客車板管材加工設備的關(guān)鍵性能指標研究

張喆 勾立國

摘 要：根據(jù)國家標準對客車板管材加工設備關(guān)鍵性能指標進行計算，為企業(yè)提升生產(chǎn)效率提供定量化數(shù)據(jù)，為客車板管材加工設備智能化提升打基礎。

關(guān)鍵詞：客車;關(guān)鍵性能指標;板管材加工;智能制造

Abstract：Calculate the key performance indicators of Bus Plate and Tube Processing Equipment according to national standards，provide quantitative data for enterprises to improve production efficiency，and lay the foundation for the intelligent upgrade of passenger car sheet pipe processing equipment.

Keywords：bus;KPI;plate and tube;Processing equipment;intelligent manufacturing

1 研究背景

為響應國家“智能制造2025”，緊跟“兩化融合”工作的開展，深入學習實踐“智能工廠、數(shù)字化車間”的相關(guān)標準。根據(jù)國家標準《自動化系統(tǒng)與集成制造運行管理的關(guān)鍵性能指標第2部分：定義和描述》對客車板管材加工設備的關(guān)鍵性能指標進行研究。

客車板管材加工設備的水平是影響整車質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[1]。由于我國客車行業(yè)發(fā)展較晚，在客車制造裝備的發(fā)展、創(chuàng)新和研究上與國外相比還存在明顯的差距。但在國家“智能制造2025”政策的鼓勵與推動下，這些參數(shù)、關(guān)鍵性能指標是工業(yè)大數(shù)據(jù)的核心和靈魂，可以直觀地體現(xiàn)設備性能。通過對關(guān)鍵性能指標，如設備綜合效率等評價指標的研究，可以提升生產(chǎn)設備效率管理水平和縮小整個行業(yè)的差距，從而采取相應措施來促進制造生產(chǎn)過程的優(yōu)化和改善，提高制造企業(yè)的經(jīng)濟效益。本次研究提供定量化數(shù)據(jù)作為指導依據(jù)，為企業(yè)智能化提升打好基礎。

2 場景模型（激光板材+激光管材）

在《智能制造系統(tǒng)架構(gòu)》范圍內(nèi)，建立設備工作場景模型，即激光板材切割機和激光切管機，結(jié)合國家標準《自動化系統(tǒng)與集成制造運行管理的關(guān)鍵性能指標第2部分：定義和描述》，進行實際測量及計算，形成量化指標。[2]

場景分為板材加工類激光板材切割機以及管材加工類激光切管機。

板材加工類激光板材切割機主要由床身、激光發(fā)生器與外光路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、自動潤滑系統(tǒng)、防護系統(tǒng)及相關(guān)軟件系統(tǒng)等組成。[3]

主要用于碳素鋼（冷軋板、熱軋板、鍍鋅板）0.8～20m、鋁板1～4mm切斷加工。

工藝流程如下：

（1）使用可視排版軟件對需要加工零件進行排版或通過遠程離線編程及UBS接口輸入數(shù)據(jù)。

（2）上料臺車從外側(cè)人工上料位運送需要切割材料至自動上料位，自動上料系統(tǒng)的吸盤吸取單片的板料，將板料送至激光切割機的交換工作臺上，由激光交換工作臺自行送入激光切割位。

（3）激光切割機根據(jù)板厚自動調(diào)節(jié)切割參數(shù)，激光切割頭自動開始切割，直至切割完成。

（4）激光交換工作臺把已經(jīng)切割完成的板材自動送回到非切割區(qū);自動下料系統(tǒng)把完成切割的板材運送到下料臺車上，當完成設置的數(shù)量之后，下料臺車自動移動到人工下料位，通過叉車運至分揀位置。

（5）進行人工分揀成品、下腳料、廢料。

管材加工類激光切管機主要由上料系統(tǒng)、激光切割機床身、激光發(fā)生器與切割頭、控制系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、自動潤滑系統(tǒng)、防護系統(tǒng)及相關(guān)軟件系統(tǒng)等組成。[5]

主要用于矩形管的下料切割及打孔。矩形管20*20～100*100mm，壁厚1.0～5.0mm;長度為6米，電泳孔直徑8、12mm，位置不定。型材材質(zhì)：20#、Q345、Q700、12Cr17Ni7、06Cr19Ni10。小規(guī)格材料（例如20*30*1.5方管）彈性變形較大，部分型材端頭有毛刺，毛刺余高<2mm。型材經(jīng)過酸洗磷化處理，且表面帶有少量防銹油，可能有Ф10或Ф12不確定位置的電泳孔。管材為焊管（中間有焊線），內(nèi)腔焊縫有余高1～2mm。切斷件長度范圍：10～2500mm。

