中低压开关柜行业铜排加工改善方案

摘要：铜排（母排）是电气行业非常重要的关键材料，适用于高低压电器、开关触头、配电设备、母线槽等电器工程，也广泛用于金属冶炼、电化电镀、化工烧碱等超大电流电解冶炼工程。伊顿电力设备制造有限公司是一家生产中低压开关柜的外资企业，拥有先进的钣金和铜排生产设备。随着产量的不

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文/赵敏洛，曹业军·伊顿电力设备有限公司

铜排（母排）是电气行业非常重要的关键材料，适用于高低压电器、开关触头、配电设备、母线槽等电器工程，也广泛用于金属冶炼、电化电镀、化工烧碱等超大电流电解冶炼工程。伊顿电力设备制造有限公司是一家生产中低压开关柜的外资企业，拥有先进的钣金和铜排生产设备。随着产量的不断增加，铜排加工逐渐成为了瓶颈，需要通过增加设备、增加工时才能配套上实际的生产能力。

生产瓶颈

在实际生产中，铜排加工存在的问题：员工的工作时间在增加，不良品率也在增加，铜排的板材利用率在降低，生产成本明显上升，具体表现为以下四个方面：

⑴铜排加工需要在机床设备上进行编程、排版，单班浪费时间长；

⑵CAD 图纸导入机床时无法识别零件圆弧及切角，需操作工编程，加工过程还需增加首件检验；

⑶编程过程中机床会闲置不能使用，直接影响到整体加工效率；

⑷手工排版材料利用率低，增加了铜排的材料浪费及后期置换等工作量。

问题分析

为了解决铜排加工存在的问题，进行了人、机、料、法、环的分析和市场调研。

人：人员

⑴手工排版无法实现最佳排版效果，利用率低；

⑵手工计算材料利用率估算值不准确；

⑶工程设计人员给出实际材料利用率有偏差，导致采购原材料多。

机：机器

⑴需手工编程编排，排版单班浪费工时1h；

⑵设备存在局限性，圆弧不能被识别；

⑶无法导出加工材料的利用率等信息；

⑷机床本身的限制，最后80mm 不能排零件。

料：物料

⑴长度3000mm 的铜排误差10mm 左右；

⑵铜排库存量太多，大约有70t 库存；

⑶个别种类原材料利用率太低；

⑷铜排余料使用难。

法：法则

⑴材料领用无法获取准确明细；

⑵手工排版无法统计材料利用率数据；

⑶无法获取到含利用率、材料用量、余料重量等制造汇总数据。

环：环境

⑴余料存放造成现场空间占用困境和再使用的困难；

⑵非连续生产造成加工出来的零件流转不可控；

⑶待机时间造成原材料的库存和流转不可控。

为了解决上述问题，通过人、机、料、法、环的分析方法和市场调研，最终决定在现有的自动编程软件上增加铜排编程后处理，并利用现有的铜排生产模式进行加工，目的是提高编程效率、加工效率、材料利用率和产品质量。

解决方案

考虑到铜排加工设备与数控冲压设备的相似性，计划通过在现有JETCAM自动编程软件的基础上增加后处理的方式来实现铜排零件的自动排版加工。根据铜排零件不同宽度规格在现有编程软件里增加铜排原材料库，使用现有软件的自动矩形排版功能让软件根据铜排零件的厚度自动选择相同厚度、相同宽度的铜排原材料，让软件厂商根据铜排设备输入的NC 格式开发了后处理，输入、输出报表模板略作开发，经过实际测试后，结果符合甚至超过预期效果。业务流程如图1 所示。

图1 业务流程图

实施效果

经过三个月的测试和不断完善，铜排离线排版编程和数据管控系统成功上线，通过数据分析计算，效果呈现如下：

编程效率

通过CAD 图纸经由SMES&JETCAM软件自动高效匹配订单中的图纸、自动加模具和排版，不仅避免了机床导入图纸时部分尺寸丢失造成的返单，更节省了操作工编程时间和机床待机时间。改善前后编程效果对比如图2 所示。

图2 改善前后编程效果对比

加工效率

通过SMS&JETCAM 的高效离线编程，实现了机床的连续加工，最大限度发挥了设备产能。

材料利用率

通过优化排版，原材料的使用更合理可控，降低了材料成本。改善前后材料利用率对比如图3 所示。

图3 改善前后材料利用率对比

数据管理

自动生成详细的加工清单交付机台，避免了零件加工数量、尺寸出错等问题。改善前后数据管理对比如图4 所示。

图4 改善前后数据管理对比

产品质量

通过编程的准确性和自动化，产品质量和订单齐套性得到了保障。

成本节约

通过对铜排生产信息化的优化改进，经过统计和核算，成本节约、生产效率提升和投资回报超过预期。成本节约计算见表1。

表1 成本节约计算

人力成本

通过铜排订单数据和图形数据的自动化处理，在现有编程人员未增加工时的情况下，设备操作人员的有效工作时间较之前的模式提高了2 倍，推动了下一个工艺环节的高效产出。

材料成本

通过优化排版降低余料量，月平均节省材料直接成本约1.3 万元，间接成本正在统计中。

设备成本

离线编程后，因设备的连续工作，产量获得2 倍提升，NC 程序中机床动作的合理性降低了设备故障率。依据目前的业务量收回了之前的外协加工，也不需要再投入新设备。

质量成本

消除了原来作业模式中机床读入CAD图形时的特征丢失及可能存在的人工误操作对质量的影响，产品质量得到充分保障。

结束语

通过在现有自动编程系统上增加铜排编程后处理模块，成功地解决了铜排生产中的产能瓶颈问题。这一解决方案不仅提高了生产效率、材料利用率和产品质量，还降低了原材料、人力等成本。2024 年，伴随着集团内部世界级工厂的认证通过、伊顿集团中国常州工厂大跨越的产值目标，伊顿集团中国常州工厂在引领集团工业4.0的生产理念上又进了一步，后期伊顿集团中国常州工厂将继续在铜排生产上进行系统化管理，让生产流程更完善，成本更可控，加工效率、产品质量等精益化生产管理达到一个新的高度。

作者简介

赵敏洛，钣金工艺工作负责人，从事钣金工艺相关工作27 年，多次获得公司优秀员工、年度最佳持续改善奖等，负责的伊顿电力钣金自动折弯机器人项目被常州市总工会评为2020 年常州市优秀职代会提案一等奖。