研制人工叉車稱重及夾抱裝置

---研制人工叉車稱重及夾抱裝置xx公司物資保障項(xiàng)目部QC小組小組名稱xx公司物資保障項(xiàng)目部QC小組活動(dòng)課題名稱研制人工叉車稱重及夾抱裝置注冊(cè)時(shí)間2018年3月15日課題類型創(chuàng)新型活動(dòng)次數(shù)8次出勤率95%小組成員情況姓名性別學(xué)歷職務(wù)組內(nèi)分工xx男碩士研究生組長(zhǎng)組織策劃實(shí)施分析xx男本科督導(dǎo)把控進(jìn)度xx男本科指導(dǎo)把控質(zhì)量xx男碩士研究生組員硬件測(cè)試xx男本科組員數(shù)據(jù)分析xx女碩士研究生組員數(shù)據(jù)收集xx男本科組員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試xx男本科組員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試小組獲獎(jiǎng)情況2019年，“具有AI視覺(jué)識(shí)別技術(shù)的線纜全自動(dòng)行車研制”項(xiàng)目獲得省公司年度優(yōu)秀QC小組成果。2020年，“研制可自動(dòng)制作盲樣的機(jī)械手”項(xiàng)目獲得省公司年度優(yōu)秀QC小組成果。選擇課題需求分析2020年7月，xx公司檢儲(chǔ)配一體化物資中心（以下簡(jiǎn)稱：物資中心）建成投運(yùn)，職責(zé)定位是為xx電網(wǎng)建設(shè)提供物資保障服務(wù)，設(shè)計(jì)配網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)、質(zhì)量檢測(cè)、主動(dòng)配送三項(xiàng)業(yè)務(wù)。其中配網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)是最重要的一環(huán)，承擔(dān)新區(qū)上百個(gè)開(kāi)關(guān)站物資存儲(chǔ)任務(wù)，存儲(chǔ)物資涉及1066種，物資尺寸規(guī)格不一、重量跨度巨大，物資的快速裝卸是制約運(yùn)營(yíng)效率的關(guān)鍵所在，對(duì)物資裝卸設(shè)備提出更高要求。1.安全作業(yè)需求2021年，xx電網(wǎng)開(kāi)啟大規(guī)模開(kāi)關(guān)站群建設(shè)后，物資中心需要同時(shí)保障50-60個(gè)開(kāi)關(guān)站物資作業(yè)任務(wù)，其中涉及大量超重、超限物資高壓開(kāi)關(guān)柜、干式變壓器裝卸作業(yè)需求，極大超出物資中心設(shè)計(jì)預(yù)期?，F(xiàn)有裝卸設(shè)備——電動(dòng)叉車，在應(yīng)對(duì)開(kāi)關(guān)柜、干式變壓器裝卸過(guò)程中，存在效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題。表1.1超重、超限物資對(duì)比人工叉車作業(yè)能力類別尺寸（米）最大重量（噸）長(zhǎng)寬高高壓開(kāi)關(guān)柜1.30.82.71-1.2干式變壓器1.51.31.82-3.6人工叉車（額定數(shù)據(jù)）21.433.5設(shè)備高度和重心高度為正相關(guān)，重心越高安全系數(shù)越低；干式變壓器有超載風(fēng)險(xiǎn)，綜上所述，影響裝卸作業(yè)的參數(shù)為設(shè)備高度和重量，參數(shù)圖見(jiàn)圖1。通過(guò)圖1分析可得出，目前庫(kù)存物資裝卸存在臨限或超限作業(yè)情況，圖1.1高度和重量對(duì)比人工叉車作業(yè)能力數(shù)據(jù)圖高壓開(kāi)關(guān)柜平均尺寸為1.3m*0.8m*2.7m左右，具有尺寸大、重心高等特點(diǎn)，干式變壓器重量2噸-3.5噸之間，裝卸、搬運(yùn)及存儲(chǔ)作業(yè)存在安全隱患。