锅具产线工艺与节拍分析

邓旭高

华南理工大学  广东广州 510641

摘要:一直以来，有美食就有锅，锅具已成为千家万户必不可少的日常用品。本文对锅具的制造工艺进行系统性的分析，展示锅具的生产制造过程，与产线优化的方法。

关键词：工序；节拍；最小化

1节拍研究综述

1954 年，Bryton [1]首次提出装配线平衡的问题；1955年，Salveson [2]建立了单品种流水线的数学模型和求解算法；1970年，Thomopolos [3]通过“联合优先图”将混合装配线转化为单一的装配线来处理。2001年，Amen[4]等研究最大工序时间和最小工序时间对装配线平衡性的影响。2011年，Blum[5]建立了一种基于集束算法的迭代算法，用来解决以最小化节拍为目标的装配线平衡和工人指派问题。2015年，Kucukkoc[6]提出了一种新的蚁群算法来求解最小化工位数和最小化生产节拍的多目标数学模型。2020年，陈智波[7]为了改善混流装配线，建立以最小化生产节拍和最小化工作站数为目标函数的数学模型。

一直以来，由于节拍的重要性，节拍都是研究领域的重要课题，本文将从工艺角度，对节拍进行分析。

2产线的工序分析

2.1工序流程

车间现场有锅具安装包装线，工序流转分别为：人工放锅、柄座点焊、扭力检测、外电腐蚀、装辅柄+贴标、放蒸格/说明书、装锅盖、气密性检查、放下纸盒+放锅、激光打标、套袋、放上纸浆盒、产品装彩盒、折彩盒+封彩盒、折大箱+彩盒装大箱。

2.2放锅工序

（1）线体采用倍速链输送线，工装板采用PVC板材料，用嵌套的钢质定位套保证定位的精准度，对锅定位；

（2）采用上层定位工作，下层回板设计，传送锅；

上下料时间约为8s，换产品时间约5s，节拍约为(8s+5s)/2=6.5s。

2.3内外电腐蚀

双工位电腐蚀专机，机器人采用四工位吸盘夹具，一次取放2个产品，上下料时间约为8s，换产品时间约5s电腐蚀时间约7.5s，机器人取放料时间与电腐蚀时间重叠，所以双工位电腐蚀工序的节拍约为(8s+5s)/2=6.5s。

2.4柄座点焊工序

一次取放2个产品，上下料时间约为9s，碰焊时间约7s，所以节拍约为（9s+7s）/2=8s；

2.5扭力检测工序

（1）机器人将锅身置于旋转台上，压紧机构将锅身压紧；

（2）扭力检测机构移动至检测位，电机带动扭力传感器，检测扭力达不达标；

（3）检测完后旋转台旋转至另一侧，扭力检测机构检测另一边柄座。

扭力检测时间约为10s；

2.6装手柄工序

（1）振盘将螺母一字排列在轨道内；

（2）螺母推料气缸组件将螺母推进定位槽，螺母顶升气缸组件带有定位销，将螺母定位托起；

（3）螺母上料机器人夹持螺母约1/4，移至柄座上方，将凸出部分螺母塞到柄座内；

（4）采用电动螺丝批，精确控制扭矩进行拧紧，防止螺丝过打或者打不紧等质量问题；

机器人放手柄或辅柄时间约5s，打螺丝时间约3s，所以装手柄工序的节拍约为8s；

2.7放蒸格工序

（1）机器人将需要放入锅身的配件全部抓取，放置于下翻机构中；

（2）下翻机构倾斜将配件倒入锅身中。

机器人上下料时间约4s,由于夹具上同时吸取多个配件，故需要分2次放料，2次放料时间约2s，所以说明书合格证等上料工序的节拍约为4s+2s=6s；

2.8装上盖+气密性检测工序

（1）把锅盖旋转安装至锅上；

（2）通过气压设备对锅进行气密性检查；

（3）测试通过后，把锅放置产线上；

取锅+取盖同步4s, 锅盖安装4s, 气密性检查3s, 把锅放回产线上4s,节拍约为4s+4s+3s+4s=15s；

2.9套袋工序

（1）机器人将锅放置于皮带线上，流进套袋机，自动对锅进行套袋；

（2）对套袋进行封口、排气，完成套袋工序后，输送带传送至下一个工序；

通过视觉定位，机器人单工位上料节拍约7s；

2.10封箱工序

（1）彩箱空箱由人工进行封箱；

（2）流到彩箱下料定位台；

（3）两侧限位板对彩箱进行定位，撑箱机构通过两侧的隔板将大箱的方向限制住；

（4）定位气缸推出顶住箱子一侧对箱子进行定位，撑箱机构将箱子撑开；

（5）机器人吸住定位后的彩箱将其放入大箱中，撑箱机构升起，定位气缸撤回，大箱往前输送；

通过推料机构，人工开完彩箱后将彩箱横放，推料机构将纸浆盒和锅同时推入彩箱，节拍约4.5s

3工序问题总结与解决思路

经过工序分析，可以看出，目前最快工序4.5s,最大瓶颈工序高达15s, 各工序的节拍差异较大。因此，首先关注瓶颈工序，能否采用科学的手段，降低瓶颈工序的节拍。然后，制作工序关系约束图，优先关系图虽然比较直观和易懂，但计算机并不能直接识别；所以，还需要转化为优先关系矩阵。最后，以最小化节拍为目标，工序优先关系为约束，建立对应的数学模型，进行求解。

4结束语

本文通过产线的各个工序分析，展示了锅具的制作过程。同时，进行工艺和节拍分析，直观易懂，排查出瓶颈工序，才能采取针对性的措施进行改善，为产线优化提供了思路。

参考文献

[1] Bryton B. Balancing of a continuous production line[D]. Northwestern University, 1954.

[2] Salveson M.E. The assembly line balancing problem[J]. Journal of Industrial Engineering, 1955, 6(3): 18-25.

[3] Thomopoulos N. T., Mixed Model Line Balancing with Smoothed Station Assignments[J]. Management Science, 1970, 16(9): 593–603.

[4] Amen M． Heuristic methods for cost-oriented assembly line balancing: A comparison on solution quality and computing time［J］． International Journal of Production Economics，2001，69 (3) : 255 － 264．

[5] Blum C, Miralles C. On solving the assembly line worker assignment and balancing problem via beam search [J]. Computers And Operations Research, 2011, 38(1):328-339.

[6] Kucukkoc I, Zhang D Z. Type-E parallel two-sided assembly line balancing problem: Mathematical model and ant colony optimisation based approach with optimised parameters[J]. Computers & Industrial Engineering, 2015,84:56-69.

[7] 陈智波. Z公司封边机混流总装线平衡优化问题研究[D]. 云南：昆明理工大学，2020.

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