关键词：港口工程装备装卸工艺
1.工程概况
根据《中山港总体规划》，中铁南方装备制造基地拟建地点位于中山市临海工业园东6围，处于马鞍背的南端。该基地建设规模为年总拼大型钢箱梁40万吨、制造工程机械和海洋工程装备45台（套）、砼预制产品100万吨（40万m3）的大型基地，同时能兼顾中铁港航工程局工程船舶停靠、补给、检修、维护和改造。
本项目为基地配套码头工程，根据生产要求，共布置9个泊位，使用岸线长999m。
2.项目建设必要性
中铁南方装备制造基地的建设，对提升中山临海装备制造业的发展，加快装备制造业产业集群的形成，促进中山市产业结构调整升级将发挥重要的作用。同时对中铁工业板块拓展珠三角和南方地区桥梁钢结构业务、优化调整工业产品结构、拓展海外工程战略布局以及支撑拓展水工板块业务等方面有巨大的现实意义。
钢箱梁钢结构拼装原材料主要为板单元及辅料，进口总量约43万吨/年，安排在1#5000吨级杂货泊位卸船；盾构机、架桥机及钻井平台的钢材及配套件等原材料须进口，港口运量达39.2万吨/年，安排在2#5000吨级杂货泊位卸船；基地计划生产盾构机10台套/年，每台套装船拼装时间为8天。架桥机15台套/年，每台套装船拼装时间为12天，均安排3#5000吨级机械拼装出运泊位拼装装船出口；基地计划生产钻井平台20台套/年，每台套舾装时间为35天，舾装出口安排在4#2000吨级钻井平台舾装泊位；工程船舶的停靠、检修、维护、改造和补给装卸安排在5#和6#泊位进行，两泊位可调配使用；拼装生产的钢箱梁钢构件年出口量为40万吨/年，安排在7#3000吨级大型钢箱梁出运泊位装船出口；混凝土长细及小型预制件成品港口运量为60万吨/年，安排在8#1000吨级坞式泊位进行装船出口；生产混凝土预制构件所需原材料为砂石料、钢筋等，进口水运量为59万吨/年，预制沉箱出口水运量为4万吨/年，均安排在9#5000吨级泊位进行装卸船。
4.装卸工艺方案
根据本工程货运量、流向和货种性质，本工程码头考虑如下装卸方案。
1#泊位（5000吨级杂货泊位）：用于钢梁制作原料钢板的卸船。码头前沿装卸作业采用2台50t门座起重机。
2#泊位（5000吨级杂货泊位）：用于工程装备制造原料钢材及配套件的卸船。码头前沿装卸作业采用2台50t门座起重机。
3#泊位（5000吨级机械拼装出运泊位）：用于盾构机及架桥机装船拼装出运。码头前沿不配置设备进行辅助作业，泊位空闲时也用于钻井平台舾装。
4#泊位（2000吨级钻井平台舾装泊位）：用于钻井平台的舾装。钻井平台通过滑道下水舾装。
5#、6#泊位（2000吨级工作船泊位）：用于中国中铁港航工程局工作船舶的停靠、补给、检修和改造，码头前沿配置1台50t门座起重机进行辅助作业，两泊位共用。
7#坞式泊位（3000吨级杂货泊位，160m×55m）：用于钢梁场地制作的钢梁出运，拟采用2台1500t－65m门式起重机装卸作业。门式起重机沿轨道行走，兼顾钢箱梁大节段拼装区装卸作业。
8#坞式泊位（1000吨级杂货泊位，60m×30m）：主要用于混凝土预制厂生产的长大预制件及部分小型预制构件的
出运，采用120t－41m门式起重机装卸船作业。门式起重机沿轨道行走，兼顾预应力桩、板、梁堆放场地装卸作业。
9#泊位（5000吨级砂石料泊位）：用于砂石料、钢筋的卸船作业、混凝土沉箱的出运。砂石料卸船采用船舶带式输送机，码头面配置卸料斗接卸；钢筋卸船量较小，采用轮胎起重机卸船。水平运输
钢板、板单元、钢筋：采用Q45牵引车、20t、30t平板车作业；砂石料：采用伸缩式移动带式输送机输将砂石料从码头前沿运送至砂石料堆场，再采用单斗装载机将砂石料运送至搅拌站料斗。堆场装卸
