客車板管材加工設(shè)備的關(guān)鍵性能指標(biāo)研究

張喆 勾立國(guó)

摘 要：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)客車板管材加工設(shè)備關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，為企業(yè)提升生產(chǎn)效率提供定量化數(shù)據(jù)，為客車板管材加工設(shè)備智能化提升打基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：客車;關(guān)鍵性能指標(biāo);板管材加工;智能制造

Abstract：Calculate the key performance indicators of Bus Plate and Tube Processing Equipment according to national standards，provide quantitative data for enterprises to improve production efficiency，and lay the foundation for the intelligent upgrade of passenger car sheet pipe processing equipment.

Keywords：bus;KPI;plate and tube;Processing equipment;intelligent manufacturing

1 研究背景

為響應(yīng)國(guó)家“智能制造2025”，緊跟“兩化融合”工作的開展，深入學(xué)習(xí)實(shí)踐“智能工廠、數(shù)字化車間”的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造運(yùn)行管理的關(guān)鍵性能指標(biāo)第2部分：定義和描述》對(duì)客車板管材加工設(shè)備的關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行研究。

客車板管材加工設(shè)備的水平是影響整車質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[1]。由于我國(guó)客車行業(yè)發(fā)展較晚，在客車制造裝備的發(fā)展、創(chuàng)新和研究上與國(guó)外相比還存在明顯的差距。但在國(guó)家“智能制造2025”政策的鼓勵(lì)與推動(dòng)下，這些參數(shù)、關(guān)鍵性能指標(biāo)是工業(yè)大數(shù)據(jù)的核心和靈魂，可以直觀地體現(xiàn)設(shè)備性能。通過對(duì)關(guān)鍵性能指標(biāo)，如設(shè)備綜合效率等評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究，可以提升生產(chǎn)設(shè)備效率管理水平和縮小整個(gè)行業(yè)的差距，從而采取相應(yīng)措施來促進(jìn)制造生產(chǎn)過程的優(yōu)化和改善，提高制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。本次研究提供定量化數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)依據(jù)，為企業(yè)智能化提升打好基礎(chǔ)。

2 場(chǎng)景模型（激光板材+激光管材）

在《智能制造系統(tǒng)架構(gòu)》范圍內(nèi)，建立設(shè)備工作場(chǎng)景模型，即激光板材切割機(jī)和激光切管機(jī)，結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造運(yùn)行管理的關(guān)鍵性能指標(biāo)第2部分：定義和描述》，進(jìn)行實(shí)際測(cè)量及計(jì)算，形成量化指標(biāo)。[2]

場(chǎng)景分為板材加工類激光板材切割機(jī)以及管材加工類激光切管機(jī)。

板材加工類激光板材切割機(jī)主要由床身、激光發(fā)生器與外光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)及相關(guān)軟件系統(tǒng)等組成。[3]

主要用于碳素鋼（冷軋板、熱軋板、鍍鋅板）0.8～20m、鋁板1～4mm切斷加工。

工藝流程如下：

（1）使用可視排版軟件對(duì)需要加工零件進(jìn)行排版或通過遠(yuǎn)程離線編程及UBS接口輸入數(shù)據(jù)。

（2）上料臺(tái)車從外側(cè)人工上料位運(yùn)送需要切割材料至自動(dòng)上料位，自動(dòng)上料系統(tǒng)的吸盤吸取單片的板料，將板料送至激光切割機(jī)的交換工作臺(tái)上，由激光交換工作臺(tái)自行送入激光切割位。

（3）激光切割機(jī)根據(jù)板厚自動(dòng)調(diào)節(jié)切割參數(shù)，激光切割頭自動(dòng)開始切割，直至切割完成。

（4）激光交換工作臺(tái)把已經(jīng)切割完成的板材自動(dòng)送回到非切割區(qū);自動(dòng)下料系統(tǒng)把完成切割的板材運(yùn)送到下料臺(tái)車上，當(dāng)完成設(shè)置的數(shù)量之后，下料臺(tái)車自動(dòng)移動(dòng)到人工下料位，通過叉車運(yùn)至分揀位置。

（5）進(jìn)行人工分揀成品、下腳料、廢料。

管材加工類激光切管機(jī)主要由上料系統(tǒng)、激光切割機(jī)床身、激光發(fā)生器與切割頭、控制系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)及相關(guān)軟件系統(tǒng)等組成。[5]

主要用于矩形管的下料切割及打孔。矩形管20*20～100*100mm，壁厚1.0～5.0mm;長(zhǎng)度為6米，電泳孔直徑8、12mm，位置不定。型材材質(zhì)：20#、Q345、Q700、12Cr17Ni7、06Cr19Ni10。小規(guī)格材料（例如20*30*1.5方管）彈性變形較大，部分型材端頭有毛刺，毛刺余高<2mm。型材經(jīng)過酸洗磷化處理，且表面帶有少量防銹油，可能有Ф10或Ф12不確定位置的電泳孔。管材為焊管（中間有焊線），內(nèi)腔焊縫有余高1～2mm。切斷件長(zhǎng)度范圍：10～2500mm。

