自動化拆裝箱流水線設計

本文首先介紹了自動化拆裝箱流水生產線的基本特征與組織流水線的必要條件。其次明確了生產節拍、生產效率的定義，分析了生產節拍與生產效率的關系，得出了生產效率與線平衡率呈線性關系的結論。本文使用流水線負荷平衡技術，作業節點法等全面提升生產效率，并提出了基于生產效率最高生產節拍選擇的方法與步驟。在基于制造成本最低最佳生產節拍的選擇與基于利潤最大化最佳生產節拍選擇方法上，本文給出了計算相關制造成本的模型，并分別提出了選擇生產節拍的方法步驟。面對市場的實際需求狀況，且在前面研究分析的基礎之上，本文提出了裝配線設計階段最佳生產節拍的選擇方法，以及面對市場波動時改線方案的選擇方法及其最佳生產節拍確定的方法與步驟。

【關鍵詞】自動化 計算 模型

1 自動化拆裝箱流水生產線的基本特征

自動化拆裝箱流水線機械生產通常采用流水生產線的的加工形式。每個工位由固定的操作任務，上一個任務完成以后方能進行下一個任務，形成了一條串聯的生產過程，流水生產線通常具有以下幾個基本特征：

（1）按照對象專業化原則，自動化拆裝箱流水線上的待加工物件是固定不變的，這樣往往每個加工工況的專業化程度會非常高，這也是自動化拆裝箱流水線為什么會有非常高的生產效率的原因。

（2）自動化拆裝箱流水線上的加工設備和工藝是針對每個待加工物件的特點，進行了專業化的設計和配置，因此往往能夠封閉地完成待加工對象的所有工藝要求，流水線上每個加工工序的工藝和工序與加工單個物件時的比值保持一致，即各工序的生產能力符合比例性的要求。

（3）自動化拆裝箱流水線上每個工位都按照各自的工藝順序進行，前后之間的工序安排比較緊湊，盡可能保證發揮每個工位上最大的生產效率，從而使加工工件沿著流水線單向流動，減小了運輸距離，進而使整個生產過程的連續完整。

（4）通過同期化設計，自動化拆裝箱流水線上各道生產工序通常具有一致的生產效率，且使各道生產工序的加工時間盡可能接近整條流水線的生產節拍，或與流水線節拍是整數比。因此工件可以按設計要求所規定的生產節拍，在每一道生產工序上進行高效的加工，從而使整個生產過程的節奏性強，生產周期短。

（5）各道生產工序按照節拍進行，從而使生產過程的均衡性更好。盡可能使每道工序按照節拍生產，以提高物件加工的生產效率。如何解決生產過程中的瓶頸問題，即生產耗時最長的工作點的生產效率是自動化拆裝箱流水線生產管理的關鍵因素之一。流水線生產能夠取得非常好的經濟效益，以及按照生產節拍進行生產任務的設計理念，作為流水生產的一個基本特征已經得到工業界的普遍認可。但自動化拆裝箱流水線也存在很多的不足，最突出缺點是流水線往往只能生產一種或一類物品，因而加工產品非常單一，一旦市場需求有了變化，流水線的適應變化能力則往往跟不上。其次，流水線生產由于自身條件限制，它的最大產量固定，在流水線上超產受制約。

2 自動化拆裝箱流水線解決方案流程概述

整條自動化拆裝箱流水線由：紙箱成型封底機（開箱機）、封切熱收縮機、自動裝箱機、噴碼機、折蓋封箱機、角邊封箱機、無人化打包機、棧板供給碼垛機、穿劍式打包機、水平式打包機、在線纏繞包裝機及輸送機組成。整套包裝線可實現無人化運行、包裝外觀整潔、穩固。開箱機（紙箱成型封底機）完成吸箱、開箱、膠帶封底，輸送到積放滾筒輸送機，阻擋器阻擋紙箱。全自動封切包裝機是通過前后輸送皮帶將產品送入到位，光電開關感應產品到位，由PLC和其它外圍線路控制氣動元件和機械裝置相結合的自動包裝設備。該設備的執行元件是氣缸。由二位五通電磁閥控制其前進和后退。

氣缸的工作位置由磁性開關和接近開關檢測并反饋給PLC，由PLC通過程序發出控制命令給相應氣缸的電磁閥，從而控制氣缸的動作。通過自動控制將產品外表用收縮膜封切包裝起來。通過收縮機爐膛，完成貼體包裝。通過輸送線進入裝箱機（根據產品可采取平推式裝箱、落差式裝箱、機械手裝箱）由設備完成裝箱后，放行紙箱包裝。通過輸送機進入噴碼區域完成噴碼。

