劉曉鳴

[摘? ? 要]自行車生產企業(yè)屬于勞動密集型企業(yè)，人工成本占生產制造成本25%左右。我國工人工資、保險等勞動力成本普遍增加，臨時員工效率低，熟練工不能滿足企業(yè)的需求等問題造成人工成本增加。自行車生產企業(yè)普遍面臨自動化生產、優(yōu)化人員結構等問題。但是，由于自動化投資一次性投入大，多數(shù)企業(yè)持謹慎態(tài)度。

[關鍵詞]智能制造;自動化;自行車

[中圖分類號]U213.6 [文獻標志碼]A [文章編號]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

中國是全球最大的自行車產銷國，面臨著反傾銷稅、原材料上漲等沖擊，正處于行業(yè)轉型升級期。目前，自行車制造廠普遍面臨基礎管理薄弱、成本控制能力低、質量管控能力不足等問題，代工廠、零件廠的凈利潤率更加微薄，品牌商品控制能力、生產效率與管理能力均無法支撐品牌戰(zhàn)略目標。正因如此，企業(yè)對自動化投資較為保守。部分行業(yè)龍頭在機器替換人工有一定投資，但仍舊是以單點效率提升為主，無法實現(xiàn)上下游的貫通，更無法實現(xiàn)與信息系統(tǒng)的協(xié)同，行業(yè)整體自動化水平仍舊較低。自行車產品集成度相對較高，從零部件的下料、成型、焊接、噴涂，直至產品的裝配調試均在各工序內獨立完成。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、成品庫四大組成部分。生產工藝也基本以人操作為主，極少工位采用自動化專機輔助作業(yè)，焊接車間、裝配車間、成品庫、物流輸送全部為人工作業(yè)，自動化程度很低。工裝周轉和存儲方面，占用大量人力進行重復性作業(yè)，物流周轉頻繁，車間之間庫存、成品庫存積壓浪費。具體問題概括如下。

（1）生產效率。設備自動化程度低，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)多為重復性作業(yè)。

（2）人員管理。在崗人員多，多數(shù)從事重復性工作，存在極大浪費，質量依靠人員經(jīng)驗保證。

（3）產能管理。產能提升存在瓶頸，現(xiàn)依靠加工人、加生產線、加班等提高產能，每天工作時長10～12 h。

（4）質量管理。過程質量管理以人為主，過程質量數(shù)據(jù)沒有實現(xiàn)自動采集，依靠人員進行手動記錄，質量管理力度低，質量問題解決和分析工具不完善，問題反饋機制、響應機制不健全，管理效率低。

（5）物流管理。物流混亂，同一車間內各工序之間物流交互頻繁，沒有實現(xiàn)定時按需配送，線體人員按天進行領料，不同車間物流周轉效率低，庫存積壓。物流形式以人拉小車配送，物流路線沒有規(guī)劃，物流頻率和物流容量沒有科學計算。

（6）庫存管理。出入庫、庫位管理等信息傳遞依靠紙質單據(jù)，人工送料、人工找料、人工碼垛等，效率低，勞動強度大。

（7）交期管理。平均交期15 d，銷售、計劃、生產和成品庫沒有形成滾動管理，銜接時效性較差。

2 自動化方案設計

自行車工廠多為多品種批量型生產，每種產品的尺寸不同，產品零件品種多，但生產工藝相似，且規(guī)格標準化程度較高，自動化方面適用柔性加工生產方式。多數(shù)企業(yè)有提升自動化的想法，如前三角焊接自動化、前叉焊接自動化、場內物流自動化搬運、成品入庫自動化輸送等，多數(shù)企業(yè)局部自動化持續(xù)進行初步測試及驗證，但局部改進無法解決系統(tǒng)性問題。

2.1 自動化下料

設備組成：①設備包括機械設備、流體系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)及電氣測控系統(tǒng)。②機械設備分為上捆料、排料、送料、切管、整料、下料6個工位，下料可以做2個工位，分別以左以右。③流體系統(tǒng)包括液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)包括液壓站、閥組、液壓管路及附件。④氣動系統(tǒng)包括氣站、閥組、氣壓管路及附件組成。⑤電氣測控系統(tǒng)有電控柜、操作臺、計算機系統(tǒng)。

