叉车装配流水线与网络看板集成系统设计

任海华，黄志刚，吴俊杰

（浙江杭叉智能科技有限公司，浙江 杭州310000）

1 概述

精益生产是一种通过消除所有环节上的浪费来缩短产品从生产到客户手中时间的生产理念，它是丰田汽车公司在过去几十年的实践中逐步摸索完善起来的一套理论体系，其目标是降低生产成本，提高生产过程的协调度，彻底杜绝企业中的一切浪费现象，从而提高生产效率，提高质量，降低成本，保证交货期，为企业带来较高的收益回报。精益生产的原则不仅适用于汽车制造业，也适用工程机械行业。

精益生产方式把生产现场不合理的现象归纳为7种浪费：等待的浪费、搬运的浪费、不良品的浪费、动作上的浪费、加工本身的浪费、库存的浪费、制造过多（早）的浪费。因此，精益生产主要有三个要点组成，即减少浪费、提高效率，提升品质、降低成本，推动标准化。在精益生产理念中，准时化生产是其起源和核心，即“在必要的时候只生产必要数量的必要产品，杜绝一切浪费”“不生产多余的成品”。许多研究者也对精益生产在自动化生产线的规划和设计上进行了深入的研究。许绩彤等人[1]运用精细化生产的思想，结合某汽车微电机自动化生产线设计，对生产线设备招标前和招标后的规划设计要点进行分析，为实现良好的自动化生产线前期规划设计提供参考。徐文杰等人[2]通过对某军工企业典型的变频模块生产线进行分析，发现了传统生产过程中工序能力不平衡问题，并利用精益生产对主要瓶颈设备通过改善进行效率提升。张权等人[3]针对密集烤炉设备管护问题，通过精益生产的思路，提出改善烘烤期智能控制仪所在环境及完善密集烤房智能控制仪闲置期管护方法等对策，有效降低了密集烤房设备故障率，节约了设备维修费用，减少了企业及烟农的损失。谢文才等人[4]针对冲压工厂精益化生产的现状进行了调查，并根据自己的调查提出了该产业未来的发展方向。精益管理不仅仅在制造业，精益管理的理念也应用到了教育行业，张奕[5]针对怎样把精力管理和高等职业学校工商管理课程教学进一步融合，促使其对教学改革产生效果方面进行了简单的分析。

看板操作就是实施准时化生产的具体措施。看板管理是对生产过程中各工序生产活动进行控制的信息系统，采用“取料制”即后道工序根据市场需要进行生产，对本工序在制品短缺的量从前道工序领取相同的在制品量，从而形成全过程的拉动控制系统，决不多生产一件产品。这样看板就在生产过程中的各工序之间周转着，从而将与取料和生产的时间、数量、品种等有关的信息从生产过程的下游传递到上游，并将相对独立的工序个体联结为一个有机的整体。看板管理可制止过量生产，从而彻底消除在制品量的浪费以及由之衍生出来的种种间接浪费；还可使产生次品的原因和隐藏在生产过程中的问题及不合理的成分充分暴露出来。通过问题的彻底改善活动，消除了引起成本增加的种种浪费，实现生产过程的合理性、高效性和灵活性。看板管理是精益生产的主要措施，是一种用于生产现场控制的作业方法，是JIT 生产方式中一种重要的管理手段。看板管理制的基本精神是要严格地控制前后车间、前后工序之间的在制品流转数量，从而达到减少在制品储备量的目的。实行看板管理，改送料制为取料制，需要多少零部件，自行去取，不多也不少，没有多余的在制品。看板管理分为取货看板、生产看板、外协看板、临时看板、生产进度板、布告板等。总而言之，凡是信息的载体都可以称作看板，其主要功能是传递信息。传统的看板管理主要以纸质看板为主，看板卡片随在制品同步转移，在船舶、交通运输、通用件制造业等方面有着广泛应用，但存在着浪费、一致性难以维护等缺点，随着电子和网络技术的不断发展，电子看板将代替现有的卡片式看板作为企业内部和外部的看板管理运行新载体，电子网络的直观、快速、有效等特点也将使看板运行的信息更快捷、更方便。即使是远在千里的用户只需点击，就能把需求信息传递给企业，形成企业的市场源，迅速拉动企业的生产和相关供应商的供货，实现商业、生产信息传递快速化；最终企业赢得了时间也就赢得了市场。另一方面，看板管理技术成熟的应用，不仅提高了现场管理的可视化水平，而且指令式人员口头管理变为信息化目视管理，随之现场的生产管理人员也必将被取代，看板管理技术也将成为一种新的生产力，大大促进企业的管理向纵深方向发展；提高企业的管理水平。另一方面，叉车行业目前普遍没有采用看板管理，如果将叉车装配流水线与网络看板有效集成有着较好的推广应用前景。