進入折蓋封箱機前端，自動折蓋封箱機紙箱底部面形成的四面可彎折的面板折合，放入物品后輸入由兩側皮帶驅動的輸送軌道內，封箱機上側的紙箱折蓋裝置啟動，折蓋封箱一次性完成。紙箱大小變化時，全自動機器定位。產品進入角邊封箱機后經輸送鏈（帶、輥）送入封箱機，并遞交給輸箱機構，由夾箱皮帶夾住紙箱的兩側面，向前運動。前短舌經壓舌架自動彎曲，后短舌在紙箱進入封箱機托輥時，有一檢測訊號（光電訊號）通知打舌氣缸動作，由打舌架將其折彎，同時有一訊號通知熔膠機自動噴膠。

紙箱繼續向前運動，左、右長舌經過導向桿自動向中間折彎，同時壓箱機構皮帶，同步壓住紙箱左右長舌，使箱、舌、膠合在一起，完成封箱整形動作，即產品包裝的最后一道工序一一自動封箱。通過動力滾筒輸送機進入無人化打包機完成打包（根據要求可實現單打、雙打或井字型打包，一臺、兩臺無人化打包機可選配）。進入碼垛機前段：根據設定的排列方式強制對紙箱進行轉向或輸送，以達到整理、排序的作用。供應輸送帶將整理好的第一列紙箱用氣缸推入提升裝置之后依次推入第二列、第三列以形成排序層。

當紙箱按一定的排序形成一組（層）后升降機載著排序層上升并向前移動至碼垛裝置上部，并平穩地放在棧板（或前一排序層）上，以形成自動碼垛。碼垛裝置是依靠變頻馬達和鏈條來完成其升、降和前進（后退）的。棧板庫可堆積12個空棧板，并按程序要求定時向碼垛裝置供應棧板。由單獨電機提供動力。當一棧板達到了碼垛層數后發出信號，將實垛推出碼垛部分。實垛通過排除輸送帶送至指定位置，碼垛完成。

堆滿產品的棧板通過滾筒輸送線進入穿劍式打包機使打包帶自動穿過托盤環繞打包。開放式弓架活動的穿帶能將棧板與捆包物牢固地捆包在一起。通過輸送機進入水平式打包機對棧板上面堆放的包裝物進行水平打包的打包機，弓架和燙頭部分可以上，下，前，后移動，貼緊包裝物后進行強力的打包。進入在線式纏繞包裝機，自動上膜，完成底部纏繞，越頂及加強圈纏繞，自動斷膜，進入成品暫存區。

3 流水線設計階段最佳生產節拍的選擇

通常當某一產品試產成功時，表明該自動化拆裝箱流水線設計能夠達到量產的標準。根據作業要求，在自動化拆裝箱流水線的初級設計階段，一條生產線通常就能滿足市場部門給定的生產要求產量Q0。自動化流水線將會根據供需平衡，以利潤最大化為目標對各個自動化流水線的工序進行設計。

COST0踢—流水線設計階段，以Q0初產量進行生產時的生產成本，元。其中包含隨著單臺產品增多或減少而相應變化的原材料成本，和式（3）計算得出的相關制造成本COST0j。比較不同工作站數目的B0j，因為生產的組織，生產節拍的選擇是基于生產效率最高、生產成本最低、滿足市場需求，且以利潤最大化為目標，則最佳的生產節拍即取B0j 最大值時對應的生產節拍。

4 結論

本章首先介紹自動化拆裝箱流水線的基本特征，之后從流水線生產節拍入手，研究了生產節拍對整個生產效率、利潤的影響，之后給出基于生產成本最低、利潤最大化的生產節拍的設計方案。所有的企業在產品生產的實際過程中，都是以利潤最大化為最主要的目的，而生產成本最低，并不一定能夠使產品的市場利潤最大，因此本文基于此，研究基于利潤最大化時生產節拍的選擇。

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作者簡介

史旭東（1974-），男，甘肅省武威市人。大學本科學歷。現供職于國網新疆電力公司電力科學研究院。主要研究方向為電力系統及項目管理。

作者單位

1.國網新疆電力公司電力科學研究院 新疆維吾爾自治區烏魯木齊市 830000

2.福建網能科技開發有限責任公司 福建省福州市 350003