工藝流程：

（1）調(diào)出離線編程數(shù)據(jù)或進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程。

（2）根據(jù)屏幕顯示的數(shù)量及規(guī)格，通過行車起吊將管材放在自動(dòng)上料架上，然后自動(dòng)輸送到主機(jī)的送料裝置，通過后部定位推動(dòng)，管材進(jìn)入加工位置，主夾頭將管材自動(dòng)夾緊。

（3）激光切割頭進(jìn)行切斷割孔等作業(yè)。

（4）成品自動(dòng)落至料架上，料渣和廢料通過翻轉(zhuǎn)門落到廢料箱。

3 數(shù)據(jù)定義

根據(jù)《自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造運(yùn)行管理的關(guān)鍵性能指

標(biāo)第2部分：定義和描述》，設(shè)備綜合效率指標(biāo)是對(duì)制造業(yè)中加工設(shè)備有效性效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表1所示。[4]

設(shè)備綜合效率指標(biāo)的定義和計(jì)算與設(shè)備生產(chǎn)時(shí)間密切相關(guān)，分析設(shè)備綜合效率指標(biāo)首先要明確影響該指標(biāo)的時(shí)間因素。影響時(shí)間因素有設(shè)備損壞停工時(shí)間、設(shè)備速度損失時(shí)間和設(shè)備返工浪費(fèi)時(shí)間。可用率是實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間與計(jì)劃生產(chǎn)時(shí)間的百分比，反映了設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間。設(shè)備性能效率是設(shè)備的凈生產(chǎn)時(shí)間與實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間的比值，反映了設(shè)備運(yùn)行情況。質(zhì)量指數(shù)為產(chǎn)品的合格品率，即設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)的合格品數(shù)量與產(chǎn)品總數(shù)量的比值。除此之外還需對(duì)KPI時(shí)間元素進(jìn)行定義，如圖3所示：

例如，實(shí)際人員工作時(shí)間（APWT）是一個(gè)員工執(zhí)行生產(chǎn)訂單所需的時(shí)間。其他時(shí)間元素如實(shí)際單元處理時(shí)間（AUPT）、實(shí)際單元占用時(shí)間（AUBT）、實(shí)際人員出勤時(shí)間（APAT）等等。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論

根據(jù)數(shù)據(jù)定義，對(duì)原材料、成品信息等進(jìn)行記錄，分別得到激光板材切割機(jī)及激光切管機(jī)的下料記錄，表2分別用3次加工的數(shù)據(jù)為例。

對(duì)數(shù)據(jù)記錄整理分析并計(jì)算，分別得到激光切管機(jī)及激光板材切割機(jī)的指標(biāo)見表3。

結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)加工設(shè)備的時(shí)間利用情況、性能工作狀況以及產(chǎn)品的質(zhì)量情況進(jìn)行分析和計(jì)算，全面量化表現(xiàn)出設(shè)備時(shí)間利用、產(chǎn)品質(zhì)量等生產(chǎn)情況，找出工序中的瓶頸，設(shè)備生產(chǎn)效率的損失，從而改善和優(yōu)化設(shè)備生產(chǎn)情況以及企業(yè)的生產(chǎn)制造過程，提高有效產(chǎn)能，進(jìn)而提高生產(chǎn)力、效益和競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān)鍵性能指標(biāo)是評(píng)價(jià)設(shè)備生產(chǎn)效率的有效分析方法，從數(shù)據(jù)要素、時(shí)間要素和數(shù)量要素出發(fā)，給出量化數(shù)據(jù)，規(guī)范了企業(yè)生產(chǎn)流程和過程評(píng)價(jià)。對(duì)設(shè)備綜合效率指標(biāo)進(jìn)行深入分析計(jì)算，也同時(shí)驗(yàn)證了關(guān)鍵性能指標(biāo)的分析方法的有效性和實(shí)用性。

在今后智能制造領(lǐng)域，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)備運(yùn)行理論指導(dǎo)下可以將信息化與設(shè)備情況結(jié)合，以數(shù)據(jù)指標(biāo)形式展現(xiàn)出來，從而給企業(yè)直觀的問題解答方案。

參考文獻(xiàn)：

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[2]朱理.制造企業(yè)關(guān)鍵性能指標(biāo)評(píng)價(jià)及其應(yīng)用研究.浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，2014：42-43.

[3]張喆，張剡，謝毅.客車板管材下料設(shè)備問題及改進(jìn)[J].客車技術(shù)與研究，2020，42（05）：43-45.

[4]蘇宏業(yè)，黎曉東，盧山，邵寒山，王海丹，王越，金曉明，周德營(yíng)，張泉靈，馬龍華.自動(dòng)化系統(tǒng)與集成 制造運(yùn)行管理的關(guān)鍵性能指標(biāo) 第2部分：定義和描述.GB/T34044.2-2017.

[5]賈小平.管材激光切割在全承載客車上的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2016（10）：7-9.

作者簡(jiǎn)介：張喆（1990— ），男，回族，天津人，碩士，工程師，研究方向：汽車工業(yè)。