封邊機(jī)單循環(huán)回轉(zhuǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)與效果評(píng)價(jià)?

錢文婷 熊先青 郭偉娟 王旭凱

隨著技術(shù)進(jìn)步，木工機(jī)械水平的不斷提高，板式家具企業(yè)中全自動(dòng)直線封邊機(jī)的生產(chǎn)水平已經(jīng)大幅度提高，基本能滿足封邊過程中的質(zhì)量要求，目前正朝著自動(dòng)化、柔性化方向發(fā)展[1-2]。如何在保證封邊質(zhì)量的前提下，優(yōu)化設(shè)備配置來提高封邊過程中的物流速度，從而提高生產(chǎn)效率，是家具企業(yè)目前面臨的問題。

經(jīng)前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，常見的做法是通過增加循環(huán)設(shè)備或二聯(lián)機(jī)、四聯(lián)機(jī)，來提高封邊效率，降低人工操作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)[1]。但無論增加何種設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，都離不開循環(huán)回轉(zhuǎn)線，循環(huán)回轉(zhuǎn)線設(shè)計(jì)的好壞將會(huì)直接影響到生產(chǎn)過程中的物流速度。

基于此，筆者以某家具企業(yè)為例，在分析封邊工序效率影響因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合封邊機(jī)循環(huán)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套可行的循環(huán)回轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其應(yīng)用結(jié)果做出對(duì)比評(píng)價(jià)，為家具企業(yè)進(jìn)行封邊設(shè)備改造和提高生產(chǎn)物流效率提供借鑒與參考。

1 直線封邊機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀與回轉(zhuǎn)線改造設(shè)計(jì)的目的

1.1 基本運(yùn)行情況

直線封邊機(jī)可以一次性完成板材某一側(cè)邊的涂膠、封邊、齊頭、修邊、倒角等加工。生產(chǎn)過程中，大多數(shù)零件往往需要4邊封邊，在封完其中的一條邊后，需回轉(zhuǎn)至封邊機(jī)前端重新上料，因此，完成一個(gè)零件的四邊封邊，至少需回轉(zhuǎn)3次，封邊機(jī)的運(yùn)行過程如圖1所示，一般需要配備4名工人，其中，上料處2人負(fù)責(zé)將工件搬至工作臺(tái)面并推入進(jìn)料口，下料處2人負(fù)責(zé)將末端工件搬至回轉(zhuǎn)車上擺放整齊，封完一組工件后回轉(zhuǎn)至上料處繼續(xù)下一組邊的加工，直至全部完成。由于目前大多數(shù)企業(yè)板材在上下料及回轉(zhuǎn)時(shí)，采用這種人工方法，因此會(huì)產(chǎn)生大量重復(fù)勞動(dòng)，增加人工成本，降低生產(chǎn)效率[3]。

圖1 直線封邊機(jī)運(yùn)行過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the operation of linear edge banding machine

1.2 運(yùn)行效率影響因素

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)直線封邊過程封邊機(jī)的運(yùn)行效率影響因素主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[4]。

1）工件規(guī)格的影響。

由于工件在家具中的結(jié)構(gòu)功能不同，板材規(guī)格具有多樣性，厚度有12、16、18、25、40、60mm等，幅面尺寸最小可為200 mm×50 mm、最大2 440 mm×1 830 mm。在搬運(yùn)過程中，重量差異，小件需要碼放整齊、大件需要輕拿輕放，直接影響工人的搬運(yùn)方式和搬運(yùn)速度。

2）搬運(yùn)過程的影響。

由于回轉(zhuǎn)車與工作臺(tái)之間存在高度差，上下料時(shí)，工人需彎腰操作，工件數(shù)量越少，工作人員彎腰幅度越大，搬運(yùn)距離越長，耗時(shí)越久。同時(shí)，封邊機(jī)自身長度都較長，工件從末端運(yùn)至前端需要移動(dòng)很遠(yuǎn)的距離，還需對(duì)回轉(zhuǎn)車進(jìn)行90°旋轉(zhuǎn)，因此，搬運(yùn)過程將直接影響運(yùn)行效率。

3）輔助設(shè)備影響。

輔助設(shè)備會(huì)影響操作方式變化，主要是回轉(zhuǎn)車的操作（如圖2），其操作需要兩名工作人員協(xié)作完成。在使用手動(dòng)叉車時(shí)，操作方式也會(huì)發(fā)生不同的變化，從而影響運(yùn)行效率。

