自行車生產(chǎn)自動(dòng)化解決方案升級(jí)方法

劉曉鳴

[摘? ? 要]自行車生產(chǎn)企業(yè)屬于勞動(dòng)密集型企業(yè)，人工成本占生產(chǎn)制造成本25%左右。我國(guó)工人工資、保險(xiǎn)等勞動(dòng)力成本普遍增加，臨時(shí)員工效率低，熟練工不能滿足企業(yè)的需求等問(wèn)題造成人工成本增加。自行車生產(chǎn)企業(yè)普遍面臨自動(dòng)化生產(chǎn)、優(yōu)化人員結(jié)構(gòu)等問(wèn)題。但是，由于自動(dòng)化投資一次性投入大，多數(shù)企業(yè)持謹(jǐn)慎態(tài)度。

[關(guān)鍵詞]智能制造;自動(dòng)化;自行車

[中圖分類號(hào)]U213.6 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（21）04–0–03

Upgrading Method of Bicycle Production Automation Solution

Liu Xiao-ming

[Abstract]Bicycle manufacturers are labor-intensive companies， and labor costs account for about 25% of manufacturing costs. Labor costs such as wages and insurance in my country have generally increased， temporary employees are inefficient， and skilled workers cannot meet the needs of enterprises， which have caused labor costs to increase. Bicycle manufacturers generally face problems such as automatic substitution and optimization of personnel structure. However， due to the large one-time investment in automation， most companies are cautious.

[Keywords]intelligent manufacturing; automation; bicycle

1 車企現(xiàn)狀分析

中國(guó)是全球最大的自行車產(chǎn)銷國(guó)，面臨著反傾銷稅、原材料上漲等沖擊，正處于行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)期。目前，自行車制造廠普遍面臨基礎(chǔ)管理薄弱、成本控制能力低、質(zhì)量管控能力不足等問(wèn)題，代工廠、零件廠的凈利潤(rùn)率更加微薄，品牌商品控制能力、生產(chǎn)效率與管理能力均無(wú)法支撐品牌戰(zhàn)略目標(biāo)。正因如此，企業(yè)對(duì)自動(dòng)化投資較為保守。部分行業(yè)龍頭在機(jī)器替換人工有一定投資，但仍舊是以單點(diǎn)效率提升為主，無(wú)法實(shí)現(xiàn)上下游的貫通，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)與信息系統(tǒng)的協(xié)同，行業(yè)整體自動(dòng)化水平仍舊較低。自行車產(chǎn)品集成度相對(duì)較高，從零部件的下料、成型、焊接、噴涂，直至產(chǎn)品的裝配調(diào)試均在各工序內(nèi)獨(dú)立完成。因此，自行車工廠普遍包含具備焊裝車間、涂裝車間、裝配車間、成品庫(kù)四大組成部分。生產(chǎn)工藝也基本以人操作為主，極少工位采用自動(dòng)化專機(jī)輔助作業(yè)，焊接車間、裝配車間、成品庫(kù)、物流輸送全部為人工作業(yè)，自動(dòng)化程度很低。工裝周轉(zhuǎn)和存儲(chǔ)方面，占用大量人力進(jìn)行重復(fù)性作業(yè)，物流周轉(zhuǎn)頻繁，車間之間庫(kù)存、成品庫(kù)存積壓浪費(fèi)。具體問(wèn)題概括如下。

（1）生產(chǎn)效率。設(shè)備自動(dòng)化程度低，效率偏低，焊裝車間全部人工作業(yè)，涂裝和裝配除流水線外人員居多。人員作業(yè)多為重復(fù)性作業(yè)。

（2）人員管理。在崗人員多，多數(shù)從事重復(fù)性工作，存在極大浪費(fèi)，質(zhì)量依靠人員經(jīng)驗(yàn)保證。

（3）產(chǎn)能管理。產(chǎn)能提升存在瓶頸，現(xiàn)依靠加工人、加生產(chǎn)線、加班等提高產(chǎn)能，每天工作時(shí)長(zhǎng)10～12 h。

（4）質(zhì)量管理。過(guò)程質(zhì)量管理以人為主，過(guò)程質(zhì)量數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集，依靠人員進(jìn)行手動(dòng)記錄，質(zhì)量管理力度低，質(zhì)量問(wèn)題解決和分析工具不完善，問(wèn)題反饋機(jī)制、響應(yīng)機(jī)制不健全，管理效率低。

（5）物流管理。物流混亂，同一車間內(nèi)各工序之間物流交互頻繁，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)定時(shí)按需配送，線體人員按天進(jìn)行領(lǐng)料，不同車間物流周轉(zhuǎn)效率低，庫(kù)存積壓。物流形式以人拉小車配送，物流路線沒(méi)有規(guī)劃，物流頻率和物流容量沒(méi)有科學(xué)計(jì)算。

