一種新型矩形管切管設備性能指標研究

張 喆，勾立國

(中汽研汽車工業工程(天津)有限公司，天津 300300)

0 引言

矩形管作為客車的主要組成部分，其成品質量是影響整車質量的關鍵因素之一[1]。目前客車行業內，企業在矩形管切割方面普遍采用砂輪機、帶鋸機和圓鋸機等設備。傳統設備加工勞動強度大、成本較高、加工效率較低，且切割噪聲大，飛濺及粉塵較多，會產生鐵屑和冷卻水，造成環境污染，在質量要求下無法滿足日益提升的產能要求。同時，也無法響應國家對生產企業日漸智能化的要求[2]。

新型矩形管切管設備生產效率是傳統鋸切割的2倍，每年人工成本和耗材費用可節省幾十萬元，且無鐵屑和冷卻水、噪聲低、精度高，完全能夠滿足機器人焊接要求，可根據材料規格自動快速切換沖刀夾具位置，切換規格無需人工干預；預留有其他工序接口，充分實現了矩形管加工的無人化、智能化。

本文依據國家標準及相關規范對新型設備進行關鍵性能指標研究。在標準規范的框架內，這些關鍵指標可以直觀地顯示設備性能。企業可以以此為參考，提升設備管理水平，采取相應措施來促進生產過程的優化，提高制造企業的經濟效益。

1 建立矩形管切管設備場景模型

建立的矩形管切管設備場景模型如圖1所示，主要由自動上料部分、自動送料部分、矩形管沖裁機構、自動定位夾緊及出料裝置、液壓系統、氣動系統、自動潤滑系統、電氣控制系統及配套軟件組成。

圖1 矩形管切管設備場景模型

矩形管切管設備用于碳素鋼矩形管直料沖裁下料。矩形管規格為20×20～60×60，普通優質碳素鋼Q235、Q345壁厚為1.5 mm～4 mm，高強鋼Q700、Q900的壁厚為1.5 mm～2.5 mm，原材料長度為6 m。

加工工藝流程如下：

(1) 通過觸摸屏、U盤、內部網絡輸入需要加工的原材料截面尺寸、長度及要求下料的長度和數量。

(2) 通過行車吊起成捆矩形管并放置在上料機構上，由自動上料裝置將矩形管經過設備的夾緊口推到定位面并夾緊。

(3) 沖頭下移對矩形管進行裁剪沖斷，下腳料自動落入料箱。

(4) 矩形管通過落料裝置自動落到料架上。

2 實驗研究

根據國家標準《自動化系統與集成制造運行管理的關鍵性能指標第2部分：定義和描述》，明確了影響設備關鍵性能指標的時間因素及生產信息。

(1) 計劃訂單執行時間POET；

(2) 計劃運行時間POT；

(3) 計劃占用時間PBT；

(4) 每個任務的計劃運行時間PRI；

(5) 實際人員工作時間APWT；

(6) 實際單元處理時間AUPT；

(7) 實際單元占用時間AUBT；

(8) 實際訂單執行時間AOET；

(9) 實際人員出勤時間APAT；

(10) 實際生產時間APT；

(11) 實際單元停工時間ADOT；

(12) 實際單元準備時間AUST；

(13) 實際運輸時間ATT；

(14) 生產數量PQ；

(15) 合格品數量GQ；

(16) 故障間隔時間TBF；

(17) 修復時間TTR；

(18) 故障時間TTF；

(19) 損失量PL；

(20) 消耗物料數量CM。

根據試驗數據及公式計算得到下列關鍵性能指標：員工工作效率、分配率、生產率、分配效率、使用效率、設備綜合效率指標、可用率、設備性能效率、質量指數、生產準備率和技術效率[3]。

本文以3個訂單加工為例對原材料、成品信息等進行記錄。

(1) 訂單1：型材規格及數量為矩形管30×30×1.5 L-6030，共12根，總長度為72 360 mm。

加工后成品規格及數量如下：C-1562，數量8;C-1500，數量8;C-1445，數量8;C-670，數量8；C-600，數量16;C-440，數量8;C-420，數量8;C-385，數量8;C-185，數量32;C-170，數量8;C-150，數量8。成品總長度為69 456 mm，余料長度為2 904 mm。

