低成本簡易工裝在家電生產中的應用

陳 劍，陳錦權，李劍鋒，宋韋賓，劉 威，黎正午，李 寧

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

目前家電行業競爭異常激烈，國外品牌進入分食國內市場份額，國內新興家電品牌層出不窮。為提高企業影響力，保質降本成為現有家電企業更加關注的問題。

提升產線效率是家電行業降低產品成本必用的手段之一，但現有家電產線經過多年持續改善，運用傳統IE改善方法可改善點已越來越有限。為此，本文介紹一種新型IE改善方法——低成本簡易工裝，幫助家電企業突破改善瓶頸問題。

低成本簡易工裝是一種新型IE改善工具，起源于春秋戰國時的機關術。其工作原理是應用機械、氣動、電氣、電子和光電等技術手段，結合人的智慧，造出結構簡單、價格低廉、使用方便、見效快的自動裝置或系統，從而達到減少生產過程中的動作浪費、搬運浪費、等待浪費等[1]。對比目前的傳統設備，低成本簡易工裝具備了“更輕、更快、更便宜”的特點，兼顧了設備所實現的大部分功能，應用面更廣，投資回收周期更短，可迅速融入各類生產現場[2]。

傳統IE改善方法更多是運用IE工具消除生產中工序、作業、流程的不合理之處，但產線中因先天缺陷產生部分的問題無法解決，如空間限制、排崗限制、物料拿取限制等。而運用低成本簡易工裝改善方法可消除此類因崗位條件限制產生的無附加價值的移動、等待、搬運等浪費，從而實現更深層的提效[3]。

通過調研分析，目前家電產線主要存在物料補給類、拆垛碼垛類、現場作業類3大類改善瓶頸問題，本文將從這3點進行詳述。

1 低成本簡易工裝在家電生產中的應用探討

1.1 物料補給應用

目前大部分家電生產線采用AGV或人力等方式配送物料至生產線邊，需要水蜘蛛或崗位員工把物料拉至崗位物料暫存區，無法解決生產線最后1 m 流動問題，存在較大的人力浪費。通過低成本簡易工裝可實現產線物料自動補給到崗，減少水蜘蛛人員配置和崗位員工不增值作業。其實現方式是運用AGV小車拉動周轉車到達指定配送崗位時觸發開關，周轉車與崗位物料工裝上的低成本簡易工裝阻擋機構將自動打開，實現實箱自動配送到崗，空箱自動回收，具體實施案例如圖1所示。

圖1 自動對接實例圖

為達到物料自動補給，在設計低成本簡易工裝物料自動補給系統時，應該從系統化、全局化考量，具體可從以下4個步驟展開。

（1）容器標準化

產線的容器種類過多將導致配送的周轉車產生尺寸不統一、適用性弱等缺點。為加強周轉車通用性、簡化AGV配送規則，標準箱規格選取應參考包裝行業國標文件。為滿足產線各類物料配送，整條產線的標準容器規格以3～4 種為宜（小、中、大、超大）。容器要求如下：

①符合周轉箱基本要求，形狀規則且整體完好無損；

②采用硬質耐磨材料，箱體不易發生形變；

③底部平整，易在流利條或滾動上滑動；

④不同規格的周轉箱之間有配合關系；

⑤根據國標插板選取周轉箱，減少空間損耗，提高碼放穩定性。

（2）周轉車設計

根據崗位的低成本簡易工裝設計周轉車，當低成本簡易工裝空實箱呈上下排布時，對應使用上下式配送周轉車；當低成本簡易工裝空實箱呈左右排布時，對應使用左右式配送周轉車。為確定工裝與周轉車上流利條滑動時所需高度差，對不同材料在流利條滑動時的各因素進行測算，具體實驗數據如表1 所示。由表可知，在理想情況下，亞克力板、塑料筐、木板的最小滑動角度為3h，高密度海綿最小滑動角度為5h。考慮部分箱體、滑軌的損壞、周轉箱與滑軌的摩擦力等因素，為保證空箱實箱能滑至對應區域，流利條的高度差范圍值應為L tan（3h～10h），其中L為跨距。

