浅谈助力机械臂在火工品装配中的应用

李洪超

（中国空空导弹研究院，河南 洛阳471009）

助力机械臂多种多样，通过对各类型助力机械臂的特点进行分析，结合火工品装配的特点，提出了切实有效的方案，以真正提高助力机械臂在火工品行业应用的可能性，提高国防工业生产整体的自动化水平。

1 助力机械臂

助力机械臂是一种用于搬运物料、装配产品的能够降低操作人员劳动强度的助力设备，它应用力的平衡原理，使操作者仅通过推拉重物，就可以实现重物在空间的平衡移动定位。助力机械臂以其精确直观、操作简便、安全高效等特点广泛应用于现代工业中物料移动、大部件装配等场合。推广使用助力机械臂，对于各行各业中重物的移动、装配工位操作人员的安全都有重大改善，对作业顺序的合理规划、生产效率的提高、产品质量的保障都有极大的促进作用。

市场上助力机械臂种类繁多，按照结构来分，一般有硬臂式助力机械手、软索式助力机械手、折臂吊、悬臂吊等；按照动力和控制系统来分，则有电动式助力机械臂、气动式助力机械臂、压缩空气驱动——电子控制助力机械臂。

不同结构助力机械臂根据使用场地的需求可进行专业化选用和定制，助力机械臂的控制系统和动力是采购时应考虑的主要因素。

1.1 电动助力机械臂

电动助力机械臂有以下优点：更好的人机工程、更高的精度、自动重量感应和自动平衡方便用户使用；具备防止工件自由移动的功能，发生动力故障时具备电机锁死功能，安全性高；精细上乘的速度控制，操作更平滑；模块化结构便于各种零件接入，维修方便。

电动助力机械臂由于本身的局限无法做到整个设备防爆，只能进行防爆性改造，改造成本高，市场上具备改造资质的公司和机构较少。

1.2 气动助力机械臂

气动助力机械臂的优点为：采用标准模块和零件进行开发，提高安全性和效率；配备有安全装置，即使完全失去气压也能保持工件加持，具备制动器能够锁住机器；完全符合防爆要求，设计均可按照欧盟指令2014/34为依据的ATEX规定——针对有爆炸危险的受控环境中应用；结构简单，维修方便。

气动助力机械臂的缺点为：操作不够平滑，控制不够精细，对人员操作要求较高，末端执行机构的控制也不够稳定，且需要额外配备空气压缩机和气路。

1.3 压缩空气驱动——电子控制助力机械臂

电子控制助力机械臂是气动助力机械臂的改良版，为新设计研发产品（市场应用先例不多），控制系统采用电子控制，实现了控制平滑、自动重量感应和自动平衡等功能，驱动力采用压缩空气，同样需要配备空气压缩机和气路。

此类产品能较好地适应火工品厂房的防爆要求，改造难度较低，是火工品生产应用中应优先考虑的产品。

2 火工品的特点

火工品，又称火具，是装有火药或炸药，受外界刺激后产生燃烧或爆炸，以引燃火药、引爆炸药或做机械功的一次性使用的元器件和装置的总称。根据GJB347A—2005《火工品分类和命名原则》标准，火工品分为16类：火帽、点火头、点火管、底火、点火具（器）、点火装置、电爆管、传火具（含传火管、传火药柱、传火药盒）、延期件、索类、雷管、传爆管（含传爆药柱、导爆药柱）、曳光管（含曳光药柱）、作动器（含推销器、拔销器、爆炸开关、爆炸阀门、切割索等）、抛放弹、爆炸螺栓（含爆炸螺帽）。

其显著特点为：①功能首发性，以武器系统的爆轰、燃烧为例，爆轰的产生是依靠雷管爆炸为始发能源，而燃烧的产生则依靠点火器的点火为始发能源；②作用敏感性，火工药剂是武器系统所用药剂感度最高者，比如在爆炸序列中以感度从高到底排序为起爆药、传爆药、主装药，而在点传火序列中感度从高到低依次为点火药、延期药、发射药或推进剂[1]。

火工品具有易燃易爆的特点，因此，在生产过程中安全始终是考虑的重要因素。

火工品因其功能首发性和作用敏感性而广泛应用于多种行业，尤其是军事工业，几乎所有的弹药都配备一种或多种火工品。火工品在武器各个位置均有分布，广泛应用于弹药、战略和战术导弹、核武器以及航空航天航海综合武器系统等各类武器系统中。因此，在保证安全的情况下尽可能地提高其生产效率，对经济发展和国家安全都有重大意义。