钢筋堆场采用100t履带起重机进行装卸作业；砂石料堆场采用单斗装载机作业；钢材采用20t门式起重机装卸作业；钢箱梁大节段拼装区采用120t门式起重机进行起吊作业；预应力桩、板、梁堆放场地采用60t、41t门式起重机进行起吊作业；1500t门式起重机用于钢箱梁大节段拼装区装卸作业。板单元钢材装卸工艺流程
水运：船50t门座起重机牵引平板车100t履带起重机堆场
陆运：港外汽车100t履带式起重机堆场砂石料工艺流程
船堆场：砂石料船船上带式输送机漏斗伸缩式带式输送机砂石料堆场
堆场搅拌站：堆场单斗装载机搅拌站砂石料斗门式起重机
门式起重机是桥式起重机的一种变形，结构像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，在轨道上行走。本工程拟采用1500t-61m门式起重机对钢箱梁等重件进行装卸，采用无悬臂双梁双小车门式起重机，双主梁结构。大车采用双轨走行、十字铰及柔性铰混合均衡及导向。该设备设置有2台小车，起重能力均为750t。另外设置2个副起升机构，起升能力均为30T，用于辅助主起升机构完成工件吊运。
中铁南方装备制造基地将来的良好正常运行，装卸机械设备的选型至关重要。本装卸工艺方案中门式起重机、门座起重机等机械均是国内设计制造发展成熟的机型，能很好地满足中铁南方装备制造基地装卸工程装备和钢箱梁等重件的要求，为该工程装卸工艺系统的设计实施提供依据。另外，良好的港口设备综合管理能力，统筹运行，对降低装卸费用，提高企业经济效益具有重要意义。
【关键词】非标准自动化装配设计机构单元
1引言
所谓装配就是将各种零部件或总成件，按规定的技术条件和质量要求连接组合成完整产品的生产过程，也可称为使各种零部件或总成件具有规定的相互位置关系的工艺过程。可以说，装配工艺在制造行业的应用是十分普遍的。近年来，随着制造业的迅速发展和新技术、新工艺、新材料的广泛应用，高质量、高性能的装配设备也逐渐得到应用，而自动化装配设备就是在这样的形势下出现的。自动化装配设备具有性能稳定、所需人工少、生产效率高、单件产品的制造成本大幅降低、占用场地最少等优越性。下面就非标准自动化装配的设计进行研究，以确保设备能发挥其应用的作用。
2非标自动化装配设备设计研究
只有通过合理而科学的设计，确保设备的可靠性，我们才能更好地应用非标准自动化装配设备。为此，主要从以下几个方面入手。
2.1产品的装配工艺设计
为了实现产品的装配质量要求，必须首先分析产品装配过程中每一工艺环节的技术要求，编制和设计合理的产品装配工艺，这直接决定了最终实现每一装配工序的机械装置结构和功能，机械系统的动作顺序。没有对产品的生产工艺要求和装配要求进行深入研究，会导致最终设计出的自动化装配设备出现不易改进的弊端，甚至直接导致不易克服的产品质量问题。同时，装配工艺也直接影响装配设备的总体功能实现方式、结构布局、控制和检测方式等。自动化装配工艺一般包括五个部分。
2.1.1装配工序
装配工序分为安装工序和固定工序，安装工序是指在自动装配设备的专用工位上进行装配零部件的预备联接。通常固定工序在安装工序之后，也可以把安装和固定放在一个工位上进行。根据装配任务的复杂程度，一个装配过程具有多个装配工序，装配工序的合理分析是进行工艺设计的重要内容。
2.1.2检测工序
检测工序包括对装配零部件的检验、检查和测试等，检测工序一方面保证装配质量，如装入零件是否有缺陷、装入零件方向位置是否准确、装入后的尺寸精度、密封质量、装配质量等，另一方面在装配过程中对各种故障进行处理。
