电饭煲生产线的智能化升级 the intellectual upgrade of theraditional ricco

作者:67体育直播  来源:  时间:2021-11-03 01:17  点击:

  电饭煲生产线的智能化升级 the intellectual upgrade of the traditional rice cooker manufacturing process.pdf

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  电饭煲生产线的智能化升级 the intellectual upgrade of the traditional rice cooker manufacturing process

  工业自动化 机电工程技术2016 年第45 卷第11期 DOI:10.3969/j.issn. 1009-9492.2016.11.017 电饭煲生产线 刘焕牢 ,李 豪 ,罗水电 ,刘 璨 ,王 贵 (1.广东海洋大学机械与动力工程学院,广东湛江 524088;2.湛江市五星电器有限公司,广东湛江 524051) 摘要:对现有电饭煲生产工艺进行了详尽的分析,提出了改造升级的目标;并就生产线改造中的具体问题给出了解决方案,设 计出了升级版的上下料生产线,使两条生产线秒,提高了生产效率,降低了 产品成本,得到企业认可;对同类企业起到了示范作用,已经得到广泛的推广应用。 关键词:冲压成型;生产线;智能化升级 中图分类号:TM925.52 文献标识码:A 文章编号:1009-9492(2016) 11-0062-05 TheIntellectualUpgradeoftheTraditionalRiceCooker ManufacturingProcess 1 1 2 1 1 LIUHuan-lao ,LIHao ,LUOShui-dian ,LIUChan , WANGGui (hanicalandPowerCollege,GuangdongOceanUniversity,Zhanjiang524088,China;2.ZhanjiangFiveStar ElectricLimitedCorporation ,Zhanjiang524051,China) Abstract:Thispaperanalyzesthetraditionalricecookermanufacturingprocess,thetargetsandthedetailupgrademethodsoftraditional cookerprocesshavebeenprovided,thenewprocesshasbeendesignedandtheworkershadreducedfrom 16to 4 ontwolines,the productionrateis7 seconds,italsohashighproductionefficiencyandlowcostsofproduct,thenewprocessnotonlyacceptedbythe ownerbutalsodemonstratedtotheotherenterprise,themodelhasbeenappliedbyothersimilarcooperation. Keywords: punchforming;manufacturingprocessline;intellectualupgrade 0 前言 本地区经济的快速发展和人们生活的改善作出了 电饭锅作为方便、时尚的居家厨具,一直得 巨大贡献。 到消费者的青睐。湛江作为中国第一台简易电饭 随着劳动力成本的增加及产业结构的调整升 锅生产基地,有着丰富的生产经验和完善的产业 级,劳动密集产业已不适应现代企业的发展要 工艺链。其中比较著名的半球、红星、浩特、鸿 求,不仅湛江地区,许多同类企业已出现用工荒 [3-4] 智电器等电饭锅品牌,在全国小家电产品市场有 现象,企业渴望对传统生产线进行改造 ,以节 比较大的占有量,甚至有些品牌的电饭锅远销海 省产品成本。因而,开发一种适合于大中小型企 [1] 业的自动化生产线,对传统加工方法改造升级迫 外 。