封边机单循环回转线优化设计与效果评价∗

钱文婷 熊先青 郭伟娟 王旭凯

随着技术进步，木工机械水平的不断提高，板式家具企业中全自动直线封边机的生产水平已经大幅度提高，基本能满足封边过程中的质量要求，目前正朝着自动化、柔性化方向发展[1-2]。如何在保证封边质量的前提下，优化设备配置来提高封边过程中的物流速度，从而提高生产效率，是家具企业目前面临的问题。

经前期调研发现，常见的做法是通过增加循环设备或二联机、四联机，来提高封边效率，降低人工操作强度，实现流水线作业[1]。但无论增加何种设备进行技术改进，都离不开循环回转线，循环回转线设计的好坏将会直接影响到生产过程中的物流速度。

基于此，笔者以某家具企业为例，在分析封边工序效率影响因素的基础上，结合封边机循环设备的结构特点，设计了一套可行的循环回转设计方案，并对其应用结果做出对比评价，为家具企业进行封边设备改造和提高生产物流效率提供借鉴与参考。

1 直线封边机运行现状与回转线改造设计的目的

1.1 基本运行情况

直线封边机可以一次性完成板材某一侧边的涂胶、封边、齐头、修边、倒角等加工。生产过程中，大多数零件往往需要4边封边，在封完其中的一条边后，需回转至封边机前端重新上料，因此，完成一个零件的四边封边，至少需回转3次，封边机的运行过程如图1所示，一般需要配备4名工人，其中，上料处2人负责将工件搬至工作台面并推入进料口，下料处2人负责将末端工件搬至回转车上摆放整齐，封完一组工件后回转至上料处继续下一组边的加工，直至全部完成。由于目前大多数企业板材在上下料及回转时，采用这种人工方法，因此会产生大量重复劳动，增加人工成本，降低生产效率[3]。

图1 直线封边机运行过程示意图Fig.1 Schematic diagram of the operation of linear edge banding machine

1.2 运行效率影响因素

经调研发现直线封边过程封边机的运行效率影响因素主要体现在以下几个方面[4]。

1）工件规格的影响。

由于工件在家具中的结构功能不同，板材规格具有多样性，厚度有12、16、18、25、40、60mm等，幅面尺寸最小可为200 mm×50 mm、最大2 440 mm×1 830 mm。在搬运过程中，重量差异，小件需要码放整齐、大件需要轻拿轻放，直接影响工人的搬运方式和搬运速度。

2）搬运过程的影响。

由于回转车与工作台之间存在高度差，上下料时，工人需弯腰操作，工件数量越少，工作人员弯腰幅度越大，搬运距离越长，耗时越久。同时，封边机自身长度都较长，工件从末端运至前端需要移动很远的距离，还需对回转车进行90°旋转，因此，搬运过程将直接影响运行效率。

3）辅助设备影响。

辅助设备会影响操作方式变化，主要是回转车的操作（如图2），其操作需要两名工作人员协作完成。在使用手动叉车时，操作方式也会发生不同的变化，从而影响运行效率。

图2 回转车操作过程Fig.2 Operation of rotary vehicle

4）工人操作水平。

由于是人工搬运，受到身高、性别、疲劳程度等的影响，对不同工件规格、数量以及搬运距离等进行操作时，将直接影响运行效率。

1.3 回转线改造设计的目的

回转线即封边机单循环回转线，是通过给封边机增加辅助设备，来实现工件回转输送[5]。单循环回转线可实现不规格和大小工件的封边回转输送，适用尺寸变化较大的整批工件封边。回转线可省去封边机末端接料的操作人员，加快了封边工件的回转速度。

随着技术的发展，封边机回转线功能已经逐渐完善，如带转向头式、气浮台式、辊筒式等，各具优势，成本不一。但由于企业生产模式往往已经固定，同时受吸尘装置位置、场地面积、物流方向等固定条件约束，直接购买市场上完整的回转线并不适用，且高度上的运输距离仍未解决。因此对现有设备进行回转线改造设计，可达到适用性强、成本低、操作简便的目的。

2 封边机单循环回转线优化设计

2.1 设计思路

优化设计主要通过封边过程中，上料、封边、下料和回转4个主要动作对封边工序时间的影响进行考虑，在封边机运行速度一定的情况下，利用辅助设备简化人员操作动作并使动作标准化，缩短人工搬运距离，从而达到优化的目的。核心是通过添加机器设备，工件可自动回转至上料处，节省运输时间，同时利用升降平台实现工件在高度上的运输，减少人工操作强度，提高封边速度。

2.2 设计方案

图3 直线封边机回转线设计方案Fig.3 Design scheme of rotary line for linear edge banding machine

