خط النقل الجوي لتجميع السيارات EMS
- المسار والهيكل الصلب
1.1 اختيار المقطع
- منطقة السرعة العالية (>80 م/د): شعاع فولاذي H 200×200×8×12، مادة Q355B، الانثناء ≤ L/750.
- منطقة السرعة المتوسطة (40–80 م/د): مسار ألمنيوم مغلق 160×65 ملم، وزن ذاتي 8.2 كغ/م، أنودة 25 μm، صيانة مجانية.
- منطقة التخزين: مسار مزدوج “E” طبقتان، المسافة المركزية 650 ملم، تخزين 3D، العمود الواحد يخزن 12 سيارة.
1.2 التبديل والتحويل
- محول ثلاثي محور سيرفو: وقت التبديل 1.8 ث، تكرار التموضع ±0.2 ملم، مع قفل ميكانيكي عند انقطاع الكهرباء.
- طاولة دوارة: قطر 3 م، حمولة 2 طن، محمل عوارض متقاطعة، بدون حفرة أرضية، 24 دائرة انزلاقية.
1.3 تكامل الهيكل الصلب
- العمود يستخدم عمود المصنع مباشرة (المسافة 9 م)، كتف جديد ≥ 6.5 م، توفير فولاذ ثانوي 15–18 %.
- مقاومة الزلازل: تصميم بدرجة 8، 0.2 ج، الحساب يتبع GB 50011-2021، وضع حشية مطاط 10 ملم بين المسار والكتف.
- العربة المعلقة (EMS/EHB)
2.1 المعالم الميكانيكية
- EMS أحادي المسار: حمولة اسمية 1.35 طن (مع الجهاز)، EHB ثنائي المسار: 3.2 طن.
- عجلة السير: يوريثان 92 شور A، قطر 160 ملم، عمر ≥ 8000 ساعة، قابلة للفك من جانب واحد.
- محرك: محرك تزامن دائم 1.5 كيلوواط، عزم اسمي 9.5 نيوتن.متر، عزم قصوي 28 نيوتن.متر، مع انكودر مطلق 18 بت.
- علبة التروس: تروس حلزونية محورية، نسبة 15:1، كفاءة ≥ 94 %، تزييت مدى الحياة.
2.2 التغذية والاتصالات
- خط الانزلاق: 32 أمبير مغلق بالكامل، شريحة ستانلس 0.5 ملم، يتحمل 150 % حمل زائد 30 ث؛ منحني مع شريحة تآكل ستانلس.
- لاسلكي: 802.11ax (Wi-Fi 6) 2×2 MIMO، 6 نقاط وصول صناعية، تبديل التجوال <50 ملث؛ نطاح احتياطي 5 جيجا/2.4 جيجا.
- مكثف فائق على العربة: 24 فولت 30 فائق، عند انقطاع التيار يشغل 5 دورات 200 ملم، منع “تعليق العربة”.
2.3 آلية الرفع
- سلسلة مزدوجة: فولاذ G80، قطر 7.1 ملم، معامل أمان ≥ 8، مع قابض احتكاك وحد سرعة طرد مركزي، فرامل فورية عند انقطاع السلسلة.
- رفع سيرفو: 2.2 كيلوواط + مسمار كروي كوكبي، تكرار تموضع ±0.5 ملم، سرعة 0–30 م/د، تلبية نقاط العمل الدقيقة مثل لصق الزجاج وشد البطارية.
- الجهاز والتبديل السريع
3.1 إطار التعليق العام
- إمساك بأربع نقاط، قاعدة العجلات قابلة 2100–3200 ملم، تتوافق مع A00–D؛ تعديل بمحرك 24 فولت مع مسمار حلزوني ذاتي القفل، مدى 600 ملم، وقت التبديل 80 ث.
- فكوك فتح 0–60 ملم، قوة إمساك 0–3000 نيوتن قابلة للتعديل، مستشعر ضغط 0–10 فولت، منع تشوه الهيكل الألومنيوم.
3.2 بدون جهاز (إمساك احتضاني)
- يمسك مباشرة عتبة السيارة، كتلتان يوريثان 400 ملم لكل طرف، ضغط ≤ 0.25 ميغاباسكال؛ الكتلة 48 كغ، أنقص 62 % من الوزن.
- التبديل يستبدل فقط الممسك (4 دبابيس)، 3 دقائق، يقلل المخزون 70 %.
- توقيت العملية والتخزين 4.1 تحليل التوقيت (هدف 60 JPH)
- الداخلية 1: 52 ث ← التشغيل 55 ث ← النهائي 50 ث
- وقت الجري EMS ≤ 35 ث، رفع + تموضع ≤ 15 ث، مسح أمان/اتصالات ≤ 2 ث، المجموع 52 ث يكفي.
4.2 مكافئ التخزين
– الطلاء → داخلي: 36 سيارة، يمتص 36 دقيقة توقف؛
– داخلي → تشغيل: 12 سيارة؛
– تشغيل → نهائي: 18 سيارة؛
– المجموع 66 سيارة ≈ 66 دقيقة، يضمن عدم توقف الخط عند OEE 85 %.
- التحكم والجدولة
5.1 هيكل الطبقات
L3-MES: يرسل قائمة الهيكل، اللون، التجهيزات؛
L2-خادم الجدولة: Intel Xeon 16 نواة، 32 جيجا رام، قاعدة بيانات لحظية تحديث 1 ملث؛
L1-PLC: S7-1500R احتياطي، دورة 4 ملث؛
L0-محولات: EtherCAT 1 ملث، PDO 256 بايت.
