鋼結構生產工藝參數估算法的生產周期估算

鹿 寧，陳業鵬，劉開霞，婁煥英，師帥軍

（山東高速萊鋼綠建發展有限公司，山東 濟南250107）

1 前 言

當前，我國的鋼結構行業呈現出“大行業、小企業”的特征，行業的高速發展催生了各種規模、數以萬計的鋼結構企業，使鋼結構行業競爭加劇。鋼結構生產企業要更好的發展，不僅要做好成本管理、人力資源管理，更需要提高客戶履約能力。鋼結構企業為滿足客戶履約，需要編制準確的生產計劃，生產周期是編制生產計劃的重要依據。重點采用工藝參數估算法推算的鋼結構制作周期，從而編制更準確的生產計劃服務于顧客。

2 工藝參數估算法的特點

目前，多數鋼結構生產企業是按照工序人均當量計算生產周期編制生產計劃。所謂工序人均當量是指在工序中單個作業人員在規定的時間內完成的工作量，生產周期是以每個工序的投入人數與工序人均當量、時間相乘得出的工序生產周期，以此類推，分別計算后進行相加得出了總生產周期。看似合理的生產周期其實是經驗值數據，過于粗略，缺少科學有效數據的支撐，最終會導致編制的生產計劃與實際加工進度偏差加大。

工藝參數估算法是針對產品本身的技術規格通過設備參數和技術工人操作單位效率統計優化，建立關聯關系。只要獲取了已知在產品的技術規格，通過調整設備參數和技術工人單位效率，便可得到所需產品的工藝參數。工藝參數估算法的優勢：一是數據直觀，根據產品本身的技術規格和設備參數建立了關聯關系，只要輸入參數即可得到需要的時間；二是過程可分析改善，通過數據分析，可以顯現工序的瓶頸，直接針對問題解決問題。

3 各工序工藝參數估算數據庫的建立

以某市軌道交通R2線二標段勁性十字鋼柱的生產為背景，展示鋼結構生產中工藝參數估算數據庫建立。該項目共有勁性十字鋼柱129件，規格為1 000×1 000×400×400×40×40，單件重量18 t，總重2 322 t。

3.1 繪制勁性十字鋼柱的工藝流程圖

勁性十字鋼柱的生產共需要7 個工序，分別為：（1）零件切割下料工序，完成勁性十字鋼柱零部件火焰切割工作。（2）焊接H、T型鋼組立工序，完成焊接H、T 型鋼的組立成型。（3）焊接H、T 型鋼埋弧焊焊接工序，完成焊接H、T型鋼主焊縫的埋弧焊接和矯正。（4）十字型鋼組立工序，把完成的焊接H、T型鋼按照圖紙組立成為十字型鋼。（5）十字型鋼焊接工序，完成十字型鋼焊縫的焊接。（6）裝配工序，按照圖紙裝配柱底板、牛腿、筋板、吊耳板等零件，鋼柱成形。（7）手工焊接工序，主要工作是完成所有鋼柱與之零部件的焊接作業。

3.2 確定零件切割下料工藝參數數據

分析零件切割下料工序的工藝參數，主要由原料板的厚度、零件的數量、切割縫的長度、火焰割嘴的選用、切割氣體的壓力等因素影響。零件分類為翼腹板零件切割和附屬零件切割，宜使用兩臺數控火焰切割設備，數控火焰切割機A 完成翼板、腹板零件切割，數控火焰切割機B完成附屬零件切割。

3.2.1 數控火焰切割機A

根據翼板、腹板零件的厚度、長度、數量等信息選取合適的火焰切割割嘴，見表1。要切割的零件板厚為40 mm，零件寬度分別為400、440、920 mm，切割的長度為14 960 mm，宜選用表1 中的2#割嘴，切割速度為380 mm/min。由于原材料板幅原因應分成兩次下料，求得火焰切割機A工作時間共需要1.317 h。切割氧氣壓力0.7～0.8 MPa，預熱氧氣壓力0.3～0.4 MPa。氧氣純度＞99.5%。。

表1 割嘴性能參數

3.2.2 數控火焰切割機B

數控火焰切割機B，選用3#割嘴。附屬零件共有兩種板厚為30 mm、40 mm，切割速度根據板厚分別設置。當板厚30 mm 時，速度設置380 mm/min；當板厚40 mm 時，速度設置400 mm/min，求得火焰切割機B工作時間共需要2.683 h。

3.3 確定H、T型鋼組立工藝參數數據

H、T型鋼組立工序分兩項主要工作，一是H、T型的腹板坡口切割，二是組立H、T型鋼。坡口切割的工藝參數的設置和工序1 零件切割下料工藝參數相同，求得時間為1.425 h。組立H、T 型鋼，根據組立機工作參數表，設置為600 mm/min，求得時間為1.662 h。兩項工作時間之和為3.087 h。

