「準無人車間」在漆包線行業應用的設想
摘要：利用大容量拉絲機和自動裝卸盤拉絲機的特性，提出一個在漆包線行業漆前裸線生產拉絲工序中建立「準無人車間」的設想，分析了建立「準無人車間」的可行性和效益比對。
1 引言
近年來我國沿海地區已經出現了勞動力資源嚴重不足，勞動力資源的匱乏嚴重影響著勞動力密集型企業的生存和發展。隨著全球經濟一體化，漆包線行業也逐步成了微利行業，漆包線企業正面臨著巨大的挑戰，要想在這樣的環境中生存求發展，就必須在降低成本和提高產品的競爭力上下功夫，許多企業不約而同地選擇了擴大生產規模攤消固定開支的辦法降低成本，據不完全統計 2010 年我國年產萬噸以上漆包線企業有 60 家左右，超 20000 噸產量企業超過 20 家
隨著信息自動化技術的快速發展，漆包線企業的「巨型化」，使漆包線行業在部分工序建立準無人車間提供了必要的條件。在漆包線的漆前裸線生產拉絲工序中建立「準無人車間」，能夠實現管理信息化，生產無人化的目標，大大降低了企業的生產成本。
2 「準無人車間」及建立條件的概述
我國大部分漆包線生產工序都是分為拉絲工序和漆包工序，拉絲和漆包的分開增加了拉絲收線和漆包放線的過程。由於使用傳統拉絲機收線容量小，換盤頻繁，自動化程度低，大量增加了線頭線尾及線接頭的機會，造成了一線人員眾多，直接影響了產品質量和成本。我們如果在拉絲工序中能充分利用母線的儲存容量和收線盤的自動裝卸，在足夠長時間（8 小時以上）不用更換線軸，通過生產中央管理系統，就能夠實現「準無人車間」生產。「準無人車間」的概念是指利用信息化管理技術，選用自動化程度較高的設備，採用合理的工序安排，使設備在正常生產過程中，一個班次或數個班次儘可能少或無需人員直接參與手工操作，以減少一線生產人員為目地的生產方式，一般可稱之為「無人」。
在漆包線的裸線生產拉絲工序建立「準無人車間」條件是：
1）有穩定的生產設備，並且母線的儲存容量足夠大及擁有自動裝卸盤的小拉機。
2) 設備的自診和信息反饋功能（聯網功能）。
3) 原材料，拉絲模、拉絲油的配套保證拉絲的斷線率極低。
4) 具有單規格大批量生產訂單。
目前國內情況均已滿足上述條件，在漆包線的裸線生產拉絲工序建立「準無人車間」條件已完全成熟。
3 準無人車間構成系統
隨著計算機技術和自動化技術的發展，大量現場總線和乙太網設備的應用，在許多行業都已實現了無人值守（如變電站，油田，交通等）。目前自動化技術從單機控制發展到工廠自動化 FA，發展到系統自動化。我們建立 「準無人拉絲車間」採用的管控一體化信息網絡系統（見圖 1）[2]分為以下三層結構：工廠管理級、車間監控級、現場設備級，而現場總線是工廠底層設備之間的通信網絡。
「準無人拉絲車間」是由大容量拉絲設備、自動裝卸盤拉絲機、管控一體化系統三大部份組成。
大容量拉絲設備須配有統一協議的現場總線接口（如 CCLINK、PROFIBUS、CANBUS等），便於現場設備級聯網。拉絲機選型如下：
A）中拉機的選擇：常見的收線方式為單盤收線（收線盤直徑 500 ㎜或 630 ㎜）和梅花收線。由於是單盤生產存在換盤過程，每換一次盤需要花上 6～10 分鐘時間，換盤時存在加速、降速過程，對線徑質量產生影響，如果使用連續退火裝置，會產生線頭線尾的退火質量問題。以生產規格銅線 1 ㎜，生產速度 1000 米／分鐘，生產 8 小時為例，產能對比見表 1。我們建議在生產 0.80 ㎜以上規格的，選用梅花落線機（例如寶力 WF650 機型），該收線裝置可使中拉機實現連續生產，也解決退火線線頭線尾退火不穩定的問題。
