自行车生产自动化解决方案升级方法

刘晓鸣

[摘    要]自行车生产企业属于劳动密集型企业，人工成本占生产制造成本25%左右。我国工人工资、保险等劳动力成本普遍增加，临时员工效率低，熟练工不能满足企业的需求等问题造成人工成本增加。自行车生产企业普遍面临自动化生产、优化人员结构等问题。但是，由于自动化投资一次性投入大，多数企业持谨慎态度。

[关键词]智能制造;自动化;自行车

[中图分类号]U213.6 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（21）04–0–03

Upgrading Method of Bicycle Production Automation Solution

Liu Xiao-ming

[Abstract]Bicycle manufacturers are labor-intensive companies， and labor costs account for about 25% of manufacturing costs. Labor costs such as wages and insurance in my country have generally increased， temporary employees are inefficient， and skilled workers cannot meet the needs of enterprises， which have caused labor costs to increase. Bicycle manufacturers generally face problems such as automatic substitution and optimization of personnel structure. However， due to the large one-time investment in automation， most companies are cautious.

[Keywords]intelligent manufacturing; automation; bicycle

1 车企现状分析

中国是全球最大的自行车产销国，面临着反倾销税、原材料上涨等冲击，正处于行业转型升级期。目前，自行车制造厂普遍面临基础管理薄弱、成本控制能力低、质量管控能力不足等问题，代工厂、零件厂的净利润率更加微薄，品牌商品控制能力、生产效率与管理能力均无法支撑品牌战略目标。正因如此，企业对自动化投资较为保守。部分行业龙头在机器替换人工有一定投资，但仍旧是以单点效率提升为主，无法实现上下游的贯通，更无法实现与信息系统的协同，行业整体自动化水平仍旧较低。自行车产品集成度相对较高，从零部件的下料、成型、焊接、喷涂，直至产品的装配调试均在各工序内独立完成。因此，自行车工厂普遍包含具备焊装车间、涂装车间、装配车间、成品库四大组成部分。生产工艺也基本以人操作为主，极少工位采用自动化专机辅助作业，焊接车间、装配车间、成品库、物流输送全部为人工作业，自动化程度很低。工装周转和存储方面，占用大量人力进行重复性作业，物流周转频繁，车间之间库存、成品库存积压浪费。具体问题概括如下。

（1）生产效率。设备自动化程度低，效率偏低，焊装车间全部人工作业，涂装和装配除流水线外人员居多。人员作业多为重复性作业。

（2）人员管理。在岗人员多，多数从事重复性工作，存在极大浪费，质量依靠人员经验保证。

（3）产能管理。产能提升存在瓶颈，现依靠加工人、加生产线、加班等提高产能，每天工作时长10～12 h。

（4）质量管理。过程质量管理以人为主，过程质量数据没有实现自动采集，依靠人员进行手动记录，质量管理力度低，质量问题解決和分析工具不完善，问题反馈机制、响应机制不健全，管理效率低。

（5）物流管理。物流混乱，同一车间内各工序之间物流交互频繁，没有实现定时按需配送，线体人员按天进行领料，不同车间物流周转效率低，库存积压。物流形式以人拉小车配送，物流路线没有规划，物流频率和物流容量没有科学计算。

（6）库存管理。出入库、库位管理等信息传递依靠纸质单据，人工送料、人工找料、人工码垛等，效率低，劳动强度大。

（7）交期管理。平均交期15 d，销售、计划、生产和成品库没有形成滚动管理，衔接时效性较差。

2 自动化方案设计

自行车工厂多为多品种批量型生产，每种产品的尺寸不同，产品零件品种多，但生产工艺相似，且规格标准化程度较高，自动化方面适用柔性加工生产方式。多数企业有提升自动化的想法，如前三角焊接自动化、前叉焊接自动化、场内物流自动化搬运、成品入库自动化输送等，多数企业局部自动化持续进行初步测试及验证，但局部改进无法解决系统性问题。

2.1 自动化下料

设备组成：①设备包括机械设备、流体系统、气动系统及电气测控系统。②机械设备分为上捆料、排料、送料、切管、整料、下料6个工位，下料可以做2个工位，分别以左以右。③流体系统包括液压系统和气动系统。液压系统包括液压站、阀组、液压管路及附件。④气动系统包括气站、阀组、气压管路及附件组成。⑤电气测控系统有电控柜、操作台、计算机系统。

