自动化拆装箱流水线设计

本文首先介绍了自动化拆装箱流水生产线的基本特征与组织流水线的必要条件。其次明确了生产节拍、生产效率的定义，分析了生产节拍与生产效率的关系，得出了生产效率与线平衡率呈线性关系的结论。本文使用流水线负荷平衡技术，作业节点法等全面提升生产效率，并提出了基于生产效率最高生产节拍选择的方法与步骤。在基于制造成本最低最佳生产节拍的选择与基于利润最大化最佳生产节拍选择方法上，本文给出了计算相关制造成本的模型，并分别提出了选择生产节拍的方法步骤。面对市场的实际需求状况，且在前面研究分析的基础之上，本文提出了装配线设计阶段最佳生产节拍的选择方法，以及面对市场波动时改线方案的选择方法及其最佳生产节拍确定的方法与步骤。

【关键词】自动化 计算 模型

1 自动化拆装箱流水生产线的基本特征

自动化拆装箱流水线机械生产通常采用流水生产线的的加工形式。每个工位由固定的操作任务，上一个任务完成以后方能进行下一个任务，形成了一条串联的生产过程，流水生产线通常具有以下几个基本特征：

（1）按照对象专业化原则，自动化拆装箱流水线上的待加工物件是固定不变的，这样往往每个加工工况的专业化程度会非常高，这也是自动化拆装箱流水线为什么会有非常高的生产效率的原因。

（2）自动化拆装箱流水线上的加工设备和工艺是针对每个待加工物件的特点，进行了专业化的设计和配置，因此往往能够封闭地完成待加工对象的所有工艺要求，流水线上每个加工工序的工艺和工序与加工单个物件时的比值保持一致，即各工序的生产能力符合比例性的要求。

（3）自动化拆装箱流水线上每个工位都按照各自的工艺顺序进行，前后之间的工序安排比较紧凑，尽可能保证发挥每个工位上最大的生产效率，从而使加工工件沿着流水线单向流动，减小了运输距离，进而使整个生产过程的连续完整。

（4）通过同期化设计，自动化拆装箱流水线上各道生产工序通常具有一致的生产效率，且使各道生产工序的加工时间尽可能接近整条流水线的生产节拍，或与流水线节拍是整数比。因此工件可以按设计要求所规定的生产节拍，在每一道生产工序上进行高效的加工，从而使整个生产过程的节奏性强，生产周期短。

（5）各道生产工序按照节拍进行，从而使生产过程的均衡性更好。尽可能使每道工序按照节拍生产，以提高物件加工的生产效率。如何解决生产过程中的瓶颈问题，即生产耗时最长的工作点的生产效率是自动化拆装箱流水线生产管理的关键因素之一。流水线生产能够取得非常好的经济效益，以及按照生产节拍进行生产任务的设计理念，作为流水生产的一个基本特征已经得到工业界的普遍认可。但自动化拆装箱流水线也存在很多的不足，最突出缺点是流水线往往只能生产一种或一类物品，因而加工产品非常单一，一旦市场需求有了变化，流水线的适应变化能力则往往跟不上。其次，流水线生产由于自身条件限制，它的最大产量固定，在流水线上超产受制约。

2 自动化拆装箱流水线解决方案流程概述

整条自动化拆装箱流水线由：纸箱成型封底机（开箱机）、封切热收缩机、自动装箱机、喷码机、折盖封箱机、角边封箱机、无人化打包机、栈板供给码垛机、穿剑式打包机、水平式打包机、在线缠绕包装机及输送机组成。整套包装线可实现无人化运行、包装外观整洁、稳固。开箱机（纸箱成型封底机）完成吸箱、开箱、胶带封底，输送到积放滚筒输送机，阻挡器阻挡纸箱。全自动封切包装机是通过前后输送皮带将产品送入到位，光电开关感应产品到位，由PLC和其它外围线路控制气动元件和机械装置相结合的自动包装设备。该设备的执行元件是气缸。由二位五通电磁阀控制其前进和后退。

气缸的工作位置由磁性开关和接近开关检测并反馈给PLC，由PLC通过程序发出控制命令给相应气缸的电磁阀，从而控制气缸的动作。通过自动控制将产品外表用收缩膜封切包装起来。通过收缩机炉膛，完成贴体包装。通过输送线进入装箱机（根据产品可采取平推式装箱、落差式装箱、机械手装箱）由设备完成装箱后，放行纸箱包装。通过输送机进入喷码区域完成喷码。

