Int J Adv Manuf Technol (2005) 25: 551–559
DOI 10.1007/s00170-003-1843-3
ORIGINAL ARTICLE
S.H. Masood · B. Abbas · E. Shayan · A. Kara
An investigation into design and manufacturing of mechanical conveyors systems
for food processing
Received: 29 March 2003 / Accepted: 21 June 2003 / Published online: 23 June 2004
Springer-Verlag London Limited 2004
Abstract This paper presents the results of a research investi-
gation undertaken to develop methodologies and techniques that
will reduce the cost and time of the design, manufacturing and
assembly of mechanical conveyor systems used in the food and
beverage industry. The improved methodology for design and
production of conveyor components is based on the minimisa-
tion of materials, parts and costs, using the rules of design for
manufacture and design for assembly. Results obtained on a test
conveyor system verify the benefits of using the improved tech-
niques. The overall material cost was reduced by 19% and the
overall assembly cost was reduced by 20% compared to conven-
tional methods.
Keywords Assembly · Cost reduction · Design · DFA · DFM ·
Mechanical conveyor
1 Introduction
Conveyor systems used in the food and beverage industry are
highly automated custom made structures consisting of a large
number of parts and designed to carry products such as food
cartons, drink bottles and cans in fast production and assembly
lines. Most of the processing and packaging of food and drink in-
volve continuous operations where cartons, bottles or cans are re-
quired to move at a controlled speed for filling or assembly oper-
ations. Their operations require highly efficient and reliable me-
chanical conveyors, which range from overhead types to floor-
mounted types of chain, roller or belt driven conveyor systems.
In recent years, immense pressure from clients for low cost
but efficient mechanical conveyor systems has pushed con-
veyor manufacturers to review their current design and assembly
methods and look at an alternative means to manufacture more
economical and reliable conveyors for their clients. At present,
S.H. Masood (u) · B. Abbas · E. Shayan · A. Kara
Industrial Research Institute Swinburne,
Swinburne University of Technology,
Hawthorn, Melbourne 3122, Australia
E-mail: smasood@swin.edu.au
most material handling devices, both hardware and software, are
highly specialised, inflexible and costly to configure, install and
maintain [1]. Conveyors are fixed in terms of their locations and
the conveyor belts according to their synchronised speeds, mak-
ing any changeover of the conveyor system very difficult and ex-
pensive. In todayrsquo;s radically changing industrial markets, there is
a need to implement a new manufacturing strategy, a new system
operational concept and a new system control software and hard-
ware development concept, that can be applied to the design of
a new generation of open, flexible material handling systems [2].
Ho and Ranky [3] proposed a new modular and reconfigurable
2D and 3D conveyor system, which encompasses an open re-
configurable software architecture based on the CIM-OSA (open
system architecture) model. It is noted that the research in the
area of improvement of conveyor systems used in beverage in-
dustry is very limited. Most of the published research is directed
towards improving the operations of conveyor systems and inte-
gration of system to highly sophisticated software and hardware.
This paper presents a research investigation aimed at im-
proving the current techniques and practices used in the de-
sign, manufacturing and assembly of floor mounted type chain
driven mechanical conveyors in order to reduce the manufactur-
ing lead time and cost for such conveyors. Applying the con-
cept of concurrent engineering and the principles of design for
manufacturing and design for assembly [4, 5], several critical
conveyor parts were investigated for their functionality, material
suitability, strength criterion, cost and ease of assembly in the
overall conveyor system. The critical parts were modified and
redesigned with new shape and geometry, and some with new
materials. The improved design methods and the functionality of
new conveyor parts were verified and tested on a new test con-
veyor system designed, manufactured and assembled using the
new improved parts.
2 Design for manufacturing and assembly (DFMA)
In recent years, research in the area of design for manufacturing
and assembly has become very useful for industries that are con-
552
sidering improving their facilities and manufacturing methodol-
ogy. However, there has not been enough work done in the area
of design for conveyor components, especially related to the is-
sue of increasing numbers of drawing data and re-engineering
of the process of conveyor design based on traditional methods.
·
·
·
·
·
Emphasise standardisation
Use the simplest possible operations
Use operations of known capability
Minimise setups and interventions
Undertake engineering changes in batches
A vast amount of papers have been published that have investi-
gated issues related to DFMA and applied to various methodolo-
gies to achieve results that proved economical, efficient and cost
effective for the companies under investigation.
