低成本簡(jiǎn)易工裝在家電生產(chǎn)中的應(yīng)用

陳 劍，陳錦權(quán)，李劍鋒，宋韋賓，劉 威，黎正午，李 寧

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

目前家電行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，國(guó)外品牌進(jìn)入分食國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)新興家電品牌層出不窮。為提高企業(yè)影響力，保質(zhì)降本成為現(xiàn)有家電企業(yè)更加關(guān)注的問題。

提升產(chǎn)線效率是家電行業(yè)降低產(chǎn)品成本必用的手段之一，但現(xiàn)有家電產(chǎn)線經(jīng)過多年持續(xù)改善，運(yùn)用傳統(tǒng)IE改善方法可改善點(diǎn)已越來越有限。為此，本文介紹一種新型IE改善方法——低成本簡(jiǎn)易工裝，幫助家電企業(yè)突破改善瓶頸問題。

低成本簡(jiǎn)易工裝是一種新型IE改善工具，起源于春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)的機(jī)關(guān)術(shù)。其工作原理是應(yīng)用機(jī)械、氣動(dòng)、電氣、電子和光電等技術(shù)手段，結(jié)合人的智慧，造出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便、見效快的自動(dòng)裝置或系統(tǒng)，從而達(dá)到減少生產(chǎn)過程中的動(dòng)作浪費(fèi)、搬運(yùn)浪費(fèi)、等待浪費(fèi)等[1]。對(duì)比目前的傳統(tǒng)設(shè)備，低成本簡(jiǎn)易工裝具備了“更輕、更快、更便宜”的特點(diǎn)，兼顧了設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的大部分功能，應(yīng)用面更廣，投資回收周期更短，可迅速融入各類生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)[2]。

傳統(tǒng)IE改善方法更多是運(yùn)用IE工具消除生產(chǎn)中工序、作業(yè)、流程的不合理之處，但產(chǎn)線中因先天缺陷產(chǎn)生部分的問題無(wú)法解決，如空間限制、排崗限制、物料拿取限制等。而運(yùn)用低成本簡(jiǎn)易工裝改善方法可消除此類因崗位條件限制產(chǎn)生的無(wú)附加價(jià)值的移動(dòng)、等待、搬運(yùn)等浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)更深層的提效[3]。

通過調(diào)研分析，目前家電產(chǎn)線主要存在物料補(bǔ)給類、拆垛碼垛類、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)類3大類改善瓶頸問題，本文將從這3點(diǎn)進(jìn)行詳述。

1 低成本簡(jiǎn)易工裝在家電生產(chǎn)中的應(yīng)用探討

1.1 物料補(bǔ)給應(yīng)用

目前大部分家電生產(chǎn)線采用AGV或人力等方式配送物料至生產(chǎn)線邊，需要水蜘蛛或崗位員工把物料拉至崗位物料暫存區(qū)，無(wú)法解決生產(chǎn)線最后1 m 流動(dòng)問題，存在較大的人力浪費(fèi)。通過低成本簡(jiǎn)易工裝可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線物料自動(dòng)補(bǔ)給到崗，減少水蜘蛛人員配置和崗位員工不增值作業(yè)。其實(shí)現(xiàn)方式是運(yùn)用AGV小車?yán)瓌?dòng)周轉(zhuǎn)車到達(dá)指定配送崗位時(shí)觸發(fā)開關(guān)，周轉(zhuǎn)車與崗位物料工裝上的低成本簡(jiǎn)易工裝阻擋機(jī)構(gòu)將自動(dòng)打開，實(shí)現(xiàn)實(shí)箱自動(dòng)配送到崗，空箱自動(dòng)回收，具體實(shí)施案例如圖1所示。

圖1 自動(dòng)對(duì)接實(shí)例圖

為達(dá)到物料自動(dòng)補(bǔ)給，在設(shè)計(jì)低成本簡(jiǎn)易工裝物料自動(dòng)補(bǔ)給系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該從系統(tǒng)化、全局化考量，具體可從以下4個(gè)步驟展開。

（1）容器標(biāo)準(zhǔn)化

產(chǎn)線的容器種類過多將導(dǎo)致配送的周轉(zhuǎn)車產(chǎn)生尺寸不統(tǒng)一、適用性弱等缺點(diǎn)。為加強(qiáng)周轉(zhuǎn)車通用性、簡(jiǎn)化AGV配送規(guī)則，標(biāo)準(zhǔn)箱規(guī)格選取應(yīng)參考包裝行業(yè)國(guó)標(biāo)文件。為滿足產(chǎn)線各類物料配送，整條產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)容器規(guī)格以3～4 種為宜（小、中、大、超大）。容器要求如下：