| 項目 | 盤式收線 500 ㎜ | 盤式收線 630 ㎜ | 梅花落線 650 ㎜ | 備註 |
| 盤容量 | 250 公斤 | 500 公斤 | 1000 公斤 |
|
| 理論產量 | 3360 公斤 | 3360 公斤 | 3360 公斤 |
|
| 每小時產量 | 420 公斤 | 420 公斤 | 420 公斤 |
|
| 每盤生產時間 | 36 分鐘 | 72 分鐘 | 144 分鐘 |
|
| 換盤次數* | 14 | 7 | 4 | 反映勞動強度 |
| 每盤停機時間 | 6 分鐘 | 6 分鐘 | 0 |
|
| 每班停機時間* | 84 分鐘 | 42 分鐘 | 0 | 反映有效時間 |
| 實際效率* | 82.5％ | 91.25％ | 100％ | 反映效率 |
| 實際產能 | 2772 公斤 | 3066 公斤 | 3360 公斤 |
|
表 1 中拉梅花收線機與盤式收線機產能對比表
B）小拉機的選擇：常用的收線盤為直徑 300 ㎜，以生產銅線規格 0.20 ㎜，生產速度 2200 米／分鐘，生產 8 小時為例，產能對比見表 2。我們建議選用自動裝卸盤小拉機（例如寶力 ZX24D機型）採用全自動裝卸盤收線，每個班只需根據要生產銅線規格的大小放上預定數量的空盤即可。（如以生產銅線規格 0.20 ㎜，生產速度 2200 米／分鐘，生產 8 小時為例，每82分鐘需要換一次盤，那麼預先放上6隻空盤就可以了；如以生產銅線規格 0.30 ㎜，生產速度 1500 米／分鐘，生產 8 小時為例，每53分鐘需要換一次盤，那麼需要預先放上10隻空盤)
|
| 盤式收線 300 ㎜ | 自動裝卸盤收線 300 ㎜ | 備註 |
| 盤容量 | 50 公斤 | 50 公斤 |
|
| 理論產量 | 296 公斤 | 296 公斤 |
|
| 每小時產量 | 37 公斤 | 37 公斤 |
|
| 每盤生產時間 | 82 分鐘 | 82 分鐘 |
|
| 換盤次數* | 6 | 0 | 反映勞動強度 |
| 每盤停機時間 | 5 分鐘 | 5 分鐘 |
|
| 每班停機時間* | 30 分鐘 | 15 分鐘 |
|
| 實際效率* | 94％ | 94％ |
|
| 實際產能 | 278公斤 | 278公斤 |
|
表 2 普通小拉機與自動裝卸盤小拉機產能對比表
管控一體化系統分為 3 個子系統:DCS 監測與控制子系統（現場子系統）、數據存儲與傳輸子系統（中間層子系統）和遠程訪問子系統（客戶端子系統）。
（1）DCS 監測與控制子系統位於整個系統的底層,在生產現場對生產運行情況進行監視和控制。該子系統硬體組成主要包括現場設備、PLC、操作站等。現場子系統一方面負責採集各個現場控制節點的運行狀況數據後傳遞給中間層子系統；另一方面它接收中間層子系統轉發來的控制命令,對命令進行解析、驗證,然後採取相應的動作。
（2）數據存儲與傳輸子系統是一個中介系統,主要由實時資料庫伺服器、關係資料庫伺服器和網關機組成.主要負責三個任務。一方面負責將實時數據傳送到實時資料庫,並將它們寫入實時資料庫的相應數據表中,以供給遠程用戶進行瀏覽監視。另一方面,將關係資料庫存放的控制參數數據表中的數據,通過 DCS 系統寫到底層控制設備中,完成遠程控制任務。第三方面，網關機是用來做隔離保證控制網絡的安全運行。