3 助力机械辅助工具在火工品行业的应用

根据国家相关规定，火工品厂房内各项设施设备需要达到与厂房对应的防爆等级。电动工具想在厂房中使用就必须进行防爆改造。

电动式助力机械臂使用电机进行驱动，使用电子芯片和控制板卡进行控制，在防爆改造中需要对电机、线缆、照明设施进行整体防爆改造，改造难度大，改造费用高，市场能够承接此类业务的公司和机构极少；气动式助力机械臂则不需要防爆改造，但需要重新规划气源设施，且定位精度和控制精度都较低，因此不适合火工品精细装配行业；压缩空气驱动——电子控制助力机械臂在以空气动力驱动的情况下加入更先进的电子控制驱动器，弥补了定位精度和控制精度较低的缺点，防爆改造成本也较低，但新技术的应用中，技术成熟度也是需要考虑的因素。

现如今火工品行业建线标准采用兵器工业集团发布的《火药、炸药、弹药、引信及火工品工厂设计安全规范》作为指导标准，对厂房防爆等级要求较高。随着现在专业分工越来越细，有相当一部分厂房只进行了带火工品部件的机械装配，且火工品为钝感火药并完全密封，而非真正生产火药、浇筑推进剂等操作，应对此类厂房进行充分评估来评定其究竟属于哪一类防爆等级，但现有标准并未对其有细致划分，导致对行业内企业有过高过严的要求，生产效率降低。

高等级的防爆设施不易采购，高等级的防爆改造同样造价高昂，且具备改造资质的企业凤毛麟角，这都是限制火工品实现自动化生产的瓶颈。只有尽快论证新的标准，细化相关分类，细化安全要求，才能推进国防工业火工品行业的自动化发展。

火工品行业的自动化是国家安全的需求，也是企业实现安全生产的重要举措，更是企业自身生存和发展壮大的必经之路。现代企业的发展离不开生产的自动化，更离不开生产的智能化，借助现今工业4.0技术建造智能工厂，则是实现企业腾飞的一次绝佳机会。

现在大部分火工品生产制造企业受相关规定不细化的限制，在企业生产上更多地采取了手工作坊式的生产。得益于人口红利，这种生产方式通过增加生产操作人员（或延长工作时长）来提升工业制品的产量，进而提高企业的利润，这确实是一种简单而行之有效的方法。但从长远考虑，中国的人口红利正在消失，人口老龄化的问题日趋严重，企业也不得不进行生产模式的变革。

火工品生产对安全和质量的要求格外严格，手工作坊式生产在这两方面有较大的隐患，手工作坊式的生产在安全的保障上更多依靠操作人员的自觉和安全意识，不可控安全因素较多；在质量的把控上则更多地依靠操作人员的技能水平和工作能力，质量一致性波动较大。生产线柔性较差，增加的人员并不能立刻实现高质量生产，使得实际生产能力总是滞后于市场需求，即在需求激增的情况下，不能立刻提高产能；同样，在需求下降时，又不能马上降低产能，节约资源。现阶段火工品行业远未达到饱和程度，现阶段目标以提升产能、提高生产效率为主。

2016年印发的《中共中央、国务院关于推进安全生产领域改革发展的意见》是新中国成立以来第一个以党中央、国务院名义出台的安全生产工作的纲领性文件。2018年印发的《地方党政领导干部安全生产责任制规定》则是中国安全生产领域第一部党内法规，是习近平总书记关于安全生产重要思想的具体化、制度化。它们都体现了国家对企业安全生产的重视，对人员的重视。

应用助力机械辅助工具减少火工品生产现场的操作人员，提高火工品生产自动化程度是火工品质量提升的重要途径，是企业安全生产的有力保障，也是对国家关于安全生产有关规定的积极响应。

4 前景展望

火工品行业一旦能够应用此类助力机械设备，将大大提高导弹、炸弹等国防工业产品的生产效率，满足国家安全需要，同时也能促进国防工业军民融合产业的发展。同时，在应用自动化设备后，也能显著减少火工品现场操作人员，避免人为操作埋下的安全隐患，降低事故发生概率，降低事故等级，保障人员安全，助力企业实现安全生产。助力机械设备在火工品行业的应用是产业提升的一个初步探索，是企业现阶段有较大可能实现的自动化改造项目。在有限的条件下，先进行一部分信息化、自动化的生产实践，通过基本的应用改造试用，找出存在的问题和亟待解决的困难，通过问题和困难的解决，为企业的全面自动化积累经验。