①符合周轉(zhuǎn)箱基本要求，形狀規(guī)則且整體完好無(wú)損；

②采用硬質(zhì)耐磨材料，箱體不易發(fā)生形變；

③底部平整，易在流利條或滾動(dòng)上滑動(dòng)；

④不同規(guī)格的周轉(zhuǎn)箱之間有配合關(guān)系；

⑤根據(jù)國(guó)標(biāo)插板選取周轉(zhuǎn)箱，減少空間損耗，提高碼放穩(wěn)定性。

（2）周轉(zhuǎn)車設(shè)計(jì)

根據(jù)崗位的低成本簡(jiǎn)易工裝設(shè)計(jì)周轉(zhuǎn)車，當(dāng)?shù)统杀竞?jiǎn)易工裝空實(shí)箱呈上下排布時(shí)，對(duì)應(yīng)使用上下式配送周轉(zhuǎn)車；當(dāng)?shù)统杀竞?jiǎn)易工裝空實(shí)箱呈左右排布時(shí)，對(duì)應(yīng)使用左右式配送周轉(zhuǎn)車。為確定工裝與周轉(zhuǎn)車上流利條滑動(dòng)時(shí)所需高度差，對(duì)不同材料在流利條滑動(dòng)時(shí)的各因素進(jìn)行測(cè)算，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。由表可知，在理想情況下，亞克力板、塑料筐、木板的最小滑動(dòng)角度為3h，高密度海綿最小滑動(dòng)角度為5h。考慮部分箱體、滑軌的損壞、周轉(zhuǎn)箱與滑軌的摩擦力等因素，為保證空箱實(shí)箱能滑至對(duì)應(yīng)區(qū)域，流利條的高度差范圍值應(yīng)為L(zhǎng) tan（3h～10h），其中L為跨距。

表1 滑軌高度差實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

周轉(zhuǎn)車設(shè)計(jì)要注意的要點(diǎn)如下：

①周轉(zhuǎn)箱與流利條的摩擦程度越大，則tan度數(shù)越大；

②周轉(zhuǎn)車兩旁做導(dǎo)軌，防止周轉(zhuǎn)箱從周轉(zhuǎn)車中滑出；

③為提高對(duì)接精度，周轉(zhuǎn)車尺寸不宜過窄。

（3）對(duì)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)接機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)給系統(tǒng)阻擋打開與關(guān)閉的機(jī)構(gòu)，相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的控制開關(guān)。對(duì)接機(jī)構(gòu)分為控制部分與阻擋部分。控制部分根據(jù)感應(yīng)方式可分為光電感應(yīng)控制與機(jī)械感應(yīng)控制（可實(shí)現(xiàn)無(wú)電氣機(jī)械控制）。阻擋部分根據(jù)動(dòng)力源可分為電氣元件阻擋與機(jī)械阻擋。考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型與后續(xù)維保難度，優(yōu)先選用機(jī)械感應(yīng)控制與機(jī)械阻擋。

對(duì)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要注意以下要點(diǎn)：

①對(duì)接機(jī)構(gòu)隱藏于低成本簡(jiǎn)易工裝物料自動(dòng)補(bǔ)給系統(tǒng)內(nèi)，消除對(duì)接機(jī)構(gòu)與其他運(yùn)動(dòng)物體碰撞隱患；

②阻擋部分需做沖擊實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證阻擋的安全性。

（4）AGV軌道設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)磁導(dǎo)航式AGV 移動(dòng)小車配送重復(fù)定位精度在i 5 cm左右，而自動(dòng)對(duì)接喂料要求重復(fù)定位精度在i 2 cm以內(nèi)，故現(xiàn)有AGV小車定位精度無(wú)法滿足自動(dòng)對(duì)接喂料要求，大范圍升級(jí)AGV配送系統(tǒng)成本極高。

為了在企業(yè)現(xiàn)有AGV配送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)接喂料，需從兩個(gè)方面進(jìn)行改善優(yōu)化：

①在控制程序中增加讀卡降速和升速功能，實(shí)現(xiàn)低速對(duì)接，可將定位精度控制在i 2 cm內(nèi)；

②升級(jí)周轉(zhuǎn)車牽引設(shè)備，要求牽引部分前后位移誤差不超過i 1 mm。

2.2 拆垛碼垛應(yīng)用

拆垛碼垛是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中勞動(dòng)強(qiáng)度高的動(dòng)作之一，為解決此類問題，通常運(yùn)用非標(biāo)拆垛碼垛設(shè)備或拆垛碼垛機(jī)器人，此兩種方式占地面積較大，運(yùn)用靈活度較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速切換與快速搬運(yùn)。通過設(shè)計(jì)及制作拆垛碼垛低成本簡(jiǎn)易工裝，可以節(jié)省空間，靈活性高，易于推廣[4]。

