基于流水线作业的屏柜生产研究与应用

GXF360 2017-12-25

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基于流水线作业的屏柜生产研究与应用

张晓鸽,孙峻峰,李华君,任成才

(许继电气股份有限公司，河南许昌 461000)

摘要：在分析现有电力系统屏柜生产方式的基础上，提出了一种基于流水线作业的质量管理系统与工艺相结合的全新生产方式，即将多根走线路径相似的导线定义为线束，将可以整体进行装配的组件定义为半成品，将线束与半成品从屏柜中独立出来进行制作，从而实现了线束、半成品及屏柜的独立生产和流水线作业。经实践证明，这种基于流水线作业的新的生产模式，不仅在产品生命周期内实现了全面质量控制，生产效率和一次交检合格率也有大幅度提升。

关键词：电力系统；生产方式；全面质量控制

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

电力行业屏柜的装配一般先由安装工人根据装配图进行电气元件的安装，然后交给配线工人，根据配线图进行屏体配线。这种“孤岛式”的作业方式在行业内非常普遍，在合同少、批量小的情况下还勉强可以应付，一旦进行大批量生产，孤岛作业的弊端就变得非常突出：一是生产效率低；二是装配质量参差不齐；三是线缆浪费严重；四是一次交检合格率低。

随着新能源市场的蓬勃发展，电力行业的竞争也日趋激烈，新能源产品生产厂家原有的孤岛作业的生产方式，不论是生产效率还是产品质量，已远远不能满足市场的需求；因此，迫切需要找到一种全新的生产方式，在提高产品质量的同时，提高生产效率，缩短供货周期[1]。为了解决上述问题，本文提出了一种将质量管理系统与工艺相结合的全新的生产方式。该生产方式基于流水线作业将装配工艺、质量管理系统相结合，即将多根走线路径相似的导线定义为线束，将可以整体进行装配的组件定义为半成品，将线束与半成品从屏柜中独立出来进行制作，从而实现了线束、半成品及屏柜的独立生产和流水线作业。

1 线束的定义与制作

1.1 线束的定义

本文中线束(见图1)是指根据电气配线图将不同规格、不同颜色的线缆，依据走线路径相似,高低压分离、装拆以及维修方便等相关工艺原则，将几根(多则十几根)导线捆扎成束，导线的两头压线鼻或装接插件，并根据导线走线路径考虑合理的保护。这样，使得导线的制作与屏体的装配相分离，并提前到屏体生产环节的最前端，从而大大缩短了屏体的装配时间。

图1 线束示意图

1.2 线束的制作

线束制作前，由工艺设计人员根据电气配线图将屏体内所有导线分成若干线束，并制成线束表(线束编号为000200501的线束表见表1)；然后，车间工人根据线束表以流水线的方式对线束进行制作。制作流程如图2所示。按照流水线负荷平衡的基本原则[2]，线束制作流水线工位分配如图3所示。

表1 线束表

序号导线/mm2颜色长度/mm起点号牌起点端子型号终点号牌终点端子型号起点位置/mm绑扎带位置/mm11.5红色24080-J1-11.5筒形X1-B2-71.5筒形012021.5红色24080-J1-31.5筒形X1-B2-81.5筒形012031.5红色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

图2 线束制作流程图

图3 线束制作工位分配图

线束制作的所有要素均体现在线束表内，制作过程中的特殊工艺及操作关键点则由关键工序控制卡进行控制。每个线束都有唯一的线束编号与其对应，并以条码的形式贴在线束盒上，线束盒随流水线运转，流水线运转1圈，即可完成1束线束的制作。

这种基于流水线，有线束制作工艺作指导，并有基于质量管理系统的关键工序控制卡进行生产过程控制的生产方式，彻底改变了孤岛作业时导线制作质量因人而异、接线错误率高和线缆浪费严重的现状，实现了线束的定型和定量提前生产，使线束制作质量和生产效率大幅提升，线缆浪费率大幅降低。

2 半成品的定义与装配

本文将可以单独组装且可以整体装配到屏体的元器件与线束的组件定义为半成品[3]。

基于流水线的半成品装配使用的是差速输送流水线。该流水线的特点是采用倍速链牵引，工装板可自由地传送，采用阻挡器定位使工件自由运动或停止，工件在两端可以自动顶升，横移过渡。此外，还可以在线体或线体旁边安装可水平或垂直旋转的装置、检测设备、机械手及电脑等附加设备[4]。

半成品的装配过程严格按照半成品装配工艺执行，并受控于与其配套的关键工序控制卡，半成品装配流程如图4所示。

图4 半成品装配流程图

在装配工艺中需将半成品的装配分解到n个工位(工位数n视半成品的实际情况而定)，并以图文并茂的形式详细描述其装配过程。关键工序控制卡则只提炼其装配工艺中的特殊工艺要求及操作关键点中强调和提示性文字。在半成品批量生产之前，半成品装配工艺须上传至共享平台，关键工序控制卡须导入质量管理系统，为半成品的批量生产做准备。

条码作为信息的载体，在半成品的流水线生产过程中自然也必不可少。每个半成品都有唯一的物料号与其对应，该物料号与半成品BOM相关联，并以条码的形式粘贴在半成品上。通过识别该物料编号可以读取该半成品的物料信息，同时调取质量管理系统中的关键工序控制卡。在实际生产过程中，每个工位的工人在开始本工位的工作前，应将本人工号和本工位关键元器件及线束关联到质量管理系统中。在装配完成后，质量管理系统物料验证功能将对半成品的关键物料进行比对验证，若有漏装，则须补漏，否则无法进入检测环节。检测合格后，粘贴半成品合格证，并完成入库。

