叉車裝配流水線與網(wǎng)絡(luò)看板集成系統(tǒng)設(shè)計

任海華，黃志剛，吳俊杰

（浙江杭叉智能科技有限公司，浙江 杭州310000）

1 概述

精益生產(chǎn)是一種通過消除所有環(huán)節(jié)上的浪費來縮短產(chǎn)品從生產(chǎn)到客戶手中時間的生產(chǎn)理念，它是豐田汽車公司在過去幾十年的實踐中逐步摸索完善起來的一套理論體系，其目標是降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)過程的協(xié)調(diào)度，徹底杜絕企業(yè)中的一切浪費現(xiàn)象，從而提高生產(chǎn)效率，提高質(zhì)量，降低成本，保證交貨期，為企業(yè)帶來較高的收益回報。精益生產(chǎn)的原則不僅適用于汽車制造業(yè)，也適用工程機械行業(yè)。

精益生產(chǎn)方式把生產(chǎn)現(xiàn)場不合理的現(xiàn)象歸納為7種浪費：等待的浪費、搬運的浪費、不良品的浪費、動作上的浪費、加工本身的浪費、庫存的浪費、制造過多（早）的浪費。因此，精益生產(chǎn)主要有三個要點組成，即減少浪費、提高效率，提升品質(zhì)、降低成本，推動標準化。在精益生產(chǎn)理念中，準時化生產(chǎn)是其起源和核心，即“在必要的時候只生產(chǎn)必要數(shù)量的必要產(chǎn)品，杜絕一切浪費”“不生產(chǎn)多余的成品”。許多研究者也對精益生產(chǎn)在自動化生產(chǎn)線的規(guī)劃和設(shè)計上進行了深入的研究。許績彤等人[1]運用精細化生產(chǎn)的思想，結(jié)合某汽車微電機自動化生產(chǎn)線設(shè)計，對生產(chǎn)線設(shè)備招標前和招標后的規(guī)劃設(shè)計要點進行分析，為實現(xiàn)良好的自動化生產(chǎn)線前期規(guī)劃設(shè)計提供參考。徐文杰等人[2]通過對某軍工企業(yè)典型的變頻模塊生產(chǎn)線進行分析，發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中工序能力不平衡問題，并利用精益生產(chǎn)對主要瓶頸設(shè)備通過改善進行效率提升。張權(quán)等人[3]針對密集烤爐設(shè)備管護問題，通過精益生產(chǎn)的思路，提出改善烘烤期智能控制儀所在環(huán)境及完善密集烤房智能控制儀閑置期管護方法等對策，有效降低了密集烤房設(shè)備故障率，節(jié)約了設(shè)備維修費用，減少了企業(yè)及煙農(nóng)的損失。謝文才等人[4]針對沖壓工廠精益化生產(chǎn)的現(xiàn)狀進行了調(diào)查，并根據(jù)自己的調(diào)查提出了該產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向。精益管理不僅僅在制造業(yè)，精益管理的理念也應(yīng)用到了教育行業(yè)，張奕[5]針對怎樣把精力管理和高等職業(yè)學(xué)校工商管理課程教學(xué)進一步融合，促使其對教學(xué)改革產(chǎn)生效果方面進行了簡單的分析。

