基于某車間的設(shè)備布局優(yōu)化

宋梓賢

摘 要：本文基于筆者的調(diào)查實(shí)踐，針對(duì)某車間進(jìn)行相應(yīng)研究，在分析車間概況的基礎(chǔ)上對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行布局優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：車間布局;機(jī)械加工;設(shè)備優(yōu)化

一、序言

伴隨著當(dāng)前產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)等多方面需求的變化，傳統(tǒng)的車間布局越來越不能適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)作業(yè)效率需求，針對(duì)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)已經(jīng)是當(dāng)前制造業(yè)的新趨勢(shì)。車間的電力布局是車間優(yōu)化的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的電力布局面對(duì)新形勢(shì)下的生產(chǎn)需求顯然不能夠滿足，所以在需要對(duì)現(xiàn)有的車間電力布局進(jìn)行全面的優(yōu)化，才能保證車間生產(chǎn)效率。本文基于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)升級(jí)、電力系統(tǒng)規(guī)劃原則和車間布局理論，對(duì)案例的車間進(jìn)行全面優(yōu)化，幫助車間進(jìn)一步滿足產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供借鑒。

二、車間的線路布局現(xiàn)狀分析

1.車間概況

本次研究的對(duì)象是某汽車公司的A工廠，該工廠與2000年正式運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)8車型45JPH節(jié)拍的生產(chǎn)要求。每條生產(chǎn)線擁有涂裝車間、焊裝車間、裝配車間、總裝車間和車體分配中心等區(qū)域，本次研究主要集中在某生產(chǎn)線的裝配車間?？傃b車間的生產(chǎn)線共分為5類，首先是AGV合裝線，主要設(shè)備有引導(dǎo)帶、AGV小車;其次是底盤線，主要設(shè)備有直軌空中軌道、彎軌空中軌道、摩擦驅(qū)動(dòng)、底盤升降機(jī)、底盤吊具裝置;第三是內(nèi)飾線和最終線，主要設(shè)備有固定滾床、地軌、剪式升降機(jī)、滑板、旋轉(zhuǎn)滾床、驅(qū)動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)線升降機(jī);第四是PBS線，主要設(shè)備有電動(dòng)夾緊器、氣動(dòng)夾緊器、旋轉(zhuǎn)滾床、皮帶滾床、升降滾床、移動(dòng)滾床、PBS轉(zhuǎn)內(nèi)飾線升降機(jī);第五是其他線，主要設(shè)備有空中軌道、倍速鏈運(yùn)輸裝置、停止器、升降機(jī)、頂升移載機(jī)。

2.車間電力布局分析

（1）部分控制系統(tǒng)備件版本過老

從現(xiàn)有控制系統(tǒng)來看，總賬車間總控站的控制系統(tǒng)為MP200版本，1線和5線的控制系統(tǒng)為M90版本，2線、3線、4線的控制系統(tǒng)為AC450版本，但是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)之間的通信協(xié)議有所不同，總控站的控制系統(tǒng)版本與傳動(dòng)系統(tǒng)間的通信協(xié)議為MBS通信協(xié)議，M90的通信協(xié)議版本更為老舊，市面上基本不能采購(gòu)到同類型的產(chǎn)品，筆者調(diào)查了生產(chǎn)MBS通信協(xié)議的線管公司，發(fā)現(xiàn)此類通信產(chǎn)品早已被該公司所淘汰，所以一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)相應(yīng)問題就無法得到備件的替換，進(jìn)而嚴(yán)重影響車間各生產(chǎn)線的工作效率，嚴(yán)重甚至可能導(dǎo)致停工停產(chǎn)。

（2）電氣設(shè)備布局問題

該總裝車間部分電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與放置均出現(xiàn)了問題。具體包括以下五點(diǎn)：首先是內(nèi)飾線旋轉(zhuǎn)滾床形成了運(yùn)動(dòng)干涉，主要是因?yàn)樾D(zhuǎn)滾床的停止傳感器壓塊出現(xiàn)問題;其次是內(nèi)飾線的剪式升降滾床，其在上升時(shí)定位裝置與滑板有運(yùn)動(dòng)干涉，這主要是因?yàn)檠b置間距不合理;第三是內(nèi)飾線的轉(zhuǎn)底盤線的抱具定位銷與車身之間出現(xiàn)干涉，這主要是因?yàn)槎ㄎ讳N缺少相應(yīng)的開啟與閉合裝置，無法對(duì)車體形成有效的避讓;第四是內(nèi)飾線滑板進(jìn)入剪式升降滾床時(shí)，二者出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉，主要是因?yàn)樯禎L床的形成桿位置出現(xiàn)問題;最后是底盤線轉(zhuǎn)最終線的時(shí)候，負(fù)責(zé)該部分的升降機(jī)抱具出現(xiàn)未知錯(cuò)誤，這些問題使得總裝車間線路在經(jīng)常出現(xiàn)相關(guān)問題，十分影響工廠的正常生產(chǎn)。