设计方案如图3所示，在封边机末端添加一台链式移载机连接纵向辊筒输送线，纵向辊筒线与横向辊筒线转角处设有一台移载机，工件封完一条边后先由移载机输送至纵向辊筒输送线，辊筒输送工件至转角处，由移载机将工件移载至横向辊筒输送线上并移至上料处。上料处和输送线末端各设有一台升降平台，平台表面嵌有万向滚球，工件可在平台上实现自由旋转移动，升降平台由人工控制高度，使工件与输送设备保持一定高度，工作人员不需要弯腰操作。上料时一名工作人员将板材推入进料口，下料时由另一名工作人员在输送线末端将工件进行叠垛整理，同时完成工件封边质量检查。如果需要进行工件其他侧边加工，输送线末端的员工则需将工件旋转推入下一条输送线，由输送线将工件输送至封边机上料处升降台面上。

3 效果分析

3.1 效率分析

效率分析是通过规模化生产实验完成，不考虑调机、换胶等因素的影响，对常见规格1 200 mm×500 mm×25 mm的桌面板进行测试，封边机速度为18 m/min，对封边过程中的主要操作上料、封边、下料和回转4个工序用时进行对比分析，任意选取12组数据，取平均值。其中，上料是工人将工件搬至工作台并推入进料口；封边是工件在封边机中运行过程；下料是工人将工件搬运至回转车；回转是工人利用回转车将工件由下料处运至上料处。结果分别见表1、表2和表3。

表1 改进前动作时间测试表Tab.1 Action and time test chart before improvements

表2 改进后动作时间测试表Tab.2 Action and time test chart after improvement s

表3 优化前后动作效率对比分析表Tab.3 Action efficiency contrast analysis table before and after optimization

由表3可知，通过对比分析，改进前后所用时间明显减少，从而提升了封边效率，其中上料和下料工序最为突出，分别提升61%和50.4%。

表4 改进前后产量对比分析表Tab.4 Output contrast analysis table before and after optimization

3.2 设备优势体现

1）产量明显提升。

由于实际生产中封边时间还受到调机、换胶等操作动作的因素影响，基于此，改进前后各进行一个月的数据跟踪，并分别任意选取7 d，每天工作11 h的产量进行分析（见表4）。可见产量明显提高，平均提高达45.7%。

2）减少人工成本，降低劳动强度。

优化前，需要工作人员 4名，上下料处各2名，优化后上下料处各1名，减少工作人员2名，降低了人工成本。由于增加了升降平台，工作人员弯腰操作角度由最初的实验测得最大136°变为30°、甚至0°，大大降低员工肌肉劳损和疲劳度。同时设备自动回转工件，并不受工件规格和数量影响，减少了人工搬运过程，降低了劳动强度。

3）结合企业实际，满足生产需要。

经调研发现，市场上带自动转向输送线的封边设备往往成本投入较高，且使用中容易出现故障导致停产。该设计针对企业实际情况，在减少成本投入的情况下优化设备。同时，利用人工旋转操作的优势，及时检查封边质量，生产品质得到保证，满足生产需要。

4）保证封边品质，增加企业实力。

由于封边过程中工件需要进行多次循环加工，增加了搬运次数与运输距离，使得工件易出现刮花、划痕、变形等问题。增加回转线后，工件自动完成运输，人为影响因素减少，工件与设备之间的摩擦减少，破损率降低，有助于保证产品品质。

4 结语

通过优化设备，缩短运输距离，减少人工劳动，在封边过程中的物流和操作上得到提升，使封边过程生产自动化程度大幅度提高，从而大量节约生产时间及成本。在技术成熟和成本可控的范围内，增加带转向设备的输送线，可省去人工回转动作，同时，通过升降平台增加自动感应装置，根据工件厚度或生产需求调整高度，另外也可在进料处增加自动进料辊等，都能不同程度地提高封边效率。由于企业实际情况存在差异，设备使用也各不相同，因此，企业需要结合自身实际采取切实有效的措施，以提高封边质量和操作效率。

[1]孙沛雨. 整体橱柜直线封边机生产线优化及辅机设计[D]. 哈尔滨:东北林业大学, 2014.

[2]马岩. 为板式家具机械的腾飞调整木工机械的产品结构[J]. 木工机床, 2010(3):5-9.

[3]马岩, 郭建强, 杨春梅, 等. 基于Workbench的双台封边机生产线回转架主梁的强度分析[J]. 木材机械加工, 2014(1):1-4.

[4]顾加洲. 单边直线封边机生产效率研究[D]. 南京:南京林业大学,2012.

[5]孙沛雨. 数控封边机生产线整体布局研究[J]. 林业机械与木工设备, 2014(5):51-53.