基于IE的注塑车间机台布局与生产流程优化研究

基于 IE的注塑车间机台布局与生产流
程优化研究
摘要：现代化生产方式下，提高劳动生产率的方式有很多，无论是增加资源
投入，还是改进生产方法，都能达到良好的生产技术效果。

基于此，本文以注塑
车间作为研究对象，根据当前车间机台布局和生产现状，通过机台布局和生产流
程改进、软硬胶机优化配置和区域协调设计、制造模式改进等方式实现基于IE
的注塑车间生产流程优化，使车间内的机台布局更加科学合理。

关键词：注塑车间；机台布局；生产流程；注塑制造
引言：为了满足多品种小批量产品的生产需求，达到精益求精生产效果，企
业在提高自身生产效率的同时加强对工业工程基础技术的重视，通过技术改造和
合理的布局安排优化产品生产流程。

注塑车间内设备体积大，如果布局不合理将
会造成设备搬运浪费，对生产流程和效率产生影响。

基于IE以场址搬迁为背景，在自动化的驱动下对注塑车间设施布局加以优化，高效利用生产空间，优化物流
路径。

1.注塑车间机台布局与生产现状
图1为当前注塑车间的机台布局情况，目前共有48台注塑机台，按照吨位
排列设计，机头几位同方向在车间内部摆放。

小吨位机台产品在大吨位机台中生产，但这样的生产方式可能会造成浪费，所以只有在紧急情况下采取这种生产方式，而适用于大吨位机台的产品是不能在小吨位机台中生产的。

超过168t的机
台不适合生产软胶，但随机安排下车间物流路线受到影响。

软硬胶加工机台共同
使用，操作人员需要频繁切换物流，并在使用后清洗机台，清洗时间大约2小时，不利于生产效率的提高。

图1注塑车间机台分布情况
注塑车间内，工作人员需要经过开门、取件、关门、产品检修、产品放置包
装容器内、装满后放置托盘等待托运等工作流程。

通过对当前注塑车间生产流程
分析，发现生产线内有时存在机器等人或者人等机器的情况。

在切割护罩的时候，人工利用率为59.2％，机器利用率为92.9％；机壳部分的生产中，人工利用率
为106.5％，机器利用率为93％。

经分析得知，当前注塑车间内人工利用率不够
均衡，机器设备受到人为操作的影响有时会出现停机故障，其工作效率也达不到
最佳状态[1]。

2.基于IE的注塑车间机台布局与生产流程优化设计
2.1注塑车间机台布局和生产流程的改进
针对当前注塑车间机台布局物流路线迂回且人机效率低的情况，得知这是因
为注塑车间内软硬胶共用同一个机台，人们没有对设备的使用效率加以考虑，且
设备切换时间比较长。

在软硬胶分区布局方面，需要进一步合理分析和计算，采
用“U”字形进行移动路线的规划设计。

有必要取消人机边操作，以机械手抓取
来代替人工开关门操作，在修检毛刺时刻集中修检处理。

尽可能的减少人工搬运
路径，由传送带负责输送，采用AGV搬运方式，将机台对门摆放，科学配置工作人员，AGV搬运后实现软胶区域的合理改善。

为了进一步优化机台布局和生产流程，还需要遵循注塑车间科学的机台布局原则。

注塑生产属于非连续性的离散加工，当型号不同的机台出现时，机台可以使用型号相同的模具，在加工时注塑件柔性较大，每台设备可以用到多种模具，但不同模具有着不同的加工方式，对注塑件的加工时间也有不同要求。

机台布局时应考虑注塑车间的面积，尽可能的直线多行布局。

注塑成型工艺需要在一个或多个机台中完成，单一的流水线固定却无法满足不同产品生产需求，采用单元式机台布局方式可以提高生产效率[2]。

2.2软硬胶机优化配置
为了尽可能的减少设备切换清洗的时间，保证物流顺畅度，有必要对注塑车间机台展开软硬胶的分区处理。

按照生产时间、机台吨位和机器号、模具编号等数据，对软胶机台的理论书展开计算分析。

计算公式如下：软胶机台理论数=软胶开机时数/设备总开机时数×机台数。

理论分配台数超过0.4的建议在软胶区内进行该吨位注塑车间机台的分配。

按理说，硬胶区不会生产软胶，但是软胶区可以生产少量的硬胶，250t、300t、360t等机台理论分配台数总和是0.52，建议安排一个机台到软胶区，虽然360t的机台吨位最大，但它的理论分配台数只有0.05，所以不建议将其安排到软胶区。

320t的机台有三台，可以分配一台到软胶区，其他的继续生产硬胶。

表1为注塑车间软胶区域内机台的分配情况。

表1注塑车间软胶区机台分配
吨位开机时
数
生产
时数
时数
占比
现
有台
数
理论
分配台数
实际
分配台数
13797h15070.3910.41
10t h7
1 20t 18509h6092
.71h
0.32
9
4 1.321
1 60t 30711h8923
.5h
0.29
1
6 1.742
2 50t
10939.
25h
527.
75h
0.04
8
20.10
2 80t 16433h198.
75h
0.01
2
30.040
3 00t 5368.8
h
1274
h
0.23
7
10.240
3 20t 15702.
3h
448h0.02
9
30.091
3 60t 5569.7
5h
258h0.04
6
10.050
616698h493.0.0330.090
0t25h
8 5t 8065.4
3h
431.
25h
0.06
2
20.120
2.3软硬胶区域的优化设计
2.3.1布局优化设计
在注塑车间硬胶区的机台布局方面，建议将大吨位的机台安排在距离码头较
近的位置，尽可能的减少物流量，减轻物流压力。

