工廠工位器具通用化設計與應用

西安西電開關電氣有限公司/鄭益征　曹偉產

工廠工位器具通用化設計與應用

西安西電開關電氣有限公司/鄭益征曹偉產

規劃設計通用化多功能工位器具，對于物料存放、高效搬運、零部件防護，以及產品質量，具有重要意義。本文從標準化、通用化的角度，研究小批量生產條件下工廠工位器具的標準化、通用化結構設計，以實現工位器具的通用化應用。

工位器具、通用化結構、標準化設計

一、工位器具的使用分析

1.工位器具的使用現狀

小批量生產中，為滿足物料的線邊存放、轉運、倉儲庫存以及產品裝配等需求，形成種類繁多的各類工位器具，多數功能單一、不能在工序間流通，導致工位器具需求量大，搬運和倒盤量大，物流作業效率低。

2.工位器具的功能需求

在小批量生產條件下，工廠迫切需求能夠兼容多類零件存放，可在較多工序間通用，兼容搬運、庫存多個物流環節，而且對零部件能夠提供可靠防護的綜合性通用工位器具，以減少工位器具種類和數量以及物料倒運次數，提高物流作業標準化和工位器具的通用化。

二、工位器具的通用化設計

以某電氣生產企業工位器具標準化、通用化項目為例，探討工廠工位器具通用化方案設計方法及過程，為工廠工位器具的通用化提供解決思路。

1.工位器具的通用化原則

（1）一種工位器具可適應多類零部件；

（2）工位器具能在不同工序間流通、通用；

（3）工位器具滿足物料盛放、搬運作業、庫存等多工序功能；

（4）包裝保護通用化，適應不同規格零件保護。

2.工位器具通用化的設計流程

（1）物流流程的分析

對于多品種且有一定批量生產類型企業，繪制出工藝流程圖，直觀反映工廠物流路徑，形成多產品工藝流程表，通過分析物流過程和節點、計算物料進出和物流流量，為工位器具方案設計積累資料。

（2）零件物理特征的分析

對各流程的零部件進行分析，確定流程涉及到零部件主要的特征、生產工藝、質量保證以及特殊管理要求等，編制物料特征，如表1。

（3）零部件的分類

依照對零件的分析結果，將各個流程的零部件按照形狀特征相似歸集為類，合并不同流程零部件及物料，得到精簡化的零件類別，如表2。

（4）工位器具的配置

在零部件特性及分類的基礎上，綜合考慮包裝防護規格物料搬運方式、庫存狀態以及線邊存放等多個因素，形成通用工位器具的初步配置方案，并應用計算機軟件進行方案優化，得到簡化合并工位器具配置方案，如表3。

　表1　零部件物理特征分析

　表2　零部件通用分類表

表3　工位器具配置方案

3.工位器具的通用化設計

（1）工位器具的規格標準化

對工位器具配置方案進行標準化，是保證工位器具多工序通用的前提，是簡化工位器具種類的有效手段，是最大限度發揮單元化包裝效益的保障。

參照托盤國家標準GB2934-1982、叉車作業要求、輸送設備規格，確定了1200mm×1000mm、200mm×1800mm2個標準規格、2個非標規格，對應12大類零部件，占零部件總數95%以上。

（2）工位器具的通用化結構設計

1200mm×1000mm規格工位器具，通用結構設計為：通用箱+通用保護內襯組合結構。

通用箱結構設計為托盤箱式樣，底部結構為“川”型，底部高度為200mm，滿足叉車、手動液壓搬運車自動庫輸送機、傳輸作業，如圖1。其余1200mm×1000mm工位器具結構由通用箱+通用保護內襯組合形式，箱體通用，內襯可調、可換。

圖1　通用箱結構

（3）工位器具的通用保護設計

針對不同類別零件，設計可調保護柵格、可調V型排、多用途法蘭架、組合殼體轉運架等，與通用箱組合成不同類型的通用性工位器具，適應各類零件的隔離保護。

①可調式保護柵格

可調保護柵格結構保護襯套，通過調整格柵尺，適應一定范圍不同類別零件的保護，可滿足矩形、三角形以及異型零件的分隔和保護，結構如圖2。

圖2　可調式柵格結構

②滑道式軸類V型支撐

滑道式V型支撐結構，通過V型支撐在滑道中移動變化，達到軸類零件的通用和保護，結構如圖3。

圖3　滑道式軸類V型支撐結構

③插入式U型支撐

插入式U型支撐與固定梁結構，滿足不同直徑和厚度的法蘭圓盤及蓋板類零件通用，同時U型支撐外設置軟管套護，避免了圓盤類零件相互接觸，起到放置支撐和保護作用，結構如圖4。

圖4　插入式U型支撐結構

④組合式V型放置結構

運用標準托盤和組合式V型結構，實現圓柱筒類零件的組合放置，可堆疊存放、轉運和軟質保護，實現通用，結構如圖5。

圖5　組合式V型放置結構

（4）工位器具的通用化設計方案

按照通用箱+通用保護的組合方式，形成通用工位器具方案，與零件類別進行對應，合并簡化同類項，形成可適合工廠3000余種零件放置和保護12類通用型工位器具，應用UG軟件進行三維設計、組合、模擬優化，代表結構如下：

①通用托盤箱

規格1200×1000×350（mm）鋼質箱體，托盤箱+四周保護內襯結構，存放較大尺寸零件或帶包裝物料，滿足堆垛機、傳輸帶、運輸送料叉車使用。

②通用柵格箱

規格1200×1000×350（mm）鋼質箱體，通用托盤箱+可調式保護柵格組合結構，放置尺寸在直徑Φ400mm、高度在300mm內的圓柱類零件、矩形零件、三角形零件以及異型零件，滿足堆垛機、傳輸帶、運輸送料車使用。

③軸類通用箱

規格1200×1000×350（mm）鋼質箱體，通用箱體+滑道式軸類V型支撐組合結構，可根據放入零件長度調整軸類v型支撐間距，放置直徑Ф20-Ф90mm、長度≤1000mm的軸類零件，滿足工序放置、叉車轉運、堆垛機、傳輸帶使用。

④通用法蘭架

規格1200×1000×500（mm）鋼質箱體，通用箱體+插入式U型支撐結構，滿足直徑Ф260-Ф625mm、厚度≤70mm的圓盤類零件存、運、庫房貨架應用。

⑤組合式筒體架

規格1500×2000×350（mm）鋼質組合架，托底+軟質快換裝V型塊組合，可組裝成不同放置層數，滿足直徑Ф260-Ф625mm，長度700～2000mm的筒體存放、轉運。

三、應用效果

通過工位器具通用化設計，將工廠的3000多種1萬多個規格的零件，歸結到12類工位器具，在企業物流項目中實施了5000余件，滿足加工工序、物料搬運、自動倉庫多工序應用，收到了工位器具通用化良好效果，見圖6。

小批量生產條件下，工廠通過工位器具通用化設計，優選符合企業實際的通用型工位器具，對于解決工位器具種類多、防護不到位、流通困難等問題，實現工位器具在工序、轉運、庫房和配送中的通用和標準化，對提高生產物流效率具有重要作用。