一種新型矩形管切管設(shè)備性能指標(biāo)研究

張 喆，勾立國(guó)

(中汽研汽車工業(yè)工程(天津)有限公司，天津 300300)

0 引言

矩形管作為客車的主要組成部分，其成品質(zhì)量是影響整車質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[1]。目前客車行業(yè)內(nèi)，企業(yè)在矩形管切割方面普遍采用砂輪機(jī)、帶鋸機(jī)和圓鋸機(jī)等設(shè)備。傳統(tǒng)設(shè)備加工勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本較高、加工效率較低，且切割噪聲大，飛濺及粉塵較多，會(huì)產(chǎn)生鐵屑和冷卻水，造成環(huán)境污染，在質(zhì)量要求下無(wú)法滿足日益提升的產(chǎn)能要求。同時(shí)，也無(wú)法響應(yīng)國(guó)家對(duì)生產(chǎn)企業(yè)日漸智能化的要求[2]。

新型矩形管切管設(shè)備生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)鋸切割的2倍，每年人工成本和耗材費(fèi)用可節(jié)省幾十萬(wàn)元，且無(wú)鐵屑和冷卻水、噪聲低、精度高，完全能夠滿足機(jī)器人焊接要求，可根據(jù)材料規(guī)格自動(dòng)快速切換沖刀夾具位置，切換規(guī)格無(wú)需人工干預(yù)；預(yù)留有其他工序接口，充分實(shí)現(xiàn)了矩形管加工的無(wú)人化、智能化。

本文依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范對(duì)新型設(shè)備進(jìn)行關(guān)鍵性能指標(biāo)研究。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的框架內(nèi)，這些關(guān)鍵指標(biāo)可以直觀地顯示設(shè)備性能。企業(yè)可以以此為參考，提升設(shè)備管理水平，采取相應(yīng)措施來(lái)促進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，提高制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 建立矩形管切管設(shè)備場(chǎng)景模型

建立的矩形管切管設(shè)備場(chǎng)景模型如圖1所示，主要由自動(dòng)上料部分、自動(dòng)送料部分、矩形管沖裁機(jī)構(gòu)、自動(dòng)定位夾緊及出料裝置、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及配套軟件組成。

圖1 矩形管切管設(shè)備場(chǎng)景模型

矩形管切管設(shè)備用于碳素鋼矩形管直料沖裁下料。矩形管規(guī)格為20×20～60×60，普通優(yōu)質(zhì)碳素鋼Q235、Q345壁厚為1.5 mm～4 mm，高強(qiáng)鋼Q700、Q900的壁厚為1.5 mm～2.5 mm，原材料長(zhǎng)度為6 m。

加工工藝流程如下：

(1) 通過(guò)觸摸屏、U盤、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)輸入需要加工的原材料截面尺寸、長(zhǎng)度及要求下料的長(zhǎng)度和數(shù)量。

(2) 通過(guò)行車吊起成捆矩形管并放置在上料機(jī)構(gòu)上，由自動(dòng)上料裝置將矩形管經(jīng)過(guò)設(shè)備的夾緊口推到定位面并夾緊。

(3) 沖頭下移對(duì)矩形管進(jìn)行裁剪沖斷，下腳料自動(dòng)落入料箱。

(4) 矩形管通過(guò)落料裝置自動(dòng)落到料架上。

2 實(shí)驗(yàn)研究

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造運(yùn)行管理的關(guān)鍵性能指標(biāo)第2部分：定義和描述》，明確了影響設(shè)備關(guān)鍵性能指標(biāo)的時(shí)間因素及生產(chǎn)信息。

(1) 計(jì)劃訂單執(zhí)行時(shí)間POET；

(2) 計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間POT；

(3) 計(jì)劃占用時(shí)間PBT；

(4) 每個(gè)任務(wù)的計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間PRI；

(5) 實(shí)際人員工作時(shí)間APWT；

(6) 實(shí)際單元處理時(shí)間AUPT；

(7) 實(shí)際單元占用時(shí)間AUBT；

(8) 實(shí)際訂單執(zhí)行時(shí)間AOET；

(9) 實(shí)際人員出勤時(shí)間APAT；

(10) 實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間APT；

(11) 實(shí)際單元停工時(shí)間ADOT；

(12) 實(shí)際單元準(zhǔn)備時(shí)間AUST；

(13) 實(shí)際運(yùn)輸時(shí)間ATT；

(14) 生產(chǎn)數(shù)量PQ；

(15) 合格品數(shù)量GQ；

(16) 故障間隔時(shí)間TBF；

(17) 修復(fù)時(shí)間TTR；

(18) 故障時(shí)間TTF；

(19) 損失量PL；

(20) 消耗物料數(shù)量CM。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及公式計(jì)算得到下列關(guān)鍵性能指標(biāo)：?jiǎn)T工工作效率、分配率、生產(chǎn)率、分配效率、使用效率、設(shè)備綜合效率指標(biāo)、可用率、設(shè)備性能效率、質(zhì)量指數(shù)、生產(chǎn)準(zhǔn)備率和技術(shù)效率[3]。

本文以3個(gè)訂單加工為例對(duì)原材料、成品信息等進(jìn)行記錄。

(1) 訂單1：型材規(guī)格及數(shù)量為矩形管30×30×1.5 L-6030，共12根，總長(zhǎng)度為72 360 mm。

加工后成品規(guī)格及數(shù)量如下：C-1562，數(shù)量8;C-1500，數(shù)量8;C-1445，數(shù)量8;C-670，數(shù)量8；C-600，數(shù)量16;C-440，數(shù)量8;C-420，數(shù)量8;C-385，數(shù)量8;C-185，數(shù)量32;C-170，數(shù)量8;C-150，數(shù)量8。成品總長(zhǎng)度為69 456 mm，余料長(zhǎng)度為2 904 mm。