5.2 الخوارزميات
– أقصر مسافة + نافذة زمنية: الوزن = المسافة + 3×الانتظار، إعادة حساب كل 200 ملث؛
– منع الجمود: تصنيف الموارد + خوارزمية بنكية، 32 عربة كحد أقصى في الحلقة؛
– استرجاع طاقة: عند النزول يعيد للشبكة، توفير 8 %.
5.3 واجهات
– ANDON: OPC UA، خلل ينقل في <2 ث ويمنع دخول EMS؛
– AGV: MQTT، قبل وصول حزمة البطارية 30 ث يستدعي AGV تبعاً؛
– المصعد: Profinet IRT، خطأ متزامن <1 ملث، تسليم بدون اصطدام.
- السلامة والأنظمة 6.1 سلامة ميكانيكية
- يتابع GB/T 15706-2012، أي منطقة يصلها الإنسان ≤ 2.5 م تحيط بسياج مزدوج 14043؛
- أسفل منطقة الرفع حافة أمان 400 ملم + ماسح ليزر PL e، يكتشف جسم خلال 0.5 م ويقطع التيار.
6.2 سلامة وظيفية
– PLC سلامة مستقل احتياطي، PFH < 1×10⁻⁷/ساعة، SIL3؛
– العربة توفر SLS, SS1, SBC، مسافة فرملة ≤ 100 ملم (80 م/د حمولة كاملة).
6.3 إطفاء
– رشاشات سبيكة 68 م° مدمجة كل 3 م، متصلة بشبكة المصنع؛
– أسلاك المحرك خالية من الهالوجين، تصنيف حريق V0.
- التوأم الرقمي والمحاكاة 7.1 دقة النموذج
- أجسام صلبة: عربة، جهاز، هيكل؛
- مرن: تدلي السلسلة، انثناء المسار؛
- تحكم: منطق PLC، خوارزمية جدولة 1:1.
7.2 مؤشرات التحقق
– احتمال الازدحام < 1 % (محاكاة 30 يوم متصلة)；
– متوسط انتظار العربة < 6 ث؛
– نسبة استرجاع طاقة ≥ 8 %.
7.3 توأم مباشر
– بيانات لحظية تنقل لـ InfluxDB كل 1 ث، واجهة Unity تأخر < 2 ث؛
– يتنبأ بالازدحام قبل 2 دقيقة ويغيّر المسار أو يخفض السرعة تلقائياً.
- الصيانة والتوفر 8.1 تصميم MTTR
- عجلة السير، شريحة الانزلاق، السلسلة يتم تبديلها ≤ 10 دقائق؛
- المحرك/علبة التروس معلق جانبي مع موصل سريع، 15 دقيقة للفك الكامل.
8.2 الصيانة التنبؤية
– مستشعر اهتزاز 6 كيلوهرتز، حرارة 1 هرتز، نموذج AI يتنبأ بعمر المحمل أسبوعاً مسبقاً؛
– ليزر يقيس سمك الانزلاق، عند العمر المتبقي < 20 % يطلب قطعة تلقائياً.
8.3 حساب التوفر
– EMS مفرد MTBF 4000 ساعة، MTTR 30 دقيقة → توفر 99.93 %؛
– احتياطي 2 عربات ساخن، توفر النظام 1–(1–0.9993)² = 99.9995 %، يحقق 60 JPH دون توقف.
- الاستثمار وتكلفة التشغيل 9.1 التكلفة الرأسمالية (خط تجميع 60 JPH، 300 ألف/سنة)
- المسار والهيكل: ≈ 18 مليون يوان
- عربات EMS 32: ≈ 16 مليون يوان
- مصاعد/دوار/محولات: ≈ 9 ملايين يوان
- تحكم، انزلاق، شبكة: ≈ 6 ملايين يوان
- تركيب وتشغيل: ≈ 5 ملايين يوان
الإجمالي ≈ 54 مليون يوان (أقل 8–10 % من خط الزحافة الأرضي، يوفر 25 % مساحة).
9.2 تكلفة التشغيل السنوية
– كهرباء: 0.025 كيلوواط ساعة/سيارة (مع الاسترجاع)، 75 ألف كيلوواط سنوياً ≈ 600 ألف يوان؛
– صيانة: قطع غيار + عمالة ≈ 1.2 مليون يوان/سنة؛
– مقارنة بالزحافة + رافعة شوكية، يوفر 4.5 مليون يوان/سنة، فترة الاسترداد الثابتة 2.1 سنة.
- خارطة الطريق التقنية المستقبلية 10.1 التعويم المغناطيسي بلا مسار
- محرك خطي دائم بفجوة 10 ملم، سرعة 150 م/د، لا تآكل، ضجيج <55 ديسيبل؛
- 2025–2027: تشغيل تجريبي 1 كم، توفير طاقة إضافي 12 %.
10.2 خط التبديل الجوي الذكي
– EMS تحمل حزمة البطارية مباشرة، وقت التبديل ≤ 90 ث، متزامن مع خط الشاسيه؛
– متوافق مع اختبار الشحن، توصيل تلقائي لرابط التبريد، الخطأ ±0.3 ملم.
10.3 جدولة ذكية مولدة بالذكاء الاصطناعي
– نموذج كبير يتعلم الطلبات، حالة المعدات، تجهيز المواد، يولد استراتيجية “تعاون جوي أرضي”، نافذة التنبؤ بالازدحام من 2 دقيقة إلى 10 دقائق، يقلل عدد توقفات الخط 30 %.