(2) 訂單2：型材規格及數量為矩形管50×30×1.5 L-6300，共12根，總長度為75 600 mm。

加工后成品規格及數量如下：C-1128，數量11;C-1042，數量11;C-936，數量11;C-774，數量22;C-769，數量11;C-418，數量11;C-257，數量11;C-225，數量11;C-124，數量11。成品總長度為70 917 mm，余料長度為4 683 mm。

(3) 訂單3：型材規格及數量為矩形管40×40×2 L-6030，共6根，總長度為36 180 mm。

加工后成品規格及數量為：C-1800，數量16。成品總長度為28 800 mm，余料長度為7 380 mm。

對訂單1、2、3的信息元素進行采集并整理，具體如下：

(1) 計劃訂單執行時間POET分別為3 245 s、4 526 s、1 923 s；

(2) 計劃運行時間POT分別為2 864 s、4 071 s、1 623 s；

(3) 計劃占用時間PBT分別為2 324 s、3 531 s、1 083 s；

(4) 每個任務的計劃運行時間PRI分別為9.37 s、11.19 s、14.56 s；

(5) 實際人員工作時間APWT分別為2 278 s、3 421 s、817 s；

(6) 實際單元處理時間AUPT分別為1 897 s、1 866 s、367 s；

(7) 實際單元占用時間AUBT分別為1 897 s、2 966 s、517 s；

(8) 實際訂單執行時間AOET分別為2 278 s、3 421 s、817 s；

(9) 實際人員出勤時間APAT分別為28 800 s、28 800 s、28 800 s；

(10) 實際生產時間APT分別為1 297 s、1 266 s、267 s；

(11) 實際單元停工時間ADOT分別為0 s、1 100 s、150 s；

(12) 實際單元準備時間AUST分別為600 s、600 s、100 s；

(13) 實際運輸時間ATT分別為381 s、455 s、300 s；

(14) 生產數量PQ分別為120、110、16；

(15) 合格品數量GQ分別為120、110、16；

(16) 損失量PL分別為2 904 mm、4 683 mm、7 380 mm；

(17) 消耗物料數量CM分別為72 360 mm、75 600 mm、36 180 mm；

(18) 故障間隔時間TBF、修復時間TTR、故障時間TTF 3個訂單都為0。

關鍵性能指標計算公式如下：

(1) 員工工作效率=實際人員工作時間APWT/實際人員出勤時間APAT。

(2) 分配率=實際單元占用時間AUBT/實際訂單執行時間AOET。

(3) 生產率=生產數量PQ/實際訂單執行時間AOET。

(4) 分配效率=實際單元占用時間AUBT/計劃占用時間PBT。

(5) 使用效率=實際生產時間APT/實際單元占用時間AUBT。

(6) 設備綜合效率指標=可用率×設備性能率×質量指數。

(7) 可用率=實際生產時間APT/計劃占用時間PBT。

(8) 設備性能效率=每個任務的計劃運行時間PRI×生產數量PQ/實際生產時間APT。

(9) 質量指數=合格品數量GQ/生產數量PQ。

(10) 生產準備率=實際單元準備時間AUST/實際單元處理時間AUPT。

(11) 技術效率=實際生產時間APT/(實際生產時間APT+實際單元停工時間ADOT)。

將數值代入公式(1)～公式(11)計算得到訂單1、2、3的各項指標及平均值，如表1所示。

表1 矩形管切管設備關鍵性能指標

3 結束語

結合國家標準，對一種新型矩形管切管設備的功能、組成、工作流程等方面做了介紹，通過對其時間利用情況、性能工作狀況以及產品的質量情況進行數據收集統計、分析和計算，得到直觀數據指標。

在未來國家不斷要求智能化、信息化的大環境下，以數據指標形式來反映生產設備的能力水平，不僅為智能制造產業升級提供鋪墊，也為今后企業在設備層面如何進行升級給出了指導意義[4]。