標準機箱自動化產線設計與實現

關鍵詞：電氣自動化，精益生產，生產線

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.011.021

0引言

當前，我國軌道交通電氣設備生產制造技術水平已經達到國際先進水平，在電氣設備的研發、設計、制造等方面具備了較強的技術實力，為進一步滿足產能、管理和質量的要求，同時結合智能制造總體規劃和重點產品產線升級優化，以智能化、數據化、綠色化的生產模式逐漸優勢顯現。隨著軌道交通電氣設備產品開始向多樣化發展，大批量生產的時代已經結束，訂單轉變為以多品種小批量為主，探討從小批量產品中找到共同點，結合實踐經驗和智能制造新技術，運用“成組技術”減少換產頻率，對現有產線進行智能化升級改造，實現工序間的智能化生產。

1標準機箱智能產線概述

標準機箱智能產線旨在以精益化內核帶動生產工藝、計劃、管理，夯實改善成果，通過人、機器、物料與產線管理系統的協作，對作業工步引導，質量控制、數據管理、訂單管理等生產要點進行規范管理，達到提高工作效率、提高產能和產品質量的目的。圍繞上述目的，主要解決三個部分問題：

（1）面板部件組裝：解決標準機箱面板部件小批量、多品種組裝兼容性問題，同時提高生產效率。采用單板環形輸送線配合單元式智能組裝工作站，實現面板組裝、輸送、按訂單分揀，通過連續輸送，從而實現不間斷分揀，達到提高組裝效率的目的。考慮到混流生產時產品規格的多樣性，通過訂單管理系統分解組裝工序位置，實現長、短時間不同配合，達到均衡化生產，從而綜合提高組裝效率。

（2）整機組裝：提高標準機箱組裝過程中的質量合格率，提高標準整機組裝效率。采用雙層輸送線配合導軌及背板智能組裝工作站和打標、打螺絲、防錯銷自動化工位，實現導軌組裝、機箱輸送、自動打螺絲、刻碼和插裝防錯銷，通過輸送線連續輸送、自動工作，減少人員干預，達到提高組裝產品品質，提高組裝效率的目的。

（3）產線管理：實現生產過程的智能化排產、數字化管理、數據采集及產線監控。通過產線監控、訂單管理、數據分析、系統管理、程序管理功能實現產線實時數據采集和監控，訂單分解、自動排產，數據采集、追溯分析，設備維護智能管理等，從而優化工藝、減少人員投入、提高生產效率、提高產能。

2標準機箱智能產線系統實現

標準機箱是車間主要產品之一，以機箱的外形尺寸作為劃分，此類產品主要涵蓋交通行業的PIS系統、軸報系統、視頻監控系統、網絡系統、車地無線傳輸系統，各系統的標準機箱雖然構件不同，但在組裝工段的工藝制程與作業要求相似程度高、生產量大，因此在組裝工段按照流水作業模式進行設計，后續功能測試、老化試驗等工序采用單元模式進行設計，主要工藝路線如圖1所示。

主要根據產品工藝類型和質量要求，確定本方案的設計原則如下：

（1）本方案生產線物流方式采用倍速鏈方式，由具有定位工裝的托盤對物流進行傳輸，托盤上的工裝可以實現快換功能，方便混流生產時的快速換型，不同型號的產品托盤大小相同，工裝尺寸不同，不同型號的產品配有專用工裝（見圖2）。

（2）在機械結構上，線體、各工位均以鋁合金型材為骨架，并結合鋁合金托盤及合金鋼定位工裝為主要的工作平臺，各主要機械結構均采用噴漆、鍍化學鎳、鍍硬鉻等方式進行表面處理，以保證各個機械結構的使用壽命。

（3）在設備安全上，自動、半自動工位由鋁合金型材搭配有機玻璃做設備防護罩，人機操作正面配置安全光柵，設備維修門配置安全門鎖，高等級的安全配置保證操作人員和設備維護人員的人身安全（見圖3）。自動化設備具有自我排除故障的能力，能大致地判斷故障方向后，再引導人員開展細致的排查，從而在短時間內精準確定自動化設備出現的故障點。

（4）混流生產模式，即同一時刻有多種產品同時在一條生產線上流動，使工序從毛坯到成品的加工過程始終處于不停滯、不堆積、不超越的流動狀態。該設計理念的生產線特點如下：按產品類別布置生產線、多制程的生產方式、在制品存量少、占用生產面積小、容易適應市場與計劃的變更。

（5）單元化工位設計。單元化生產方式適合產品不固定、工位專業化程度低，可以靈活轉換生產其他產品，工藝過程封閉，單元內工位可以按工藝順序安排為流水形式，也可以一個工位獨立完成所有工序。單元內可以有很短小的流水線。生產沒有明顯的節奏性。可以間斷，可以連續。由于Cell可以獨立完成產品，因而Cell之間的生產能力是不平衡的，相互之間沒有牽制。大大提高了適應多種小批量的能力。同時對于部分新產品的投產，也可以選擇在單元化生產區域進行集中生產、組裝。同時單元工作臺具備防呆放錯的功能，即在作業過程中采用自動作用（動作、不動作），報警，提醒（標識、分類）等手段，使作業人員不特別注意或不需注意也不會失誤的方法（見圖4）。

（6）軟件系統采用C/S體系結構，可以通過控制數據庫服務器來實現對自動化設備的智能化管理工作；C/S體系結構在實現電氣自動化設備管理工作的同時可以容許管理者具有一定程度上的獨立性，也就是說，管理人員可以不必只局限于某一種類型的系統平臺操作，如此一來系統對電氣自動化設備的管理工作也就相對而言具有一定的靈活性，進而可以進一步地提高電氣自動化設備管理工作的效率。

3結語

通過對標準機箱的自動化產線建設，實現了多品種小批量訂單環境下的自動化生產，開創了自動化設備應用的新場景，為工廠自動化建設的開展提供參考依據。同時，在交通裝備市場日益成熟，客戶需求不斷提高的環境下，持續深入研究自動化生產模式，提高產品實物質量，縮短訂單交付周期，持續提升生產效率。運用精益生產模式保證制造過程穩定、受控，產品質量精益求精，企業能持續提高運營效率。

作者簡介

郭輝，在職工學博士，工程師，主要從事制造業生產線自動化、標準化、智能化改造實施和制造業領域的數字化轉型研究工作。

（責任編輯：袁文靜）