2.2 前叉自動化焊接

2.2.1 焊接專機

（1）設備組成。①焊接專機主要包含焊接主機、焊接電源、焊接專機四軸、送絲機、焊接臂及焊槍、焊接夾具等。②兩套定位夾緊工裝，一側焊接一側進行裝夾。③設備占地面積為3 m×2 m。

（2）工藝要求。①焊接方式。人工點焊，專機進行穿心焊和平焊。②焊接方法。氣體保護電弧焊接。③保護氣體。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單個專機需要的人工。1人。⑧焊接可達性。100%以上。⑨焊接節(jié)拍。40 s。

2.2.2 前叉機器人自動化焊接

（1）設備組成。①焊接單元，主要包含焊接機器人、焊槍、焊接電源、送絲機等左右兩側同時焊接。②定位夾緊工裝一次可裝卡2個前叉。③環(huán)形鏈條輸送線，采用伺服電機帶動鏈條驅動，焊接工位設置機械定位。④設備占地面積為6 m×3 m。

（2）工藝要求。①焊接方式。人工點焊，機器人平焊或魚鱗焊。②焊接方法。氣體保護電弧焊接。③保護氣體。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單個工作站需要的人工數(shù)。3人。⑧焊接可達性。100%以上。⑨焊接節(jié)拍。15 s。

2.3 前三角自動化焊接方案

2.3.1 設備組成

（1）焊接單元，主要包含焊接機器人、焊槍、焊接電源、送絲機等左右兩側同時焊接。

（2）定位夾緊工裝一次可裝卡1個前三角件。

（3）環(huán)形鏈條輸送線，采用伺服電機帶動鏈條驅動，焊接工位設置機械定位。

（4）生產線占地面積為8 m×3 m。

2.3.2 工藝要求

（1）焊接方式。人工點焊，機器人自動化;焊接方法：氣體保護電弧焊接。

（2）保護氣體。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）焊接可達性：100%。

2.4 自動化貼標

2.4.1 設備組成

（1）適用標簽。不干膠標簽、不干膠膜、電子監(jiān)管碼、條形碼等。

（2）配套設備?？膳涮鬃詣恿魉€、印刷機等，實現(xiàn)在線貼標。

（3）應用實例。薄膜袋成型前貼標、流水線貼標等。

2.4.2 工藝要求

（1）人工開箱裝產品—人工放到流水線—視覺檢測—封箱—雙側打印同時貼標。

（2）貼標精度?！? mm。

（3）貼標速度。10件/min（與產品及標簽尺寸相關）。

（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)紙箱實際尺寸而定）。

2.5 自動化入庫

可采用懸掛鏈輸送入庫、皮帶+輥道輸送入庫兩種方式實現(xiàn)自動化入庫。自動化入庫流程如下。

（1）產品下線區(qū)。視覺檢測、自動貼碼。

（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。WMS、物料種類有序堆放。

（5）集配區(qū)。按定單配送、揀選。

2.5.1 包裝視覺檢測

使用存在/不存在工具進行包裝箱的檢測;根據(jù)亮度/對比度/圖案等信息可準確判斷產品是否存在;根據(jù)判斷結果輸出對應信號給執(zhí)行機構。

（1）檢測對象：自行車包裝箱。

（2）檢測內容：包裝箱內兩個盒子是否缺失。

（3）視野：1 300 mm×3 500 mm。

（4）生產節(jié)拍及檢測速度：1 s。

2.5.2 輸送線

設備構成：爬坡機，鏈條輸送機，鋼平臺，自動倒箱機構，電氣控制系統(tǒng)。

2.5.3 碼垛機器人構成及配置說明

設備構成：碼垛機器人;機器人抓手系統(tǒng)非標設計;裝箱防錯，視覺、掃碼、稱重;信息流采集硬件;機器機器人平均一個節(jié)拍周期在12 s。

2.6 自動化物流

2.6.1 物流路線規(guī)劃設計原則

（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、搬運次數(shù)，滿足直達化的要求，同時滿足零件的“先進先出”原則。

