客車板管材加工設備的關鍵性能指標研究

張喆 勾立國

摘 要：根據國家標準對客車板管材加工設備關鍵性能指標進行計算，為企業提升生產效率提供定量化數據，為客車板管材加工設備智能化提升打基礎。

關鍵詞：客車;關鍵性能指標;板管材加工;智能制造

Abstract：Calculate the key performance indicators of Bus Plate and Tube Processing Equipment according to national standards，provide quantitative data for enterprises to improve production efficiency，and lay the foundation for the intelligent upgrade of passenger car sheet pipe processing equipment.

Keywords：bus;KPI;plate and tube;Processing equipment;intelligent manufacturing

1 研究背景

為響應國家“智能制造2025”，緊跟“兩化融合”工作的開展，深入學習實踐“智能工廠、數字化車間”的相關標準。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》對客車板管材加工設備的關鍵性能指標進行研究。

客車板管材加工設備的水平是影響整車質量的關鍵因素之一[1]。由于我國客車行業發展較晚，在客車制造裝備的發展、創新和研究上與國外相比還存在明顯的差距。但在國家“智能制造2025”政策的鼓勵與推動下，這些參數、關鍵性能指標是工業大數據的核心和靈魂，可以直觀地體現設備性能。通過對關鍵性能指標，如設備綜合效率等評價指標的研究，可以提升生產設備效率管理水平和縮小整個行業的差距，從而采取相應措施來促進制造生產過程的優化和改善，提高制造企業的經濟效益。本次研究提供定量化數據作為指導依據，為企業智能化提升打好基礎。

2 場景模型（激光板材+激光管材）

在《智能制造系統架構》范圍內，建立設備工作場景模型，即激光板材切割機和激光切管機，結合國家標準《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》，進行實際測量及計算，形成量化指標。[2]

場景分為板材加工類激光板材切割機以及管材加工類激光切管機。

板材加工類激光板材切割機主要由床身、激光發生器與外光路系統、控制系統、配氣系統、除塵系統、自動潤滑系統、防護系統及相關軟件系統等組成。[3]

主要用于碳素鋼（冷軋板、熱軋板、鍍鋅板）0.8～20m、鋁板1～4mm切斷加工。

工藝流程如下：

（1）使用可視排版軟件對需要加工零件進行排版或通過遠程離線編程及UBS接口輸入數據。

（2）上料臺車從外側人工上料位運送需要切割材料至自動上料位，自動上料系統的吸盤吸取單片的板料，將板料送至激光切割機的交換工作臺上，由激光交換工作臺自行送入激光切割位。

（3）激光切割機根據板厚自動調節切割參數，激光切割頭自動開始切割，直至切割完成。

（4）激光交換工作臺把已經切割完成的板材自動送回到非切割區;自動下料系統把完成切割的板材運送到下料臺車上，當完成設置的數量之后，下料臺車自動移動到人工下料位，通過叉車運至分揀位置。

（5）進行人工分揀成品、下腳料、廢料。

管材加工類激光切管機主要由上料系統、激光切割機床身、激光發生器與切割頭、控制系統、配氣系統、除塵系統、自動潤滑系統、防護系統及相關軟件系統等組成。[5]

主要用于矩形管的下料切割及打孔。矩形管20*20～100*100mm，壁厚1.0～5.0mm;長度為6米，電泳孔直徑8、12mm，位置不定。型材材質：20#、Q345、Q700、12Cr17Ni7、06Cr19Ni10。小規格材料（例如20*30*1.5方管）彈性變形較大，部分型材端頭有毛刺，毛刺余高<2mm。型材經過酸洗磷化處理，且表面帶有少量防銹油，可能有Ф10或Ф12不確定位置的電泳孔。管材為焊管（中間有焊線），內腔焊縫有余高1～2mm。切斷件長度范圍：10～2500mm。

工藝流程：

（1）調出離線編程數據或進行現場編程。

（2）根據屏幕顯示的數量及規格，通過行車起吊將管材放在自動上料架上，然后自動輸送到主機的送料裝置，通過后部定位推動，管材進入加工位置，主夾頭將管材自動夾緊。

（3）激光切割頭進行切斷割孔等作業。

（4）成品自動落至料架上，料渣和廢料通過翻轉門落到廢料箱。

3 數據定義

根據《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》，設備綜合效率指標是對制造業中加工設備有效性效率的評價指標，如表1所示。[4]

設備綜合效率指標的定義和計算與設備生產時間密切相關，分析設備綜合效率指標首先要明確影響該指標的時間因素。影響時間因素有設備損壞停工時間、設備速度損失時間和設備返工浪費時間。可用率是實際生產時間與計劃生產時間的百分比，反映了設備的啟動時間。設備性能效率是設備的凈生產時間與實際生產時間的比值，反映了設備運行情況。質量指數為產品的合格品率，即設備實際生產的合格品數量與產品總數量的比值。除此之外還需對KPI時間元素進行定義，如圖3所示：

例如，實際人員工作時間（APWT）是一個員工執行生產訂單所需的時間。其他時間元素如實際單元處理時間（AUPT）、實際單元占用時間（AUBT）、實際人員出勤時間（APAT）等等。

4 實驗數據及結論

根據數據定義，對原材料、成品信息等進行記錄，分別得到激光板材切割機及激光切管機的下料記錄，表2分別用3次加工的數據為例。

對數據記錄整理分析并計算，分別得到激光切管機及激光板材切割機的指標見表3。

結語

通過對加工設備的時間利用情況、性能工作狀況以及產品的質量情況進行分析和計算，全面量化表現出設備時間利用、產品質量等生產情況，找出工序中的瓶頸，設備生產效率的損失，從而改善和優化設備生產情況以及企業的生產制造過程，提高有效產能，進而提高生產力、效益和競爭力。關鍵性能指標是評價設備生產效率的有效分析方法，從數據要素、時間要素和數量要素出發，給出量化數據，規范了企業生產流程和過程評價。對設備綜合效率指標進行深入分析計算，也同時驗證了關鍵性能指標的分析方法的有效性和實用性。

在今后智能制造領域，在國家標準與設備運行理論指導下可以將信息化與設備情況結合，以數據指標形式展現出來，從而給企業直觀的問題解答方案。

參考文獻：

[1]華镕.制造智能中的兩個重要指標——整體設備效能和關鍵性能指標[J].自動化博覽，2013，30（02）：44-46.

[2]朱理.制造企業關鍵性能指標評價及其應用研究.浙江大學博士學位論文，2014：42-43.

[3]張喆，張剡，謝毅.客車板管材下料設備問題及改進[J].客車技術與研究，2020，42（05）：43-45.

[4]蘇宏業，黎曉東，盧山，邵寒山，王海丹，王越，金曉明，周德營，張泉靈，馬龍華.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.GB/T34044.2-2017.

[5]賈小平.管材激光切割在全承載客車上的應用[J].汽車工藝與材料，2016（10）：7-9.

作者簡介：張喆（1990— ），男，回族，天津人，碩士，工程師，研究方向：汽車工業。