小組采用測(cè)振儀記錄20次開(kāi)關(guān)柜搬運(yùn)過(guò)程最大震動(dòng)偏差值平均值為1.10g，如表1.2所示序號(hào)震動(dòng)偏差（g）序號(hào)震動(dòng)偏差（g）11.10111.1820.92121.2531.03131.0741.12140.9650.98151.1561.30161.2471.14171.0281.05181.0990.94191.18101.21201.12平均值1.102.快速裝卸需求物資中心涉及人工叉車作業(yè)的場(chǎng)景為：從車輛卸下設(shè)備至理貨區(qū)、理貨區(qū)送至存儲(chǔ)區(qū)（入庫(kù)）；存儲(chǔ)區(qū)至理貨區(qū)、理貨區(qū)至車輛（出庫(kù)）。叉車作業(yè)需要精準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)托盤進(jìn)叉孔位，同時(shí)為保證存儲(chǔ)密集性和最大裝車量，需要設(shè)備之間縫隙小于5厘米。這就對(duì)叉車司機(jī)技術(shù)提出更高要求，需要司機(jī)反復(fù)調(diào)整叉車位置以保證最佳效果，小組對(duì)叉車20次的叉取時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其中進(jìn)叉、裝車調(diào)整平均時(shí)間為2:03，如表1.3所示。表1.3叉車作業(yè)時(shí)間統(tǒng)計(jì)表次數(shù)進(jìn)叉調(diào)整時(shí)間行進(jìn)時(shí)間裝車調(diào)整時(shí)間返回行進(jìn)時(shí)間總時(shí)長(zhǎng)10:53:001:32:001:11:001:00:003:46:1520:48:001:05:001:04:000:57:002:33:3230:42:001:04:000:48:001:23:002:33:9940:39:001:16:000:51:000:59:002:46:1650:42:001:02:001:12:001:06:004:02:0060:48:001:04:001:16:001:13:004:21:0070:53:001:05:001:05:001:10:004:13:0080:58:001:16:001:10:001:08:004:32:0090:45:001:06:001:04:001:04:003:59:00101:05:001:17:001:04:001:08:004:34:00110:50:001:06:001:06:001:11:004:13:00120:49:001:03:001:07:001:11:004:10:00131:03:001:19:001:11:001:16:004:49:00140:43:001:02:001:15:001:06:004:06:00150:45:001:04:001:16:001:05:004:10:00160:58:001:14:001:04:001:20:004:36:00170:56:001:18:001:03:001:17:004:34:00181:08:001:02:001:19:001:06:004:35:00190:49:001:19:001:06:001:18:004:32:00200:59:001:17:001:19:001:14:004:49:00平均0:53:111:09:381:09:491:10:494:23:26對(duì)進(jìn)叉調(diào)整時(shí)間、行進(jìn)時(shí)間、裝車調(diào)整時(shí)間、返回行進(jìn)時(shí)間四個(gè)環(huán)節(jié)的平均作業(yè)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，進(jìn)叉和裝車調(diào)整時(shí)間占比為47%，效率較低。