基于某車間的設備布局優化

宋梓賢

摘 要：本文基于筆者的調查實踐，針對某車間進行相應研究，在分析車間概況的基礎上對相關問題進行布局優化。

關鍵詞：車間布局;機械加工;設備優化

一、序言

伴隨著當前產能和經濟等多方面需求的變化，傳統的車間布局越來越不能適應當前的生產作業效率需求，針對產業特點進行產業結構的升級已經是當前制造業的新趨勢。車間的電力布局是車間優化的關鍵，傳統的電力布局面對新形勢下的生產需求顯然不能夠滿足，所以在需要對現有的車間電力布局進行全面的優化，才能保證車間生產效率。本文基于當前產業升級、電力系統規劃原則和車間布局理論，對案例的車間進行全面優化，幫助車間進一步滿足產業升級需求，希望能夠為相關企業的產業升級提供借鑒。

二、車間的線路布局現狀分析

1.車間概況

本次研究的對象是某汽車公司的A工廠，該工廠與2000年正式運行，能夠實現8車型45JPH節拍的生產要求。每條生產線擁有涂裝車間、焊裝車間、裝配車間、總裝車間和車體分配中心等區域，本次研究主要集中在某生產線的裝配車間。總裝車間的生產線共分為5類，首先是AGV合裝線，主要設備有引導帶、AGV小車;其次是底盤線，主要設備有直軌空中軌道、彎軌空中軌道、摩擦驅動、底盤升降機、底盤吊具裝置;第三是內飾線和最終線，主要設備有固定滾床、地軌、剪式升降機、滑板、旋轉滾床、驅動裝置、轉線升降機;第四是PBS線，主要設備有電動夾緊器、氣動夾緊器、旋轉滾床、皮帶滾床、升降滾床、移動滾床、PBS轉內飾線升降機;第五是其他線，主要設備有空中軌道、倍速鏈運輸裝置、停止器、升降機、頂升移載機。

2.車間電力布局分析

（1）部分控制系統備件版本過老

從現有控制系統來看，總賬車間總控站的控制系統為MP200版本，1線和5線的控制系統為M90版本，2線、3線、4線的控制系統為AC450版本，但是因為控制系統與傳動系統之間的通信協議有所不同，總控站的控制系統版本與傳動系統間的通信協議為MBS通信協議，M90的通信協議版本更為老舊，市面上基本不能采購到同類型的產品，筆者調查了生產MBS通信協議的線管公司，發現此類通信產品早已被該公司所淘汰，所以一旦控制系統出現相應問題就無法得到備件的替換，進而嚴重影響車間各生產線的工作效率，嚴重甚至可能導致停工停產。

（2）電氣設備布局問題

該總裝車間部分電氣設備的結構設計與放置均出現了問題。具體包括以下五點：首先是內飾線旋轉滾床形成了運動干涉，主要是因為旋轉滾床的停止傳感器壓塊出現問題;其次是內飾線的剪式升降滾床，其在上升時定位裝置與滑板有運動干涉，這主要是因為裝置間距不合理;第三是內飾線的轉底盤線的抱具定位銷與車身之間出現干涉，這主要是因為定位銷缺少相應的開啟與閉合裝置，無法對車體形成有效的避讓;第四是內飾線滑板進入剪式升降滾床時，二者出現運動干涉，主要是因為升降滾床的形成桿位置出現問題;最后是底盤線轉最終線的時候，負責該部分的升降機抱具出現未知錯誤，這些問題使得總裝車間線路在經常出現相關問題，十分影響工廠的正常生產。

三、車間的電力布局優化

參照了同類型車間的設計標準后，A工廠決定基于西門子CARS硬件標準和軟件標準對所有車間的電力系統進行重新設計，直接對接A工廠的辦公網絡，對物流叫料系統、訂單系統、報表系統和監控系統等進行了集成，提高了車間生產效率的同時也加強了車間的安全保障。以總裝車間為例，電力系統的布局優化分為以下幾個步驟：

1.系統架構

依照西門子CARS標準系統架構圖，整個系統采用三層網絡架構：以ANDON 系統為數據顯示窗口的應用層，應用層會收集車間內各個線體的數據至工廠的中控室，為工廠數控中心服務，本文不作詳細介紹;由PLC 通過PROFINET 和網關構成的控制層;通過PROFINET 網絡聯接的遠程設備構成執行層。控制層的交換機與PLC 之間需要構建環網。網絡環網是組成一個圈，斷掉環網上的某根網線還能正常通訊。若是在環網口插入其他普通站的網線，會造成網絡癱瘓。

三層網絡結構的分開，在大規模的生產線上尤為重要。以中控室為載體的應用層下達生產計劃后，由控制層和執行層完成計劃任務，計劃的完成情況，在ANDON 系統顯示器上面適時顯示。當控制層或執行層出現故障時，應用層發送過來的計劃數據和執行層的設備狀態可以保存在控制層的PLC 內，當故障解除后，三層網絡可以繼續協同執行各自的分工，由此保障了系統的可靠性非常高。

2.電氣設備布局優化

在利用西門子CARS標準系統對設備的參數進行提取，進而利用相關軟件對總裝車間的設備進行建模，筆者依靠建模對電氣設備的布局進行了調整，并最終得出了如下的優化方案。

首先是針對內飾線旋轉滾床形成了運動干涉問題，原因是旋轉滾床的停止傳感器壓塊出現問題，懸臂整體過長，解決方案是縮短停止傳感器壓塊的懸臂長度;其次是針對內飾線的剪式升降滾床，其在上升時定位裝置與滑板有運動干涉問題，原因是裝置間距不合理，解決方案是增加兩者之間的間距，同時設置相應的定位設備;第三是針對內飾線的轉底盤線的抱具定位銷與車身之間出現干涉問題，原因是定位銷缺少相應的開啟與閉合裝置，無法對車體形成有效的避讓，解決方案是去除定位銷，替換為其他裝置;第四是內飾線滑板進入剪式升降滾床時，二者出現運動干涉，原因是升降滾床的行程桿位置出現問題，解決方案是調整行程桿的位置;最后是底盤線轉最終線的時候，負責該部分的升降機抱具出現位置錯誤，主要是因為位置不合理，解決方案是更改抱具的位置和整體結構。

四、總結

經過后續對A工廠總裝車間的調查發現，在對A工廠總裝車間的電力系統進行了布局優化之后，其整體的生產效率有了大幅度提升。總而言之，先進的技術和方案只是針對特定的情況進行制定，不同的車間和企業需要依據自身的經濟情況、政策情況和人才水平等方面進行綜合考慮，只有這樣才能真正建立起一套屬于自己的電力布局方案，才能真正完成中國制造2025大目標。

參考文獻

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