三、車間的電力布局優(yōu)化

參照了同類型車間的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，A工廠決定基于西門子CARS硬件標(biāo)準(zhǔn)和軟件標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所有車間的電力系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，直接對(duì)接A工廠的辦公網(wǎng)絡(luò)，對(duì)物流叫料系統(tǒng)、訂單系統(tǒng)、報(bào)表系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行了集成，提高了車間生產(chǎn)效率的同時(shí)也加強(qiáng)了車間的安全保障。以總裝車間為例，電力系統(tǒng)的布局優(yōu)化分為以下幾個(gè)步驟：

1.系統(tǒng)架構(gòu)

依照西門子CARS標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)架構(gòu)圖，整個(gè)系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：以ANDON 系統(tǒng)為數(shù)據(jù)顯示窗口的應(yīng)用層，應(yīng)用層會(huì)收集車間內(nèi)各個(gè)線體的數(shù)據(jù)至工廠的中控室，為工廠數(shù)控中心服務(wù)，本文不作詳細(xì)介紹;由PLC 通過PROFINET 和網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的控制層;通過PROFINET 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的遠(yuǎn)程設(shè)備構(gòu)成執(zhí)行層。控制層的交換機(jī)與PLC 之間需要構(gòu)建環(huán)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)是組成一個(gè)圈，斷掉環(huán)網(wǎng)上的某根網(wǎng)線還能正常通訊。若是在環(huán)網(wǎng)口插入其他普通站的網(wǎng)線，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分開，在大規(guī)模的生產(chǎn)線上尤為重要。以中控室為載體的應(yīng)用層下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃后，由控制層和執(zhí)行層完成計(jì)劃任務(wù)，計(jì)劃的完成情況，在ANDON 系統(tǒng)顯示器上面適時(shí)顯示。當(dāng)控制層或執(zhí)行層出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)用層發(fā)送過來的計(jì)劃數(shù)據(jù)和執(zhí)行層的設(shè)備狀態(tài)可以保存在控制層的PLC 內(nèi)，當(dāng)故障解除后，三層網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)協(xié)同執(zhí)行各自的分工，由此保障了系統(tǒng)的可靠性非常高。

2.電氣設(shè)備布局優(yōu)化

在利用西門子CARS標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行提取，進(jìn)而利用相關(guān)軟件對(duì)總裝車間的設(shè)備進(jìn)行建模，筆者依靠建模對(duì)電氣設(shè)備的布局進(jìn)行了調(diào)整，并最終得出了如下的優(yōu)化方案。

首先是針對(duì)內(nèi)飾線旋轉(zhuǎn)滾床形成了運(yùn)動(dòng)干涉問題，原因是旋轉(zhuǎn)滾床的停止傳感器壓塊出現(xiàn)問題，懸臂整體過長(zhǎng)，解決方案是縮短停止傳感器壓塊的懸臂長(zhǎng)度;其次是針對(duì)內(nèi)飾線的剪式升降滾床，其在上升時(shí)定位裝置與滑板有運(yùn)動(dòng)干涉問題，原因是裝置間距不合理，解決方案是增加兩者之間的間距，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的定位設(shè)備;第三是針對(duì)內(nèi)飾線的轉(zhuǎn)底盤線的抱具定位銷與車身之間出現(xiàn)干涉問題，原因是定位銷缺少相應(yīng)的開啟與閉合裝置，無法對(duì)車體形成有效的避讓，解決方案是去除定位銷，替換為其他裝置;第四是內(nèi)飾線滑板進(jìn)入剪式升降滾床時(shí)，二者出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉，原因是升降滾床的行程桿位置出現(xiàn)問題，解決方案是調(diào)整行程桿的位置;最后是底盤線轉(zhuǎn)最終線的時(shí)候，負(fù)責(zé)該部分的升降機(jī)抱具出現(xiàn)位置錯(cuò)誤，主要是因?yàn)槲恢貌缓侠?，解決方案是更改抱具的位置和整體結(jié)構(gòu)。

四、總結(jié)

經(jīng)過后續(xù)對(duì)A工廠總裝車間的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在對(duì)A工廠總裝車間的電力系統(tǒng)進(jìn)行了布局優(yōu)化之后，其整體的生產(chǎn)效率有了大幅度提升。總而言之，先進(jìn)的技術(shù)和方案只是針對(duì)特定的情況進(jìn)行制定，不同的車間和企業(yè)需要依據(jù)自身的經(jīng)濟(jì)情況、政策情況和人才水平等方面進(jìn)行綜合考慮，只有這樣才能真正建立起一套屬于自己的電力布局方案，才能真正完成中國(guó)制造2025大目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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