圖1.2叉車作業(yè)各環(huán)節(jié)時(shí)間占比餅圖當(dāng)前人工叉車在應(yīng)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜、干式變壓器等超限、臨限物資作業(yè)時(shí)，存在一定的安全作業(yè)隱患和效率低下的問(wèn)題，急需對(duì)現(xiàn)有人工叉車進(jìn)行適應(yīng)性改造，實(shí)現(xiàn)稱重、夾抱和平移功能，提高作業(yè)效率和安全性。綜上所述，物資中心在裝卸高壓開(kāi)關(guān)柜和干式變壓器時(shí)存在需求如下：（1）實(shí)現(xiàn)取貨自動(dòng)稱重功能（2）實(shí)現(xiàn)叉車平移功能（3）叉車具備夾抱設(shè)備功能廣泛借鑒小組經(jīng)過(guò)反復(fù)討論，借鑒現(xiàn)有的技術(shù)和產(chǎn)品，尋找創(chuàng)新思路，以實(shí)現(xiàn)課題需求表1.3課題借鑒及需求表序號(hào)借鑒對(duì)象摘要借鑒點(diǎn)差異分析啟發(fā)1《高安全性工業(yè)機(jī)器人抓手部件》抓手部件由抓手本體和四個(gè)部件組成，分別為兩個(gè)銜接側(cè)板和兩個(gè)架接板組成，提高抓手的安全性。利用機(jī)械夾板組成抓手，進(jìn)行設(shè)備夾抱文獻(xiàn)中的抓手對(duì)象是工業(yè)機(jī)器人，而本活動(dòng)為人工叉車。利用夾板的壓力來(lái)固定設(shè)備，提高人工叉車作業(yè)安全性。2人工叉車叉齒均具備上下抬升功能。利用鏈條或液壓裝置改變叉齒橫向行進(jìn)方向，具備小位移平移功能。一般人工叉車叉齒為上下移動(dòng)，而本活動(dòng)要改造為上下、左右均可移動(dòng)。利用叉齒左右平移，減少叉車反復(fù)調(diào)整時(shí)間。3測(cè)重傳感器具備自動(dòng)稱重功能用于叉齒改造將測(cè)重傳感器置于叉齒重，叉取設(shè)備自動(dòng)稱重。確定課題小組依據(jù)借鑒確定本次QC活動(dòng)的課題為：研制人工叉車稱重及夾抱裝置。設(shè)定目標(biāo)及目標(biāo)可行性論證設(shè)定目標(biāo)結(jié)合關(guān)鍵需求，小組成員根據(jù)物資中心作業(yè)頻率和物安全作業(yè)要求，將本次QC活動(dòng)的目標(biāo)設(shè)定為：自動(dòng)稱重范圍0-5T，測(cè)量精度1/10；開(kāi)關(guān)柜搬運(yùn)過(guò)程最大震動(dòng)偏差值平均值為0.5g以下；進(jìn)叉、裝車調(diào)整平均時(shí)間為1:00以內(nèi)。目標(biāo)可行性論證為確保目標(biāo)的可行性，在物資中心搭建模擬試用場(chǎng)景，分別對(duì)稱重、搬運(yùn)震動(dòng)偏差和進(jìn)叉、裝車調(diào)整時(shí)間進(jìn)行模擬測(cè)試，對(duì)三種性能進(jìn)行類比試驗(yàn)。圖2.1模擬改裝測(cè)試環(huán)境小組成員對(duì)叉齒進(jìn)行簡(jiǎn)單改裝，記錄10次模擬搬運(yùn)裝車，記錄測(cè)重、震動(dòng)偏差和作業(yè)時(shí)間。結(jié)果如表2.1所示。表2.1模擬驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)測(cè)重（T）震動(dòng)偏差（g）作業(yè)時(shí)間是否達(dá)到預(yù)期10.8230.380:58是20.8230.320:49是30.8230.350:50是40.8230.310:55是50.8230.290:56是60.8230.340:55是70.8230.310:57是80.8230.350:52是90.8230.380:54是100.8230.370:52是綜上所述，測(cè)重結(jié)果、震動(dòng)偏差值、作業(yè)時(shí)間要求均達(dá)到預(yù)期，目標(biāo)可行。