The main classifications of DFMA knowledge can be i
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对输送机用于食品输送系统的调查设计和制造
摘要:本文介绍食品饮料行业的研究调查结果和进行开发的方法技术，在设计制造和使用的系统装配机械输送中缩短时间和成本。该输送机部件在设计和生产材料的基础上改进技术来最小化零部件和成本，利用装配设计和制造的设计规则。最终获得一个测试验证了改良技术的传送系统。相比传统的方法整体材料成本下降了19％，整体组装成本降低20％。
关键词:装配 降低成本 设计 DFA DFM 机械输送机
1引言
食品和饮料业中使用的输送系统是高度自动化定制结构部件组成的，并进行线路设计的产品，如食品箱，饮料瓶，罐快速组装生产。大部分饮料食品的加工包装涉及到组装业务持续经营情况，瓶或罐需移动或控制的速度。它们的移动需要高效率和可靠的机械输送机，从哪个范围的类型到地板镶嵌链子、路辗或者皮带传动的输送机系统的类型。
近年来，巨大的机械压力输送系统向客户提供低成本而高效率的输送机，制造商倾向审查其目前的设计和装配方法，看看另一种制造手段，可靠的输送机为他们的客户提供更经济的生产。目前，大多数材料处理设备，包括硬件和软件，成本高，安装和维护不灵活[1]。输送机是固定的地点和传送带有条件地根据自身的同步速度，使得任何输送系统非常困难和昂贵。在今天彻底变化的工业市场，有需要实施新的制造策略，新系统业务概念和新的系统控制软件和硬件开发的概念，即可以应用于材料设计的，灵活的新一代开放处理系统[2]。侯和峦琪两人提出了一种新的模块化和可重构的二维和三维输送系统，该系统包括一个开放的可重构软件体系结构的基础上的CIM - OSA的（开放系统）模型。据指出，在饮料行业研究领域的改善输送系统中使用的是非常有限的。大多数已发表的研究是针对提高系统的运行输送机一体化系统和高度复杂的软件和硬件。
本文提出的研究调查是旨在改善目前的技术和实践中使用的设计，制造和装配式链式输送机驱动机械，以降低制造所需的时间和输送成本等。部分应用并行工程的概念和几个重要的输送机制造的设计原则和设计组装[4，5]，为它们的功能进行了研究。材料的适用性，强度准则，成本和装配用于在整个运输系统。关键部件进行了修改和重新设计新的形状和几何形状，材料和一些新的。改进后的设计方法和部分新功能进行了核实。输送机上测试新的考验输送系统设计，制造和组装使用新的改进的部分。
2 制造和装配的设计（DFMA）
近年来，研究关于在图纸面积上和设计制造，已成为非常有用的方法，为了产业，必须考虑改善其设施和制造业。然而，没有足够的相关工作做了特别的研究，输送配件的设计在方法问题上越来越多的传统的数据处理和重新绘制的工程设计输送机的基础。大量的论文已发表有相关的问题进行调查DFMA和应用各种方法，以实现经济的结果，证明，有效率和有效的公司根据成本调查的。
DFMA知识的主要分类，可确定为：（1）一般准则，（2）公司特定的最佳实践（3）具体过程和或资源的困难。其中设计人员应该知道,一般准则是指普遍适用的规则的，涉及到制造业领域。下面已经编制准则对于DFM的清单 [6].
