基於流水線作業的屏櫃生產研究與應用

基於流水線作業的屏櫃生產研究與應用

張曉鴿,孫峻峰,李華君,任成才

(許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000)

摘 要：在分析現有電力系統屏櫃生產方式的基礎上，提出了一種基於流水線作業的質量管理系統與工藝相結合的全新生產方式，即將多根走線路徑相似的導線定義為線束，將可以整體進行裝配的組件定義為半成品，將線束與半成品從屏櫃中獨立出來進行製作，從而實現了線束、半成品及屏櫃的獨立生產和流水線作業。經實踐證明，這種基於流水線作業的新的生產模式，不僅在產品生命周期內實現了全面質量控制，生產效率和一次交檢合格率也有大幅度提升。

關鍵詞：電力系統；生產方式；全面質量控制

Abstract： Based on the analysis of the existing power system cabinet production modes, a new production mode based on the combination of quality management system and technology is proposed. Many wires with similar path are defined as wiring harness, the integrally assembly components are defined as semi-finished products. The wiring harness and semi-finished products are isolated from the cabinet to be made, which realizes the independent production and assembly line method. Practice has proved that this new production mode based on assembly line operation could not only achieve the total quality control in the product life cycle, but also increase the production efficiency and the first inspection qualification rate.

Key words: power system, production mode, total quality control

電力行業屏櫃的裝配一般先由安裝工人根據裝配圖進行電氣元件的安裝，然後交給配線工人，根據配線圖進行屏體配線。這種「孤島式」的作業方式在行業內非常普遍，在合同少、批量小的情況下還勉強可以應付，一旦進行大批量生產，孤島作業的弊端就變得非常突出：一是生產效率低；二是裝配質量參差不齊；三是線纜浪費嚴重；四是一次交檢合格率低。

隨著新能源市場的蓬勃發展，電力行業的競爭也日趨激烈，新能源產品生產廠家原有的孤島作業的生產方式，不論是生產效率還是產品質量，已遠遠不能滿足市場的需求；因此，迫切需要找到一種全新的生產方式，在提高產品質量的同時，提高生產效率，縮短供貨周期[1]。為了解決上述問題，本文提出了一種將質量管理系統與工藝相結合的全新的生產方式。該生產方式基於流水線作業將裝配工藝、質量管理系統相結合，即將多根走線路徑相似的導線定義為線束，將可以整體進行裝配的組件定義為半成品，將線束與半成品從屏櫃中獨立出來進行製作，從而實現了線束、半成品及屏櫃的獨立生產和流水線作業。

1 線束的定義與製作

1.1 線束的定義

本文中線束(見圖1)是指根據電氣配線圖將不同規格、不同顏色的線纜，依據走線路徑相似,高低壓分離、裝拆以及維修方便等相關工藝原則，將幾根(多則十幾根)導線捆紮成束，導線的兩頭壓線鼻或裝接插件，並根據導線走線路徑考慮合理的保護。這樣，使得導線的製作與屏體的裝配相分離，並提前到屏體生產環節的最前端，從而大大縮短了屏體的裝配時間。

圖1 線束示意圖

1.2 線束的製作

線束製作前，由工藝設計人員根據電氣配線圖將屏體內所有導線分成若干線束，並製成線束表(線束編號為000200501的線束表見表1)；然後，車間工人根據線束表以流水線的方式對線束進行製作。製作流程如圖2所示。按照流水線負荷平衡的基本原則[2]，線束製作流水線工位分配如圖3所示。

表1 線束表

序號導線/mm2顏色長度/mm起點號牌起點端子型號終點號牌終點端子型號起點位置/mm綁紮帶位置/mm11.5紅色24080-J1-11.5筒形X1-B2-71.5筒形012021.5紅色24080-J1-31.5筒形X1-B2-81.5筒形012031.5紅色24080-J1-51.5筒形X1-B2-91.5筒形012041.0黑色100080-J3-11.5筒形DCBUS+(反)OT1.5-53012051.0黑色100080-J3-31.5筒形DCBUS-OT1.5-530120

圖2 線束製作流程圖

圖3 線束製作工位分配圖

線束製作的所有要素均體現在線束表內，製作過程中的特殊工藝及操作關鍵點則由關鍵工序控制卡進行控制。每個線束都有唯一的線束編號與其對應，並以條碼的形式貼在線束盒上，線束盒隨流水線運轉，流水線運轉1圈，即可完成1束線束的製作。