圖2 回轉(zhuǎn)車操作過程Fig.2 Operation of rotary vehicle

4）工人操作水平。

由于是人工搬運(yùn)，受到身高、性別、疲勞程度等的影響，對(duì)不同工件規(guī)格、數(shù)量以及搬運(yùn)距離等進(jìn)行操作時(shí)，將直接影響運(yùn)行效率。

1.3 回轉(zhuǎn)線改造設(shè)計(jì)的目的

回轉(zhuǎn)線即封邊機(jī)單循環(huán)回轉(zhuǎn)線，是通過給封邊機(jī)增加輔助設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)輸送[5]。單循環(huán)回轉(zhuǎn)線可實(shí)現(xiàn)不規(guī)格和大小工件的封邊回轉(zhuǎn)輸送，適用尺寸變化較大的整批工件封邊?；剞D(zhuǎn)線可省去封邊機(jī)末端接料的操作人員，加快了封邊工件的回轉(zhuǎn)速度。

隨著技術(shù)的發(fā)展，封邊機(jī)回轉(zhuǎn)線功能已經(jīng)逐漸完善，如帶轉(zhuǎn)向頭式、氣浮臺(tái)式、輥筒式等，各具優(yōu)勢，成本不一。但由于企業(yè)生產(chǎn)模式往往已經(jīng)固定，同時(shí)受吸塵裝置位置、場地面積、物流方向等固定條件約束，直接購買市場上完整的回轉(zhuǎn)線并不適用，且高度上的運(yùn)輸距離仍未解決。因此對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行回轉(zhuǎn)線改造設(shè)計(jì)，可達(dá)到適用性強(qiáng)、成本低、操作簡便的目的。

2 封邊機(jī)單循環(huán)回轉(zhuǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

優(yōu)化設(shè)計(jì)主要通過封邊過程中，上料、封邊、下料和回轉(zhuǎn)4個(gè)主要?jiǎng)幼鲗?duì)封邊工序時(shí)間的影響進(jìn)行考慮，在封邊機(jī)運(yùn)行速度一定的情況下，利用輔助設(shè)備簡化人員操作動(dòng)作并使動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)化，縮短人工搬運(yùn)距離，從而達(dá)到優(yōu)化的目的。核心是通過添加機(jī)器設(shè)備，工件可自動(dòng)回轉(zhuǎn)至上料處，節(jié)省運(yùn)輸時(shí)間，同時(shí)利用升降平臺(tái)實(shí)現(xiàn)工件在高度上的運(yùn)輸，減少人工操作強(qiáng)度，提高封邊速度。

2.2 設(shè)計(jì)方案

圖3 直線封邊機(jī)回轉(zhuǎn)線設(shè)計(jì)方案Fig.3 Design scheme of rotary line for linear edge banding machine

設(shè)計(jì)方案如圖3所示，在封邊機(jī)末端添加一臺(tái)鏈?zhǔn)揭戚d機(jī)連接縱向輥筒輸送線，縱向輥筒線與橫向輥筒線轉(zhuǎn)角處設(shè)有一臺(tái)移載機(jī)，工件封完一條邊后先由移載機(jī)輸送至縱向輥筒輸送線，輥筒輸送工件至轉(zhuǎn)角處，由移載機(jī)將工件移載至橫向輥筒輸送線上并移至上料處。上料處和輸送線末端各設(shè)有一臺(tái)升降平臺(tái)，平臺(tái)表面嵌有萬向滾球，工件可在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)自由旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，升降平臺(tái)由人工控制高度，使工件與輸送設(shè)備保持一定高度，工作人員不需要彎腰操作。上料時(shí)一名工作人員將板材推入進(jìn)料口，下料時(shí)由另一名工作人員在輸送線末端將工件進(jìn)行疊垛整理，同時(shí)完成工件封邊質(zhì)量檢查。如果需要進(jìn)行工件其他側(cè)邊加工，輸送線末端的員工則需將工件旋轉(zhuǎn)推入下一條輸送線，由輸送線將工件輸送至封邊機(jī)上料處升降臺(tái)面上。