2.2 前叉自动化焊接

2.2.1 焊接专机

（1）设备组成。①焊接专机主要包含焊接主机、焊接电源、焊接专机四轴、送丝机、焊接臂及焊枪、焊接夹具等。②两套定位夹紧工装，一侧焊接一侧进行装夹。③设备占地面积为3 m×2 m。

（2）工艺要求。①焊接方式。人工点焊，专机进行穿心焊和平焊。②焊接方法。气体保护电弧焊接。③保护气体。80%Ar+20%CO2。④焊丝直径。0.8 mm。⑤焊丝形式。桶装。⑥工件装卸方式。人工。⑦单个专机需要的人工。1人。⑧焊接可达性。100%以上。⑨焊接节拍。40 s。

2.2.2 前叉机器人自动化焊接

（1）设备组成。①焊接单元，主要包含焊接机器人、焊枪、焊接电源、送丝机等左右两侧同时焊接。②定位夹紧工装一次可装卡2个前叉。③环形链条输送线，采用伺服电机带动链条驱动，焊接工位设置机械定位。④设备占地面积为6 m×3 m。

（2）工艺要求。①焊接方式。人工点焊，机器人平焊或鱼鳞焊。②焊接方法。气体保护电弧焊接。③保护气体。80%Ar+20%CO2。④焊丝直径。0.8mm。⑤焊丝形式。桶装。⑥工件装卸方式。人工。⑦单个工作站需要的人工数。3人。⑧焊接可达性。100%以上。⑨焊接节拍。15 s。