拆垛碼垛低成本簡(jiǎn)易工裝的設(shè)計(jì)及制作遵循低成本簡(jiǎn)易工裝一般設(shè)計(jì)步驟[5]，具體如下：

（1）確定運(yùn)動(dòng)軌跡與方向；

（2）劃分功能區(qū)域；

（3）各功能區(qū)域運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的篩選與設(shè)計(jì)；

（4）運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)換、組合并模擬；

（5）動(dòng)力源的選擇及優(yōu)化；

（6）全流程邏輯控制梳理；

（7）畫圖并制作。

以某空調(diào)生產(chǎn)A 線電器盒作為分析對(duì)象，畫出改善構(gòu)思圖，如圖2所示。

圖2 A線電器盒低成本簡(jiǎn)易工裝軌跡設(shè)計(jì)圖

在構(gòu)思完成的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)在物料抓取機(jī)構(gòu)的選取、拆垛方式、碼垛方式的實(shí)現(xiàn)方式及全流程邏輯控制梳理4方面進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]：

（1）在物料抓取機(jī)構(gòu)的選取上，根據(jù)物料容器的特征選取夾取式的方式；

（2）在拆垛方式上，采用夾取裝置下降到物料箱位置逐一抓取提升物料實(shí)現(xiàn)拆垛；

（3）在碼垛方式上，通過動(dòng)力裝置將到達(dá)碼垛區(qū)的第一個(gè)空箱提升至碼垛區(qū)上方，動(dòng)力裝置再回到初始位置將第二個(gè)空箱提升至碼垛區(qū)上方與第一個(gè)箱子堆疊，依次類推實(shí)現(xiàn)疊箱；

（4）在全流程邏輯控制梳理上，要遵循先進(jìn)先出規(guī)則，以生產(chǎn)使用節(jié)拍為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)好每個(gè)區(qū)域的觸發(fā)邏輯。

在完成以上4 方面重點(diǎn)分析確定后，嚴(yán)格遵循低成本簡(jiǎn)易工裝的設(shè)計(jì)步驟，進(jìn)行機(jī)構(gòu)、動(dòng)力源、材料等各方面的選取，最終制作出需要的拆垛碼垛低成本簡(jiǎn)易工裝。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)應(yīng)用

目前家電生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)普遍附帶作業(yè)多、物料種類多、動(dòng)作等級(jí)高、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題。產(chǎn)生這類問題的根本原因是在使用物料時(shí)，物料狀態(tài)未達(dá)到最佳，需要員工調(diào)整才可裝配。調(diào)整過程屬于無(wú)附加價(jià)值的附帶作業(yè)，影響產(chǎn)線效率。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)改善思想是從物料狀態(tài)出發(fā)，最佳物料狀態(tài)實(shí)施方向如圖3所示。

圖3 最佳物料狀態(tài)實(shí)施方向

裸料、定向、定位、定量實(shí)施方法與注意點(diǎn)如下。

（1）裸料與標(biāo)準(zhǔn)化

附帶作業(yè)是指崗位員工作業(yè)時(shí)不產(chǎn)生附加價(jià)值的作業(yè)，家電產(chǎn)線上常見的附帶作業(yè)有拆包裝、回收包裝、回收周轉(zhuǎn)箱、回收保護(hù)件等。減少崗位員工無(wú)附加價(jià)值作業(yè)，產(chǎn)線必須推動(dòng)無(wú)包裝來料與標(biāo)準(zhǔn)容器。無(wú)包裝來料與標(biāo)準(zhǔn)容器設(shè)定按照以下3點(diǎn)進(jìn)行：

①物料是否需要周轉(zhuǎn)箱周轉(zhuǎn)，若無(wú)需周轉(zhuǎn)箱可直接進(jìn)行無(wú)包裝來料；

②需周轉(zhuǎn)箱來料的物料制定對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)容器，推行標(biāo)準(zhǔn)箱來料，同時(shí)設(shè)計(jì)物料超市；

