“准无人车间”在漆包线行业应用的设想
摘要：利用大容量拉丝机和自动装卸盘拉丝机的特性，提出一个在漆包线行业漆前裸线生产拉丝工序中建立“准无人车间”的设想，分析了建立“准无人车间”的可行性和效益比对。
1 引言
近年来我国沿海地区已经出现了劳动力资源严重不足，劳动力资源的匮乏严重影响着劳动力密集型企业的生存和发展。随着全球经济一体化，漆包线行业也逐步成了微利行业，漆包线企业正面临着巨大的挑战，要想在这样的环境中生存求发展，就必须在降低成本和提高产品的竞争力上下功夫，许多企业不约而同地选择了扩大生产规模摊消固定开支的办法降低成本，据不完全统计 2010 年我国年产万吨以上漆包线企业有 60 家左右，超 20000 吨产量企业超过 20 家
随着信息自动化技术的快速发展，漆包线企业的“巨型化”，使漆包线行业在部分工序建立准无人车间提供了必要的条件。在漆包线的漆前裸线生产拉丝工序中建立“准无人车间”，能够实现管理信息化，生产无人化的目标，大大降低了企业的生产成本。
2 “准无人车间”及建立条件的概述
我国大部分漆包线生产工序都是分为拉丝工序和漆包工序，拉丝和漆包的分开增加了拉丝收线和漆包放线的过程。由于使用传统拉丝机收线容量小，换盘频繁，自动化程度低，大量增加了线头线尾及线接头的机会，造成了一线人员众多，直接影响了产品质量和成本。我们如果在拉丝工序中能充分利用母线的储存容量和收线盘的自动装卸，在足够长时间（8 小时以上）不用更换线轴，通过生产中央管理系统，就能够实现“准无人车间”生产。“准无人车间”的概念是指利用信息化管理技术，选用自动化程度较高的设备，采用合理的工序安排，使设备在正常生产过程中，一个班次或数个班次尽可能少或无需人员直接参与手工操作，以减少一线生产人员为目地的生产方式，一般可称之为“无人”。
在漆包线的裸线生产拉丝工序建立“准无人车间”条件是：
1）有稳定的生产设备，并且母线的储存容量足够大及拥有自动装卸盘的小拉机。
2) 设备的自诊和信息反馈功能（联网功能）。
3) 原材料，拉丝模、拉丝油的配套保证拉丝的断线率极低。
4) 具有单规格大批量生产订单。
目前国内情况均已满足上述条件，在漆包线的裸线生产拉丝工序建立“准无人车间”条件已完全成熟。
3 准无人车间构成系统
随着计算机技术和自动化技术的发展，大量现场总线和以太网设备的应用，在许多行业都已实现了无人值守（如变电站，油田，交通等）。目前自动化技术从单机控制发展到工厂自动化 FA，发展到系统自动化。我们建立 “准无人拉丝车间”采用的管控一体化信息网络系统（见图 1）[2]分为以下三层结构：工厂管理级、车间监控级、现场设备级，而现场总线是工厂底层设备之间的通信网络。
“准无人拉丝车间”是由大容量拉丝设备、自动装卸盘拉丝机、管控一体化系统三大部份组成。
大容量拉丝设备须配有统一协议的现场总线接口（如 CCLINK、PROFIBUS、CANBUS等），便于现场设备级联网。拉丝机选型如下：
A）中拉机的选择：常见的收线方式为单盘收线（收线盘直径 500 ㎜或 630 ㎜）和梅花收线。由于是单盘生产存在换盘过程，每换一次盘需要花上 6～10 分钟时间，换盘时存在加速、降速过程，对线径质量产生影响，如果使用连续退火装置，会产生线头线尾的退火质量问题。以生产规格铜线 1 ㎜，生产速度 1000 米／分钟，生产 8 小时为例，产能对比见表 1。我们建议在生产 0.80 ㎜以上规格的，选用梅花落线机（例如宝力 WF650 机型），该收线装置可使中拉机实现连续生产，也解决退火线线头线尾退火不稳定的问题。
项目 盘式收线 500 ㎜ 盘式收线 630 ㎜ 梅花落线 650 ㎜ 备注
盘容量 250 公斤 500 公斤 1000 公斤
理论产量 3360 公斤 3360 公斤 3360 公斤
每小时产量 420 公斤 420 公斤 420 公斤
每盘生产时间 36 分钟 72 分钟 144 分钟
换盘次数* 14 7 4 反映劳动强度
每盘停机时间 6 分钟 6 分钟 0
每班停机时间* 84 分钟 42 分钟 0 反映有效时间
实际效率* 82.5％ 91.25％ 100％ 反映效率
实际产能 2772 公斤 3066 公斤 3360 公斤
表 1 中拉梅花收线机与盘式收线机产能对比表
B）小拉机的选择：常用的收线盘为直径 300 ㎜，以生产铜线规格 0.20 ㎜，生产速度 2200 米／分钟，生产 8 小时为例，产能对比见表 2。我们建议选用自动装卸盘小拉机（例如宝力 ZX24D机型）采用全自动装卸盘收线，每个班只需根据要生产铜线规格的大小放上预定数量的空盘即可。（如以生产铜线规格 0.20 ㎜，生产速度 2200 米／分钟，生产 8 小时为例，每82分钟需要换一次盘，那么预先放上6只空盘就可以了；如以生产铜线规格 0.30 ㎜，生产速度 1500 米／分钟，生产 8 小时为例，每53分钟需要换一次盘，那么需要预先放上10只空盘)
