工厂工位器具通用化设计与应用

西安西电开关电气有限公司/郑益征　曹伟产

工厂工位器具通用化设计与应用

西安西电开关电气有限公司/郑益征曹伟产

规划设计通用化多功能工位器具，对于物料存放、高效搬运、零部件防护，以及产品质量，具有重要意义。本文从标准化、通用化的角度，研究小批量生产条件下工厂工位器具的标准化、通用化结构设计，以实现工位器具的通用化应用。

工位器具、通用化结构、标准化设计

一、工位器具的使用分析

1.工位器具的使用现状

小批量生产中，为满足物料的线边存放、转运、仓储库存以及产品装配等需求，形成种类繁多的各类工位器具，多数功能单一、不能在工序间流通，导致工位器具需求量大，搬运和倒盘量大，物流作业效率低。

2.工位器具的功能需求

在小批量生产条件下，工厂迫切需求能够兼容多类零件存放，可在较多工序间通用，兼容搬运、库存多个物流环节，而且对零部件能够提供可靠防护的综合性通用工位器具，以减少工位器具种类和数量以及物料倒运次数，提高物流作业标准化和工位器具的通用化。

二、工位器具的通用化设计

以某电气生产企业工位器具标准化、通用化项目为例，探讨工厂工位器具通用化方案设计方法及过程，为工厂工位器具的通用化提供解决思路。

1.工位器具的通用化原则

（1）一种工位器具可适应多类零部件；

（2）工位器具能在不同工序间流通、通用；

（3）工位器具满足物料盛放、搬运作业、库存等多工序功能；

（4）包装保护通用化，适应不同规格零件保护。

2.工位器具通用化的设计流程

（1）物流流程的分析

对于多品种且有一定批量生产类型企业，绘制出工艺流程图，直观反映工厂物流路径，形成多产品工艺流程表，通过分析物流过程和节点、计算物料进出和物流流量，为工位器具方案设计积累资料。

（2）零件物理特征的分析

对各流程的零部件进行分析，确定流程涉及到零部件主要的特征、生产工艺、质量保证以及特殊管理要求等，编制物料特征，如表1。

（3）零部件的分类

依照对零件的分析结果，将各个流程的零部件按照形状特征相似归集为类，合并不同流程零部件及物料，得到精简化的零件类别，如表2。

（4）工位器具的配置

在零部件特性及分类的基础上，综合考虑包装防护规格物料搬运方式、库存状态以及线边存放等多个因素，形成通用工位器具的初步配置方案，并应用计算机软件进行方案优化，得到简化合并工位器具配置方案，如表3。

　表1　零部件物理特征分析

　表2　零部件通用分类表

表3　工位器具配置方案

3.工位器具的通用化设计

（1）工位器具的规格标准化

对工位器具配置方案进行标准化，是保证工位器具多工序通用的前提，是简化工位器具种类的有效手段，是最大限度发挥单元化包装效益的保障。

参照托盘国家标准GB2934-1982、叉车作业要求、输送设备规格，确定了1200mm×1000mm、200mm×1800mm2个标准规格、2个非标规格，对应12大类零部件，占零部件总数95%以上。

（2）工位器具的通用化结构设计

1200mm×1000mm规格工位器具，通用结构设计为：通用箱+通用保护内衬组合结构。

通用箱结构设计为托盘箱式样，底部结构为“川”型，底部高度为200mm，满足叉车、手动液压搬运车自动库输送机、传输作业，如图1。其余1200mm×1000mm工位器具结构由通用箱+通用保护内衬组合形式，箱体通用，内衬可调、可换。

图1　通用箱结构

（3）工位器具的通用保护设计

针对不同类别零件，设计可调保护栅格、可调V型排、多用途法兰架、组合壳体转运架等，与通用箱组合成不同类型的通用性工位器具，适应各类零件的隔离保护。

①可调式保护栅格

可调保护栅格结构保护衬套，通过调整格栅尺，适应一定范围不同类别零件的保护，可满足矩形、三角形以及异型零件的分隔和保护，结构如图2。

图2　可调式栅格结构

②滑道式轴类V型支撑

滑道式V型支撑结构，通过V型支撑在滑道中移动变化，达到轴类零件的通用和保护，结构如图3。

图3　滑道式轴类V型支撑结构

③插入式U型支撑

插入式U型支撑与固定梁结构，满足不同直径和厚度的法兰圆盘及盖板类零件通用，同时U型支撑外设置软管套护，避免了圆盘类零件相互接触，起到放置支撑和保护作用，结构如图4。

图4　插入式U型支撑结构

④组合式V型放置结构

运用标准托盘和组合式V型结构，实现圆柱筒类零件的组合放置，可堆叠存放、转运和软质保护，实现通用，结构如图5。

图5　组合式V型放置结构

（4）工位器具的通用化设计方案

按照通用箱+通用保护的组合方式，形成通用工位器具方案，与零件类别进行对应，合并简化同类项，形成可适合工厂3000余种零件放置和保护12类通用型工位器具，应用UG软件进行三维设计、组合、模拟优化，代表结构如下：

①通用托盘箱

规格1200×1000×350（mm）钢质箱体，托盘箱+四周保护内衬结构，存放较大尺寸零件或带包装物料，满足堆垛机、传输带、运输送料叉车使用。

②通用栅格箱

规格1200×1000×350（mm）钢质箱体，通用托盘箱+可调式保护栅格组合结构，放置尺寸在直径Φ400mm、高度在300mm内的圆柱类零件、矩形零件、三角形零件以及异型零件，满足堆垛机、传输带、运输送料车使用。

③轴类通用箱

规格1200×1000×350（mm）钢质箱体，通用箱体+滑道式轴类V型支撑组合结构，可根据放入零件长度调整轴类v型支撑间距，放置直径Ф20-Ф90mm、长度≤1000mm的轴类零件，满足工序放置、叉车转运、堆垛机、传输带使用。

④通用法兰架

规格1200×1000×500（mm）钢质箱体，通用箱体+插入式U型支撑结构，满足直径Ф260-Ф625mm、厚度≤70mm的圆盘类零件存、运、库房货架应用。

⑤组合式筒体架

规格1500×2000×350（mm）钢质组合架，托底+软质快换装V型块组合，可组装成不同放置层数，满足直径Ф260-Ф625mm，长度700～2000mm的筒体存放、转运。

三、应用效果

通过工位器具通用化设计，将工厂的3000多种1万多个规格的零件，归结到12类工位器具，在企业物流项目中实施了5000余件，满足加工工序、物料搬运、自动仓库多工序应用，收到了工位器具通用化良好效果，见图6。

小批量生产条件下，工厂通过工位器具通用化设计，优选符合企业实际的通用型工位器具，对于解决工位器具种类多、防护不到位、流通困难等问题，实现工位器具在工序、转运、库房和配送中的通用和标准化，对提高生产物流效率具有重要作用。