2.1.3调整工序
调整工序是对装配工序后具有安装偏差的零部件位置的纠正。
2.1.4辅助工序
辅助工序包括对装配件的清洁、打标记、分选等环节。
2.1.5机械加工工序
在某些自动装配设备上，在对零部件安装和固定的过程中，还对一个或几个特定零件进行机械加工。
产品的生产装配工艺往往不是唯一的，符合产品性能要求的生产工艺很多，对可行的装配工艺进行分析比较，结合功能实现的难易程度和品质差异，选择最优的产品装配工艺。
2.2设备的功能分解和功能设计
产品的装配工艺确定后，如何实现每一装配工艺环节，需要结合装配工艺进行功能分析，将自动化装配设备的总功能分解为分功能或功能单元，自动化装配设备是一个集合机械、电子、信息等技术的机电一体化系统，其所分解得到的功能单元不仅包括了对应于各装配工艺环节的子功能，也包括了检测、控制、辅助、动力驱动、传动等其他功能。
功能分解可以简化自动化装配设备的设计难度，有利于找到最优的功能实现方式。
设备总功能的实现需要各功能单元的协同工作，进行设备功能设计就是寻求功能单元解的过程，也是将功能单元具体化、结构化的过程，解决功能单元解的可行性，要通过“功能效应作用原理”的求解过程，寻求功能单元实现的机械结构、装置或物理效应。最后，对所有功能单元的解进行综合、集成和系统化，实现各功能单元解之间的匹配和协同，从而得到一个系统化的功能解。
装配设备的功能分解、求解过程和装配工艺的设计过程是一个相辅相成，互相促进的过程，以产品装配工艺流程为主线，结合产品的性能要求，对功能求解过程进行检查和优化，大胆提出新的工艺方法，可以进一步优化装配设备的功能。
2.3设备的结构布局设计
装配性生产设备按照自动化程度可以分为半自动装配机、全自动装配机、自动化装配线。设备的结构布局一般可以分为转盘型布局设计、环线型布局设计和直线型布局设计。
如何选择合适的设备结构布局，需要考虑具体的生产实际，按照装配工艺的复杂程度和装配设备的使用需要进行分析。
转盘型布局具有结构紧凑，占地面积小，操作方便等特点，适合于装配工艺简单，单机生产，产品大小适中的装配环境。但由于所有的装配单元都围绕转盘来布局，使得转盘型装配机具有实现机构复杂，且不宜改进和进行柔性化生产的缺陷。
如图1所示的环线型布局适合于装配工艺复杂程度适中的装配环境，并可以最大限度地节省使用场地，环线型布局增大了产品在装配线上的装配空间，因此可以按照装配要求的改变增减装配的功能单元，使装配设备具有柔性化。
图1环线型布局
直线型布局主要使用于大、中型的自动化生产装配生产线，不但可以完成产品加工制造后期的各种装配、检测、标识、包装等，也可以集合产品的加工制造、装配、检测于一体，完成成品的全自动化生产和装配过程。它适用于装配工序多，产品设计成熟，市场需求巨大的产品的生产和装配。直线型布局占用场地较大，有足够的空间布局各装配单元的实现机构和装置，可以简化装配机构，并易于增减和改进装配的功能单元，但由于整个生产线较为复杂，对生产线上各装配单元的控制和协同，生产节拍和效率提出较高要求。
2.4自动化机构系统设计
自动化机构系统设计是按照设定的装配工艺和组成功能单元的原理解，针对组成装配工艺的每个工序模块或功能单元，分别构建完整的机构，然后按照整体装配工艺和功能实现要求进行组合联接，构建出能实现整个装配过程的机构系统。一个自动化装配设备一般包括如下几个机构单元。
2.4.1供料单元
供料单元是自动化装配设备的重要组成部分，从装配单机的上料机构到大型装配生产线的物料输送系统，供料单元是自动装配设备具有高效率的先决条件。供料机构单元必须保证各种装配零件能在准确的位置、时间和空间状态，从行列中分离并移置到相应的装配工位上。供料单元的检测的可靠性是影响自动装配过程故障率的主要因素。