提出方案并確定最佳方案提出總體方案小組成員通過(guò)借鑒相關(guān)技術(shù)成果和文獻(xiàn)專利，召開(kāi)頭腦風(fēng)暴會(huì)議，圍繞課題目標(biāo)，小組將“人工叉車稱重及夾抱裝置”作為總體方案。整體設(shè)計(jì)思路如圖3.1所示。圖3.1總體方案架構(gòu)圖總體方案的創(chuàng)新點(diǎn)：將自動(dòng)稱重、叉齒夾抱和平移三個(gè)功能集中設(shè)計(jì)到叉齒中，可提高人工叉車裝卸超限、臨限物資的安全穩(wěn)定性和作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)“又好又快”。提出分級(jí)方案小組圍繞總體方案三個(gè)模塊，針對(duì)技術(shù)難題提出三個(gè)模塊的功能需求和分級(jí)方案，如圖3.2所示。圖3.2總體方案細(xì)化分解對(duì)總體方案分解后，小組對(duì)每個(gè)分級(jí)方案提出需求和性能指標(biāo)，形成需求分析表。表3.1需求分析表序號(hào)需求模塊主要性能指標(biāo)1稱重精度高自動(dòng)稱重模塊測(cè)量精度<1/102稱重范圍覆蓋5T稱重范圍>=5T3具備無(wú)線傳輸距離傳輸距離>8m4夾抱穩(wěn)定性高叉齒夾抱模塊震動(dòng)偏差<0.5g5夾抱不影響密集存儲(chǔ)存儲(chǔ)間距<5cm6平移穩(wěn)定性高叉齒平移模塊震動(dòng)偏差<0.5g7平移噪音低噪音分貝<60dB方案選擇小組成員采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、試驗(yàn)以及調(diào)查分析的方法對(duì)分級(jí)方案進(jìn)行對(duì)比，確定最優(yōu)分級(jí)方案。1.自動(dòng)稱重模塊選擇圖3.3自動(dòng)稱重模塊選擇表3.2自動(dòng)稱重模塊需求分析表序號(hào)自動(dòng)稱重模塊需求方案設(shè)計(jì)主要性能指標(biāo)1稱重精度高設(shè)計(jì)能滿足需求同時(shí)可以防止在叉齒重的自動(dòng)稱重模塊測(cè)量精度<1/102稱重范圍覆蓋5T稱重范圍>=5T3具備無(wú)線傳輸距離傳輸距離>8m表3.3自動(dòng)稱重模塊方案對(duì)比表模塊類型電磁力平衡稱重傳感器電阻應(yīng)變式稱重傳感器數(shù)字式稱重傳感器圖例試驗(yàn)方法將傳感器模擬放置托盤中，稱重樣品選擇5T線纜盤。測(cè)量精度1/20001/1001/100稱重范圍0.01kg-10kg0.1kg-5000kg0.1kg-5000kg傳輸距離有線傳輸有線傳輸最大傳輸距離12米（藍(lán)牙）方案評(píng)價(jià)精度足夠，測(cè)量范圍遠(yuǎn)小于需要，傳輸方式局限于車內(nèi)使用。精度滿、測(cè)量范圍滿足要求，傳輸方式局限車內(nèi)使用。精度、測(cè)量范圍。傳輸距離均滿足使用需求。結(jié)論不選用不選用選用2.叉齒夾抱模塊選擇圖3.4叉齒夾抱模塊選擇表3.4叉齒夾抱模塊需求分析表序號(hào)叉齒夾抱模塊需求方案設(shè)計(jì)主要性能指標(biāo)1夾抱穩(wěn)定性高設(shè)計(jì)能滿足夾抱穩(wěn)定性和密集存儲(chǔ)需求的叉齒裝置。震動(dòng)偏差<0.5g2夾抱不影響密集存儲(chǔ)存儲(chǔ)間距<5cm表3.5叉齒夾抱模塊方案對(duì)比表模塊類型左右式夾抱上下式夾抱圖例試驗(yàn)方法將利用夾板模擬夾抱裝置，對(duì)其進(jìn)行10次參數(shù)模擬試驗(yàn)。震動(dòng)偏差存儲(chǔ)間距方案評(píng)價(jià)夾抱穩(wěn)定性滿足需求，存儲(chǔ)間距受叉齒左右移動(dòng)影響，間距大于目標(biāo)需求。