2.3 前三角自动化焊接方案

2.3.1 设备组成

（1）焊接单元，主要包含焊接机器人、焊枪、焊接电源、送丝机等左右两侧同时焊接。

（2）定位夹紧工装一次可装卡1个前三角件。

（3）环形链条输送线，采用伺服电机带动链条驱动，焊接工位设置机械定位。

（4）生产线占地面积为8 m×3 m。

2.3.2 工艺要求

（1）焊接方式。人工点焊，机器人自动化;焊接方法：气体保护电弧焊接。

（2）保护气体。80%Ar+20%CO2;焊丝直径：0.8 mm。

（3）焊丝形式。桶装。

（4）工件装卸方式：人工。

（5）焊接可达性：100%。

2.4 自动化贴标

2.4.1 设备组成

（1）适用标签。不干胶标签、不干胶膜、电子监管码、条形码等。

（2）配套设备。可配套自动流水线、印刷机等，实现在线贴标。

（3）应用实例。薄膜袋成型前贴标、流水线贴标等。

2.4.2 工艺要求

（1）人工开箱装产品—人工放到流水线—视觉检测—封箱—双侧打印同时贴标。

（2）贴标精度。±3 mm。

（3）贴标速度。10件/min（与产品及标签尺寸相关）。

（4）适用箱体。大纸箱：145 cm×20 cm×74 cm;小纸箱：73 cm×17 cm×38 cm（依据纸箱实际尺寸而定）。

2.5 自動化入库

可采用悬挂链输送入库、皮带+辊道输送入库两种方式实现自动化入库。自动化入库流程如下。

（1）产品下线区。视觉检测、自动贴码。

（2）悬挂输送线。人工将成品装入输送治具。

（3）码垛区。人工将成品取下并码垛。

（4）平库。WMS、物料种类有序堆放。

（5）集配区。按定单配送、拣选。

2.5.1 包装视觉检测

使用存在/不存在工具进行包装箱的检测;根据亮度/对比度/图案等信息可准确判断产品是否存在;根据判断结果输出对应信号给执行机构。

（1）检测对象：自行车包装箱。

（2）检测内容：包装箱内两个盒子是否缺失。

（3）视野：1 300 mm×3 500 mm。

（4）生产节拍及检测速度：1 s。

2.5.2 输送线

设备构成：爬坡机，链条输送机，钢平台，自动倒箱机构，电气控制系统。

2.5.3 码垛机器人构成及配置说明

设备构成：码垛机器人;机器人抓手系统非标设计;装箱防错，视觉、扫码、称重;信息流采集硬件;机器机器人平均一个节拍周期在12 s。

2.6 自动化物流

2.6.1 物流路线规划设计原则

（1）车间物流规划满足物流流向合理、物流距离短的要求。

（2）最大限度地减少物流环节，减少倒运、搬运次数，满足直达化的要求，同时满足零件的“先进先出”原则。

（3）车间暂存区库存量以天为最小单位，线体间物料周转量以小时为最小单位，物流输送与生产节拍同步，减少制品的库存。

（4）物料装、卸、搬、运要尽量使用机械化以省力、省时。

（5）物流容器应单元化、集装化;单元容器应标准化、通用化。

物流路线规划：以生产计划拉动结合工艺流程、物流、信息流进行整厂全部优化。

大循环：焊接—涂装—装配—成品库的物流规划。

小循环：焊接—涂装—装配车间内的物流规划。

建立车架空中物流输送系统，实现焊接、涂装和装配车间的订单拉动生产，车间之间缓存量设置为1d产量。优化车间生产平衡率，减少地面库存积压，提高整体效率。

焊接车间、磷化车间、涂装车间、总装车间的车架的主物流输送运用WMS系统+AGV小车进行，实现车间AGV配送、AGV运行路线、自动装卸料车、料车空满转换等。

使用AGV时尽量进行统型，一条尽量使用1个规格。根据实

际情况，各类车的主要规格建议：平板车2 000 mm×800 mm

×1 200 mm，铁筐车1 500 mm×800 mm×1 200 mm，分层悬挂车2 000 mm×800 mm×1 200 mm等（根据产品尺寸进行选型）。

2.6.2 AGV输送牵引车技术要求

（1）AGV形式要求为潜伏式牵引（即在料车下面进行牵引），载荷满足500 kg，尺寸要求长≤1 500 mm、宽≤400 mm、高≤310 mm。

（2）AGV输送牵引车主要部件（车身结构、控制系统、驱动电机等）使用寿命达到10 a。

（3）AGV牵引车配备报警装置，AGV在运行过程中，报警装置产生相应的声光提示信息。

（4）AGV车体安装检测安全装置，将监测区域分为减速区和停止区。

（5）AGV牵引车具有抱闸释放装置，当牵引车电机异常时，能够在人工干涉下迅速退出生产现场。

（6）AGV牵引车电池电量低时，报警提示更换（手动充电可连续运行10 h以上）。

（7）AGV牵引车为磁带导航方式，运行速度0～40 m/min。

（8）AGV牵引车通讯及控制系统能适应强电磁使用环境，保证系统运行平稳、可靠。

（9）AGV牵引车牵引力设计时考虑一定预留，禁止出现超负荷运行情况。

（10）AGV附带音乐提示功能，要求满足多种音乐选择性播放。

3 自行车生产自动化投资原则

（1）尽量减少自动化设备及零件的品牌和种类。

（2）尽量使用技术较成熟的设备、硬件和系统。

（3）对项目评估要综合考虑，可分别从可实现性，稳定性，操作便捷性，质量保证性，工艺技术条件达成度，耐久衰减性，易维护性，可扩展性方面综合评价考虑。

（4）自动化设备使用的软件未来可扩展和可兼容性;预留数据接口，保证未来可供信息系统对接，采集和有效使用设备数据。

（5）备品备件通用性，金额、易采购性可远程支持，维修保养费用少及售后响应时间短。

（6）具体项目评估时性价比与扩展性综合考虑原则：虽然当前性价比高，但是考虑到机器人未来可扩展性强，在具体项目评估时，可接受部分溢价。

4 结束语

自动化升级是典型的“一把手工程”，就是“一把手”负责、主抓、为第一责任人的工程，是推进项目的有效形式和有力手段。当实施工作得到领导认可后，由上而下的贯彻落实相关制度，流程就容易得多。同时一把手积极投身到项目中，能够起到示范带头作用，员工的积极性能够得到调动，更容易形成全员参与局面，从而提高项目实施的成功率。引导观念转变，强化智能制造建设理念，提升基础理论和素养，鼓励使用信息化和智能装备，提升管理水平。

参考文献

[1] 余海峰.从生产自动化到智能制造——中国自行车产业转型升级的必由之路[J].中国自行车，2017（11）：46-51.