2.4.2装配主体机架单元
装配主体机架单元是指可完成装配主件输送功能的主体部分，它包括自动输送机构，实现装配主件的多工位同步或异步传递、夹取、装配和检测，还包括配置齐全的液、气压管路及电气配线装置，而且具有驱动某些装配单元的装配工作头的主动轴。
为了实现装配主件在输送过程中实现同步装配，需要选择和设计精确的机械分度控制装置，以保证每个装配单元的工装夹具与输送动作准确吻合。装配主体机架上一般应间隔排列装配工位和检测工位，以在上次装配工序完成后在下道检测工位上检测有无工件和装配位置是否正确，各装配工位和检测工位之间进行智能化控制，以保证发生错误时自动停机，以消除连续的误装配，避免生产浪费。
2.4.3自动化装配单元
自动化装配单元布置在装配主体机架上，对应于各装配工位的装配功能，自动化装配单元可以由机构、液气压、电机拖动所构成，和装配主体机架相配合完成特定装配动作。
机械手或工业机器人可以在一次动作循环中完成各种动作，可以作为布置在主体机架上的装配单元进行复杂部件的装配。使用机械手可以简化装配主体机架的复杂程度，提高装配的可靠性。
2.4.4分捡单元
为保证最终装配成品的合格率，在装配自动化机构系统的设计中，要充分考虑和布置适当的分选换向机构，对各道装配工序中产生的次品按照要求进行分检和分流。分检单元不但可以提高装配的成品合格率，而且可以有效保证装配错误的半成品避免进入下面的装配工序，减小因装配和检测故障造成的停机，大大提高装配生产效率。
2.5自动化控制系统的选择
整个装配设备的机构系统设计完成后，需要考虑采用何种控制系统来实现整机的自动化控制。对简单的控制任务较少的自动化装配设备，采用单片机控制系统具有成本低等优点。
3结语
总之，装配是决定产品质量的关键环节，为此，自动化装配设备的出现无疑能使产品质量大大提高，并能减少劳动量、提高装配效率，可以大大降低企业的装配成本。因此，为了确保自动化装配设备能发挥其应用的作用，加强自动化装配设备设计研究是十分必要的。
摘要：以学生职业能力培养为中心设计课程，并围绕地方企业中的人才需求，教学内容选取，以源于企业、经过教学改造，依据认知规律
关键词：职业能力；工艺；装配；课程设计
一、设计理念与思路
（一）以学生职业能力培养为中心设计课程内容。
《机械工艺与装配》是以学生职业能力培养为中心设计的工作过程导向的、情境化的理实一体化的课程。课程根据企业调研得到的数控工艺员典型工作任务为依据，有针对性的开发或选择三个典型的多零件装配成的部件为课程实施载体，课程载体可承载知识、技能、素质目标培养的需求；并且便于教学转化；用任务驱动、问题引导、角色扮演、团队协作、特色PK、量化考核，调动学生积极性，使学生为了完成任务必须学习，为取得良好经济效益主动学习。教学成果的可评价性：在课程学习中使学生既能充分利用已有的知识和技能同时又自觉接受新的工作过程性知识与技能。
（二）围绕地方企业中的人才需求设计课程情境。
《机械工艺与装配》是直接服务于数控工艺员、数控编程员专业核心能力培养的课程。这里要将一个源于企业、经过教学改造的集中体现课程内容设计理念的多零件装配成的部件“榨汁机模型”作为第一学习情境。以来源于企业的真实产品“车灯检具”作为第二学习情境。用一个可进行教学成果比较和检验的典型部件“产品的数控编程、加工与装配大赛竞赛题”作为第三学习情境。
（三）基于现代企业真实生产方式设计课程任务。