工藝流程：

（1）調(diào)出離線編程數(shù)據(jù)或進行現(xiàn)場編程。

（2）根據(jù)屏幕顯示的數(shù)量及規(guī)格，通過行車起吊將管材放在自動上料架上，然后自動輸送到主機的送料裝置，通過后部定位推動，管材進入加工位置，主夾頭將管材自動夾緊。

（3）激光切割頭進行切斷割孔等作業(yè)。

（4）成品自動落至料架上，料渣和廢料通過翻轉(zhuǎn)門落到廢料箱。

3 數(shù)據(jù)定義

根據(jù)《自動化系統(tǒng)與集成制造運行管理的關(guān)鍵性能指

標第2部分：定義和描述》，設備綜合效率指標是對制造業(yè)中加工設備有效性效率的評價指標，如表1所示。[4]

設備綜合效率指標的定義和計算與設備生產(chǎn)時間密切相關(guān)，分析設備綜合效率指標首先要明確影響該指標的時間因素。影響時間因素有設備損壞停工時間、設備速度損失時間和設備返工浪費時間。可用率是實際生產(chǎn)時間與計劃生產(chǎn)時間的百分比，反映了設備的啟動時間。設備性能效率是設備的凈生產(chǎn)時間與實際生產(chǎn)時間的比值，反映了設備運行情況。質(zhì)量指數(shù)為產(chǎn)品的合格品率，即設備實際生產(chǎn)的合格品數(shù)量與產(chǎn)品總數(shù)量的比值。除此之外還需對KPI時間元素進行定義，如圖3所示：

例如，實際人員工作時間（APWT）是一個員工執(zhí)行生產(chǎn)訂單所需的時間。其他時間元素如實際單元處理時間（AUPT）、實際單元占用時間（AUBT）、實際人員出勤時間（APAT）等等。

4 實驗數(shù)據(jù)及結(jié)論

根據(jù)數(shù)據(jù)定義，對原材料、成品信息等進行記錄，分別得到激光板材切割機及激光切管機的下料記錄，表2分別用3次加工的數(shù)據(jù)為例。

對數(shù)據(jù)記錄整理分析并計算，分別得到激光切管機及激光板材切割機的指標見表3。

結(jié)語

通過對加工設備的時間利用情況、性能工作狀況以及產(chǎn)品的質(zhì)量情況進行分析和計算，全面量化表現(xiàn)出設備時間利用、產(chǎn)品質(zhì)量等生產(chǎn)情況，找出工序中的瓶頸，設備生產(chǎn)效率的損失，從而改善和優(yōu)化設備生產(chǎn)情況以及企業(yè)的生產(chǎn)制造過程，提高有效產(chǎn)能，進而提高生產(chǎn)力、效益和競爭力。關(guān)鍵性能指標是評價設備生產(chǎn)效率的有效分析方法，從數(shù)據(jù)要素、時間要素和數(shù)量要素出發(fā)，給出量化數(shù)據(jù)，規(guī)范了企業(yè)生產(chǎn)流程和過程評價。對設備綜合效率指標進行深入分析計算，也同時驗證了關(guān)鍵性能指標的分析方法的有效性和實用性。

在今后智能制造領域，在國家標準與設備運行理論指導下可以將信息化與設備情況結(jié)合，以數(shù)據(jù)指標形式展現(xiàn)出來，從而給企業(yè)直觀的問題解答方案。

參考文獻：

[1]華镕.制造智能中的兩個重要指標——整體設備效能和關(guān)鍵性能指標[J].自動化博覽，2013，30（02）：44-46.

[2]朱理.制造企業(yè)關(guān)鍵性能指標評價及其應用研究.浙江大學博士學位論文，2014：42-43.

[3]張喆，張剡，謝毅.客車板管材下料設備問題及改進[J].客車技術(shù)與研究，2020，42（05）：43-45.

[4]蘇宏業(yè)，黎曉東，盧山，邵寒山，王海丹，王越，金曉明，周德營，張泉靈，馬龍華.自動化系統(tǒng)與集成 制造運行管理的關(guān)鍵性能指標 第2部分：定義和描述.GB/T34044.2-2017.

[5]賈小平.管材激光切割在全承載客車上的應用[J].汽車工藝與材料，2016（10）：7-9.

作者簡介：張喆（1990— ），男，回族，天津人，碩士，工程師，研究方向：汽車工業(yè)。