夾抱穩(wěn)定性、存儲(chǔ)間距均優(yōu)于左右?jiàn)A抱方式，且滿足目標(biāo)需求。結(jié)論不選用選用3.叉齒平移模塊選擇圖3.5叉齒平移模塊選擇表3.6叉齒平移模塊需求分析表序號(hào)叉齒平移模塊需求方案設(shè)計(jì)主要性能指標(biāo)1平移穩(wěn)定性高設(shè)計(jì)能滿足平移穩(wěn)定性和低噪音需求的叉齒裝置。震動(dòng)偏差<0.5g2平移噪音低噪音分貝<60dB表3.7叉齒平移方案對(duì)比表模塊類型液壓式平移結(jié)構(gòu)鏈條式平移結(jié)構(gòu)圖例試驗(yàn)方法利用市面上常用的液壓式、鏈條式結(jié)構(gòu)叉車進(jìn)行模擬測(cè)試，對(duì)其進(jìn)行10次參數(shù)模擬試驗(yàn)。震動(dòng)偏差噪音分貝方案評(píng)價(jià)液壓式平移結(jié)構(gòu)震動(dòng)偏差、噪音分貝情況均滿足需求。鏈條式平移結(jié)構(gòu)震動(dòng)偏差滿足需求，但是噪音分貝高于液壓式結(jié)構(gòu)。結(jié)論選用不選用確定最佳方案小組根據(jù)以上分級(jí)方案比選結(jié)果，確定本次活動(dòng)最佳方案，如圖12所示。圖3.6最佳方案制定對(duì)策小組根據(jù)最終確定的最佳方案，按照5W1H的原則制定了對(duì)策實(shí)施表，如表4.1所示。表4.1對(duì)策實(shí)施表序號(hào)對(duì)策（what）目標(biāo)（why）措施(how)負(fù)責(zé)人(who)地點(diǎn)(where)完成日期(when)1定制安裝叉齒平移模塊震動(dòng)偏差<0.5g噪音分貝<60dB1.設(shè)計(jì)平移叉齒大小和樣式，并定制生產(chǎn)。2.對(duì)叉車門架進(jìn)行改造安裝。3.測(cè)試叉齒平移功能。xx物資中心2022年6月282定制安裝叉齒夾抱模塊震動(dòng)偏差<0.5g存儲(chǔ)間距<5cm1.設(shè)計(jì)夾具大小和樣式，并定制生產(chǎn)。2.對(duì)叉車門架進(jìn)行改造安裝。3.測(cè)試上下夾抱功能。xx物資中心2022年7月103安裝自動(dòng)稱重模塊測(cè)量精度<1/10稱重范圍>=5T傳輸距離>8m1.購(gòu)買符合需求的稱重傳感器。2.定制可安全傳感器的叉齒。3.安裝帶有傳感器的叉齒。4.測(cè)試自動(dòng)稱重功能。xx物資中心2022年7月20日4整體組裝調(diào)試測(cè)試成功率100%1.整體組裝2.叉齒上下、平移調(diào)試3.整體搬運(yùn)裝卸測(cè)試。xx物資中心2022年7月28日對(duì)策實(shí)施對(duì)策實(shí)施一：定制安裝叉齒平移模塊由于叉齒平移模塊需要更換叉車門架，夾抱模塊同樣需要在門架上做改造安裝，所以叉車門架改造優(yōu)先級(jí)最高。由于電動(dòng)叉車屬于特種設(shè)備，小組邀請(qǐng)專業(yè)叉車生產(chǎn)廠家評(píng)估定制門架、叉齒改造的可行性和安全性，保證門架、叉齒改造不影響叉車本體的電氣和機(jī)械性能。向叉車生產(chǎn)廠家明確液壓改造需求，由廠家進(jìn)行定制化生產(chǎn)，并進(jìn)行安裝調(diào)試。小組對(duì)安裝完成后的震動(dòng)偏差和噪音分貝進(jìn)行測(cè)試，并統(tǒng)計(jì)分析。表5.1定制安裝叉齒平移模塊測(cè)試結(jié)果次數(shù)12345678910震動(dòng)偏差(g)0.200.190.220.210.230.210.240.220.230.25噪音分貝（dB）36354238454238374240對(duì)策目標(biāo)檢查：圖5.1叉齒平移模塊測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖結(jié)論：從統(tǒng)計(jì)表可以看出，定制安裝叉齒上下夾抱模塊符合目標(biāo)要求，對(duì)策一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。