原注塑车间中A03和A07两台
大吨位的机台和新车间内准备好的机台共占据5个位置，将该区域记录成作业区1。

了解该注塑车间内主要生产的产品，将需要生产主打产品的注塑车间机台安
排在一起，尽可能安排到一列，防止设备之间相互切换，提高工作效率，也方便
后期的有效管理。

以此为基础将注塑车间机台按照尺寸情况排列好，将该区域记
录成作业区2.有的机台没有经过供料区域统一供料，而是在相变材料房内直接完
成供料，建议将这部分机台安排在相变材料房的周围，以便尽快完成供料。

剩下
的机台应当根据尺寸排布，确保注塑车间的美观性，在车间内新增两个机台位置，一个是新增360t吨位的SSA双色机，另一个是提前预留的机台位，将两个区域
记录成作业区3和作业区4.
2.3.2硬胶区流程和搬运设计
优化注塑车间机台生产流程，实现硬胶区生产的无人化操作，无需工作人员
在机台边等到操作，缓解人员工作压力，避免出现人等机器或者机器等人的情况。

在机械手的作用下，机械手可以抓取产品到传送带上，传送带将产品传送到检修
区域内，工作人员在检修区域集中对产品进行修检。

将传送带安排在参观通道的
位置，此时机械手的轨道比较短，却占用了通道面积，对模具运送产生影响，并
干扰了维修人员在机台之间的移动。

为了强化硬胶区生产流程的优化效果，可以
将传送带安置在机台和立柱中间范围内，利用立柱下方空隙位置放置传送带，方
便人们对该区域进行管理。

图2为注塑车间内硬胶区机台布局情况以及相对应的搬运路线。

以5322机壳搬运路径作为案例，经过测量分析发现，重新布局后人工搬运可以节约84％左右的路径，在生产流程方面，人员等待的时间也减少了至少50％。

人员上预计可以减少13人，如果每人年均7万成本，需要两个班组的人员，这时每年可节约182万的人工成本[3]。

图2注塑车间硬胶区机台优化设计
2.3.3注塑车间软胶区域优化设计
建议在注塑车间中采用机台对开门的形式划分软胶生产区域，两台设备为一个作业区，加大人员工作弹性，提升注塑车间人力资源利用效率。

交接换班时可以方便人员安排，产品的搬运可以交给AGV统一完成，具体情况如图3所示。

图3注塑车间软胶区机台优化设计
2.3.4注塑车间人员优化设计
在达到机台边无人化和集中修检工作模式后，按照人力资源利用效率合理安
排人员，采用多人多机的模式提高生产效率。

选择注塑车间开机率比较高的日期，采用秒表测时法分析机台，测量出机台生产周期、修检时间和现有人数，其中生
产周期包含机台工作时间与人员作业时间；修检时间包含人员开关门时间和产品
修检时间。

分析各个作业区的人员时，需要用到以下计算公式：人工负荷率=设
备修检时间/生产周期；标准时间=设备修检时间×（1+宽放系数）；人员繁忙率
=标准时间/生产周期。

比如作业区1，对A03和A07两台机台的工作效率加以考虑，得知A03机台的4902机盖生产周期是73s，修检时间是26s，人工负荷率是25.62％，标准时间是28.47s，现有1人；A07机台的4902主机壳生产周期是
135s，修检时间是66s，人工负荷率是48.8％，标准时间是82.27s，现有1人，
人员繁忙率为93.2％。

经分析得知，经过车间流程改造和优化设计，作业区1已
经减少了1人，预计作业区2-4可以减少5人、3人、4人。

2.4注塑制造模式的改进
一方面，实现自动化注塑生产，配套上下游辅助系统。

加强对人员安全生产
理念的教育，采用机械手完成自动取件，依靠最新的注塑生产线配套上下游辅助
系统，完成供料工序自动上料，应用六轴机器人完成自动摆件嵌件，在下料的时
候可以自动剪切料头，按照轨迹完成后续的火焰处理操作。

这样的自动化生产模
式不仅可以实现对生产过程的有效控制，还能减轻人员工作负担，降低因人为因
素带来的波动性问题。

另一方面，采用智能化管理系统实现24小时的注塑车间
全覆盖。

将信息技术和制造技术相融合，对整个注塑车间生产线加以优化，将模
温机和烘料机等辅助设备纳入网络化信息管理系统，完成对所有设备的实时监控，一旦设备运行时出现异常情况，系统就会自动发出预警，以便人们第一时间了解
设备故障问题，按照系统的提示及时处理，规避产品批量生产中发生的事故，降
低事故发生概率，保障注塑车间内设备的安全生产与运行。

总结：总而言之，采用现代化工业工程思想对注塑车间的机台布局重新设置，优化产品生产流程。

按照市场需求合理区分软胶区与硬胶区，优化配置相应吨位
的机台，在硬胶区内取消工作人员的机边作业，使用机械手和传送带将产品集中
人工修检。

采用对开门摆放机台的方法设计软胶去，优化物流路径，提升人机利
用效率，创新物料搬运方式，实现流程的优化设计。

参考文献：
[1]胡铭.注塑制造模式的改进与实践应用[J].时代汽车,2020(02):71-72.
[2]韩聪. 基于离散事件仿真的注塑生产调度软件研发[D].大连理工大
学,2019.
[3]陈章跃.一种用于汽车塑料配件生产的自动上料注塑装置[J].橡塑技术与
装备,2019,45(20):66.。