这种将半成品单独定义，并结合流水线独立作业的生产方式，不仅使半成品的批量生产成为现实，也让屏柜的流水线作业成为可能[5]。以500 kW光伏逆变器为例，定义的半成品就多达7种。将半成品从屏体内提取出来之后，减少了屏体物料的数量，给屏体元器件装配腾出更多操作空间的同时，大大缩短了屏体生产周期。

3 屏体装配

基于流水线的屏体装配依托的是滚筒式“非”字型流水线，该流水线的特点是所承载的产品类型非常广泛，受到的限制比较少，可以设定固定节拍和路径自动运行，也可以靠人工调节生产节拍实现任意2个工位间运行。此外，可以在线体升降台上或线体旁边安装机械手、电脑、电动及气动工具等附加设备。

屏体的装配流程与半成品的装配流程类似，屏体设计完成后批量生产前，半成品及线束均被视为独立的 “元器件”单元，它们与普通物料一样，有唯一的物料号，可查询其库存状态，走相同的出库流程。屏体装配过程中的特殊工艺要求、注意事项及操作关键点均在装配工艺中进行详细说明。屏体的装配严格按照工艺进行，装配工艺流程如图5所示，装配过程由关键工序控制卡进行控制。

图5 屏体装配流程图

4 质量管理系统的应用

4.1 质量管理系统

质量管理系统(QMS)主要包括物料管理、生产管理、售后管理、设备管理、OA和文件管理等6个子系统。本文QMS的应用是指生产管理子系统的应用。QMS生产管理子系统包括生产管理、问题反馈管理、领用管理、科研项目生产和项目生产等5个板块，具体功能介绍如下。

1)生产管理板块。该板块可以创建、查询或导出生产组、检验组及测试组所有生产相关人员和领导班组的相关信息。

2)问题反馈管理板块。该板块可以实现生产、调试、运维等产品生命周期内任意阶段的问题反馈、问题跟踪、问题处理结果确认和最终确认，完成所有产品相关问题的最终解决、闭口和问题反馈单查询。

3)领用管理板块。该板块将物资领用分为损坏领用和科研领用，实现了物资的分类领用，便于后续物资的有序补给。

4)项目生产板块。该板块设置了物料查询、工序自定义与查询、屏体物料组装与查询及部件物料组装与查询4大功能。其中，物料查询功能实现了库房内所有库存物资的状态查询；工序自定义与查询实现了线束、半成品及成品生产工序的自定义与查询；屏体物料组装与查询功能通过对物料号、屏号及工人工号的关联扫描，实现了屏体物料、屏体、工艺及操作人的关联；部件物料组装功能通过对物料号、半成品物料号及工人工号的关联扫描，实现了半成品物料、半成品、工艺及操作人的关联。

4.2 应用

本文以半成品防反二极管模块为例(见图6)。在质量管理系统项目生产板块部件物料组装与查询中可查询其关键工序控制卡如图7所示。工序编号列的前9位代表的是半成品防反二极管模块的物料号。防反二极管模块的生产工序为散热器、防反二极管安装→风机模块组装→防反二极管模块组装→线束安装→物料验证→生产完成→防反二极管组件检测→入库。其中，散热器、防反二极管安装与风机模块组装为并列工序，先后顺序不做控制。在实际生产过程中，每道工序的工人只能看到本工序的操作关键点(即自检项)，上道工序未完成则无法进入下道工序。

图6 半成品“防反二极管模块”

图7 关键工序控制卡

QMS在生产中的应用实现了产品生产全过程质量控制，使所有项目的生产进度可以实时查询，已完成项目的生产信息、物料信息、工艺文档及相关操作人信息可以随时查看，可为后期的运维提供可靠依据。

5 实践结果分析

经过2年多的探索与磨合，本套基于流水线将装配工艺与质量管理系统相结合的生产方式，在现有生产中的优势越来越明显。据统计，采用孤岛作业的方式，装配1台500 kW光伏逆变器需要70个工时，一次交检合格率为67%，线缆浪费率达到50%以上；而采用本文提出的基于流水线作业的生产方式，装配同样1台500 kW光伏逆变器只需要30个工时，一次交检合格率达到了93%，线缆浪费率控制在了2%以内，即生产效率提高了2.33倍，一次交检合格率提升了26%，线缆浪费率降低了48%。此外，屏体元器件及线束装配的一致性得到了保证，美观度有了大幅度提升。可见，该生产方式的优势已非常显著，无论在质量还是效率方面都能够满足大批量生产的需要，并且在节约降本方面也相当可观。

参考文献

[1] 葛安华，刘超，孙晶.基于市场需求变化的流水线最佳生产节拍选择[J].工业工程，2011,14(1):96-100.

[2] 占书芳，张晓川，廖三立.基于负荷平衡的流水线生产节拍设计[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版, 2007,31(1):183-186.

[3] 白东哲.生产系统现场工作研究[M]．北京: 机械工业出版社，2004.

[4] 宋潇潇. 面向精益生产的传送带式流水线生产调度关键技术研究[D]．重庆: 重庆大学，2010.

[5] 张晓川.物流学——系统、网络和物流链[M].北京:化学工业出版社,2005.

责任编辑马彤