（6）庫(kù)存管理。出入庫(kù)、庫(kù)位管理等信息傳遞依靠紙質(zhì)單據(jù)，人工送料、人工找料、人工碼垛等，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（7）交期管理。平均交期15 d，銷售、計(jì)劃、生產(chǎn)和成品庫(kù)沒(méi)有形成滾動(dòng)管理，銜接時(shí)效性較差。

2 自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)

自行車工廠多為多品種批量型生產(chǎn)，每種產(chǎn)品的尺寸不同，產(chǎn)品零件品種多，但生產(chǎn)工藝相似，且規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，自動(dòng)化方面適用柔性加工生產(chǎn)方式。多數(shù)企業(yè)有提升自動(dòng)化的想法，如前三角焊接自動(dòng)化、前叉焊接自動(dòng)化、場(chǎng)內(nèi)物流自動(dòng)化搬運(yùn)、成品入庫(kù)自動(dòng)化輸送等，多數(shù)企業(yè)局部自動(dòng)化持續(xù)進(jìn)行初步測(cè)試及驗(yàn)證，但局部改進(jìn)無(wú)法解決系統(tǒng)性問(wèn)題。

2.1 自動(dòng)化下料

設(shè)備組成：①設(shè)備包括機(jī)械設(shè)備、流體系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)及電氣測(cè)控系統(tǒng)。②機(jī)械設(shè)備分為上捆料、排料、送料、切管、整料、下料6個(gè)工位，下料可以做2個(gè)工位，分別以左以右。③流體系統(tǒng)包括液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)包括液壓站、閥組、液壓管路及附件。④氣動(dòng)系統(tǒng)包括氣站、閥組、氣壓管路及附件組成。⑤電氣測(cè)控系統(tǒng)有電控柜、操作臺(tái)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2.2 前叉自動(dòng)化焊接

2.2.1 焊接專機(jī)

（1）設(shè)備組成。①焊接專機(jī)主要包含焊接主機(jī)、焊接電源、焊接專機(jī)四軸、送絲機(jī)、焊接臂及焊槍、焊接夾具等。②兩套定位夾緊工裝，一側(cè)焊接一側(cè)進(jìn)行裝夾。③設(shè)備占地面積為3 m×2 m。

（2）工藝要求。①焊接方式。人工點(diǎn)焊，專機(jī)進(jìn)行穿心焊和平焊。②焊接方法。氣體保護(hù)電弧焊接。③保護(hù)氣體。80%Ar+20%CO2。④焊絲直徑。0.8 mm。⑤焊絲形式。桶裝。⑥工件裝卸方式。人工。⑦單個(gè)專機(jī)需要的人工。1人。⑧焊接可達(dá)性。100%以上。⑨焊接節(jié)拍。40 s。

2.2.2 前叉機(jī)器人自動(dòng)化焊接

（1）設(shè)備組成。①焊接單元，主要包含焊接機(jī)器人、焊槍、焊接電源、送絲機(jī)等左右兩側(cè)同時(shí)焊接。②定位夾緊工裝一次可裝卡2個(gè)前叉。③環(huán)形鏈條輸送線，采用伺服電機(jī)帶動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)，焊接工位設(shè)置機(jī)械定位。④設(shè)備占地面積為6 m×3 m。

（2）工藝要求。①焊接方式。人工點(diǎn)焊，機(jī)器人平焊或魚(yú)鱗焊。②焊接方法。氣體保護(hù)電弧焊接。③保護(hù)氣體。80%Ar+20%CO2。④焊絲直徑。0.8mm。⑤焊絲形式。桶裝。⑥工件裝卸方式。人工。⑦單個(gè)工作站需要的人工數(shù)。3人。⑧焊接可達(dá)性。100%以上。⑨焊接節(jié)拍。15 s。

2.3 前三角自動(dòng)化焊接方案

2.3.1 設(shè)備組成

（1）焊接單元，主要包含焊接機(jī)器人、焊槍、焊接電源、送絲機(jī)等左右兩側(cè)同時(shí)焊接。

（2）定位夾緊工裝一次可裝卡1個(gè)前三角件。

（3）環(huán)形鏈條輸送線，采用伺服電機(jī)帶動(dòng)鏈條驅(qū)動(dòng)，焊接工位設(shè)置機(jī)械定位。

（4）生產(chǎn)線占地面積為8 m×3 m。

2.3.2 工藝要求

（1）焊接方式。人工點(diǎn)焊，機(jī)器人自動(dòng)化;焊接方法：氣體保護(hù)電弧焊接。

（2）保護(hù)氣體。80%Ar+20%CO2;焊絲直徑：0.8 mm。

（3）焊絲形式。桶裝。

（4）工件裝卸方式：人工。

（5）焊接可達(dá)性：100%。

2.4 自動(dòng)化貼標(biāo)

