唐維佳,黃 宇

(廣州市虎頭電池集團(tuán)股份有限公司,廣東 廣州 510250)

2020年,我國(guó)原電池及原電池組(非扣式)產(chǎn)量達(dá)到408.4 億只[1]。鋅錳電池經(jīng)過多年發(fā)展與完善,工藝成熟、性能穩(wěn)定、攜帶方便、安全可靠及用途廣泛,深受消費(fèi)者歡迎。

彩塑電池是鋅錳電池的一種,使用彩塑商標(biāo)包裝工藝,生產(chǎn)成本較低,產(chǎn)品性價(jià)比高,深受消費(fèi)者青睞。目前,該品種電池的生產(chǎn)設(shè)備老舊,生產(chǎn)模式落后,單條R6 彩塑包裝線生產(chǎn)速率低且設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率不高,且近年來鋅殼、錳粉原材料價(jià)格漲幅較大。提高設(shè)備生產(chǎn)速率、運(yùn)轉(zhuǎn)率和產(chǎn)品合格率,進(jìn)而提高電池產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本,是企業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

為此,本文作者對(duì)彩塑電池包裝線的升級(jí)技術(shù)改造工作進(jìn)行相關(guān)總結(jié)。

1 彩塑電池包裝線現(xiàn)狀

目前,本公司有R03、R6 兩種彩塑電池包裝線。彩塑包裝線主要由出盤機(jī)、套鐵底機(jī)、驗(yàn)電機(jī)、套彩塑機(jī)、四裝機(jī)、貼條形碼機(jī)、入塑機(jī)和熱縮機(jī)等設(shè)備組成。由于包裝線使用時(shí)間較長(zhǎng),設(shè)備老舊、運(yùn)轉(zhuǎn)率較低,單條包裝線的生產(chǎn)速率僅為200 只/min,且生產(chǎn)時(shí)需要安排機(jī)修人員跟機(jī)生產(chǎn),經(jīng)常停機(jī)維修且產(chǎn)品返工率高,生產(chǎn)效率低,影響正常生產(chǎn)。需要對(duì)R6 彩塑電池包裝線進(jìn)行技術(shù)改造。

2 彩塑電池包裝線改造

2.1 工藝流程

在電池彩塑包裝過程中,光身電池從出盤機(jī)輸送到套鐵底機(jī),組裝電池鐵底,之后輸送到驗(yàn)電機(jī),測(cè)試開路電壓和短路電流。自動(dòng)剔除不合格品后,輸送到套彩塑機(jī),將套好鐵底的光身電池套上彩塑商標(biāo),用機(jī)械機(jī)構(gòu)將彩塑商標(biāo)定位,再進(jìn)行預(yù)加熱,固定彩塑商標(biāo)與光身電池的相對(duì)位置,然后輸送到熱縮機(jī),將彩塑商標(biāo)與光身電池完全熱塑好。彩塑好的電池輸送到四裝機(jī),用透明聚氯乙烯(PVC)膜將4 只電池排裝在一起,輸送到條形碼機(jī)上貼條形碼。工人將12 組排裝電池裝進(jìn)方形紙盒,套上透明PVC 膜后,放入熱塑機(jī)進(jìn)行熱塑。熱塑好的盒裝電池由貼防偽碼機(jī)貼上防偽碼后,進(jìn)行裝箱打包。具體工藝流程見圖1。

圖1 彩塑電池包裝工藝流程圖Fig.1 Packaging process flow chart of color plastic battery

此次包裝線改造,目的是利用現(xiàn)有的設(shè)備資源,結(jié)合行業(yè)高速自動(dòng)化設(shè)備,在不改變?cè)泄に嚶肪€的前提下,優(yōu)化生產(chǎn)工藝,以提高設(shè)備自動(dòng)化程度、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和生產(chǎn)速率,從而提高產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本,并提高企業(yè)收益。

2.2 設(shè)備的改造

此次設(shè)備改造中,套鐵底機(jī)和驗(yàn)電機(jī)采用輸出結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征為多工位連續(xù)回轉(zhuǎn)式的高速自動(dòng)化設(shè)備,其中,套鐵底機(jī)為立式,驗(yàn)電機(jī)為臥式(見圖2);而改造前設(shè)備的輸出結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征為周期性間歇式[2]。周期性間歇式結(jié)構(gòu)的定位精度低,周期性間歇和速率快慢的變化,使設(shè)備存在一定的慣性,生產(chǎn)速度加快時(shí),設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性不容易控制;而多工位連續(xù)回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)工位的連續(xù)、勻速運(yùn)行,消除速率變化帶來的慣性影響,能夠在實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)速率達(dá)600 只/min 的同時(shí),保證套鐵底的質(zhì)量及驗(yàn)電的準(zhǔn)確度。