對(duì)策實(shí)施二：定制安裝叉齒夾抱模塊根據(jù)高壓開(kāi)關(guān)柜尺寸確定夾抱裝置尺寸，請(qǐng)叉車廠家定制生產(chǎn)夾抱裝置，并進(jìn)行安裝調(diào)試。小組隨后對(duì)定制叉齒進(jìn)行進(jìn)行了震動(dòng)偏差和存儲(chǔ)間距測(cè)試，并進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。表5.2定制安裝叉齒夾抱模塊測(cè)試結(jié)果次數(shù)12345678910震動(dòng)偏差(g)0.360.340.310.330.290.320.300.330.340.35存儲(chǔ)間距（cm）1213213121對(duì)策目標(biāo)檢查：圖5.1定制安裝叉齒夾抱模塊測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖結(jié)論：從統(tǒng)計(jì)表可以看出，定制安裝叉齒夾抱模塊符合目標(biāo)要求，對(duì)策二目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。對(duì)策實(shí)施三：安裝自動(dòng)稱重模塊自動(dòng)稱重模塊需要隱藏安裝在叉齒上，方可實(shí)現(xiàn)叉取貨物，自動(dòng)稱重功能。為便于改造，根據(jù)原有叉齒尺寸定制一對(duì)叉齒外殼，將稱重模塊內(nèi)置到叉齒外殼中，按照調(diào)試后可直接使用。小組對(duì)自動(dòng)稱重模塊的測(cè)量精度、測(cè)量范圍、數(shù)據(jù)傳輸距離進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。表5.3自動(dòng)稱重模塊測(cè)試結(jié)果測(cè)試項(xiàng)目數(shù)據(jù)目標(biāo)值測(cè)量精度1/1001/10測(cè)量范圍0-5T>=5T數(shù)據(jù)傳輸距離12m>=8m結(jié)論：從統(tǒng)計(jì)表可以看出，安裝自動(dòng)稱重模塊符合目標(biāo)要求，對(duì)策三目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。對(duì)策實(shí)施四：整體組裝調(diào)試將各個(gè)模塊組裝完成后，在物資中心進(jìn)行整體裝卸流程測(cè)試，對(duì)策目標(biāo)檢查結(jié)果如下表所示：表5.4整體組裝測(cè)試結(jié)果測(cè)試項(xiàng)目成功率目標(biāo)值是否符合震動(dòng)偏差100%100%是否符合存儲(chǔ)間距100%100%是否符合作業(yè)時(shí)間100%100%結(jié)論：從統(tǒng)計(jì)表可以看出，整體組裝調(diào)試符合目標(biāo)要求，對(duì)策四目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。效果檢查目標(biāo)檢查小組將本項(xiàng)目在物資中心進(jìn)行實(shí)地應(yīng)用，小組成員在效果檢驗(yàn)周期內(nèi)，對(duì)物資中心高壓開(kāi)關(guān)柜、干式變壓器裝卸進(jìn)行觀察、測(cè)試統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6.1所示。表6.1高壓開(kāi)關(guān)柜、干式變壓器裝卸結(jié)果統(tǒng)計(jì)物資類型臺(tái)數(shù)超重臺(tái)數(shù)平均震動(dòng)偏差（g）進(jìn)叉、裝車作業(yè)平均時(shí)間(min）高壓開(kāi)