表1 滑軌高度差實驗數據

周轉車設計要注意的要點如下：

①周轉箱與流利條的摩擦程度越大，則tan度數越大；

②周轉車兩旁做導軌，防止周轉箱從周轉車中滑出；

③為提高對接精度，周轉車尺寸不宜過窄。

（3）對接機構設計

對接機構是實現自動補給系統阻擋打開與關閉的機構，相當于整個系統的控制開關。對接機構分為控制部分與阻擋部分。控制部分根據感應方式可分為光電感應控制與機械感應控制（可實現無電氣機械控制）。阻擋部分根據動力源可分為電氣元件阻擋與機械阻擋。考慮系統經濟型與后續維保難度，優先選用機械感應控制與機械阻擋。

對接機構設計要注意以下要點：

①對接機構隱藏于低成本簡易工裝物料自動補給系統內，消除對接機構與其他運動物體碰撞隱患；

②阻擋部分需做沖擊實驗，驗證阻擋的安全性。

（4）AGV軌道設計

國內磁導航式AGV 移動小車配送重復定位精度在i 5 cm左右，而自動對接喂料要求重復定位精度在i 2 cm以內，故現有AGV小車定位精度無法滿足自動對接喂料要求，大范圍升級AGV配送系統成本極高。

為了在企業現有AGV配送系統實現自動對接喂料，需從兩個方面進行改善優化：

①在控制程序中增加讀卡降速和升速功能，實現低速對接，可將定位精度控制在i 2 cm內；

②升級周轉車牽引設備，要求牽引部分前后位移誤差不超過i 1 mm。

2.2 拆垛碼垛應用

拆垛碼垛是生產現場中勞動強度高的動作之一，為解決此類問題，通常運用非標拆垛碼垛設備或拆垛碼垛機器人，此兩種方式占地面積較大，運用靈活度較低，無法實現快速切換與快速搬運。通過設計及制作拆垛碼垛低成本簡易工裝，可以節省空間，靈活性高，易于推廣[4]。

拆垛碼垛低成本簡易工裝的設計及制作遵循低成本簡易工裝一般設計步驟[5]，具體如下：

（1）確定運動軌跡與方向；

（2）劃分功能區域；

（3）各功能區域運動機構的篩選與設計；

（4）運動機構的轉換、組合并模擬；

（5）動力源的選擇及優化；

（6）全流程邏輯控制梳理；

（7）畫圖并制作。

以某空調生產A 線電器盒作為分析對象，畫出改善構思圖，如圖2所示。

圖2 A線電器盒低成本簡易工裝軌跡設計圖

在構思完成的基礎上，重點在物料抓取機構的選取、拆垛方式、碼垛方式的實現方式及全流程邏輯控制梳理4方面進行設計[6]：

（1）在物料抓取機構的選取上，根據物料容器的特征選取夾取式的方式；

（2）在拆垛方式上，采用夾取裝置下降到物料箱位置逐一抓取提升物料實現拆垛；

（3）在碼垛方式上，通過動力裝置將到達碼垛區的第一個空箱提升至碼垛區上方，動力裝置再回到初始位置將第二個空箱提升至碼垛區上方與第一個箱子堆疊，依次類推實現疊箱；

（4）在全流程邏輯控制梳理上，要遵循先進先出規則，以生產使用節拍為基礎，設計好每個區域的觸發邏輯。

在完成以上4 方面重點分析確定后，嚴格遵循低成本簡易工裝的設計步驟，進行機構、動力源、材料等各方面的選取，最終制作出需要的拆垛碼垛低成本簡易工裝。

2.3 現場作業應用

目前家電生產作業現場普遍附帶作業多、物料種類多、動作等級高、勞動強度大等問題。產生這類問題的根本原因是在使用物料時，物料狀態未達到最佳，需要員工調整才可裝配。調整過程屬于無附加價值的附帶作業，影響產線效率。現場作業改善思想是從物料狀態出發，最佳物料狀態實施方向如圖3所示。

