一种新型矩形管切管设备性能指标研究

张 喆，勾立国

(中汽研汽车工业工程(天津)有限公司，天津 300300)

0 引言

矩形管作为客车的主要组成部分，其成品质量是影响整车质量的关键因素之一[1]。目前客车行业内，企业在矩形管切割方面普遍采用砂轮机、带锯机和圆锯机等设备。传统设备加工劳动强度大、成本较高、加工效率较低，且切割噪声大，飞溅及粉尘较多，会产生铁屑和冷却水，造成环境污染，在质量要求下无法满足日益提升的产能要求。同时，也无法响应国家对生产企业日渐智能化的要求[2]。

新型矩形管切管设备生产效率是传统锯切割的2倍，每年人工成本和耗材费用可节省几十万元，且无铁屑和冷却水、噪声低、精度高，完全能够满足机器人焊接要求，可根据材料规格自动快速切换冲刀夹具位置，切换规格无需人工干预；预留有其他工序接口，充分实现了矩形管加工的无人化、智能化。

本文依据国家标准及相关规范对新型设备进行关键性能指标研究。在标准规范的框架内，这些关键指标可以直观地显示设备性能。企业可以以此为参考，提升设备管理水平，采取相应措施来促进生产过程的优化，提高制造企业的经济效益。

1 建立矩形管切管设备场景模型

建立的矩形管切管设备场景模型如图1所示，主要由自动上料部分、自动送料部分、矩形管冲裁机构、自动定位夹紧及出料装置、液压系统、气动系统、自动润滑系统、电气控制系统及配套软件组成。

图1 矩形管切管设备场景模型

矩形管切管设备用于碳素钢矩形管直料冲裁下料。矩形管规格为20×20～60×60，普通优质碳素钢Q235、Q345壁厚为1.5 mm～4 mm，高强钢Q700、Q900的壁厚为1.5 mm～2.5 mm，原材料长度为6 m。

加工工艺流程如下：

(1) 通过触摸屏、U盘、内部网络输入需要加工的原材料截面尺寸、长度及要求下料的长度和数量。

(2) 通过行车吊起成捆矩形管并放置在上料机构上，由自动上料装置将矩形管经过设备的夹紧口推到定位面并夹紧。

(3) 冲头下移对矩形管进行裁剪冲断，下脚料自动落入料箱。

(4) 矩形管通过落料装置自动落到料架上。

2 实验研究

根据国家标准《自动化系统与集成制造运行管理的关键性能指标第2部分：定义和描述》，明确了影响设备关键性能指标的时间因素及生产信息。

(1) 计划订单执行时间POET；

(2) 计划运行时间POT；

(3) 计划占用时间PBT；

(4) 每个任务的计划运行时间PRI；

(5) 实际人员工作时间APWT；

(6) 实际单元处理时间AUPT；

(7) 实际单元占用时间AUBT；

(8) 实际订单执行时间AOET；

(9) 实际人员出勤时间APAT；

(10) 实际生产时间APT；

(11) 实际单元停工时间ADOT；

(12) 实际单元准备时间AUST；

(13) 实际运输时间ATT；

(14) 生产数量PQ；

(15) 合格品数量GQ；

(16) 故障间隔时间TBF；

(17) 修复时间TTR；

(18) 故障时间TTF；

(19) 损失量PL；

(20) 消耗物料数量CM。

根据试验数据及公式计算得到下列关键性能指标：员工工作效率、分配率、生产率、分配效率、使用效率、设备综合效率指标、可用率、设备性能效率、质量指数、生产准备率和技术效率[3]。

本文以3个订单加工为例对原材料、成品信息等进行记录。

(1) 订单1：型材规格及数量为矩形管30×30×1.5 L-6030，共12根，总长度为72 360 mm。

加工后成品规格及数量如下：C-1562，数量8;C-1500，数量8;C-1445，数量8;C-670，数量8；C-600，数量16;C-440，数量8;C-420，数量8;C-385，数量8;C-185，数量32;C-170，数量8;C-150，数量8。成品总长度为69 456 mm，余料长度为2 904 mm。