本世纪初,“中国电饭锅产业基地”、“中国 [5] 电饭锅之乡”称号相继落户湛江,2014年4月, 在眉睫,是亟需解决的重要课题 。 中国轻工业联合会和中国家用电器协会共同组织 1现有电饭煲生产线分析 专家组,进行了实地复评并同意继续授予湛江市 1.1 生产线] “中国电饭锅产业基地”特色区域称号 。湛江市 某公司生产的电饭锅内胆型号有400 W、 从1976年生产第一套电饭锅至今,始终保持着电 500W、700W、1000W等,其中以生产700W 饭锅生产量遥遥领先的地位,毋庸置疑,电饭煲 电饭锅内胆居多,该电饭锅内胆待加工件为冲压 产业已经成为湛江市主要地方性产业之一,也为 直径415mm、厚度为0.8mm、重量为409g的圆 *广东省数控一代项目 (编号:2013B011304009);国家自然科学基金项目 (编号 收稿日期:2016-06-13 62 万方数据 刘焕牢 等:电饭煲生产线的智能化升级 工业自动化 形铝制型材薄片(如图1),经过多道冲压工序后, 生产线效率低,而且用工成本较高,从企业长远 变成内胆直径210mm、深130mm的电饭锅成型 效益来看,这种生产模式已经对公司的可持续 胆 (如图2)。铝型材具有导热性能好、耐腐蚀、 经济发展形成了严重的制约。 质量轻等优点,已经广泛应用在家庭厨具行业。 1.2 生产线生产工艺分析 冲压工艺是一种使金属材料发生塑性变形的 加工过程,一般在常温下对管材,板材等进行加 工,所以通常的冲压工艺是冷冲压。冷冲压依据 加工过程中是否有材料去除分成两大类:成型工 序和分离工序。电饭锅内胆除了冲裁、切边工序 需要切除内胆材料外,其他拉伸、压边等生产工 艺均属于成型工序。电饭锅内胆冲压工艺包含7 道生产工序:冲裁、拉伸、切边、弯边、压边、 图1 铝制型材薄片 图2 电饭锅成型胆 卷边、刻字 (如图4所示)。 (1)冲裁:获取薄壁板材,采用JA-63压力 其生产车间共有6条生产线组成,每条生产 机将用切割机切割的长方形铝制板材进行冲裁, 线冲压设备的布局相似;有以下机器组成: 获取电饭煲冲压圆形薄片 (如图5)。 (1)1台JA-63开式 固定台压力机; (2)2台YH28-200四 柱双动油压机; (3)1台JA21-40B切 边机和1台同型号的弯边 机; (4)1台由CA6140普 通车床改造的压边机,1 台立式辘骨机; (5)1台JAM-12港式 图3 人工上下料生产线布局图 铆钉压力机。 这8台冲压设备组成 电饭锅内胆人工上下料生 产线所示。整条人工上下料 生产线) 弯边 (4) 人,另外2台拉伸机需要 各配备1位人工涂油操作 工,除此之外,整条生产 线位专门负责 搬运冲压板材和归置电饭 压边 (5) 卷边 (6) 刻字 锅内胆成品的辅助物流人 图4 电饭锅内胆加工工艺流程图 员,总共需要11位工人才 能保证整条生产流水线的正常生产。这种传统的 (2)拉伸:将冲裁后的电饭锅内胆圆薄片搬 人工上下料生产模式不仅造成加工产品质量差, 运到拉伸工位。铝薄片在送往拉伸机拉伸之前, 63 万方数据 工业自动化 机电工程技术2016 年第45 卷第11期 边缘交界处进行阶梯变形,以便电饭锅在使用过 程中可以进行蒸食和加热等功用。其冲压机床及 弯边件如图8所示。 图5 冲裁原料及薄片成品 需要对薄片进行检查,确定待拉伸的薄片表面没 有严重的刮痕等冲裁次品,然后对铝薄片正反两 面涂油处理,一方面可以擦除待加工件表面遗留 图8 弯边机及弯边产品 的金属、硬质材料颗粒,另一方面可以保证铝薄 片在拉伸机拉伸的过程中对上下模具内表面进行 (5)压边:电饭锅内胆边缘经弯边机弯边 有效润滑和拉伸结束后加工件易于从模具内分 后,其外边缘同时受力发生塑性变形,但外边缘 离,提高拉伸工位的效率和产品质量。经过拉伸 受的冲压力不一定均匀分布在外边缘表面上,就 机拉伸后,圆形薄片冲压为内胆拉伸件 (如图6 造成外边缘一定程度的凹陷,需要压边机对边缘 所示)。 外表面进行光整,以获得理想的平滑规则边缘。 此工艺的机床是由一台普通的CA6140车床改造而 来,压边机床及压边产品如图9。 图6 拉伸机及拉伸件 图9 压边车床及压边产品 (3)切边:经过拉伸机加工的内胆拉伸件因 边缘有加工前预留的拉伸余量,需要把边缘环形 (6)卷边:此工艺是使内胆外边缘向内卷 余量切除,以满足后续的成型工艺对电饭锅内胆 曲,不仅优化产品外观,也提高了产品在使用过 的成形加工,切边机及切边后工件如图7所示。 