3 效果分析

3.1 效率分析

效率分析是通過規(guī)?；a(chǎn)實(shí)驗(yàn)完成，不考慮調(diào)機(jī)、換膠等因素的影響，對(duì)常見規(guī)格1 200 mm×500 mm×25 mm的桌面板進(jìn)行測試，封邊機(jī)速度為18 m/min，對(duì)封邊過程中的主要操作上料、封邊、下料和回轉(zhuǎn)4個(gè)工序用時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析，任意選取12組數(shù)據(jù)，取平均值。其中，上料是工人將工件搬至工作臺(tái)并推入進(jìn)料口；封邊是工件在封邊機(jī)中運(yùn)行過程；下料是工人將工件搬運(yùn)至回轉(zhuǎn)車；回轉(zhuǎn)是工人利用回轉(zhuǎn)車將工件由下料處運(yùn)至上料處。結(jié)果分別見表1、表2和表3。

表1 改進(jìn)前動(dòng)作時(shí)間測試表Tab.1 Action and time test chart before improvements

表2 改進(jìn)后動(dòng)作時(shí)間測試表Tab.2 Action and time test chart after improvement s

表3 優(yōu)化前后動(dòng)作效率對(duì)比分析表Tab.3 Action efficiency contrast analysis table before and after optimization

由表3可知，通過對(duì)比分析，改進(jìn)前后所用時(shí)間明顯減少，從而提升了封邊效率，其中上料和下料工序最為突出，分別提升61%和50.4%。

表4 改進(jìn)前后產(chǎn)量對(duì)比分析表Tab.4 Output contrast analysis table before and after optimization

3.2 設(shè)備優(yōu)勢體現(xiàn)

1）產(chǎn)量明顯提升。

由于實(shí)際生產(chǎn)中封邊時(shí)間還受到調(diào)機(jī)、換膠等操作動(dòng)作的因素影響，基于此，改進(jìn)前后各進(jìn)行一個(gè)月的數(shù)據(jù)跟蹤，并分別任意選取7 d，每天工作11 h的產(chǎn)量進(jìn)行分析（見表4）?？梢姰a(chǎn)量明顯提高，平均提高達(dá)45.7%。

2）減少人工成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

優(yōu)化前，需要工作人員 4名，上下料處各2名，優(yōu)化后上下料處各1名，減少工作人員2名，降低了人工成本。由于增加了升降平臺(tái)，工作人員彎腰操作角度由最初的實(shí)驗(yàn)測得最大136°變?yōu)?0°、甚至0°，大大降低員工肌肉勞損和疲勞度。同時(shí)設(shè)備自動(dòng)回轉(zhuǎn)工件，并不受工件規(guī)格和數(shù)量影響，減少了人工搬運(yùn)過程，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）結(jié)合企業(yè)實(shí)際，滿足生產(chǎn)需要。

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，市場上帶自動(dòng)轉(zhuǎn)向輸送線的封邊設(shè)備往往成本投入較高，且使用中容易出現(xiàn)故障導(dǎo)致停產(chǎn)。該設(shè)計(jì)針對(duì)企業(yè)實(shí)際情況，在減少成本投入的情況下優(yōu)化設(shè)備。同時(shí)，利用人工旋轉(zhuǎn)操作的優(yōu)勢，及時(shí)檢查封邊質(zhì)量，生產(chǎn)品質(zhì)得到保證，滿足生產(chǎn)需要。

4）保證封邊品質(zhì)，增加企業(yè)實(shí)力。

由于封邊過程中工件需要進(jìn)行多次循環(huán)加工，增加了搬運(yùn)次數(shù)與運(yùn)輸距離，使得工件易出現(xiàn)刮花、劃痕、變形等問題。增加回轉(zhuǎn)線后，工件自動(dòng)完成運(yùn)輸，人為影響因素減少，工件與設(shè)備之間的摩擦減少，破損率降低，有助于保證產(chǎn)品品質(zhì)。

4 結(jié)語

通過優(yōu)化設(shè)備，縮短運(yùn)輸距離，減少人工勞動(dòng)，在封邊過程中的物流和操作上得到提升，使封邊過程生產(chǎn)自動(dòng)化程度大幅度提高，從而大量節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間及成本。在技術(shù)成熟和成本可控的范圍內(nèi)，增加帶轉(zhuǎn)向設(shè)備的輸送線，可省去人工回轉(zhuǎn)動(dòng)作，同時(shí)，通過升降平臺(tái)增加自動(dòng)感應(yīng)裝置，根據(jù)工件厚度或生產(chǎn)需求調(diào)整高度，另外也可在進(jìn)料處增加自動(dòng)進(jìn)料輥等，都能不同程度地提高封邊效率。由于企業(yè)實(shí)際情況存在差異，設(shè)備使用也各不相同，因此，企業(yè)需要結(jié)合自身實(shí)際采取切實(shí)有效的措施，以提高封邊質(zhì)量和操作效率。

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