圖3 最佳物料狀態實施方向

裸料、定向、定位、定量實施方法與注意點如下。

（1）裸料與標準化

附帶作業是指崗位員工作業時不產生附加價值的作業，家電產線上常見的附帶作業有拆包裝、回收包裝、回收周轉箱、回收保護件等。減少崗位員工無附加價值作業，產線必須推動無包裝來料與標準容器。無包裝來料與標準容器設定按照以下3點進行：

①物料是否需要周轉箱周轉，若無需周轉箱可直接進行無包裝來料；

②需周轉箱來料的物料制定對應標準容器，推行標準箱來料，同時設計物料超市；

③如有需要，重新設計適用于低成本簡易工裝的標準箱，減少崗位員工無附加價值的作業。

（2）定向

定向是指物料與組裝方向一致，無需調整方向即可裝配。目前家電產線所需物料普遍較大，調整方向難度高、強度大，在調整過程中嚴重降低了生產效率。定向可實現物料的理想拿取狀態。實現定向應注意以下幾方面要點：

①定向對象為同一種物料；

②定向物料做到有序排列；

③來料方向為裝配方向；

④多種物料按裝配順序排列擺放；

⑤定向過程中，確保物料品質。

（3）定位

定位是指物料裝載容器固定在離裝配最近最合適的位置，要求能與前物料裝配完成動作完美配合。在家電產線現場，不適的物料位置將產生動作浪費、搬運浪費。合適的物料拿取位置應注意以下幾方面要點：

①物料拿取位置最近；

②拿取物料高度合適；

③同一崗位物料層數設置在2層以下；

④部分物料無法達到理想位置時，可通過精巧的低成本簡易工裝推進實現近手化。

（4）定量

定量是指物料按單次裝配所需數量自動供給。在家電產線現場，小物料主要通過員工判斷拿取，此方式無法精準拿取所需物料數量，產生動作浪費。通過低成本簡易工裝可實現人為判斷到機械控制轉變，減少多拿少拿而產生的效率損失。推行定量可按以下步驟展開：

①羅列崗位物料種類與單次裝配數量；

②根據按需供給原則排列物料位置；

③根據物料特性設計精巧的機構，實現定量供給；

④同種物料組裝多次按裝配位置實現定量供給。

3 低成本簡易工裝在家電企業開展模式探討

低成本簡易工裝作為一種柔性高的新型IE改善工具，各大企業仍在探索其完整開展模式。根據低成本簡易工裝的特點，企業應用低成本簡易工裝必須是全流程推動、全員參與、全過程改善[7]。根據低成本簡易工裝在企業的運用情況，本文提出一套低成本簡易工裝在家電企業的開展模式[8]：從線體改善崗位人機料法環5個維度分析，發現各維度改善點，整理改善點及相關數據充分調研后，設計崗位工裝工具，工裝工具完成后對工裝穩定性、安全性、柔性等進行工裝工具驗證，具體展開流程如圖4所示。

圖4 企業低成本簡易工裝展開流程圖

此開展模式運用IE思想，從人機料法環分析問題，可深度挖掘崗位改善點。同時在低成本簡易工裝設計制作過程中充分考慮產品全生命周期，有利于低成本簡易工裝后續的維護、更新等。每次調研開發能系統地收集各階段數據，為后續開展提供經驗，減少工裝開發周期。

4 結束語

本文介紹了一種低成本簡易工裝在家電生產中的應用。研究結果表明，低成本簡易工裝能解決生產過程中物料補給、拆垛碼垛、現場作業類等板塊的低效問題，對比傳統解決方案，具有低成本、靈活、柔性高等優勢。此工具技術門檻低，能結合企業自身特點，迅速運用到各類型企業中。目前低成本簡易工裝在中國仍屬于新型IE改善工具，各企業仍在探索其應用方式。本文可為中國企業推行低成本簡易工裝提供參考。