(2) 订单2：型材规格及数量为矩形管50×30×1.5 L-6300，共12根，总长度为75 600 mm。

加工后成品规格及数量如下：C-1128，数量11;C-1042，数量11;C-936，数量11;C-774，数量22;C-769，数量11;C-418，数量11;C-257，数量11;C-225，数量11;C-124，数量11。成品总长度为70 917 mm，余料长度为4 683 mm。

(3) 订单3：型材规格及数量为矩形管40×40×2 L-6030，共6根，总长度为36 180 mm。

加工后成品规格及数量为：C-1800，数量16。成品总长度为28 800 mm，余料长度为7 380 mm。

对订单1、2、3的信息元素进行采集并整理，具体如下：

(1) 计划订单执行时间POET分别为3 245 s、4 526 s、1 923 s；

(2) 计划运行时间POT分别为2 864 s、4 071 s、1 623 s；

(3) 计划占用时间PBT分别为2 324 s、3 531 s、1 083 s；

(4) 每个任务的计划运行时间PRI分别为9.37 s、11.19 s、14.56 s；

(5) 实际人员工作时间APWT分别为2 278 s、3 421 s、817 s；

(6) 实际单元处理时间AUPT分别为1 897 s、1 866 s、367 s；

(7) 实际单元占用时间AUBT分别为1 897 s、2 966 s、517 s；

(8) 实际订单执行时间AOET分别为2 278 s、3 421 s、817 s；

(9) 实际人员出勤时间APAT分别为28 800 s、28 800 s、28 800 s；

(10) 实际生产时间APT分别为1 297 s、1 266 s、267 s；

(11) 实际单元停工时间ADOT分别为0 s、1 100 s、150 s；

(12) 实际单元准备时间AUST分别为600 s、600 s、100 s；

(13) 实际运输时间ATT分别为381 s、455 s、300 s；

(14) 生产数量PQ分别为120、110、16；

(15) 合格品数量GQ分别为120、110、16；

(16) 损失量PL分别为2 904 mm、4 683 mm、7 380 mm；

(17) 消耗物料数量CM分别为72 360 mm、75 600 mm、36 180 mm；

(18) 故障间隔时间TBF、修复时间TTR、故障时间TTF 3个订单都为0。

关键性能指标计算公式如下：

(1) 员工工作效率=实际人员工作时间APWT/实际人员出勤时间APAT。

(2) 分配率=实际单元占用时间AUBT/实际订单执行时间AOET。

(3) 生产率=生产数量PQ/实际订单执行时间AOET。

(4) 分配效率=实际单元占用时间AUBT/计划占用时间PBT。

(5) 使用效率=实际生产时间APT/实际单元占用时间AUBT。

(6) 设备综合效率指标=可用率×设备性能率×质量指数。

(7) 可用率=实际生产时间APT/计划占用时间PBT。

(8) 设备性能效率=每个任务的计划运行时间PRI×生产数量PQ/实际生产时间APT。

(9) 质量指数=合格品数量GQ/生产数量PQ。

(10) 生产准备率=实际单元准备时间AUST/实际单元处理时间AUPT。

(11) 技术效率=实际生产时间APT/(实际生产时间APT+实际单元停工时间ADOT)。

将数值代入公式(1)～公式(11)计算得到订单1、2、3的各项指标及平均值，如表1所示。

表1 矩形管切管设备关键性能指标

3 结束语

结合国家标准，对一种新型矩形管切管设备的功能、组成、工作流程等方面做了介绍，通过对其时间利用情况、性能工作状况以及产品的质量情况进行数据收集统计、分析和计算，得到直观数据指标。

在未来国家不断要求智能化、信息化的大环境下，以数据指标形式来反映生产设备的能力水平，不仅为智能制造产业升级提供铺垫，也为今后企业在设备层面如何进行升级给出了指导意义[4]。