(2) 訂單2：型材規(guī)格及數(shù)量為矩形管50×30×1.5 L-6300，共12根，總長(zhǎng)度為75 600 mm。

加工后成品規(guī)格及數(shù)量如下：C-1128，數(shù)量11;C-1042，數(shù)量11;C-936，數(shù)量11;C-774，數(shù)量22;C-769，數(shù)量11;C-418，數(shù)量11;C-257，數(shù)量11;C-225，數(shù)量11;C-124，數(shù)量11。成品總長(zhǎng)度為70 917 mm，余料長(zhǎng)度為4 683 mm。

(3) 訂單3：型材規(guī)格及數(shù)量為矩形管40×40×2 L-6030，共6根，總長(zhǎng)度為36 180 mm。

加工后成品規(guī)格及數(shù)量為：C-1800，數(shù)量16。成品總長(zhǎng)度為28 800 mm，余料長(zhǎng)度為7 380 mm。

對(duì)訂單1、2、3的信息元素進(jìn)行采集并整理，具體如下：

(1) 計(jì)劃訂單執(zhí)行時(shí)間POET分別為3 245 s、4 526 s、1 923 s；

(2) 計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間POT分別為2 864 s、4 071 s、1 623 s；

(3) 計(jì)劃占用時(shí)間PBT分別為2 324 s、3 531 s、1 083 s；

(4) 每個(gè)任務(wù)的計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間PRI分別為9.37 s、11.19 s、14.56 s；

(5) 實(shí)際人員工作時(shí)間APWT分別為2 278 s、3 421 s、817 s；

(6) 實(shí)際單元處理時(shí)間AUPT分別為1 897 s、1 866 s、367 s；

(7) 實(shí)際單元占用時(shí)間AUBT分別為1 897 s、2 966 s、517 s；

(8) 實(shí)際訂單執(zhí)行時(shí)間AOET分別為2 278 s、3 421 s、817 s；

(9) 實(shí)際人員出勤時(shí)間APAT分別為28 800 s、28 800 s、28 800 s；

(10) 實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間APT分別為1 297 s、1 266 s、267 s；

(11) 實(shí)際單元停工時(shí)間ADOT分別為0 s、1 100 s、150 s；

(12) 實(shí)際單元準(zhǔn)備時(shí)間AUST分別為600 s、600 s、100 s；

(13) 實(shí)際運(yùn)輸時(shí)間ATT分別為381 s、455 s、300 s；

(14) 生產(chǎn)數(shù)量PQ分別為120、110、16；

(15) 合格品數(shù)量GQ分別為120、110、16；

(16) 損失量PL分別為2 904 mm、4 683 mm、7 380 mm；

(17) 消耗物料數(shù)量CM分別為72 360 mm、75 600 mm、36 180 mm；

(18) 故障間隔時(shí)間TBF、修復(fù)時(shí)間TTR、故障時(shí)間TTF 3個(gè)訂單都為0。

關(guān)鍵性能指標(biāo)計(jì)算公式如下：

(1) 員工工作效率=實(shí)際人員工作時(shí)間APWT/實(shí)際人員出勤時(shí)間APAT。

(2) 分配率=實(shí)際單元占用時(shí)間AUBT/實(shí)際訂單執(zhí)行時(shí)間AOET。

(3) 生產(chǎn)率=生產(chǎn)數(shù)量PQ/實(shí)際訂單執(zhí)行時(shí)間AOET。

(4) 分配效率=實(shí)際單元占用時(shí)間AUBT/計(jì)劃占用時(shí)間PBT。

(5) 使用效率=實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間APT/實(shí)際單元占用時(shí)間AUBT。

(6) 設(shè)備綜合效率指標(biāo)=可用率×設(shè)備性能率×質(zhì)量指數(shù)。

(7) 可用率=實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間APT/計(jì)劃占用時(shí)間PBT。

(8) 設(shè)備性能效率=每個(gè)任務(wù)的計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間PRI×生產(chǎn)數(shù)量PQ/實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間APT。

(9) 質(zhì)量指數(shù)=合格品數(shù)量GQ/生產(chǎn)數(shù)量PQ。

(10) 生產(chǎn)準(zhǔn)備率=實(shí)際單元準(zhǔn)備時(shí)間AUST/實(shí)際單元處理時(shí)間AUPT。

(11) 技術(shù)效率=實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間APT/(實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間APT+實(shí)際單元停工時(shí)間ADOT)。

將數(shù)值代入公式(1)～公式(11)計(jì)算得到訂單1、2、3的各項(xiàng)指標(biāo)及平均值，如表1所示。

表1 矩形管切管設(shè)備關(guān)鍵性能指標(biāo)

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)一種新型矩形管切管設(shè)備的功能、組成、工作流程等方面做了介紹，通過(guò)對(duì)其時(shí)間利用情況、性能工作狀況以及產(chǎn)品的質(zhì)量情況進(jìn)行數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)、分析和計(jì)算，得到直觀數(shù)據(jù)指標(biāo)。

在未來(lái)國(guó)家不斷要求智能化、信息化的大環(huán)境下，以數(shù)據(jù)指標(biāo)形式來(lái)反映生產(chǎn)設(shè)備的能力水平，不僅為智能制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供鋪墊，也為今后企業(yè)在設(shè)備層面如何進(jìn)行升級(jí)給出了指導(dǎo)意義[4]。