进入折盖封箱机前端，自动折盖封箱机纸箱底部面形成的四面可弯折的面板折合，放入物品后输入由两侧皮带驱动的输送轨道内，封箱机上侧的纸箱折盖装置启动，折盖封箱一次性完成。纸箱大小变化时，全自动机器定位。产品进入角边封箱机后经输送链（带、辊）送入封箱机，并递交给输箱机构，由夹箱皮带夹住纸箱的两侧面，向前运动。前短舌经压舌架自动弯曲，后短舌在纸箱进入封箱机托辊时，有一检测讯号（光电讯号）通知打舌气缸动作，由打舌架将其折弯，同时有一讯号通知熔胶机自动喷胶。

纸箱继续向前运动，左、右长舌经过导向杆自动向中间折弯，同时压箱机构皮带，同步压住纸箱左右长舌，使箱、舌、胶合在一起，完成封箱整形动作，即产品包装的最后一道工序一一自动封箱。通过动力滚筒输送机进入无人化打包机完成打包（根据要求可实现单打、双打或井字型打包，一台、两台无人化打包机可选配）。进入码垛机前段：根据设定的排列方式强制对纸箱进行转向或输送，以达到整理、排序的作用。供应输送带将整理好的第一列纸箱用气缸推入提升装置之后依次推入第二列、第三列以形成排序层。

当纸箱按一定的排序形成一组（层）后升降机载着排序层上升并向前移动至码垛装置上部，并平稳地放在栈板（或前一排序层）上，以形成自动码垛。码垛装置是依靠变频马达和链条来完成其升、降和前进（后退）的。栈板库可堆积12个空栈板，并按程序要求定时向码垛装置供应栈板。由单独电机提供动力。当一栈板达到了码垛层数后发出信号，将实垛推出码垛部分。实垛通过排除输送带送至指定位置，码垛完成。

堆满产品的栈板通过滚筒输送线进入穿剑式打包机使打包带自动穿过托盘环绕打包。开放式弓架活动的穿带能将栈板与捆包物牢固地捆包在一起。通过输送机进入水平式打包机对栈板上面堆放的包装物进行水平打包的打包机，弓架和烫头部分可以上，下，前，后移动，贴紧包装物后进行强力的打包。进入在线式缠绕包装机，自动上膜，完成底部缠绕，越顶及加强圈缠绕，自动断膜，进入成品暂存区。

3 流水线设计阶段最佳生产节拍的选择

通常当某一产品试产成功时，表明该自动化拆装箱流水线设计能够达到量产的标准。根据作业要求，在自动化拆装箱流水线的初级设计阶段，一条生产线通常就能满足市场部门给定的生产要求产量Q0。自动化流水线将会根据供需平衡，以利润最大化为目标对各个自动化流水线的工序进行设计。

COST0踢—流水线设计阶段，以Q0初产量进行生产时的生产成本，元。其中包含随着单台产品增多或减少而相应变化的原材料成本，和式（3）计算得出的相关制造成本COST0j。比较不同工作站数目的B0j，因为生产的组织，生产节拍的选择是基于生产效率最高、生产成本最低、满足市场需求，且以利润最大化为目标，则最佳的生产节拍即取B0j 最大值时对应的生产节拍。

4 结论

本章首先介绍自动化拆装箱流水线的基本特征，之后从流水线生产节拍入手，研究了生产节拍对整个生产效率、利润的影响，之后给出基于生产成本最低、利润最大化的生产节拍的设计方案。所有的企业在产品生产的实际过程中，都是以利润最大化为最主要的目的，而生产成本最低，并不一定能够使产品的市场利润最大，因此本文基于此，研究基于利润最大化时生产节拍的选择。

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作者简介

史旭东（1974-），男，甘肃省武威市人。大学本科学历。现供职于国网新疆电力公司电力科学研究院。主要研究方向为电力系统及项目管理。

作者单位

1.国网新疆电力公司电力科学研究院 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000

2.福建网能科技开发有限责任公司 福建省福州市 350003