准的产品图样和技术文件制造。外购件应符合相应标准的要求，并附有合格证。所有外协加工件应符合产品图样的要求。系统应布局合理，应便于操作，操作按钮标志清晰，便于识别。外观和结构系统表面应光洁，不应存在外观缺陷，无明显的裂缝，凹痕及变形等。系统中应紧固的部分必须无松动，润滑和冷却均需良好。系统中的电气线路、管道应排列整齐，走向合理，便于维护。功能与性能产品下线要求拼板错边量不得超过0.5mm，卷圆对接间隙不得超过1mm。封头与前锥组对间隙不得超过1.5mm，错边量不得超过1.5mm。后锥后段大端面与轨道间距尺寸偏移量不得大于1.5mm。进料管与滚道同轴度保证在2mm以内。各筒体（含前锥、中筒、中锥等）组对间隙不得超过1.5mm，错边量不得超过1.5mm。搅拌叶片与螺旋线偏移量在±1mm以内，叶片与筒体间隙不得超过2mm。保证法兰、滚道、进料管三者之间同轴度不得超过3mm。筒体焊达率（不含叶片）不得小于90%，焊缝余高不得超过2mm，焊缝均匀饱满，不得有虚焊、烧穿、夹渣、气孔等焊接缺陷。焊接质量应符合GB/T12467.2的规定。基本功能要求系统应能实现搅拌筒筒体成型过程中的上件、拼板、卷圆、焊接、压入、组对、输送、在线检测、数据采集、智能监控等功能。系统应运转平稳，运动零部件动作应灵活、协调、准确、无阻滞和异常声响。系统应设置有可靠的联锁功能。系统应具备声光电分级报警功能。焊接系统每把机器人焊钳在夹具和搅拌筒上的通过性，应在数字孪生系统上进行模拟，保证焊钳有良好的通过性。应对所在工位搅拌筒进行自动识别与确认，实现机器人自动执行不同焊接程序完成10种以上大类搅拌筒的焊接。机器人点焊精度应达到0.2mm以内。系统应满足水流测试及水流量不足自动保护功能，焊钳变压器水流量可达到6L/min，静、动钳臂水流量可达到4L/min。系统应对焊接系统运行进行在线状态监控，实现系统异常状态及时报警与处理，并实时传入工业互联平台上。离线编程机器人应具备离线编程功能，通过RCS离线编程软件包，将机器人离线程序经“虚拟仿真”对机器人焊接轨迹程序进行模拟，验证程序的有效性。离线编程程序下载到机器人后，机器人应在正常速度5%～30%的低速情况下，通过局部调整，在线验证是否满足焊接要求和工艺要求。离线编程软件应符合GB/T26153.1-2020中4.4的规定。数字孪生管理系统软件界面简洁，布局合理，色彩搭配适当，操作舒适、方便。系统应具有所属设备的设计、工艺、生产、质量、运维等全生命周期数据，满足生产计划导入、筒体信息统计、生产信息统计、能耗信息统计、故障信息统计和LED屏显示（包括工位状态信息和车间生产信息的显示）和故障声音报警等功能。应具备对关键数据可进行数字化映射、监测、诊断、预测、仿真、优化的功能。数字孪生管理系统软件应符合GB/T42202的规定。控制系统控制系统的设计应符合国家有关电气设计标准和规范，主要元器件均经过3C标准认证，性能符合国际电工IEC标准。元器件固定方式用35mm标准导轨固定在控制柜上，接线方式用接线柱固定并标明线号。控制系统输入点、输出点各有15%以上的备用点预留。控制柜应安装门开关和照明灯，应具有散热和防尘措施。信号线应采用屏蔽线缆。压缩空气压力值超过额定值的±15%时，系统应能够自动急停。控制系统所有电气设备应具备自锁保持功能，即设备意外断电后重新启动，所有设备保持在断电前的状态，保证设备、人员、工件的安全。所有用电设备外壳应可靠接地。噪声系统设备在额定负载和额定速度运行时所产生的噪声，应不大于85dB（A）。