圖2 臥式多工位連續(xù)回轉(zhuǎn)式示意圖Fig.2 Schematic diagram of horizontal multi-station continuous rotary

對(duì)套彩塑機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功能分離。原有套彩塑機(jī)中,套彩塑商標(biāo)、彩塑商標(biāo)定位和彩塑商標(biāo)預(yù)熱塑等3 個(gè)工藝集合在同一個(gè)工位上,生產(chǎn)速率加快時(shí),容易出現(xiàn)彩塑商標(biāo)套不好,或彩塑商標(biāo)預(yù)熱塑時(shí)間短導(dǎo)致預(yù)熱塑效果不好的情況,需要頻繁停機(jī)檢修,使得設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低、產(chǎn)量降低且返工率高,影響生產(chǎn)效率。將套彩塑商標(biāo)功能獨(dú)立出來,作為一臺(tái)設(shè)備,根據(jù)彩塑商標(biāo)紙的尺寸大小及套商標(biāo)難易程度,將套彩塑商標(biāo)工位由原有設(shè)備的4 個(gè)工位、6 個(gè)工位改為9個(gè)工位或12 個(gè)工位;內(nèi)部的制動(dòng)機(jī)構(gòu)由原來的氣缸剎車換成雙離合剎車[3],可控制設(shè)備停止時(shí)慣性的影響,使每次停機(jī)開機(jī)時(shí),設(shè)備都能順利承接上一次的動(dòng)作,縮短停機(jī)時(shí)間,減少操作員工的干預(yù)。通過增加工位、優(yōu)化內(nèi)部制動(dòng)結(jié)構(gòu)和分離工藝,套彩塑商標(biāo)機(jī)的生產(chǎn)速率由原來的200 只/min 增加到600 只/min,設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率有所提升。彩塑商標(biāo)定位和彩塑商標(biāo)預(yù)熱塑工藝重新設(shè)計(jì)一臺(tái)設(shè)備,其中彩塑商標(biāo)定位的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu),由原來的臥式間歇結(jié)構(gòu)改為立式多工位連續(xù)回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)。套好彩塑商標(biāo)的電池先經(jīng)過輸送槽,再經(jīng)扭槽立直后,進(jìn)入商標(biāo)定位工位,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),上下頂板夾住彩塑商標(biāo)紙,并以此為基準(zhǔn),通過底座凸輪機(jī)構(gòu),將電池頂升到預(yù)定位置,再經(jīng)加熱區(qū)域,將電池與彩塑商標(biāo)預(yù)熱塑,使二者的相對(duì)位置得到固定,更好地輸送到熱縮機(jī)進(jìn)行熱塑。

2.3 設(shè)備的優(yōu)化

出盤機(jī)由單盤翻盤模式改為雙盤翻盤模式。改造前設(shè)備為一個(gè)加料空間,此次重新設(shè)計(jì)為兩個(gè)加料空間并排,每個(gè)加料空間可儲(chǔ)存2 盤電池,一次可同時(shí)儲(chǔ)存4 盤電池。加大單次加料量,減少加料次數(shù),可實(shí)現(xiàn)由原來的2 min 加一次料延長(zhǎng)到6 min 加一次料。

熱縮機(jī)加長(zhǎng)有效加熱距離,并優(yōu)化吹熱風(fēng)通道、增加溫度調(diào)節(jié)控制器,應(yīng)對(duì)不同批次彩塑商標(biāo)以及不同季節(jié)的溫度變化,以便得到更好的彩塑效果。

采用并聯(lián)的方式,將2 臺(tái)四裝機(jī)并排放置。從熱縮機(jī)中出來的彩塑電池由提升機(jī)提升到設(shè)計(jì)的電池分流機(jī)構(gòu),電池分流機(jī)構(gòu)通過感應(yīng)元件,自動(dòng)判斷和輸送電池進(jìn)入下一工序,并分配電池進(jìn)入四裝機(jī)進(jìn)行電池四排裝。整合與優(yōu)化后,四排裝的生產(chǎn)速率可達(dá)600 只/min。

工作臺(tái)改為自動(dòng)翻轉(zhuǎn)工作臺(tái),利用感應(yīng)、傳感與光纖等電子元器件,配合機(jī)械結(jié)構(gòu),將貼好條形碼的四排裝電池按順序排列好,使員工更好地抓取整理、檢查和裝盒。

貼條形碼機(jī)、入熱縮套機(jī)、熱塑機(jī)和貼防偽碼機(jī)等采用原有設(shè)備,通過輸送槽連線安裝。

改造后的R6 彩塑電池包裝線流程示意圖如圖3所示。

圖3 改造后包裝線流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of the packaging line process after transformation

3 改造效果

R6 彩塑電池包裝線于2022年7月完成改造。1 a 的生產(chǎn)實(shí)踐表明,包裝線運(yùn)轉(zhuǎn)安全穩(wěn)定,生產(chǎn)速率快、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和產(chǎn)品合格率高,達(dá)到了改造預(yù)期目標(biāo)。R03 彩塑電池包裝線改造已處于設(shè)備安裝調(diào)試階段,預(yù)計(jì)將很快投入使用。

