基于精益理念的某公司自动喷码生产线设计

蒋星红　李余江　蒋志成

摘 要：针对某电器元件生产企业产线工序节拍不平衡现状，设计了基于PLC控制的自动分拣喷码传送带。该系统从精益管理视角出发，提出了改造方案，并以西门子PLC S7-200为控制中心对产线进行了改造，实现了分拣喷码工序的自动控制。设备投入使用后大大提高了产能，平衡了工序节拍，取得的较好的效果和回报。

关键词：精益管理；西门子PLC；自动化；工序

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

0 引言

低压短路器在工业、商业、高层和民用住宅等各种场所都有应用，市场需求量比较大。目前市面上有出售的主要是施耐德、西门子、德力西、輝能电气等大品牌，因此想要在高手如云的市场竞争中争得一席之地，就必须想方设法让自己在生产上提升优势。而每个低压短路器在成品包装前都必须喷上序列号和日期，以方便日后责任追溯和产品维护保养，因此喷码工序在整个产品生产中扮演着必不可少的重要角色，如何快速调高喷码效率成为当务之急。

1 某公司喷码工位的动作分析

经过对断路器组装喷码生产线的研究，将各个工位的Cycle Time（注：Cycle Time本意为 周期 此处指代单个产品处理所需平均时间，以下简称CT）通过测算记录了下来：这是一条有四个工位的组装线。前两个工位负责安装不同的零部件，第三个工位负责对产品喷码，第四个工位负责将产品进行超声波焊接。如图1所示，除了喷码工位单个产品产出需要5秒，另外三个工位的CT都是3秒。通过工时对比，每次产品流到喷码工位都会形成2秒的等待和堆积，由此可以识别出喷码工位存在浪费。当一条产线上各工序动作不能实现CT的统一化，就会产生各种问题：

第一是库存的累积，完成喷码工序需要5秒，而上一个工位每3秒就有一个产品流入，那么显然在本工位的产品还没有流出到下一个工位时，就有产品从上一工位流入，于是就会产生产品的堆积。每五秒一个流出，每三秒一个堆积。流出时间小于流入时间，时间越长，堆积就会越多。

第二是空间问题。时间一长，堆积变多，就形成较大的库存，必然对空间造成一个比较大的占用，而这个空间的占用并不能带来实际产出和收益的回报，即此空间的占用同属于资源浪费。

第三是动作的不连续。对上有堆积，对下，三秒的工位结束动作以后，每次都要等待喷码工位的两秒钟，造成一个真空时间。零产出，空白占用率达到40%。

第四是不便于管理。假设本产线今天的生产任务是1000个产品，然后到了流水线上，前面三秒工位的上产任务完成就可以下班了。那么在喷码这里由于库存的堆积，别人下班了，为了完成指标他（包括下面的工位）就只能加班。员工工作时长不一致，班别安排麻烦，需要在制品缓冲流程不平衡。

上文分析得出，喷码工位是必不可少的，但本工位除了增值动作喷码以外，存在多余动作。这些多余动作便是本次改善需要着重解决的对象，解决这些问题，CT自然下降。

2 自动喷码线的方案设计

经分析，可用简单自动化来代替手工分开工件的过程。要使得喷码器喷头上方的传感器感有效区分每个工件，必须要使得每个工件之间有一定的间隔，因此原工序中手动拨开物料，是有必要的。但是由于手动的局限性，无论是一次取料的数量上的限制，还是取料放料过程中的间隙，毋庸置疑都在时间和效率上都存在一些浪费。如果设计一个如图2所示两级差速传送带来传送物料就能实现物料的分离，并将原先操作员所在固定位置以及两边分别放置的已喷码和未喷码工件的料盒取消，空间利用率上得到提高。其次，人员不需一直在本工位负责上下料，只需将喷码结束的产品取出，使动作简单化且劳动强度得到降低。并在进料处增加一个传送带连接上一个组装工位，那么组装好的产品不用进料盒，而是直接上传送带，减少了库存环节和物流动作。

3 控制系统设计

3.1 系统硬件设计

控制系统硬件接线如图3所示，设备两级传送带采用单相电机驱动，并可以独立调速。控制器采用西门子PLC S7-200。设备装有运行指示灯，报警指示灯及蜂鸣器。两级传送带上各垂直安装有2个反射式光电传感器，用于检测元件倾倒，并装有一个电容传感器用于位置检测，控制喷码器动作。

3.2 系统流程图及功能分析

系统流程图如图4所示。

1）设备启动后，两级传送带启动，运行指示灯亮。

2）光电式传感器实时监测元件是否倾倒，一旦发送倾倒，相应的传送带立刻停止，报警指示灯亮，蜂鸣器响。

3）电容传感器进行工件位置检测，控制喷码器动作。

4）两级传送带可以独立调速。

4 成果分析

如图5所示，改造后喷码工序的工艺场景改头换面，从一开始人工控制物料变成物料自动化分离喷码。有了很大的改观，如表1分析可知，产线绩效得到了极大的提升。

本工位通过改造，让周期时间得到了平衡。首先大大缩短了单个产品的CT，效率提升1000%，在制品库存也缩小数量为之前的十二分之一。效率、空间回报率都非常好。减少了很大的浪费，而这套设备加安装加调试成本9000元，按每个工人每年的费用为6万来算，回报周期仅1.2个月。

参考文献：

[1]（美）詹姆斯 P.沃麦克（James P.Womack），（英）丹尼尔 T.琼斯（Daniel T.Jones）.精益思想[M].机械工业出版社，2011.

[2]李冰.西门子 S7-300/400PLC[M].北京：机械工业出版社，2010.

【基金】“江苏高校品牌专业建设工程资助项目”，项目编号：PPZY2015A088

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第三期江苏省职业教育教学改革研究课题： 校企合作开发结合精益理念的运动控制课程的实践研究 项目编号：ZYB274

作者简介：蒋星红（1979-），女，江苏启东人，硕士，讲师，研究方向：控制理论与控制工程、企业精益管理。endprint