封装外壳的要求跟功能需求

[一]、封装外壳的要求

封装外壳是在工业类电源等设备中大量使用的铝合金封装外壳，目前国内市场需求大，适合大批量生产，国内很多封装外壳加工企业自动化程度比较低，还是人工操作为主，部分工厂过渡到了半自动生产线，依然没有实现生产线的全自动化，函待进行改造。受校企合作企业委托，对该企业现有的封装外壳自动生产线进行优化设计。由于封装外壳产品需求的改变，决定了生产线改进与优化，同样其生产工艺也需改进与优化，从而导致控制系统进行优化设计。基于此课题，原有控制系统不能满足新的全自动生产线功能需求，论文从原有的嵌入式控制系统优化设计背景入手，分析与优化了嵌入式系统硬件和软件，满足企业新形势的要求。主要从以下几个方面进行研究：

1.根据原有的封装外壳生产工序流程，优化设计了新的生产工序流程，其中介绍了机械手结构设计和运动分析，提出了封装外壳全自动生产线控制系统的功能需求和性能指标，设计了两种电控优化方案，通过对比确定采用嵌入式系统控制方案。

2.通过对封装外壳生产线嵌入式控制器硬件性能指标分析，对嵌入式控制系统硬件设计总体方案进行了优化设计，从而确定了主从控制器为相同的硬件框架。对现有的工业控制器的处理器进行调研，选择了STM32F407VET6微控制器作为本系统的核心控制芯片，能够很好地满足系统功能需求。采用模块化设计方法，完成嵌入式系统硬件优化设计，同时对通讯电路和控制电路输入输出通道的信号隔离以及电源隔离。

较后搭建了实验平台，进行了相关功能模块的测试。

3.对封装外壳自动生产线嵌入式系统总体软件架构进行了优化设计，针对主控制器软件系统的实时性和多任务管理需求，通过对比现有嵌入式实时操作系统，选择使用了，uC/OS-III实时操作系统，同时完成了主控制器软件系统的编写，设计了良好的人机交互界面。通过对从控制器控制机械手运动算法的优化设计，进行了S型曲线速度规划并通过测试试验进行了验证，以及设计了前馈+PID反馈复合控制算法，较后通过MATLAB仿真，证明其运动算法控制性能。

4.对现有的部分生产线进行了现场调试。先对机械手、攻丝工位和放置螺钉工位进行单独调试，然后对现有装配好的生产线进行联机试验，总结出现的故障，记录试验测试数据，根据实际生产效率和产品合格率，满足合作企业的生产要求。

[二]、蝶形微波器壳体自动生产线控制系统优化的功能需求

目前原有蝶形微波器壳体生产线的生产效率为4.2个/分钟，并且至少需要5名熟练操作的工人负责整条生产线的运转。由于原有生产线控制系统核心芯片采用C8051F020，与32位处理器相比，其处理性能较低，数据运算处理能力较弱，随着蝶形微波器壳体产品要求越来越高，这样使得新蝶形微波器壳体自动生产线控制系统的功能需求也要发生变化。

蝶形微波器壳体自动生产线根据生产工艺流程分为落料冲压冲孔、冲压成型、攻丝、放置螺钉、冲压螺钉五个工序以及每个工序之间机械手自动搬运工作过程。为了满足优化后的系统能够通过机械手自动搬运实现蝶形微波器壳体的全自动化生产的需要，并保护其系统的优良性，同时也为了系统能够为后期自动生产线升级预留相关功能，将蝶形微波器壳体自动生产线控制系统的功能需求分为以下五个主要部分：

(1)生产自动化。控制系统需要形成一套全自动化生产工艺流程，实现蝶形微波器壳体自动化生产，同时控制系统需有手动调试功能，方便该生产线上单个设备专机或者个别工序上下料机械手搬运过程的调试。

(2)生产化。由于该自动生产线自动化程度好，生产的性尤为重要。

为了保护蝶形微波器外壳自动生产线的运行，考虑的是该生产线各个设备机械结构安装和控制系统的优良性，在生产运行时，一保护现场操作人员人身，防止各个设备的误动作，如压力机上下位检测，模具位置到位检测，机械手限位检测，吸盘压力检测，气缸上下位检测；二保护稳定性好，由于工厂现场生产环境恶劣，需要控制系统有较强的抗干扰能力；第三控制系统较终实现能够自动诊断该生产线故障并具有警报功能。

(3)机械手搬运精度适宜化。目前受到机械模具的限制，要求具有较高的搬运精度，才能保护物料地放在指定的位置。

(4)生产效率化。在生产企业注重效益优先，生产速度是产品竞争力的关键因素，优化后预计每分钟生产8-12个。在保护生产性的前提下，同时对机械手的运动速度提出了确定的要求。

(5)开放性和可扩展性好。根据蝶形微波器壳体的产品要求不断提高，生产工艺流程日益复杂，为了使企业在未来发展中保持竞争力，保护控制系统具有良好的开放性和可扩展性。