（3）遠程訪問子系統採用負責 Web 發布,將系統信息轉換成 HTML 文件形式發布到客戶端。Internet 上任一被授權的用戶,使用普通瀏覽器(如 IE 等)向 Web 伺服器提交監視、控制、瀏覽列印報表等請求,遠程數據服務處理組件對請求進行處理,在經過身份驗證、安全檢查、數據處理及判斷等服務後將結果送給 Internet 瀏覽器端的用戶。
通過管控一體化系統,使值班人員能實時知道每組或每個機臺的生產規格、產能、速度、故障點、故障原因等設備的運行狀況，能夠完成現場生產狀況數據的採集、記錄、顯示和存儲等工作，並形成資料庫，系統可以自動地通過聲音、信號燈、電信傳呼等向有關人員發出警報，使現場值班人員能及時處理一些故障問題。企業管理人員在任何地方都能夠通過網絡掌握企業的實時生產情況, 了解企業現場設備運行狀況,從而提高了企業決策者把握全局的能力。
4 準無人車間的效益分析
我們用常規「傳統車間」模式生產與「準無人車間」模式生產，以 5000 噸每年的生產規模進行對比，每月的生產量約 500 噸，生產規格 0.20 ㎜
|
| 傳統車間 | 準無人車間 | ||
| 中拉機 | 小拉機 | 中拉機 | 小拉機 | |
| 收線盤容量 | 250 公斤 | 50 公斤 | 1000 公斤 | 50 公斤 |
| 生產班數 | 兩班（每班 8 小時） | 三班（每班 8 小時） | 兩班（每班 8 小時） | 三班（每班 8 小時） |
| 每班產量 | 2772 公斤 | 278 公斤 | 3360 公斤 | 294.5 公斤 |
| 每月每臺產量（25 天） | 138.6 噸 | 20.85 噸 | 168 噸 | 22.08 噸 |
| 機臺數量 | 3 臺（但每班要開10 個小時） | 25 臺 | 3 臺 | 24 臺 |
| 機臺操作工人（日班） | 3 人 | 10 人（開 5 臺機/人，兩班計算） | 2 人 | 4 人（開 16 臺機/人，兩班計算） |
| 機臺操作工人（夜班） | 3 人 | 5 人（開 5 臺機/人） | 2 人 | 2 人（開 16 臺機/人） |
| 每班換盤次數 | 14 | 6 | 4 | 兩班一次 |
| 轉運工 | 2 人（每班一人） | 3 人（每班一人） | 與小拉機共用 | 2 人（夜班不用） |
| 質檢 | 與小拉機共用 | 6 人（每班兩人） | 與小拉機共用 | 2 人（夜班不用） |
| 帶班長 | 與小拉機共用 | 3 人（每班一人） | 與小拉機共用 | 3 人（每班一人） |
| 管控一體化系統 | 無 | 無 | 與小拉機共用 | 3 人（每班一人） |
| 統計 | 與小拉機共用 | 3 人（每班一人） | 系統實現 | 系統實現 |
| 合計用人 | 8 | 30 | 4 | 16 |
表 3 常規「傳統車間」模式生產與「準無人車間」模式生產對比表
根據表 3 數據反映，採用常規「傳統車間」模式生產與「準無人車間」模式生產相比，機臺投入數量要多，而人員投入方面常規「傳統車間」模式生產中拉要 8 人、小拉要 30 人合共 38 人，採用「準無人車間」模式生產中拉要 4 人、小拉要 16 人合共 20 人，比常規「傳統車間」模式生產少 18 人，夜班生產只需 6 人就可以完成中拉和小拉的生產。
準無人車間在人員配置上進行了精減，擺脫了以往傳統作業方式，實現了高產出低消耗的目標，能夠提高企業的經濟效益。
5 結束語
採用大容量拉絲機在漆包線的漆前裸線生產拉絲工序中建立「準無人車間」的設想是切實可行的，條件已完全成熟，特別適合當前批量性生產企業，有助於為企業降低生產成本，提高企業競爭力。