一種通過疊加動作步驟縮短設備節拍的方法

申紅森

（上汽通用五菱汽車股份有限公司發動機制造部，廣西柳州 545007）

發動機制造行業許多工件，3C件的傳送采用滾道輸送。為了防止2個工件撞在一起滾道輸送，且可以將工件逐一地傳送到自動工位（站），手動工位（站），一套輸送系統設置有擋料器（Stop）、有料開關（Sensor）、驅動電動機和滾子等。工件或托盤連續地在滾子上行走，由驅動電動機帶動滾子轉動，擋料器將工件或托盤隔開，通過擋料器的升、降實現連續的工件分隔開逐件地運輸，進入自動或手動工位。本文以一臺多工位發動機缸體試漏機為例子，介紹通過工位動作邏輯環路時間疊加的方法縮短機床總體節拍的原理。

1 方案分析

SGMW發動機工廠試漏機由2個以上工位組成，常見的工位布置為工位1涂膠，工位2壓裝，工位3試漏，3道工序節拍并不平衡。其中，試漏是該機床的節拍瓶頸，單工位節拍為78 s。分析各動作時間如下:

機床各工位動作順序為:1工件進入工位→2工件夾緊→3加工工件→4松開工件→5工件離開工位，雖然各工位加工的內容不同，但順序類似。各工步時間如圖1示。其中，夾緊、加工、松開工作時間是不可以減少的。為了簡化模型，便于分析，我們將2、3、4工步合并為一個工步:“3加工”。合并后工步順序如圖2示。對于每一個工位來講，其動作變成“1進入”→“3加工”→“5離開”3個環節。

工件連續進入，各工位連續工作循環時其動作順序如圖3所示，其中下一工位的工件進入環節也是前一工位的工件離開環節，二者在時間上有重疊。從圖中可看出，各工位節拍為78 s，總體節拍也是78 s。對于某個工位來講，該工位在任何時間都只有1個工件，信號處理簡單，動作安全，把一個工件的循環看作是一個環，相鄰2個工件的環之間是獨立的，互不影響的。

如果我們改變一下思路，在某個特定的時間允許某工位同時有2個工件，這樣，就增加了生產線上工件的密度，節拍可以縮短。我們選擇在某工位工件離開同時開始接收前一工位的工件，這時，該工位就有2個工件了，這樣，我們就可以做到將該工位中的本工位工件離開和前一工位工件進入時間的重疊，工件循環就產生了扣合，將圖5中“5離開”的白色區域消除，會得到圖4所示，疊加后的動作順序圖。

從圖4中看，每個工位的節拍都變成了68 s，現實中我們可以看到的工位1中的工件開始離開工位時就開始有工件進入該工位了。工位2、3亦是如此。這樣做雖然縮短了節拍，卻也帶來了諸多風險:

（1）前一個工件還未完全離開，后一個工件就進入了，兩工件離得太近，有料傳感器分不清楚工件是否已離開，是否可以升起擋料氣缸。

（2）滾道卡料時，前一個工件走到一半卡住不往前走了，后面的工件進來，兩個工件就會撞在一起，如果此時夾具有動作，必定會產生撞車的風險。

（3）對于各工位節拍不均衡的設備，對于后一個工位節拍較前一工位節拍快時，后工位的工件會提前放出，不會出現兩工件相撞的情況;對于后工位節拍較慢的情況，在本工位工件一離開，前一工位工件就會進入，會發生兩工件相撞。

對于第一個風險，我們可以通過兩種方法防止該問題的發生:①增加另一組傳感器，該組傳感器用于檢測工件是否完全離開工位，當工件完全離開后，前一工位才開始放工件進入本工位;②采用延時的方法，當工件離開本工位后進行一個延時的動作，延時完成后，前一工位開始放工件進入本工位。

