基于循环功能的自动生产线操作引导图

徐月华

自动生产线是建立在机械、计算机、传感器、驱动、控制、网络等基础上的一套综合系统，涉及技术多，功能全面。机、电、气、液等技术配合，传感器、可编程控制器、变频器、触摸屏等设备的运行，硬件软件参数设置，硬件连接，软件编程，现场安装调试任务繁重、困难。有效提高技术支持工作效率，除组织因素，对技术内在机理把握也非常重要。

一、循环功能的自动生产线特点

第一，功能完善、技术复杂。自动生产线集机械、气动、液压、传感、控制、电子、信息等多种技术于一体，集成了多种智能模块，各模块组合可具备供料、检测、传输、加工、组装、包装等多种功能。能可以部分替代人的手、脚、脑的工作，完成复杂的操作和工艺，智能化、网络化程度高。

第二，约束多、协同性强。自动生产线周而复始循环，其工艺流、物质流、信息流之间并非简单的叠加关系，其空间定位、时间控制，功能顺序，约束复杂，协同性要求高。自动生产线周而复始工作，循环功能强;通过程序可以改变工艺流程;通过智能模块显示运动状态信息丰富。

二、操作引导图

自动生产线循环功能及过程参数的表征不容易用文字描述，但自动生产线的功能模块化为功能组合提供了主要路径。循环性运动为工艺流程提供了反馈通道，丰富的状态信息为操作提供了约束条件（参数）与结果（现象）。操作引导图是一种以功能完成为目的，能将各种操作条件、操作顺序、操作功能、操作结果，溶于一体的直观的工程操作辅图，非常适应于指导复杂自动生产线等动态循环功能完成。如图1所示，操作引导图由输入动作（约束条件），结果动作（输出信息）、功能框三部分组成。

1.输入动作（约束条件）

输入动作包含 “启动/停止”按钮、检测的传感器、限位开关等。“启动/停止”动作，描述系统的启动或者终止功能;检测的传感器用于循环生产过程中位置、时间、工件颜色、质地等状态检测，对应器件有各种传感器、限位开关等，用椭圆功能框表示，如图1（a）所示。前一功能框均是后面功能框的功能约束条件。

（a）输入功能框           （b）结果动作功能框

图1 操作流程模块

2.结果动作（输出信息）

结果动作中，结果主要用于描述系统在操作或自动检测后得到的结果和出现的现象。如：电磁阀动作，变频器、PLC、电机运行，参数显示，指示灯亮，工件被分拣到相应位置等，用矩形功能框表示，如图1（b）所示。

3.流程

由于一个动作后，可带给其他多个动作（状态、信息），所以流程包含并列功能关系，也包括顺序功能关系，用带箭头的直线表示。

循环中不断交替变化的信息，包括起始条件、中间状态、阶段性结果、最终结果等，丰富性多样。为此，功能框中写明精简的文字、符号、参数等过程性动态信息。动作（状态、现象）标识是此引导图的最主要亮点，工况中交替出现的各种动作状态（信息），循环中难言的复杂操作，通过图按位置、时间、状态清晰表征后，可优化操作过程，提高安装调试质量、效率。在循环系统中，为评定功能完成情况，往往用静态功能表配分，由于循环中参数多变，功能遗漏不容易发现。但利用此引导图，在相应功能旁配好分，可直观、全面检查各种约束条件、单周功能，也方便多周循环功能实现（这是自动不断重复生产中最重要的功能）。

三、操作引导图画法

第一，明确基本功能、确定功能框架。自动生产线基本工作流程包括检测及传感器部分获取信息，控制部分发出判断、决策和指令，执行机构完成各种预期动作。自动生产线可实现各种给定的运动，具有多种多样单周、多周循环功能，基本都包括启动、上料、传输、加工、分拣、下料、打包、计量、停止等功能。将这些基本功能，分别按操作模块、动作模块和结果模块分类，分别用不同功能框表示，并按实际功能约束顺序摆好，功能框中写明功能。由于每一功能要求有前面环节的功能及本环节参数要求，因此，接下来是约束条件标注。

第二，约束条件标注。自动生产线的循环节拍中，输送时间、速度、间距，以及加工流程均有严格的顺序约束，严格的顺序和节拍通常需要预设各种参数，一个功能的实现又出现各种结果信息。因此，在功能框架上標注这些信息，来表达复杂约束关系、有秩序有节奏的连续运动过程。

第三，流程修改。在功能组合、状态循环中，一方面参数信息多，另一方面参数信息频繁更迭时，总有些接近状态容易混淆，总有些相似信息不容易分清，要反复校对。以功能实现为目标，按照工艺流程构图，让复杂不再堆积，让视图分类开功能，让流程顺序化参数。

四、操作引导图特点和功能

操作引导图的特点主要包括：第一，操作引导图引导的是相互约束的系列功能完成。第二，操作引导图必须将复杂的、周而复始的严格约束（包括信息约束、功能约束、过程状态约束）结构性清晰的表征出来，包括位置、空间、时间及前一功能（过程状态）等各种动态条件，流程在这里被赋予了更专业、更严谨和更规范，信息更丰富的工程意义。

操作引导图用视觉直接表达推敲、思考过程，用图非常快速结构化记录动态过程信息，能简练、直观、结构性表征系统任务概要、功能动作，过程性信息之间的连接，能简单、清晰、高效地引导复杂机电系统安装调试等现场工作任务。操作引导图或过程草图可轻松跨越语言的界限，快速地记录、表达推敲思考过程及阶段性变化性参数，能培养理工科学生、技术人员的思路清晰、流程规范等良好技术品质。用图简练准确表达技术机理，概要、结构性表征不同的典型功能，避免了文字描述冗长的缺陷，是促进实践经验、手艺（门道）等隐性知识的显性化传播有效渠道，是减少实践的盲目性的有效途径，是解决现场模糊问题的引警、导航。

五、操作引导图应用

在技能竞赛中使用操作引导图，2007年以来指导广东省、全国职业技能大赛自动分拣和传送控制系统、机电安装与调试等项目，效果明显，选手每年获广东省、全国一等奖第一名。见下图2。在实操实训教学中使用操作引导图，学生一次性成功几率增大，自检或互判时，功能误判、漏判情况明显降低，动手能力得到增强。在技术支持中使用操作引导图，现场安装调试反反复复情况明显减少，思路更清晰、解决实际问题效率更高。

操作引导图提供了直观、便捷操作指导，对循环复杂系统的综合安装调试具有更明显的效果，能减少实践的盲目性，增加科学性，促进技术人员加强对技术内容的归纳、总结、提炼，培养良好的技术品质。

【本文系广东省普通高校人文社科研究项目（项目编号：10WYXM013）】

参考文献：

[1]郭琼，姚晓宁.机加工自动生产线控制系统集成[J].制造业自动化 2014（16）：18-21.

[2]甘书振.Inventor草图CAGD功能在快速建模过程中的应用[J].科技视界，2013（17）：18-21.