看板操作就是實施準時化生產(chǎn)的具體措施?？窗骞芾硎菍ιa(chǎn)過程中各工序生產(chǎn)活動進行控制的信息系統(tǒng)，采用“取料制”即后道工序根據(jù)市場需要進行生產(chǎn)，對本工序在制品短缺的量從前道工序領(lǐng)取相同的在制品量，從而形成全過程的拉動控制系統(tǒng)，決不多生產(chǎn)一件產(chǎn)品。這樣看板就在生產(chǎn)過程中的各工序之間周轉(zhuǎn)著，從而將與取料和生產(chǎn)的時間、數(shù)量、品種等有關(guān)的信息從生產(chǎn)過程的下游傳遞到上游，并將相對獨立的工序個體聯(lián)結(jié)為一個有機的整體?？窗骞芾砜芍浦惯^量生產(chǎn)，從而徹底消除在制品量的浪費以及由之衍生出來的種種間接浪費；還可使產(chǎn)生次品的原因和隱藏在生產(chǎn)過程中的問題及不合理的成分充分暴露出來。通過問題的徹底改善活動，消除了引起成本增加的種種浪費，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的合理性、高效性和靈活性?？窗骞芾硎蔷嫔a(chǎn)的主要措施，是一種用于生產(chǎn)現(xiàn)場控制的作業(yè)方法，是JIT 生產(chǎn)方式中一種重要的管理手段?？窗骞芾碇频幕揪袷且獓栏竦乜刂魄昂筌囬g、前后工序之間的在制品流轉(zhuǎn)數(shù)量，從而達到減少在制品儲備量的目的。實行看板管理，改送料制為取料制，需要多少零部件，自行去取，不多也不少，沒有多余的在制品?？窗骞芾矸譃槿∝浛窗?、生產(chǎn)看板、外協(xié)看板、臨時看板、生產(chǎn)進度板、布告板等。總而言之，凡是信息的載體都可以稱作看板，其主要功能是傳遞信息。傳統(tǒng)的看板管理主要以紙質(zhì)看板為主，看板卡片隨在制品同步轉(zhuǎn)移，在船舶、交通運輸、通用件制造業(yè)等方面有著廣泛應(yīng)用，但存在著浪費、一致性難以維護等缺點，隨著電子和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子看板將代替現(xiàn)有的卡片式看板作為企業(yè)內(nèi)部和外部的看板管理運行新載體，電子網(wǎng)絡(luò)的直觀、快速、有效等特點也將使看板運行的信息更快捷、更方便。即使是遠在千里的用戶只需點擊，就能把需求信息傳遞給企業(yè)，形成企業(yè)的市場源，迅速拉動企業(yè)的生產(chǎn)和相關(guān)供應(yīng)商的供貨，實現(xiàn)商業(yè)、生產(chǎn)信息傳遞快速化；最終企業(yè)贏得了時間也就贏得了市場。另一方面，看板管理技術(shù)成熟的應(yīng)用，不僅提高了現(xiàn)場管理的可視化水平，而且指令式人員口頭管理變?yōu)樾畔⒒恳暪芾?，隨之現(xiàn)場的生產(chǎn)管理人員也必將被取代，看板管理技術(shù)也將成為一種新的生產(chǎn)力，大大促進企業(yè)的管理向縱深方向發(fā)展；提高企業(yè)的管理水平。另一方面，叉車行業(yè)目前普遍沒有采用看板管理，如果將叉車裝配流水線與網(wǎng)絡(luò)看板有效集成有著較好的推廣應(yīng)用前景。

圖1 叉車裝配流水線布局

圖2 網(wǎng)絡(luò)看板及其控制邏輯

針對叉車裝配流水線精益生產(chǎn)，提高流水線生產(chǎn)裝配效率，提出了叉車裝配流水線與網(wǎng)絡(luò)看板集成系統(tǒng)，其中的關(guān)鍵技術(shù)包括叉車裝配流水線的布局設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)看板流轉(zhuǎn)與控制策略、網(wǎng)絡(luò)看板配置及自動采集系統(tǒng)三個部分。

2 叉車裝配流水線布局設(shè)計

叉車裝配流水線共有四條，如圖1 所示，分別命名為Assembly Line 0、Assembly Line 1、Assembly Line 2 和Assembly Line 3。每條流水線由小車、三聯(lián)機、車架三條輸送線提供部件，到達指定位置后由工人完成裝配，其中小車、三聯(lián)機由各自單獨的配送點進行配送，而車架由統(tǒng)一的配送點進行配送。在裝配過程中如何利用看板技術(shù)解決車架飽和是項目的關(guān)鍵；另一方面，如何利用看板技術(shù)快速獲取小車、三聯(lián)機當天配送臺數(shù)也是需要解決的另一個問題。

3 網(wǎng)絡(luò)看板流轉(zhuǎn)及控制邏輯

運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概率統(tǒng)計理論以及精益生產(chǎn)等領(lǐng)域知識綜合研究，首先分析了叉車裝配生產(chǎn)線的特點及控制需求，收集了主要零部件的流轉(zhuǎn)規(guī)律，總結(jié)出了控制邏輯，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)看板策略，建立了叉車裝配流水線與網(wǎng)絡(luò)看板集成系統(tǒng)及后臺的生產(chǎn)計劃配置系統(tǒng)。具體控制邏輯如圖2 所示。