3.1 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率分析

2022年8月至2023年7月,改造前后R6 彩塑電池包裝線的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 改造前后R6 彩塑包裝線運(yùn)轉(zhuǎn)率對(duì)比Fig.4 Comparison of operation rate of R6 color plastic packaging line before and after transformation

從圖4 可知,改造前的包裝線設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率較低且不穩(wěn)定,最低運(yùn)轉(zhuǎn)率為87.12%,最高運(yùn)轉(zhuǎn)率為91.69%,連續(xù)12個(gè)月的平均運(yùn)轉(zhuǎn)率為89.75%。改造后的包裝線投入生產(chǎn)后,設(shè)備的最低運(yùn)轉(zhuǎn)率為89.69%,通過生產(chǎn)過程中設(shè)備連續(xù)運(yùn)行,磨合度不斷提高,員工操作熟練程度越來越高。過去一年的運(yùn)轉(zhuǎn)率最高可達(dá)到95.61%,連續(xù)12 個(gè)月的平均運(yùn)轉(zhuǎn)率為93.75%。升級(jí)改造后的R6 彩塑電池包裝線,平均設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率提升了4 個(gè)百分點(diǎn)。設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間減少,產(chǎn)品返工率降低,萬只電池商標(biāo)消耗量得到控制,降低了生產(chǎn)成本。

3.2 人員配置分析

改造前的人員配置:電池出盤機(jī)1 人,套鐵底機(jī)和驗(yàn)電機(jī)3 人,套彩塑機(jī)3 人,四裝機(jī)3 人,手工入小盒及手動(dòng)套PVC 塑套4 人,裝箱打包1 人,合計(jì)15 人。

改造后的人員配置:電池出盤機(jī)1 人,套鐵底機(jī)1 人,驗(yàn)電機(jī)1 人,套彩塑機(jī)1 人,四裝機(jī)2 人,手工入小盒2 人,裝箱打包1 人,合計(jì)9 人。

對(duì)R6 彩塑電池包裝線的升級(jí)改造,在相同產(chǎn)能的情況下,人員配置從原來的15 人減少到9 人,減少了用工人員,降低了企業(yè)的人工費(fèi)用支出,節(jié)約了生產(chǎn)成本。

通過技術(shù)改造,用更合理的自動(dòng)化高速設(shè)備替代原有的老舊設(shè)備,可提高生產(chǎn)速率和效率,降低材料消耗和縮短停機(jī)時(shí)間,提高產(chǎn)品合格率,節(jié)省寶貴的人力資源?？梢灶A(yù)計(jì),今后將有更多的高速自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用在電池生產(chǎn)線上。

3.3 效益分析

對(duì)R6 彩塑電池包裝線進(jìn)行升級(jí)改造,將生產(chǎn)速率從200 只/min 提升到600 只/min;平均設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率從89.75%提升到93.75%,算上試產(chǎn)階段,設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率總體提高4 個(gè)百分點(diǎn)。后續(xù)生產(chǎn)過程中,員工與設(shè)備的默契度與熟練程度不斷提升,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率將會(huì)再上一個(gè)新臺(tái)階。

包裝線改造后設(shè)備的自動(dòng)化程度提高、設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率高以及電池次品率降低。在相同產(chǎn)能的情況下,改造后R6 彩塑包裝線減員6 人,年節(jié)省人力資源成本約34.56 萬元。

改造后,1 條R6 彩塑電池包裝線可替代原有3 條R6 彩塑電池包裝線,可為車間節(jié)省50 m2的使用面積,節(jié)約車間空間、優(yōu)化車間布局,提高車間的空間利用率。

4 結(jié)論

此次改造,本文作者將行業(yè)內(nèi)高速自動(dòng)化的電池生產(chǎn)設(shè)備整合到此包裝線上,并通過對(duì)部分設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造優(yōu)化、對(duì)生產(chǎn)工藝拆分優(yōu)化及使用設(shè)備并聯(lián)的方法,將新舊設(shè)備整合應(yīng)用到一起,形成新的包裝線。在確保彩塑電池包裝質(zhì)量的前提下,將整線生產(chǎn)速率提升到600 只/min。項(xiàng)目經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)論證,提升了彩塑電池包裝線單線的生產(chǎn)速率,提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度、設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率和產(chǎn)品的合格率,減少了操作人員對(duì)設(shè)備的干預(yù),減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,降低了材料損耗及維修人工成本,同時(shí)優(yōu)化了車間場(chǎng)地布局。此次改造,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,符合公司擴(kuò)大產(chǎn)能、提質(zhì)增效和可持續(xù)發(fā)展的理念。