图1 叉车装配流水线布局

图2 网络看板及其控制逻辑

针对叉车装配流水线精益生产，提高流水线生产装配效率，提出了叉车装配流水线与网络看板集成系统，其中的关键技术包括叉车装配流水线的布局设计、网络看板流转与控制策略、网络看板配置及自动采集系统三个部分。

2 叉车装配流水线布局设计

叉车装配流水线共有四条，如图1 所示，分别命名为Assembly Line 0、Assembly Line 1、Assembly Line 2 和Assembly Line 3。每条流水线由小车、三联机、车架三条输送线提供部件，到达指定位置后由工人完成装配，其中小车、三联机由各自单独的配送点进行配送，而车架由统一的配送点进行配送。在装配过程中如何利用看板技术解决车架饱和是项目的关键；另一方面，如何利用看板技术快速获取小车、三联机当天配送台数也是需要解决的另一个问题。

3 网络看板流转及控制逻辑

运用数据库技术、网络技术、概率统计理论以及精益生产等领域知识综合研究，首先分析了叉车装配生产线的特点及控制需求，收集了主要零部件的流转规律，总结出了控制逻辑，从而实现网络看板策略，建立了叉车装配流水线与网络看板集成系统及后台的生产计划配置系统。具体控制逻辑如图2 所示。

对于小车配送线而言，将小车挂上输送线以后，每装配一台叉车（即往前走一个工位），则上线网由即被触发，由PLC 自动采集，然后数据库中的数据相应的加1，然后自动刷新小车看板。小车看板上的数据主要包括今日上线的累计小车数据（每日清零），同时显示多条待装配的叉车编号。

对于三联机配送线而言，将三联机挂上输送线以后，每装配一台叉车（即往前走一个工位），则上线网由即被触发，由PLC 自动采集，然后数据库中的数据相应的加1，然后自动刷新三联机看板。三联机看板上的数据主要包括今日上线的累计三联机数据（每日清零），同时显示多条待装配的叉车编号。

车架配送相对复杂。三条叉车装配流水线的所需车架统一配送，由于车架的相应工位占据比较大，因为车架输送线很容易饱和，因此需要进行控制。在车架输送前端有一个多路控制开关，对应用于流水线有一个电子看板显示当前流水线有多少车架、最大允许车架数，由工人根据各流水线当前的车架情况将开关拨到相应的流水线，然后将车架挂上去，并分别计数，由此保证各流水线上的车架是否饱和。

4 网络看板配置及自动采集系统

网络看板配置及自动采集系统是该集成系统中工作人员对看板的主要操作部分，其中主要分为两个部分：网络看板配置和后台生产计划控制，整体系统框架如图3所示。

图3 网络看板配置及自动采集系统

网络看板配置如图4 所示，其主要有如下几个功能：显示各流水线看板状态，修改生产线参数，修改系统显示设置，重启生产线监控定时器，初始化看板屏幕和其他配置。通过该系统能实现对生产线的实时监控，及时调整生产线的资源配置。

图4 网络看板参数配置

后台生产计划控制模块，主要实现如下功能：用户管理，生产计划管理，显示实时看板数据，生产系统管理。用户管理主要负责用户登录和用户信息管理；生产计划管理包括生产计划的显示、导入、修改和增加，可根据用户权限对生产计划进行改动；实时显示看板数据模块将当前各个子看板的数据，并整合显示在界面中；生产系统管理主要负责生产线的增加和删除、生产线数据修改和配送点的增加和删除。

图5 后台生产计划控制界面

图6 现场看板示例

整个看板的示例如图6 所示。

5 结束语

本叉车装配流水线与网络看板集成系统通过提高生产过程的协调度，控制车架配送点的配送进度减少了在制品的储备率，通过合理布局叉车装配流水线及控制逻辑，充分利用网络看板系统的实现流水线与叉车系统无缝集成，提高了叉车装配流水线的生产效率。水线的生产效率，减少在制品储备率，提出了叉车装配流水线与网络看板集成系统，通过合理布局叉车装配流水线并设计相应的控制逻辑，充分利用看板管理理念，开发网络看板系统，实现与叉车装配流水线的无缝集成，并开发后台的网络看板及生产计划配置系统，实现零部件在规定的时间按规定的数量到达规定的地点，以尽可能减少在制品库存。