基于精益理念的某公司自動噴碼生產線設計

蔣星紅　李余江　蔣志成

摘 要：針對某電器元件生產企業產線工序節拍不平衡現狀，設計了基于PLC控制的自動分揀噴碼傳送帶。該系統從精益管理視角出發，提出了改造方案，并以西門子PLC S7-200為控制中心對產線進行了改造，實現了分揀噴碼工序的自動控制。設備投入使用后大大提高了產能，平衡了工序節拍，取得的較好的效果和回報。

關鍵詞：精益管理；西門子PLC；自動化；工序

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.033

0 引言

低壓短路器在工業、商業、高層和民用住宅等各種場所都有應用，市場需求量比較大。目前市面上有出售的主要是施耐德、西門子、德力西、輝能電氣等大品牌，因此想要在高手如云的市場競爭中爭得一席之地，就必須想方設法讓自己在生產上提升優勢。而每個低壓短路器在成品包裝前都必須噴上序列號和日期，以方便日后責任追溯和產品維護保養，因此噴碼工序在整個產品生產中扮演著必不可少的重要角色，如何快速調高噴碼效率成為當務之急。

1 某公司噴碼工位的動作分析

經過對斷路器組裝噴碼生產線的研究，將各個工位的Cycle Time（注：Cycle Time本意為 周期 此處指代單個產品處理所需平均時間，以下簡稱CT）通過測算記錄了下來：這是一條有四個工位的組裝線。前兩個工位負責安裝不同的零部件，第三個工位負責對產品噴碼，第四個工位負責將產品進行超聲波焊接。如圖1所示，除了噴碼工位單個產品產出需要5秒，另外三個工位的CT都是3秒。通過工時對比，每次產品流到噴碼工位都會形成2秒的等待和堆積，由此可以識別出噴碼工位存在浪費。當一條產線上各工序動作不能實現CT的統一化，就會產生各種問題：

第一是庫存的累積，完成噴碼工序需要5秒，而上一個工位每3秒就有一個產品流入，那么顯然在本工位的產品還沒有流出到下一個工位時，就有產品從上一工位流入，于是就會產生產品的堆積。每五秒一個流出，每三秒一個堆積。流出時間小于流入時間，時間越長，堆積就會越多。

第二是空間問題。時間一長，堆積變多，就形成較大的庫存，必然對空間造成一個比較大的占用，而這個空間的占用并不能帶來實際產出和收益的回報，即此空間的占用同屬于資源浪費。

第三是動作的不連續。對上有堆積，對下，三秒的工位結束動作以后，每次都要等待噴碼工位的兩秒鐘，造成一個真空時間。零產出，空白占用率達到40%。

第四是不便于管理。假設本產線今天的生產任務是1000個產品，然后到了流水線上，前面三秒工位的上產任務完成就可以下班了。那么在噴碼這里由于庫存的堆積，別人下班了，為了完成指標他（包括下面的工位）就只能加班。員工工作時長不一致，班別安排麻煩，需要在制品緩沖流程不平衡。

上文分析得出，噴碼工位是必不可少的，但本工位除了增值動作噴碼以外，存在多余動作。這些多余動作便是本次改善需要著重解決的對象，解決這些問題，CT自然下降。

2 自動噴碼線的方案設計

經分析，可用簡單自動化來代替手工分開工件的過程。要使得噴碼器噴頭上方的傳感器感有效區分每個工件，必須要使得每個工件之間有一定的間隔，因此原工序中手動撥開物料，是有必要的。但是由于手動的局限性，無論是一次取料的數量上的限制，還是取料放料過程中的間隙，毋庸置疑都在時間和效率上都存在一些浪費。如果設計一個如圖2所示兩級差速傳送帶來傳送物料就能實現物料的分離，并將原先操作員所在固定位置以及兩邊分別放置的已噴碼和未噴碼工件的料盒取消，空間利用率上得到提高。其次，人員不需一直在本工位負責上下料，只需將噴碼結束的產品取出，使動作簡單化且勞動強度得到降低。并在進料處增加一個傳送帶連接上一個組裝工位，那么組裝好的產品不用進料盒，而是直接上傳送帶，減少了庫存環節和物流動作。

3 控制系統設計

3.1 系統硬件設計

控制系統硬件接線如圖3所示，設備兩級傳送帶采用單相電機驅動，并可以獨立調速。控制器采用西門子PLC S7-200。設備裝有運行指示燈，報警指示燈及蜂鳴器。兩級傳送帶上各垂直安裝有2個反射式光電傳感器，用于檢測元件傾倒，并裝有一個電容傳感器用于位置檢測，控制噴碼器動作。

3.2 系統流程圖及功能分析

系統流程圖如圖4所示。

1）設備啟動后，兩級傳送帶啟動，運行指示燈亮。

2）光電式傳感器實時監測元件是否傾倒，一旦發送傾倒，相應的傳送帶立刻停止，報警指示燈亮，蜂鳴器響。

3）電容傳感器進行工件位置檢測，控制噴碼器動作。

4）兩級傳送帶可以獨立調速。

4 成果分析

如圖5所示，改造后噴碼工序的工藝場景改頭換面，從一開始人工控制物料變成物料自動化分離噴碼。有了很大的改觀，如表1分析可知，產線績效得到了極大的提升。

本工位通過改造，讓周期時間得到了平衡。首先大大縮短了單個產品的CT，效率提升1000%，在制品庫存也縮小數量為之前的十二分之一。效率、空間回報率都非常好。減少了很大的浪費，而這套設備加安裝加調試成本9000元，按每個工人每年的費用為6萬來算，回報周期僅1.2個月。

參考文獻：

[1]（美）詹姆斯 P.沃麥克（James P.Womack），（英）丹尼爾 T.瓊斯（Daniel T.Jones）.精益思想[M].機械工業出版社，2011.

[2]李冰.西門子 S7-300/400PLC[M].北京：機械工業出版社，2010.

【基金】“江蘇高校品牌專業建設工程資助項目”，項目編號：PPZY2015A088

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第三期江蘇省職業教育教學改革研究課題： 校企合作開發結合精益理念的運動控制課程的實踐研究 項目編號：ZYB274

作者簡介：蔣星紅（1979-），女，江蘇啟東人，碩士，講師，研究方向：控制理論與控制工程、企業精益管理。endprint