2.4.1 設(shè)備組成

（1）適用標(biāo)簽。不干膠標(biāo)簽、不干膠膜、電子監(jiān)管碼、條形碼等。

（2）配套設(shè)備?？膳涮鬃詣?dòng)流水線、印刷機(jī)等，實(shí)現(xiàn)在線貼標(biāo)。

（3）應(yīng)用實(shí)例。薄膜袋成型前貼標(biāo)、流水線貼標(biāo)等。

2.4.2 工藝要求

（1）人工開(kāi)箱裝產(chǎn)品—人工放到流水線—視覺(jué)檢測(cè)—封箱—雙側(cè)打印同時(shí)貼標(biāo)。

（2）貼標(biāo)精度?！? mm。

（3）貼標(biāo)速度。10件/min（與產(chǎn)品及標(biāo)簽尺寸相關(guān)）。

（4）適用箱體。大紙箱：145 cm×20 cm×74 cm;小紙箱：73 cm×17 cm×38 cm（依據(jù)紙箱實(shí)際尺寸而定）。

2.5 自動(dòng)化入庫(kù)

可采用懸掛鏈輸送入庫(kù)、皮帶+輥道輸送入庫(kù)兩種方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化入庫(kù)。自動(dòng)化入庫(kù)流程如下。

（1）產(chǎn)品下線區(qū)。視覺(jué)檢測(cè)、自動(dòng)貼碼。

（2）懸掛輸送線。人工將成品裝入輸送治具。

（3）碼垛區(qū)。人工將成品取下并碼垛。

（4）平庫(kù)。WMS、物料種類有序堆放。

（5）集配區(qū)。按定單配送、揀選。

2.5.1 包裝視覺(jué)檢測(cè)

使用存在/不存在工具進(jìn)行包裝箱的檢測(cè);根據(jù)亮度/對(duì)比度/圖案等信息可準(zhǔn)確判斷產(chǎn)品是否存在;根據(jù)判斷結(jié)果輸出對(duì)應(yīng)信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

（1）檢測(cè)對(duì)象：自行車包裝箱。

（2）檢測(cè)內(nèi)容：包裝箱內(nèi)兩個(gè)盒子是否缺失。

（3）視野：1 300 mm×3 500 mm。

（4）生產(chǎn)節(jié)拍及檢測(cè)速度：1 s。

2.5.2 輸送線

設(shè)備構(gòu)成：爬坡機(jī)，鏈條輸送機(jī)，鋼平臺(tái)，自動(dòng)倒箱機(jī)構(gòu)，電氣控制系統(tǒng)。

2.5.3 碼垛機(jī)器人構(gòu)成及配置說(shuō)明

設(shè)備構(gòu)成：碼垛機(jī)器人;機(jī)器人抓手系統(tǒng)非標(biāo)設(shè)計(jì);裝箱防錯(cuò)，視覺(jué)、掃碼、稱重;信息流采集硬件;機(jī)器機(jī)器人平均一個(gè)節(jié)拍周期在12 s。

2.6 自動(dòng)化物流

2.6.1 物流路線規(guī)劃設(shè)計(jì)原則

（1）車間物流規(guī)劃滿足物流流向合理、物流距離短的要求。

（2）最大限度地減少物流環(huán)節(jié)，減少倒運(yùn)、搬運(yùn)次數(shù)，滿足直達(dá)化的要求，同時(shí)滿足零件的“先進(jìn)先出”原則。

（3）車間暫存區(qū)庫(kù)存量以天為最小單位，線體間物料周轉(zhuǎn)量以小時(shí)為最小單位，物流輸送與生產(chǎn)節(jié)拍同步，減少制品的庫(kù)存。

（4）物料裝、卸、搬、運(yùn)要盡量使用機(jī)械化以省力、省時(shí)。

（5）物流容器應(yīng)單元化、集裝化;單元容器應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。

物流路線規(guī)劃：以生產(chǎn)計(jì)劃拉動(dòng)結(jié)合工藝流程、物流、信息流進(jìn)行整廠全部?jī)?yōu)化。

大循環(huán)：焊接—涂裝—裝配—成品庫(kù)的物流規(guī)劃。

小循環(huán)：焊接—涂裝—裝配車間內(nèi)的物流規(guī)劃。

建立車架空中物流輸送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)焊接、涂裝和裝配車間的訂單拉動(dòng)生產(chǎn)，車間之間緩存量設(shè)置為1d產(chǎn)量。優(yōu)化車間生產(chǎn)平衡率，減少地面庫(kù)存積壓，提高整體效率。