這種基於流水線，有線束製作工藝作指導，並有基於質量管理系統的關鍵工序控制卡進行生產過程式控制制的生產方式，徹底改變了孤島作業時導線製作質量因人而異、接線錯誤率高和線纜浪費嚴重的現狀，實現了線束的定型和定量提前生產，使線束製作質量和生產效率大幅提升，線纜浪費率大幅降低。

2 半成品的定義與裝配

本文將可以單獨組裝且可以整體裝配到屏體的元器件與線束的組件定義為半成品[3]。

基於流水線的半成品裝配使用的是差速輸送流水線。該流水線的特點是採用倍速鏈牽引，工裝板可自由地傳送，採用阻擋器定位使工件自由運動或停止，工件在兩端可以自動頂升，橫移過渡。此外，還可以在線體或線體旁邊安裝可水平或垂直旋轉的裝置、檢測設備、機械手及電腦等附加設備[4]。

半成品的裝配過程嚴格按照半成品裝配工藝執行，並受控於與其配套的關鍵工序控制卡，半成品裝配流程如圖4所示。

圖4 半成品裝配流程圖

在裝配工藝中需將半成品的裝配分解到n個工位(工位數n視半成品的實際情況而定)，並以圖文並茂的形式詳細描述其裝配過程。關鍵工序控制卡則只提煉其裝配工藝中的特殊工藝要求及操作關鍵點中強調和提示性文字。在半成品批量生產之前，半成品裝配工藝須上傳至共享平台，關鍵工序控制卡須導入質量管理系統，為半成品的批量生產做準備。

條碼作為信息的載體，在半成品的流水線生產過程中自然也必不可少。每個半成品都有唯一的物料號與其對應，該物料號與半成品BOM相關聯，並以條碼的形式粘貼在半成品上。通過識別該物料編號可以讀取該半成品的物料信息，同時調取質量管理系統中的關鍵工序控制卡。在實際生產過程中，每個工位的工人在開始本工位的工作前，應將本人工號和本工位關鍵元器件及線束關聯到質量管理系統中。在裝配完成後，質量管理系統物料驗證功能將對半成品的關鍵物料進行比對驗證，若有漏裝，則須補漏，否則無法進入檢測環節。檢測合格後，粘貼半成品合格證，並完成入庫。

這種將半成品單獨定義，並結合流水線獨立作業的生產方式，不僅使半成品的批量生產成為現實，也讓屏櫃的流水線作業成為可能[5]。以500 kW光伏逆變器為例，定義的半成品就多達7種。將半成品從屏體內提取出來之後，減少了屏體物料的數量，給屏體元器件裝配騰出更多操作空間的同時，大大縮短了屏體生產周期。

3 屏體裝配

基於流水線的屏體裝配依託的是滾筒式「非」字型流水線，該流水線的特點是所承載的產品類型非常廣泛，受到的限制比較少，可以設定固定節拍和路徑自動運行，也可以靠人工調節生產節拍實現任意2個工位間運行。此外，可以在線體升降台上或線體旁邊安裝機械手、電腦、電動及氣動工具等附加設備。

屏體的裝配流程與半成品的裝配流程類似，屏體設計完成後批量生產前，半成品及線束均被視為獨立的 「元器件」單元，它們與普通物料一樣，有唯一的物料號，可查詢其庫存狀態，走相同的出庫流程。屏體裝配過程中的特殊工藝要求、注意事項及操作關鍵點均在裝配工藝中進行詳細說明。屏體的裝配嚴格按照工藝進行，裝配工藝流程如圖5所示，裝配過程由關鍵工序控制卡進行控制。

圖5 屏體裝配流程圖

4 質量管理系統的應用

4.1 質量管理系統

質量管理系統(QMS)主要包括物料管理、生產管理、售後管理、設備管理、OA和文件管理等6個子系統。本文QMS的應用是指生產管理子系統的應用。QMS生產管理子系統包括生產管理、問題反饋管理、領用管理、科研項目生產和項目生產等5個板塊，具體功能介紹如下。