每一个学习情境和情境中的工作任务、任务中的单元都按完整的行动模式设计。将不同表达方式的工作任务、考虑资源情况的制造可行性评估、用CAPP计算机辅助编制工艺方案、工艺装备的选取与设计制造、数控机床加工程序CAM计算机辅助编制及生产计划和调度PPS等作为重点来学习。
（四）按着人们的认知规律设计任务层次。
三个学习情境按着人们的认知规律，以“边学边做、模仿着做、自主来做”的排序，将第一个学习情境设计成“开发性”的学习任务；将第二个学习情境新任务部分设计成“开发性”的学习任务，其他设计成“设计导向性”的学习任务；将第三个学习情境设计成“设计导向性”的学习任务
本课程将利用前导课程1.符合标准的零件绘制方法；2.常用机构及连接；3.机械制造工艺规程的制定；4.机械加工方法的选择；5.机械加工工艺的执行；6.使用加工设备及刀具、夹具、量具等工艺装备的能力.数控机床手工和计算机编程；等信息。
并采集以下新信息：1.整理数据格式零件工艺信息的识读；2.基于信息分析下的可制造性评估；3.基于3D模型的二维工程图图绘制；4.使用CAPP的工艺规程制定及其数据库建立方法；5.利用PPS导向的生产计划和调度；8.会分析处理加工现场工艺问题；9.可指导工件的检测。
通过本课程能够得到如下方法能力的训练：1.调度协调环节可涉猎利用专业术语与人沟通能力的训练；2.现场问题处理可涉猎观察、分析、判断加工现场的安全、可靠、合理性和改革、创新能力的训练；3.软件工具的使用可涉猎接受技术指导和自我学习的能力训练；4.团队工作可涉猎与人合作的素质的养成训练。
二、教学内容选取
《机械工艺与装配》课程针对“机械工艺与装配”这一典型工作任务，以源于企业、经过教学改造，依据认知规律，教学内容体现数控工艺员工作过程性知识与技能,充分利用前导课程的知识与技能的积淀，贯穿专业信息的利用和新信息的采集方法能力培养，从数控技术专业数控工艺员人才培养目标的最终实现角度，来培养学生的职业行动能力，实现数控机床高级操作工、数控工艺员的培养目标。
三、借鉴部件成组分类法形成学习情境
选择与专业“学习领域”课程有接口的产品，榨汁机模型作为第一个学习情境：本学习情境是由课程组教师参与设计、编程、加工、装配的哈轻车箱体连接件模具、马自达6手刹车系统成型模具、汽车导油槽等产品的部分零件，经过教学改造用于体现课程内容的多零件装配的部件。该部件由10个零件组装而成，其上包括回转类零件4件、轮廓类零件4件、复杂形体2件。连接件、标准件需要学生根据载体的功能和结构特点选择。零件以整理数据格式IGES文件、STEP文件格式给出，结构不够完整，存在可制造性缺陷。接受任务时需进行工艺处理。轮廓曲线可以利用，不可改造。多处设计了配合关系，加工时应给予保证。两个复杂形体是两个可利用的数据模型，体现专业领域学习内容的针对性。
选择典型零件、常用件、标准件组装而成的机械产品-学习情境二：解放全浮工作缸冲模，本情境是以来源于一汽汽车生产的真实产品“解放全浮工作缸冲模”的工艺设计（编程）、加工、装配为载体。本学习情境要完成解放全浮工作缸冲模的数控编程、加工与装配，该部件由16个待加工零件和多个标准件组成组装而成，其上包括回转类零件、曲面类零件、车铣复合类零件。
零件的工序流转相对比较多，加工顺序和加工方法选择以及工艺安排要求比较精细，多数零件图纸给出，部分需要根据复杂装配图拆画零件图，工艺设计内容比较多，应采用CAPP软件编制零件的数控加工工艺文件。更换部分零件可实现两个品种的加工，互换性要好。体现专业领域学习内容的普适性。
用一个可进行教学成果比较和检验的典型部件数控大赛竞赛题作为第三学习情境。