程中的安全性,此外也能增加电饭锅内胆外边缘 的强度。立式辘骨机及卷边产品如图10所示。 (7)刻字:在电饭锅内胆外边缘中部用铆钉 压力机刻上数字与标尺,方便使用客户能准确的 了解电饭锅内盛放的食物的容积。港式铆钉压力 机及电饭锅内胆成品如图11所示。 图7 切边机及切边工件 (4)弯边:经过切边机切除边缘的工件,手 动送入弯边机模具中。该加工工艺同时完成2个 加工动作:其一,将电饭锅内胆外边缘进行45°方 向翻转;其二,将电饭锅内胆外边缘与内胆内深 图10 立式辘骨机及卷边产品 64 万方数据 刘焕牢 等:电饭煲生产线的智能化升级 工业自动化 生产线)冲压设备工业机器人上下料重复定位精 度达到0.2mm; (6)改造后的生产线,各工业机器人的操作 界面一定要界面友好,通俗易懂; (7)改造方案必须要保证正常生产为前提, 图11 铆钉压力机及刻字内胆 经济适用为原则。 3 冲压生产线总体方案设计与分析 通过对企业电饭锅内胆生产车间生产线 生产线关键单元布局及设计 布局的深入研究发现,企业6条相同形式的生产 (1)双工位上料台:圆形薄片铝制品在人工 线按照人工上下料模式进行生产,布局总体还比 上料拉伸机加工之前,需要冲裁工艺人员首先对 较合理。各生产线之间运输通道宽松,易于物料 冲裁圆形薄片进行人工码垛,然后涂油操作工对 的搬运与转移,人工上下料生产线节拍适中,工 薄片检查并涂油处理,才能进行拉伸加工。冲裁 人劳动强度低等,但从企业的固定投入成本、生 与拉伸工艺之间的正确操作是电饭锅内胆生产的 产效率、产品质量、企业利润和人工安全等方面 首要与关键环节,因此在生产线自动化设计中要 考虑,人工上下料生产线就不能满足企业利益可 合理的选择与安排连接单元。根据企业实际情 持续发展的需要,必须对现在的电饭锅内胆冲压 况,企业电饭锅内胆单件生产批量大,对自动化 生产线进行自动化改造。 流水线效率要求高,所以选用双工位上料台对物 2 生产线改造方案及要求 料码垛上料。企业生产线改造使用双工位上料台 基于对企业生产线实地研究的基础上,并经 如图12所示,此双工位上料台面可以在支撑架上 多次论证,将改造的生产线预期方案和目标归纳 左右移动,交替上料。 如下: (1)根据企业现有生产线布局,考虑到各生 产线相隔距离大和自动化设备投入成本高等现实 情况,不能在原有生产线上进行自动化改造,需 要在车间空闲位置重新布局一条全新的自动化生 产线)企业原有部分冲压工艺设备比较老旧, 工作效率低等,为适应高效率的自动化生产线, 需要对原有的部分设备进行改造与方案设计。改 造后,切边机与弯边机两台冲压设备由一台 YH28-200四柱双动油压机代替,一次性完成切边 图12 生产线双工位上料台 与弯边工艺;压边与卷边工艺也由一台改造设计 的立式整形机独立完成;改造立式铆钉机成卧 (2)过油机构和搬运直线轴:拉伸板材在冷 式,方便机器人上下料。 冲压过程中,冲压模具与板材之间处于高压力状 (3)改造后的生产线要有一定的柔性,机器 态,在冷冲压时极易产生高温接触区域,同时这 人设计要能够适应企业400W、500W、700W、 些高温区域也存在着极大的摩擦力,因此为了降 1000W等功率型号的电饭锅内胆生产。 低加工温度、减少模具磨损、提高产品质量,必 (4)改造的生产线必须要达到相当的自动化 须要有高效的过油机构才能进行高效的润滑。本 程度,每次模具或新产品更换周期内,生产线生 次生产线使用滚压式喷油方案,滚压式涂油方式 产节拍至少要达到8件/min;原来两条人工上下料 则是使用一对平行安装的滚轮,滚轮上沾有润滑 65 万方数据 工业自动化 机电工程技术2016 年第45 卷第11期 油,当工件经过两滚轮之间时进行涂油润滑,如 改造和自动化生产线各单元的布局的基础上, 图13。 同时为了降低企业生产线改造投入成本和节约 生产线所占用空间,本次生产线改造使用一套 工业机器人上下料设备同时服务于两条生产线 生产。两条生产线上相对的两台切弯机由于本 身体积较大,加上两台切弯机之间还需摆放一 台工业机器人,两台冲压设备中心模具的距离 至少要2880mm,固定工业机器人很难完成两台 生产线工件的供应,所以需要一台AGV移动工业 机器人来两条生产线的加工下料。