3.4 確定H、T型鋼埋弧焊焊接工藝參數數據

焊接H、T型鋼在埋弧焊焊接工序分3項工作：手工焊打底焊接；埋弧焊焊接；型鋼的矯正。H、T型鋼的手工焊打底焊接速度300 mm/min，H、T 型鋼的焊縫長度為14 960 mm，套入焊接速度和清根速度，打底焊接和清根需要7.32 h；埋弧焊焊接速度是380 mm/min，H、T型鋼各4條焊縫，根據板厚每條焊縫需要焊接2 次，H、T 型鋼的焊縫長度為14 960 mm，套入焊接速度H、T 型鋼的埋弧焊焊接共需要5.24 h（焊接H型鋼與焊接T型鋼使用兩臺設備同步進行）；H、T型鋼的矯正用時2.5 h。三項工作時間相加得出焊接H T 型鋼埋弧焊焊接總時間15.06 h。

3.5 建立十字型鋼組立工藝參數數據庫

在這個工序主要有T型腹板坡口切割、柱底坡口切割、十字型鋼裝配。T 型腹板坡口切割、柱底坡口切割采用半自動火焰切割機。T 型腹板坡口切割用時0.71 h，柱底坡口切割分成了翼板坡口切割和腹板坡口切割共用時0.17 h。十字型鋼組立用時1.25 h。十字型鋼組立工序累計用時2.134 h。

3.6 確定十字型鋼焊接工藝參數數據

十字型鋼焊接有兩項工作，一是十字型鋼焊縫的手工焊打底焊接，二是十字型鋼的埋弧焊焊接。手工焊打底焊接速度為300 mm/min，十字型鋼的焊縫長度為14 960 mm，套入焊接速度和清根速度，十字型鋼的打底焊接和清根共需要3.66 h；埋弧焊焊接速度為 380 m/min 和 400 mm/min，第 1、2 道焊縫焊接效率380 m/min，第3～6 道焊縫焊接效率400 m/min，十字型鋼共2條焊縫，焊縫長度為14 960 m，套入焊接速度十字型鋼的埋弧焊焊接共需要7.61 h。十字型鋼焊接工序累計用時為11.27 h。

3.7 確定裝配工藝參數數據

裝配工序是手工作業，只能對以往的類似工作進行經驗總結分析。裝配工序共分為裝配柱底板、節點部位筋板、牛腿、吊耳和穿筋孔鉆孔。根據調查分析，裝配工序累計用時4.3 h。

3.8 確定手工焊接工藝參數數據

在手工焊接工序中，主要采用了半自動二氧化碳氣體保護焊焊接，由于被焊板厚不同和焊接的道數不同，所以焊接效率也不同，綜合計算手工焊接工序累計用時為8.77 h。

3.9 確定單件勁性十字鋼柱生產時間

對7 個工序的工藝時間收集整理，匯總一件勁性十字鋼柱生產時間，統計情況見表2。生產一件鋼柱共需要48.62 h，按照每日8 h 工作制，需要6.08 d。

表2 單件勁性十字鋼柱生產時間統計

HT 型鋼埋弧焊焊接工序占總時間的30.97%，十字型鋼焊接工序占總時間的23.18%，手工焊接工序占總時18.04%，3 個工序累計占比為72.19%，是關鍵工序，可以按照TOC理論方法改進提效。

4 批量生產周期測算

按照慣用的生產移動方式，即順序移動方式、平行移動方式和平行順序移動方式。已知本批次勁性十字鋼柱129件，按照一條生產線8 h/d工作制分別計算3種移動方式的時間。

通過計算得出：加工本批采用順序移動方式，加工周期為783.95 d，效率低。加工本批采用平行順序移動方式，加工周期為581.76 d，效率一般。加工本批采用平行移動方式，加工周期為246.98 d，效率高，前道工序的零部件應立即轉后道工序生產?？蛻粢蟊九鷦判允咒撝?0 d 加工完成，所以采用平行移動方式，同時增開3條生產線，則完成量將會提高至28.21 t/d，82 d能完成所有工作量。

5 結 語

勁性十字鋼柱的通過工藝參數估算7 個工序的加工時間，測得單件勁性十字鋼柱的加工時間，采取批量生產周期計算方法估算該項目所有勁性鋼柱加工完成所需時間。工藝參數估算法可廣泛的應用在工業建筑門式鋼架、民用建筑鋼結構框架以及公共建筑屋面網架、桁架鋼結構的生產周期計算，同時也能夠圍繞周期要求投入合理的人員和設施，以保證企業的成本管理更科學。