焊接車間、磷化車間、涂裝車間、總裝車間的車架的主物流輸送運(yùn)用WMS系統(tǒng)+AGV小車進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)車間AGV配送、AGV運(yùn)行路線、自動(dòng)裝卸料車、料車空滿轉(zhuǎn)換等。

使用AGV時(shí)盡量進(jìn)行統(tǒng)型，一條盡量使用1個(gè)規(guī)格。根據(jù)實(shí)

際情況，各類車的主要規(guī)格建議：平板車2 000 mm×800 mm

×1 200 mm，鐵筐車1 500 mm×800 mm×1 200 mm，分層懸掛車2 000 mm×800 mm×1 200 mm等（根據(jù)產(chǎn)品尺寸進(jìn)行選型）。

2.6.2 AGV輸送牽引車技術(shù)要求

（1）AGV形式要求為潛伏式牽引（即在料車下面進(jìn)行牽引），載荷滿足500 kg，尺寸要求長(zhǎng)≤1 500 mm、寬≤400 mm、高≤310 mm。

（2）AGV輸送牽引車主要部件（車身結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等）使用壽命達(dá)到10 a。

（3）AGV牽引車配備報(bào)警裝置，AGV在運(yùn)行過(guò)程中，報(bào)警裝置產(chǎn)生相應(yīng)的聲光提示信息。

（4）AGV車體安裝檢測(cè)安全裝置，將監(jiān)測(cè)區(qū)域分為減速區(qū)和停止區(qū)。

（5）AGV牽引車具有抱閘釋放裝置，當(dāng)牽引車電機(jī)異常時(shí)，能夠在人工干涉下迅速退出生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

（6）AGV牽引車電池電量低時(shí)，報(bào)警提示更換（手動(dòng)充電可連續(xù)運(yùn)行10 h以上）。

（7）AGV牽引車為磁帶導(dǎo)航方式，運(yùn)行速度0～40 m/min。

（8）AGV牽引車通訊及控制系統(tǒng)能適應(yīng)強(qiáng)電磁使用環(huán)境，保證系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、可靠。

（9）AGV牽引車牽引力設(shè)計(jì)時(shí)考慮一定預(yù)留，禁止出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行情況。

（10）AGV附帶音樂(lè)提示功能，要求滿足多種音樂(lè)選擇性播放。

3 自行車生產(chǎn)自動(dòng)化投資原則

（1）盡量減少自動(dòng)化設(shè)備及零件的品牌和種類。

（2）盡量使用技術(shù)較成熟的設(shè)備、硬件和系統(tǒng)。

（3）對(duì)項(xiàng)目評(píng)估要綜合考慮，可分別從可實(shí)現(xiàn)性，穩(wěn)定性，操作便捷性，質(zhì)量保證性，工藝技術(shù)條件達(dá)成度，耐久衰減性，易維護(hù)性，可擴(kuò)展性方面綜合評(píng)價(jià)考慮。

（4）自動(dòng)化設(shè)備使用的軟件未來(lái)可擴(kuò)展和可兼容性;預(yù)留數(shù)據(jù)接口，保證未來(lái)可供信息系統(tǒng)對(duì)接，采集和有效使用設(shè)備數(shù)據(jù)。

（5）備品備件通用性，金額、易采購(gòu)性可遠(yuǎn)程支持，維修保養(yǎng)費(fèi)用少及售后響應(yīng)時(shí)間短。

（6）具體項(xiàng)目評(píng)估時(shí)性價(jià)比與擴(kuò)展性綜合考慮原則：雖然當(dāng)前性價(jià)比高，但是考慮到機(jī)器人未來(lái)可擴(kuò)展性強(qiáng)，在具體項(xiàng)目評(píng)估時(shí)，可接受部分溢價(jià)。

4 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化升級(jí)是典型的“一把手工程”，就是“一把手”負(fù)責(zé)、主抓、為第一責(zé)任人的工程，是推進(jìn)項(xiàng)目的有效形式和有力手段。當(dāng)實(shí)施工作得到領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)可后，由上而下的貫徹落實(shí)相關(guān)制度，流程就容易得多。同時(shí)一把手積極投身到項(xiàng)目中，能夠起到示范帶頭作用，員工的積極性能夠得到調(diào)動(dòng)，更容易形成全員參與局面，從而提高項(xiàng)目實(shí)施的成功率。引導(dǎo)觀念轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化智能制造建設(shè)理念，提升基礎(chǔ)理論和素養(yǎng)，鼓勵(lì)使用信息化和智能裝備，提升管理水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 余海峰.從生產(chǎn)自動(dòng)化到智能制造——中國(guó)自行車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路[J].中國(guó)自行車，2017（11）：46-51.