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王国法院士谈中国煤机(二):自动焊接、柔性

更新时间:2019-10-07

  以下内容选自王国法院士及煤炭科学研究总院杜毅博合著论文,《德国工业4.0与中国煤机装备智能制造的发展》如需转载,请注明出处。

  我国能源结构决定了煤炭仍将是我国未来几十年主体能源。目前,我国煤炭先进产能已达 30亿t以上,煤矿采煤综合机械化程度已达76%。作为煤炭生产消费大国,我国煤机装备行业市场发展态势与潜力巨大。我国液压支架、采煤机、刮板输送机产品型号齐全,整机性能及总体参数已达国际先进水平。

  虽然我国煤机装备制造业发展迅速,但是主要产品集中于中低端市场,高端产品产能仍不足。主要体现在以下6个方面:

  ⑥市场秩序不健全,不合理的市场竞争招标规则,造成价格混战,质量水平下滑。

  因此我国煤机装备制造业行业水平整体而言大而不强,虽部分高端煤机装备水平已达国际领先水平,但煤机装备核心竞争力欠缺,打造中国煤机国际品牌仍任重道远。

  煤机装备制造的典型特点是根据开采条件进行定制化设计与制造,其个性化多门类小批量高质量高可靠性的要求,一直制约了煤机装备企业的生产规模与集中化程度。而新一代智能制造的理念是以数据为核心,实现物物相连,将资源、信息、设备以及人紧密联系在一起,升级产品核心竞争力及科技附加值,从而满足客户个性化的定制需求。其理念与煤机装备制造特点相贴合,因而加强智能制造能力建设成为提升煤机装备行业产品品质、可靠性和核心竞争力的有力手段。

  随着“双智”时代的到来,越来越多的煤矿用户已经认识到并接受了智能制造是获得高质量高可靠高端产品的有效手段,并将产品的先进制造能力列为采购产品的重要参考要素,智能化的产品需要智能化的制造手段作为保障,对此智能制造已成为用户广泛而强烈的需求。

  随着我国煤炭工业的快速发展和大型能源基地的建设,现代化矿井采煤装备大型化、自动化发展趋势明显,年产1000万t以上的大型高端智能化综采装备需求量越来越大,尊龙d88娱乐高端煤机装备市场潜力巨大。中国煤机装备智能制造产业在政策扶持、技术进步、产业升级等多重利好有力推动下,迎来历史性发展机遇。

  我国新一代智能制造产业自“中国制造·2025”发布以来,保持较高增速。2017年智能制造装备产业规模总值已达12745.6亿元,已破万亿大关。

  作为亚洲智能化转型的重要力量,我国政府方面加强智能制造顶层设计。开展示范和标准体系建设;企业方面加快数字化转型,提升系统解决方案能力。我国智能制造取得显著成效,已进入高速成长期。我国煤机装备制造企业也开始逐步开展智能制造示范项目攻关核心技术,带动行业发展,进行企业升级转型。

  煤机装备主要由大型结构件构成,其生产工艺多为格子间结构焊接,焊缝极多,工艺复杂,焊接质量要求高。由于结构的特殊性和焊接工艺的复杂性,目前以手工焊接为主,工人劳动强度大,无法保证焊接工作的稳定性和焊接质量的一致性,生产效率也无法进一步提高。

  传统机器人自动焊接应用于煤机装备生产存在着工艺不适应、工件尺寸一致性差、空间焊达率低、智能传感技术和物流输送技术等极度匮乏等难题。

  为解决上述问题,部分大型煤机企业突破厚板多层多道智能焊接工艺、激光跟踪传感技术、格子间焊接变形自适应和大型复杂结构件焊接机械臂空间避障运动轨迹限制,实现了成套装备的自动化焊接,建成了煤机装备制造示范车间。

  其中最具代表性的是高端液压支架智能焊接车间项目与大型刮板输送机中部槽智能焊接生产线。

  煤机装备需根据开采煤层要求设计基本结构进行生产,因此煤机装备生产是以订单为主导的生产模式,批量小,且涉及环节多,其生产要求制造离散化,工艺柔性化。

  针对煤机装备生产工艺,部分企业集成开发相关柔性制造系统,如“电液控阀芯柔性自动装配生产线”等。另外,在构建车间智能物流系统的基础上,应用分布式数控系统、连接底层若干组柔性制造系统和单机数控设备,构建了数字化加工车间的一体化制造执行系统,实现整个车间的统一管理和数字化生产,从而提高生产质量与生产效率。高端煤机装备制造示范车间组成及信息传递如下图所示。

  针对煤机装备的特殊应用环境,对其关键部件结构设计及制造重点研发突破,形成煤机装备核心制造技术。如

  创新提出了液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合原理及评价模型;

  在上述智能制造技术突破的基础上,煤机装备智能制造产业初见成效。高端煤机装备智能制造示范如下图 所示。

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