③如有需要，重新設(shè)計(jì)適用于低成本簡(jiǎn)易工裝的標(biāo)準(zhǔn)箱，減少崗位員工無(wú)附加價(jià)值的作業(yè)。

（2）定向

定向是指物料與組裝方向一致，無(wú)需調(diào)整方向即可裝配。目前家電產(chǎn)線所需物料普遍較大，調(diào)整方向難度高、強(qiáng)度大，在調(diào)整過程中嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率。定向可實(shí)現(xiàn)物料的理想拿取狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)定向應(yīng)注意以下幾方面要點(diǎn)：

①定向?qū)ο鬄橥环N物料；

②定向物料做到有序排列；

③來料方向?yàn)檠b配方向；

④多種物料按裝配順序排列擺放；

⑤定向過程中，確保物料品質(zhì)。

（3）定位

定位是指物料裝載容器固定在離裝配最近最合適的位置，要求能與前物料裝配完成動(dòng)作完美配合。在家電產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)，不適的物料位置將產(chǎn)生動(dòng)作浪費(fèi)、搬運(yùn)浪費(fèi)。合適的物料拿取位置應(yīng)注意以下幾方面要點(diǎn)：

①物料拿取位置最近；

②拿取物料高度合適；

③同一崗位物料層數(shù)設(shè)置在2層以下；

④部分物料無(wú)法達(dá)到理想位置時(shí)，可通過精巧的低成本簡(jiǎn)易工裝推進(jìn)實(shí)現(xiàn)近手化。

（4）定量

定量是指物料按單次裝配所需數(shù)量自動(dòng)供給。在家電產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)，小物料主要通過員工判斷拿取，此方式無(wú)法精準(zhǔn)拿取所需物料數(shù)量，產(chǎn)生動(dòng)作浪費(fèi)。通過低成本簡(jiǎn)易工裝可實(shí)現(xiàn)人為判斷到機(jī)械控制轉(zhuǎn)變，減少多拿少拿而產(chǎn)生的效率損失。推行定量可按以下步驟展開：

①羅列崗位物料種類與單次裝配數(shù)量；

②根據(jù)按需供給原則排列物料位置；

③根據(jù)物料特性設(shè)計(jì)精巧的機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)定量供給；

④同種物料組裝多次按裝配位置實(shí)現(xiàn)定量供給。

3 低成本簡(jiǎn)易工裝在家電企業(yè)開展模式探討

低成本簡(jiǎn)易工裝作為一種柔性高的新型IE改善工具，各大企業(yè)仍在探索其完整開展模式。根據(jù)低成本簡(jiǎn)易工裝的特點(diǎn)，企業(yè)應(yīng)用低成本簡(jiǎn)易工裝必須是全流程推動(dòng)、全員參與、全過程改善[7]。根據(jù)低成本簡(jiǎn)易工裝在企業(yè)的運(yùn)用情況，本文提出一套低成本簡(jiǎn)易工裝在家電企業(yè)的開展模式[8]：從線體改善崗位人機(jī)料法環(huán)5個(gè)維度分析，發(fā)現(xiàn)各維度改善點(diǎn)，整理改善點(diǎn)及相關(guān)數(shù)據(jù)充分調(diào)研后，設(shè)計(jì)崗位工裝工具，工裝工具完成后對(duì)工裝穩(wěn)定性、安全性、柔性等進(jìn)行工裝工具驗(yàn)證，具體展開流程如圖4所示。

圖4 企業(yè)低成本簡(jiǎn)易工裝展開流程圖

此開展模式運(yùn)用IE思想，從人機(jī)料法環(huán)分析問題，可深度挖掘崗位改善點(diǎn)。同時(shí)在低成本簡(jiǎn)易工裝設(shè)計(jì)制作過程中充分考慮產(chǎn)品全生命周期，有利于低成本簡(jiǎn)易工裝后續(xù)的維護(hù)、更新等。每次調(diào)研開發(fā)能系統(tǒng)地收集各階段數(shù)據(jù)，為后續(xù)開展提供經(jīng)驗(yàn)，減少工裝開發(fā)周期。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種低成本簡(jiǎn)易工裝在家電生產(chǎn)中的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，低成本簡(jiǎn)易工裝能解決生產(chǎn)過程中物料補(bǔ)給、拆垛碼垛、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)類等板塊的低效問題，對(duì)比傳統(tǒng)解決方案，具有低成本、靈活、柔性高等優(yōu)勢(shì)。此工具技術(shù)門檻低，能結(jié)合企業(yè)自身特點(diǎn)，迅速運(yùn)用到各類型企業(yè)中。目前低成本簡(jiǎn)易工裝在中國(guó)仍屬于新型IE改善工具，各企業(yè)仍在探索其應(yīng)用方式。本文可為中國(guó)企業(yè)推行低成本簡(jiǎn)易工裝提供參考。