對于第二個風險，我們可以采用互鎖的辦法。當工件離開本工位時，本工位擋料器抬起，產生一個置位信號，并且開始接收前一工位的工件，前一工位件的工件完全到達本工位后，本工位不進行任何動作，直到置位信號消失后才進行動作，而置位信號是靠本工位的工件安全到達下一工位來進行復位的。通過該置位信號的狀態，可以安全地實現時間重疊之間的功能，即工件安全到達下一工位，才開始接收上一工位的工件。但是，接料的動作已經提前完成了，可以直接進行加工的操作了，節省了接料的動作時間。

對于第三個風險，我們同樣可以通過延時和互鎖來避免工件相撞的問題。后工位節拍快時，互鎖只起安全作用;當后工位節拍較前工位慢時，由于置位信號的存在并串聯入該工位的動作邏輯中，當工件到達該工位時，該工位并無動作，而是在等待置位信號的消失，直到該工位放出的前一工件安全到達下一工位時，該工位的動作才會繼續，從而防止了滾道卡料或者兩個工件撞在一起的情況。

如上述，該邏輯要求工件到達下一個工位時才可以復位掉置位信號，對于第一個工件應該如何處理?對于首件，結合機床動啟動過程，我們可以利用機床循環啟動的信號，將對置位信號進行一次復位，進而實現首件時，前面無工件亦可實現放料和接料動作，實現機床自動運行。

我們在解決第一個問題時提到增加傳感器的方案，通過比較，我們會發現，在2個工位中間增加傳感器后會減少2個環路的重疊程度，對于節拍的縮短效果不明顯，還會增加傳感器的投資。

2 方案實施

通過上面的分析，我們開始實施我們的方法。

（1）打開環路，設備采用GE RX3i PLC，使用GE Proficy ME編程軟件打開設備控制邏輯，查看循環邏輯，對于C14壓裝工位，我們把要料信號提前，使其一開始放料就產生要料信號，如圖5所示。

（2）同時，由于該設備使用的不是自動復位的擋料裝置，所以該工位擋料氣缸進行放料、工件離開后要改變一個抬起的動作觸發條件，由原來的工件到達下一工位變為自動抬起（圖6）。

（3）擋料氣缸下降時，我們增加一個置位的互鎖信號，該信號由工件到達下一工位的信號來打斷，將互鎖點串入本工位加工動作之前，實現互鎖時無動作，梯形圖如圖7示。用于該工位放料的互鎖，實現我們想要的:工件離開本工位，互鎖置位，工件安全到達下一工位，互鎖復位。

（4）在擋料氣缸下降后，增加一個延時器，確保工件完全離開擋料器（圖8）。

（5）增加一個首件接通的邏輯，確保首件工件可以正常通過（圖9）。

（6）對于后面的B12壓裝，試漏工位的循環邏輯都進行同樣的處理，下載并試運行。

通過以上6步更改，實現了各工位兩次循環之間接、放料動作時間上的重疊，機床總體節拍縮短到68 s。對改進后的設備進行跟蹤驗證，對故障進行記錄，通過5個月的生產驗證，并未出現因為有2個工件進入而產生撞車的情況。而且因為該設備節拍優于整線節拍，可以提前做好緩沖，每班可以抽出30 min對設備進行計劃性停機維護，由于維護時間充足，設備停線故障率進一步降低。

3 結語

該設備的滾道輸送方式在汽車，食品等行業應用極為普遍，該改進方案可以有效地縮短類似工況的設備的節拍，提高設備生產率和設備穩定性。筆者所在公司的另一條發動機裝配線上也有同樣的應用，由于裝配線的工件有托盤，且采用自動復位的通過型擋料器，安全性和可靠性更容易得到保證。這種擋料器單靠機械上的設計就可以避免兩個料連在一起的情況。通過采用本文中介紹的方法更改程序，在提高裝配線速度過程中，可以將節拍縮短5 s，提高5～8個JPH。

［1］王庭友．可編程控制器原理及應用［M］．北京:國防工業出版社，2005．

［2］GE IP．GE PLC 培訓手冊［Z］．

［3］GE IP．觸摸屏組態軟件包 （LD-View）［Z］．