（3）車間暫存區(qū)庫存量以天為最小單位，線體間物料周轉量以小時為最小單位，物流輸送與生產節(jié)拍同步，減少制品的庫存。

（4）物料裝、卸、搬、運要盡量使用機械化以省力、省時。

（5）物流容器應單元化、集裝化;單元容器應標準化、通用化。

物流路線規(guī)劃：以生產計劃拉動結合工藝流程、物流、信息流進行整廠全部優(yōu)化。

大循環(huán)：焊接—涂裝—裝配—成品庫的物流規(guī)劃。

小循環(huán)：焊接—涂裝—裝配車間內的物流規(guī)劃。

建立車架空中物流輸送系統(tǒng)，實現(xiàn)焊接、涂裝和裝配車間的訂單拉動生產，車間之間緩存量設置為1d產量。優(yōu)化車間生產平衡率，減少地面庫存積壓，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用WMS系統(tǒng)+AGV小車進行，實現(xiàn)車間AGV配送、AGV運行路線、自動裝卸料車、料車空滿轉換等。

使用AGV時盡量進行統(tǒng)型，一條盡量使用1個規(guī)格。根據(jù)實

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)產品尺寸進行選型）。

2.6.2 AGV輸送牽引車技術要求

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

（2）AGV輸送牽引車主要部件（車身結構、控制系統(tǒng)、驅動電機等）使用壽命達到10 a。

（3）AGV牽引車配備報警裝置，AGV在運行過程中，報警裝置產生相應的聲光提示信息。

（4）AGV車體安裝檢測安全裝置，將監(jiān)測區(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，當牽引車電機異常時，能夠在人工干涉下迅速退出生產現(xiàn)場。

（6）AGV牽引車電池電量低時，報警提示更換（手動充電可連續(xù)運行10 h以上）。

（7）AGV牽引車為磁帶導航方式，運行速度0～40 m/min。

（8）AGV牽引車通訊及控制系統(tǒng)能適應強電磁使用環(huán)境，保證系統(tǒng)運行平穩(wěn)、可靠。

（9）AGV牽引車牽引力設計時考慮一定預留，禁止出現(xiàn)超負荷運行情況。

（10）AGV附帶音樂提示功能，要求滿足多種音樂選擇性播放。

3 自行車生產自動化投資原則

（1）盡量減少自動化設備及零件的品牌和種類。

（2）盡量使用技術較成熟的設備、硬件和系統(tǒng)。

（3）對項目評估要綜合考慮，可分別從可實現(xiàn)性，穩(wěn)定性，操作便捷性，質量保證性，工藝技術條件達成度，耐久衰減性，易維護性，可擴展性方面綜合評價考慮。

（4）自動化設備使用的軟件未來可擴展和可兼容性;預留數(shù)據(jù)接口，保證未來可供信息系統(tǒng)對接，采集和有效使用設備數(shù)據(jù)。

（5）備品備件通用性，金額、易采購性可遠程支持，維修保養(yǎng)費用少及售后響應時間短。

（6）具體項目評估時性價比與擴展性綜合考慮原則：雖然當前性價比高，但是考慮到機器人未來可擴展性強，在具體項目評估時，可接受部分溢價。

4 結束語

自動化升級是典型的“一把手工程”，就是“一把手”負責、主抓、為第一責任人的工程，是推進項目的有效形式和有力手段。當實施工作得到領導認可后，由上而下的貫徹落實相關制度，流程就容易得多。同時一把手積極投身到項目中，能夠起到示范帶頭作用，員工的積極性能夠得到調動，更容易形成全員參與局面，從而提高項目實施的成功率。引導觀念轉變，強化智能制造建設理念，提升基礎理論和素養(yǎng)，鼓勵使用信息化和智能裝備，提升管理水平。

參考文獻

[1] 余海峰.從生產自動化到智能制造——中國自行車產業(yè)轉型升級的必由之路[J].中國自行車，2017（11）：46-51.