盘式收线 300 ㎜ 自动装卸盘收线 300 ㎜ 备注
盘容量 50 公斤 50 公斤
理论产量 296 公斤 296 公斤
每小时产量 37 公斤 37 公斤
每盘生产时间 82 分钟 82 分钟
换盘次数* 6 0 反映劳动强度
每盘停机时间 5 分钟 5 分钟
每班停机时间* 30 分钟 15 分钟
实际效率* 94％ 94％
实际产能 278公斤 278公斤
表 2 普通小拉机与自动装卸盘小拉机产能对比表
管控一体化系统分为 3 个子系统:DCS 监测与控制子系统（现场子系统）、数据存储与传输子系统（中间层子系统）和远程访问子系统（客户端子系统）。
（1）DCS 监测与控制子系统位于整个系统的底层,在生产现场对生产运行情况进行监视和控制。该子系统硬件组成主要包括现场设备、PLC、操作站等。现场子系统一方面负责采集各个现场控制节点的运行状况数据后传递给中间层子系统；另一方面它接收中间层子系统转发来的控制命令,对命令进行解析、验证,然后采取相应的动作。
（2）数据存储与传输子系统是一个中介系统,主要由实时数据库服务器、关系数据库服务器和网关机组成.主要负责三个任务。一方面负责将实时数据传送到实时数据库,并将它们写入实时数据库的相应数据表中,以供给远程用户进行浏览监视。另一方面,将关系数据库存放的控制参数数据表中的数据,通过 DCS 系统写到底层控制设备中,完成远程控制任务。第三方面，网关机是用来做隔离保证控制网络的安全运行。
（3）远程访问子系统采用负责 Web 发布,将系统信息转换成 HTML 文件形式发布到客户端。Internet 上任一被授权的用户,使用普通浏览器(如 IE 等)向 Web 服务器提交监视、控制、浏览打印报表等请求,远程数据服务处理组件对请求进行处理,在经过身份验证、安全检查、数据处理及判断等服务后将结果送给 Internet 浏览器端的用户。
通过管控一体化系统,使值班人员能实时知道每组或每个机台的生产规格、产能、速度、故障点、故障原因等设备的运行状况，能够完成现场生产状况数据的采集、记录、显示和存储等工作，并形成数据库，系统可以自动地通过声音、信号灯、电信传呼等向有关人员发出警报，使现场值班人员能及时处理一些故障问题。企业管理人员在任何地方都能够通过网络掌握企业的实时生产情况, 了解企业现场设备运行状况,从而提高了企业决策者把握全局的能力。
4 准无人车间的效益分析
我们用常规“传统车间”模式生产与“准无人车间”模式生产，以 5000 吨每年的生产规模进行对比，每月的生产量约 500 吨，生产规格 0.20 ㎜
传统车间 准无人车间
中拉机 小拉机 中拉机 小拉机
收线盘容量 250 公斤 50 公斤 1000 公斤 50 公斤
生产班数 两班（每8 h） 三班（每8 h） 两班（每8 h） 三班（每8 h）
每班产量 2772 公斤 278 公斤 3360 公斤 294.5 公斤
每月每台产量（25 天） 138.6 吨 20.85 吨 168 吨 22.08 吨
机台数量 3 台（10 h/班） 25 台 3 台 24 台
机台操作工人（日班） 3 人 10 人（开5 台机/人，两班） 2 人 4 人（16 台机/人，两班）
机台操作工人（夜班） 3 人 5 人（开 5 台机/人） 2 人 2 人（开 16 台机/人）
每班换盘次数 14 6 4 两班一次
转运工 2 人（每班一人） 3 人（每班一人） 与小拉机共用 2 人（夜班不用）
质检 与小拉机共用 6 人（每班两人） 与小拉机共用 2 人（夜班不用）
带班长 与小拉机共用 3 人（每班一人） 与小拉机共用 3 人（每班一人）
管控一体化系统 无 无 与小拉机共用 3 人（每班一人）
统计 与小拉机共用 3 人（每班一人） 系统实现 系统实现
合计用人 8 30 4 16
表 3 常规“传统车间”模式生产与“准无人车间”模式生产对比表
根据表 3 数据反映，采用常规“传统车间”模式生产与“准无人车间”模式生产相比，机台投入数量要多，而人员投入方面常规“传统车间”模式生产中拉要 8 人、小拉要 30 人合共 38 人，采用“准无人车间”模式生产中拉要 4 人、小拉要 16 人合共 20 人，比常规“传统车间”模式生产少 18 人，夜班生产只需 6 人就可以完成中拉和小拉的生产。
准无人车间在人员配置上进行了精减，摆脱了以往传统作业方式，实现了高产出低消耗的目标，能够提高企业的经济效益。
5 结束语
采用大容量拉丝机在漆包线的漆前裸线生产拉丝工序中建立“准无人车间”的设想是切实可行的，条件已完全成熟，特别适合当前批量性生产企业，有助于为企业降低生产成本，提高企业竞争力。
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