1)生產管理板塊。該板塊可以創建、查詢或導出生產組、檢驗組及測試組所有生產相關人員和領導班組的相關信息。

2)問題反饋管理板塊。該板塊可以實現生產、調試、運維等產品生命周期內任意階段的問題反饋、問題跟蹤、問題處理結果確認和最終確認，完成所有產品相關問題的最終解決、閉口和問題反饋單查詢。

3)領用管理板塊。該板塊將物資領用分為損壞領用和科研領用，實現了物資的分類領用，便於後續物資的有序補給。

4)項目生產板塊。該板塊設置了物料查詢、工序自定義與查詢、屏體物料組裝與查詢及部件物料組裝與查詢4大功能。其中，物料查詢功能實現了庫房內所有庫存物資的狀態查詢；工序自定義與查詢實現了線束、半成品及成品生產工序的自定義與查詢；屏體物料組裝與查詢功能通過對物料號、屏號及工人工號的關聯掃描，實現了屏體物料、屏體、工藝及操作人的關聯；部件物料組裝功能通過對物料號、半成品物料號及工人工號的關聯掃描，實現了半成品物料、半成品、工藝及操作人的關聯。

4.2 應用

本文以半成品防反二極體模塊為例(見圖6)。在質量管理系統項目生產板塊部件物料組裝與查詢中可查詢其關鍵工序控制卡如圖7所示。工序編號列的前9位代表的是半成品防反二極體模塊的物料號。防反二極體模塊的生產工序為散熱器、防反二極體安裝→風機模塊組裝→防反二極體模塊組裝→線束安裝→物料驗證→生產完成→防反二極體組件檢測→入庫。其中，散熱器、防反二極體安裝與風機模塊組裝為並列工序，先後順序不做控制。在實際生產過程中，每道工序的工人只能看到本工序的操作關鍵點(即自檢項)，上道工序未完成則無法進入下道工序。

圖6 半成品「防反二極體模塊」

圖7 關鍵工序控制卡

QMS在生產中的應用實現了產品生產全過程質量控制，使所有項目的生產進度可以實時查詢，已完成項目的生產信息、物料信息、工藝文檔及相關操作人信息可以隨時查看，可為後期的運維提供可靠依據。

5 實踐結果分析

經過2年多的探索與磨合，本套基於流水線將裝配工藝與質量管理系統相結合的生產方式，在現有生產中的優勢越來越明顯。據統計，採用孤島作業的方式，裝配1台500 kW光伏逆變器需要70個工時，一次交檢合格率為67%，線纜浪費率達到50%以上；而採用本文提出的基於流水線作業的生產方式，裝配同樣1台500 kW光伏逆變器只需要30個工時，一次交檢合格率達到了93%，線纜浪費率控制在了2%以內，即生產效率提高了2.33倍，一次交檢合格率提升了26%，線纜浪費率降低了48%。此外，屏體元器件及線束裝配的一致性得到了保證，美觀度有了大幅度提升。可見，該生產方式的優勢已非常顯著，無論在質量還是效率方面都能夠滿足大批量生產的需要，並且在節約降本方面也相當可觀。

參考文獻

[1] 葛安華，劉超，孫晶.基於市場需求變化的流水線最佳生產節拍選擇[J].工業工程，2011,14(1):96-100.

[2] 占書芳，張曉川，廖三立.基於負荷平衡的流水線生產節拍設計[J].武漢理工大學學報:交通科學與工程版, 2007,31(1):183-186.

[3] 白東哲.生產系統現場工作研究[M]．北京: 機械工業出版社，2004.

[4] 宋瀟瀟. 面向精益生產的傳送帶式流水線生產調度關鍵技術研究[D]．重慶: 重慶大學，2010.

[5] 張曉川.物流學——系統、網路和物流鏈[M].北京:化學工業出版社,2005.

責任編輯 馬彤

Research and Application of Cabinet Production Mode Based on Assembly Line

ZHANG Xiaoge, SUN Junfeng, LI Huajun, REN Chengcai

(Xuji Electric Co., Ltd., Xuchang 461000, China)

中圖分類號：TB 497;TM 464

文獻標誌碼：B

作者簡介：張曉鴿(1988-)，女，碩士，工程師，主要從事新能源產品及超高壓直流輸電換流閥裝備的工藝設計等方面的研究。

收稿日期：2017-06-21

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