安全防护系统设备中机器人应符合GB11291.2的规定。电气系统应符合GB/T5226.1的规定。气动元件和管路应符合GB/T7932的规定。所有裸露的运动部位和底部必须采取安全、可靠的安全防护措施，安全防护应符合GB/T8196的有关规定。安全护栏高度应不低于2m，安全护栏必须设置安全门锁，配置急停操作盒。防护网底部距离基准面小于180mm，网眼开口尺寸小于47mm。工作区域宜设置安全光栅，以判断人是否闯入危险区内，系统快速响应，以保证人身安全。安全回路结构中，所有设备（节点）的安全回路应串接，任何一个节点发生紧急停车，其它环节动力源均被断开，最大程度保证系统和工作人员安全。耐运输性经过6.6的耐运输试验后，结构及零部件应无机械损伤、无弯曲变形，紧固件无松动现象，运行应正常。连续运转系统在额定负载和工作速度下，连续运行24h，应工作正常。可靠性系统采用平均故障间隔时间（MTBF）及平均修复时间（MTTR）作为衡量可靠性的指标。一般MTBF不小于3000h，MTTR不大于1h。试验方法一般要求检验采用目测、查验相关使用说明书、零件样图、合格证等技术文件的方法进行检验。外观和结构检验对系统表面及其内部电器外壳、走线、紧固件等进行目视检查。功能与性能检验焊接系统检验导入夹具和搅拌筒数据模型，通过数字孪生系统对机器人焊钳的所有工作轨迹进行运行模拟。焊接机器人编辑不同型号的搅拌筒程序，达到10种以上不同大类搅拌筒的焊接任务。搅拌筒焊接停止位，用百分尺测量机器人焊枪在相同焊点的停止位置是否小于0.2mm。通过人为调整水流量大小检测水流量不足自动保护功能是否正常。在焊接系统焊接过程中，通过目测流量仪表数据检查水流量是否正常。通过系统软件在线监控焊接状态，出现异常时，及时报警与处理。离线编程离线验证通过软件轨迹规划模块规划出的程序，要进行离线仿真验证。在模拟环境下运行机器人离线加工程序，观察机器人与环境无碰撞或者机器人各关节轴无超限现象。在线程序验证在系统自动运行前，要进行在线程序验证。人工在机器人低速状态下单步运行至可执行的机器人焊接程序，机器人与周围环境无碰撞或者机器人各关节轴无超限现象，同时机器人焊钳与夹具、零件之间的位置关系满足焊接要求。在线工艺验证在系统自动运行前，要进行工艺验证。试焊零件按相应产品检验方法，检测产品是否合格，不合格需要更新调整工艺参数，直至焊接合格为止。数字孪生管理系统软件检验试焊3套工件，在数字化大屏中查看生产计划导入、车型信息统计、生产信息统计、能耗信息统计、故障信息统计等功能是否正常。控制系统检验控制系统主要元器件及控制柜安装状态采用目测、查验相关使用说明书、合格证等技术文件的方法检测。将系统的压缩空气压力调整至超出额定值±15%以外，系统应能够自动停止。将系统断电后重新启动，系统应能够保持在断电前的状态。用万用表检测设备外壳与地排是否导通良好。噪声测试测试条件系统在额定负载、额定速度条件下运行。测试时厂房内其他设备不运行。在安全围栏外1.5米处手持声级计，人体与声级计距离0.5米以上，与地面距离仍保持1.2米左右。测试仪器应使用GB/T3785.1中规定的2型或2型以上的声级计，以及准确度相当的其他测试仪器。A声级测量按GB/T3768的规定进行。安全防护检验系统设备中机器人检验按GB11291.2的规定进行。电气系统安全试验按GB5226.1的规定进行。气动元件和管路检验按GB/T7932的规定进行。系统在工作过程中，拍下急停按钮，系统应正常停止。所有裸露运动部位和底