风电叶片制造业自动化生产模式的实现途径

易 华，金 点

(东方电气天津叶片工程有限公司 天津 300480)

0 引 言

目前，风电叶片的制造仍然需要大量劳动力才能完成，属于劳动密集型行业，且人工作业贯穿于制作过程的主要加工环节，故就风电叶片制造行业目前的发展而言，人工成本及人工规范化操作成为制约风电叶片批量化及精细化生产的关键因素。随着我国经济持续快速发展，国家对相关制造行业提出了新的要求。为了促进风电叶片制造行业高速且高质量发展，必须在保证生产质量的前提下降低生产加工过程中的投入成本。因此，风电叶片制造过程中部分采用机械自动化装备成为最佳的发展方向。

1 风电叶片的制造过程

风电叶片的制造包含了复杂的工艺过程，需要诸多工序的配合才能最终完成。就制造过程总体而言，其主要工序包括模铸成型和修型涂装[1]。在制造过程中依托许多相关设备，包括模具、叉车、加热器、真空泵、翻转锁模、树脂混胶机和喷涂机等，但在风电叶片制造过程中鲜有自动化的机械设备参与，目前仅有部分制造商在叶片某些单一部件上尝试了初步半自动化并取得一定成效，如半自动铺布小车、半自动一体式打胶机等。

当前只有部分制造行业实行了自动化生产的模式，比如，汽车制造行业和飞行器制造行业中就运用了大量相关自动化设备。在风电叶片生产中可以借鉴其成熟的技术，并将其与叶片生产的特点相结合，对其进行深度开发，将叶片涂装、自动层铺、自动灌注和自动倒运流转等工艺过程融合，以此探索风电叶片的自动化生产。

为实现自动化生产，叶片生产线需要大量先进的硬件设备作为基础保障，在此基础上融入信息化系统，从而真正实现叶片生产流水线的机械化和自动化，对于相关硬件的调配管理应贯穿整个生产线及生产过程。因此，实现自动化管理首先需要网络信息化建设，通过网络信息化建设实现对工厂软硬件信息的收集分析，并能够有效监控和指导生产的所有环节，以此来提高生产效率，并保证生产质量。

2 叶片生产自动流转倒运

风电叶片的高效率生产需要完善合理的生产线配置，在对其生产线进行布局时，可以将其设置成T型生产线，在生产的过程中首先制作叶片大梁和腹板，将大梁和腹板作为壳体的部件[2]。同时，壳体的生产过程同样需要合理的生产线布局，壳体生产一般都是从成型到型修涂装的过程，根据这一特点，可以将其设置成流水线布局。

叶片的生产工艺特点要求加工过程中需要完成多次半成品流转倒运。风电叶片的特点是尺寸较长，径向与弦向比例悬殊，且叶片外形不规则，随着新材料、新技术的开发与应用，叶片的尺寸不断突破极限，在生产的过程中受到其尺寸和外形的影响，使生产投入成本显著增加。然而实现自动化之后可以采用自动流转倒运方式完成叶片和部件输送，减少外部设备投入，并提升现有设备的使用效率。

2.1 工位和模具端装备作业运行轨道系统

在叶片成型车间中，需要配套相应的模具，同时为了提高生产效益，需要对其设置可自动化运行的轨道[3]。为实现生产过程自动化，要在自动化轨道中加入叶片生产所需要的全部工序内容及相关设备，其中包括自动胶衣涂刷、自动铺布、自动灌注合模等装备，从而完成叶片生产过程中的相关作业内容。叶片型修作为叶片生产中不可缺少的工序，也应该实现自动化生产。在叶片的型修阶段，可以在叶片两侧设置工业机器人型修作业的轨道，该机器人应该具备叶片切边、打磨、喷漆的功能，通过信息化控制，实现叶片型修的自动化。

2.2 产品和部件流转的自动倒运系统

想要实现叶片生产的机械化和自动化，必须对其每个工序的内容进行自动化的设置，使其实现全面自动化生产[4]。由于在大梁、腹板到壳体再到型修的过程中存在不同的工位，每个工位又存在不同的叶片姿态，这些工位间最主要的自动化设备就是自动倒转系统，其可以实现大多数腹板到叶片流转及翻身作业的自动化运行，在对该自动化系统进行设置时需严格控制自工序作业顺序，并保证其能自动将部件或半成品进行正确传送，从而实现产品和部件的自动流转。

2.3 原材料自动配送系统

在叶片生产加工过程中，想要实现叶片生产的全自动化，必须考虑原材料的输送。因此，需要在材料储备仓库和生产线及工位之间设置自动配送系统，并以轨道的形式将其连接，在对该系统进行设置时，应按照叶片制作工艺规程将不同工序所需要的材料按序提前设置，从而实现物流的自动配送。

3 壳体成型自动化生产线

3.1 脱衣喷涂和铺布自动化

在叶片制造过程中，喷涂和铺布是重要的生产内容，这两种工序的自动化相对来说较为方便，可集成于一台设备上完成，只需对其进行合理的信息化设置和定位传感系统设置，就能实现喷涂和铺布作业的自动化。

在对叶片进行铺设加工时，需要完成玻纤布铺放、芯材铺放和辅材铺放，同时，想要实现玻纤的自动铺设需要做到玻纤布尺寸及定位符合作业标准，而且还要对自动铺装设备录入精确的操作数据，使其能够通过定位传感器为铺设实现精准定位，从而实现叶片铺设工艺的自动化。另外，还有一种铺设方式，该方式在玻纤布铺设过程中对玻纤布进行裁切，裁切后的玻纤布与叶片的结构随型，然后再对铺布机进行设置，使其能够自动捕获铺设位置，从而实现铺设自动化的完整性。

3.2 在线灌注与在线涂胶

在叶片生产制造的整个过程中，叶片成型的导注阶段是重要的工艺之一，想要实现其自动化导注，需要完成叶片的自动上料、自动脱泡、控温和混配等作业，同时还需要在线灌注机和树脂输送管等设备协同完成。

在导注工艺进行过程中，使用自动流转系统将灌注机倒转至等待灌注的模具，同时设置好灌注机树胶输出软管和模具输送管的连接系统，保证在灌注机运转时能够快速实现两者的连接[5]。想要实现两管的连接，并成功实现灌注，必须加入自动化装置，尤其是管路之间的自动化连接和检测，可以在两者之间设置带有传感器的电磁阀门，同时要求传感器在树胶传送过程中，能够对树脂压力和流动速度有效感知，并将所感知的数据实时反馈到灌注机，在达到预设的灌注量或树脂压力值/流速之后，电磁阀门将自动关闭，从而实现自动灌注。

4 结 语

通过以上描述可以看出，风电叶片的制造包含许多复杂的工艺过程，人工作业存在多种质量不确定性，且人工作业的成本投入过高。能够提高叶片制作的生产质量和生产效率，实现叶片生产的机械化和自动化，是当前叶片制造行业值得研究与探讨的问题。本文基于叶片生产工艺过程，提出了自动化的解决办法，旨在促进风电叶片制造行业的健康发展。■