企业自动化生 产线所示。线尾传输系统布 局由图所以,理由如下:工业机器人设计时考虑 图13 筒喷油结构 到企业实际生产安全等问题,旋转轴一般不允许 360°旋转,通常设计旋转角度时应小于±160°;此 (3)简易对中台装置:涂油后的待拉伸圆形 外根据设计的生产线总体方案,在企业实际生产 薄片必须经过重新定位才能保证拉伸精度,根据 中两条生产线有时加工不同的电饭锅内胆产品, 生产线技术要求,拉伸工 艺定位精度为0.2mm。搬 运直线轴由伺服电机驱动 同步带运动,很容易达到 0.2 mm的重复定位要求, 所以只需对待拉伸的工件 进行合理定位,就可以满 足拉伸要求。本生产线改 造提出一种利用定位挡块 保证定位精度的简易对中 台优化方案。结构如图14 所示,利用限位挡块对待 ①.双工位工作台;②.拆垛传输机构;③.拉伸机;④. 中间传送带;⑤.切弯机;⑥.立式整形 机;⑦.刻字机;⑧.线#机器人 ⑪ ⑫ 拉伸件进行定位。 3.2 冲压生产线 生产线总体设计方案 设计 这样在线尾传输系统中可以很方便的分开不同产 在对企业原有人工上下料冲压设备的优化与 品进行堆放。该总体设计方案自动化生产流程如 下:经叉车运输的冲裁产品放在双工位工作台 上,由拆垛传输机构进行抓料,抓取的物料经过 涂油机构涂油,由传送带运输到拆垛传输机构 右端的对中台定位,然后搬运直线轴左端从双 料工位台抓取物料,同时直线轴右端从对中台 抓取物料,当右端物料到达拉伸机模具正下方 时,直线轴两端吸盘同时松开,直线轴右端再 次为拉伸机上料的同时,会把拉伸完成的工件 图14 简易对中台示意图 推到传送带上,然后由1#机器人抓取放到切弯 (下转第102页) 66 万方数据 工业自动化 机电工程技术2016 年第45 卷第11期 苏州:苏州大学,2009. 版社,2004. [2]刘宏鑫,元建新.提高电梯运行舒适感的有效途径 [8]刘美俊.变频器应用与维护技术 [M].北京:中国电 [J].变频器世界,2007 (12):69-72. 力出版社,2008. [3]董增文. 基于通用变频器的电梯控制系统的设计 [9]石敬波.教学电梯模型控制系统的研究 [D].北京: [D].南昌:南昌大学,2007. 北方工业大学,2008. [4]汪阳.基于PLC的交流调压调频控制电梯系统设计 [10]徐意.基于S7-200PLC的变频调速电梯控制系统的研 [D].苏州:苏州大学,2011. 究 [D].杭州:浙江工业大学,2010. [5]汪海燕.基于PLC电梯速度曲线产生方法 [J].安徽 电子信息职业技术学院学报,2009,45 (6):29-30. 作者简介:张海莉,女,1980年生,江苏徐州人,大学本 [6]王占奎. 变频调速应用百例 [M]. 北京:科学出版 科,讲师。研究领域:电工电子、电子CAD、可编程逻辑 社,1999. 控制器等。 (编辑:向 飞) [7]张燕宾.变频调速应用实践 [M].北京:机械工业出 (上接第66页) 机模具中进行切弯加工,该工艺加工完成后, 产线自动化改造共用一套工业机器人设备上下 由2#移动机器人进行抓取放到立式整形机模具 料,减少了两条生产线单独改造使用工业机器人 进行加工,经整形加工完成后,由3#机器人抓 的数量,节约了企业自动化改造投入成本。通过 取放在刻字机上进行刻字工艺,刻字加工完成 对冲压设备的设计优化和生产线#机器人下料放在传送带上,经传送带运 伸工艺、切边工艺和整形工艺生产周期为7秒、 输到线秒,生产线生产节拍由最慢的工序 决定,整条生产线秒,提高了生 产线生产效率。线改后两台生产线人,从企业电饭锅内胆大批 量生产长远利益考虑,节省了人力,减少了企业 用工成本开支,保证高质量产品稳定的生产,受 到企业的欢迎,已经形成示范性,带动了本地区 电饭煲企业的升级换代。 参考文献: 图16 人工上下料生产线]王洪志.我国电饭煲市场的研究 [D].长春:吉林大 学,2004. [2]韩卫国,黄天杨.湛江市小家电发展历程与探索研究 ——以电饭煲为例 [J]. 机电产品开发与创新, 2014 (06):40-42. 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