對于小車配送線而言，將小車掛上輸送線以后，每裝配一臺叉車（即往前走一個工位），則上線網(wǎng)由即被觸發(fā)，由PLC 自動采集，然后數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)相應(yīng)的加1，然后自動刷新小車看板。小車看板上的數(shù)據(jù)主要包括今日上線的累計小車數(shù)據(jù)（每日清零），同時顯示多條待裝配的叉車編號。

對于三聯(lián)機配送線而言，將三聯(lián)機掛上輸送線以后，每裝配一臺叉車（即往前走一個工位），則上線網(wǎng)由即被觸發(fā)，由PLC 自動采集，然后數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)相應(yīng)的加1，然后自動刷新三聯(lián)機看板。三聯(lián)機看板上的數(shù)據(jù)主要包括今日上線的累計三聯(lián)機數(shù)據(jù)（每日清零），同時顯示多條待裝配的叉車編號。

車架配送相對復(fù)雜。三條叉車裝配流水線的所需車架統(tǒng)一配送，由于車架的相應(yīng)工位占據(jù)比較大，因為車架輸送線很容易飽和，因此需要進行控制。在車架輸送前端有一個多路控制開關(guān)，對應(yīng)用于流水線有一個電子看板顯示當前流水線有多少車架、最大允許車架數(shù)，由工人根據(jù)各流水線當前的車架情況將開關(guān)撥到相應(yīng)的流水線，然后將車架掛上去，并分別計數(shù)，由此保證各流水線上的車架是否飽和。

4 網(wǎng)絡(luò)看板配置及自動采集系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)看板配置及自動采集系統(tǒng)是該集成系統(tǒng)中工作人員對看板的主要操作部分，其中主要分為兩個部分：網(wǎng)絡(luò)看板配置和后臺生產(chǎn)計劃控制，整體系統(tǒng)框架如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)看板配置及自動采集系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)看板配置如圖4 所示，其主要有如下幾個功能：顯示各流水線看板狀態(tài)，修改生產(chǎn)線參數(shù)，修改系統(tǒng)顯示設(shè)置，重啟生產(chǎn)線監(jiān)控定時器，初始化看板屏幕和其他配置。通過該系統(tǒng)能實現(xiàn)對生產(chǎn)線的實時監(jiān)控，及時調(diào)整生產(chǎn)線的資源配置。

圖4 網(wǎng)絡(luò)看板參數(shù)配置

后臺生產(chǎn)計劃控制模塊，主要實現(xiàn)如下功能：用戶管理，生產(chǎn)計劃管理，顯示實時看板數(shù)據(jù)，生產(chǎn)系統(tǒng)管理。用戶管理主要負責(zé)用戶登錄和用戶信息管理；生產(chǎn)計劃管理包括生產(chǎn)計劃的顯示、導(dǎo)入、修改和增加，可根據(jù)用戶權(quán)限對生產(chǎn)計劃進行改動；實時顯示看板數(shù)據(jù)模塊將當前各個子看板的數(shù)據(jù)，并整合顯示在界面中；生產(chǎn)系統(tǒng)管理主要負責(zé)生產(chǎn)線的增加和刪除、生產(chǎn)線數(shù)據(jù)修改和配送點的增加和刪除。

圖5 后臺生產(chǎn)計劃控制界面

圖6 現(xiàn)場看板示例

整個看板的示例如圖6 所示。

5 結(jié)束語

本叉車裝配流水線與網(wǎng)絡(luò)看板集成系統(tǒng)通過提高生產(chǎn)過程的協(xié)調(diào)度，控制車架配送點的配送進度減少了在制品的儲備率，通過合理布局叉車裝配流水線及控制邏輯，充分利用網(wǎng)絡(luò)看板系統(tǒng)的實現(xiàn)流水線與叉車系統(tǒng)無縫集成，提高了叉車裝配流水線的生產(chǎn)效率。水線的生產(chǎn)效率，減少在制品儲備率，提出了叉車裝配流水線與網(wǎng)絡(luò)看板集成系統(tǒng)，通過合理布局叉車裝配流水線并設(shè)計相應(yīng)的控制邏輯，充分利用看板管理理念，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)看板系統(tǒng)，實現(xiàn)與叉車裝配流水線的無縫集成，并開發(fā)后臺的網(wǎng)絡(luò)看板及生產(chǎn)計劃配置系統(tǒng)，實現(xiàn)零部件在規(guī)定的時間按規(guī)定的數(shù)量到達規(guī)定的地點，以盡可能減少在制品庫存。