- 设计最低数量的零件
- 开发一个模块化设计
- 尽量减少部件的变化
- 设计部件是多功能
- 为多用途设计零件
- 为简化设计，零件制造
- 避免单独紧固件
- 最大化遵守：为简化设计，装配
- 尽量减少处理：处理演示设计
- 评估装配方法
- 消除调整
- 避免弹性元件：他们是难以操作
- 已知部分功能的使用
- 允许零件的最大的不容忍现象
- 使用已知的和经过验证的厂商和供应商
- 在强制降级的值使用部分无边际过度紧张
- 尽量减少部件
- 着中标准化
- 使用最简单的操作
- 已知使用行动能力
- 尽量减少设置和干预
- 分批承接的工程变更
这些设计准则应被看作是最优的“建议”。他们通常会导致高品质，低成本的设计和制造。有时必须作出妥协，当然。在这种情况下，如果一个准则替代违背了市场营销或性能要求，下一个最好应选择[7]。
公司具体的最佳实践是指在内部设计规则。公司的开发，通常在一个较长时期，而设计者将坚持自己的信念。这些设计规则，确定由该公司为促进特定工艺和设计决定，以全面提高质量和效益之间的关系通过承认。公司使用的培训等指导方针的一部分给予设计师或维修产品的手工装配需要相当数量的。注意这些方法大部分是定量善于要么被快速方便地启动或更加正式和。例如，准则由Boothroyd和杜赫斯特[8 DFA的]就被视为是定量化，系统化。鉴于DFM指导方针，这仅仅是从经验丰富的专业经验法则推导，更不正式的定性和[9]。
Fig. 1. Layout of conveyor system
for labelling plasic bottles
3 传统的输送系统的设计
系统的设计和制造输送机是一个非常复杂和耗时的过程。由于每种输送系统是一种特制的产品，每个项目都有各个不同的项目规模，产品和布局。该产品系统的设计是根据客户的要求和明确说明.此外，系统布局应适应公司提供的空间。在修订过程中的输送系统的设计布局，可以采取包括从几天到几个月，或在某些情况下的几年。一个适宜的最低成本和最大限度满足客户的要求是最有可能得到批准。
图1显示了一条生产线，示意图中是一个典型的输送系统中安装使用的塑料瓶的标签。输送系统的不同部分被确定具体的技术名称，它通常用在类似的工业应用。该“singlizer”一节使产品形成一个小巷里从多个。在“减速表”降低产品的速度，一旦退出从填料，贴标机等的“流量”部分用于处理与保持高速，例如，填料，贴标机等的“转移表”转移的方向，产品流通。各节的目的，因此，这些不同的输送机控制加工机产品流经不同。
一个典型的机械输送系统应用用于食品和饮料包含超过200机械及零件根据系统的大小。体系中的一些共同输送的重要组成部分，但可以统一的，积累到家庭侧架，间隔棒，端板，盖板，弯板内，外弯板，弯轨和轴（驱动器，尾部和奴隶）。零件的大小和数量，这些根据所输送机的长度和数量节轨道相应的宽度和链类型的需要。存在的问题和缺点在目前的设计，制造和装配输送机械是多方面的，但包括：
- 对一些部件的设计
- 一些部件成本高
- 在装配的/维修时间长
- 使用非标件
4 区改善
为了确定该地区的主要输送机零件。进行成本分析，降低材料的成本和一切劳动，以估计这种百分比在相对于总成本的所有各部分的成本。分析这样做的目的是找出关键部件，主要负责零部件的成本增加了输送机等调查手段，从而为降低成本。
表1显示了输送系统的成本分析50节。分析结果显示，12件在15个构成79％的成本降低总材料成本的，在输送系统进一步改进设计是可能的。在这些，确定了7个部分，如表1星号的关键部分一（表现出）构成的最大数量的元件数量和成本，包括材料71％以上的整体。其中，三个组成部分（腿组，侧架和支持渠道）被发现50％的费用占了总输送材料。其中一名12件详细分析每进行审议大会的各项原则并行设计工程，设计和制造，以及一个新的改进设计，开发的每一个案件[10]。组件的主要设计改进的细节部分选定如下。
5 重新设计一套装配小腿
在输送系统中，安装在腿的侧架，是以保持整个输送系统离地。现有输送工作设计的腿费用昂贵。他们有关于稳定方面的问题，并导致交货延误研究。该延迟时间通常是由一些对供应商的零部件来自海外尚未到位。在输送中双腿所需最关键的规格是：
- 输送带负荷强度足够
- 稳固
- 易于组装
- 好的灵活性（调整高度）
图2表示输送站所有设计的零件现有的。这表明数字是一部分腿数字表2中描述，这也显示了一套完整的分类，以组建一个完整的成本分析与所需时间的劳动。现行体制包括塑料腿腿从海外订购括号，不锈钢管腿，这是图切割成指定大小，腿管塑料调整，这是在管腿夹到底部，如图所示。 2。片，这是大小切成正方形，钻孔和焊接管的腿交叉角螺栓支撑板，以支持和后盾腿支架螺栓。 2＃表中反映出的零件数目的每个部件和组件的数量是设计消费的腿在每一部分。对于许多客户通过几年常见的投诉举报公司已经改进使用了这种设计，但其中一个是腿部的不稳定。
从初步调查后，很明显，该图连接之间的不锈钢管和塑料脚支架（第一部分和第三部分。二）未严格不够。这些部件的连接的只是一个6毫米的螺栓。有时，当输送系统进行完整的产品负载，有人指出，在输送的腿，造成不稳定的机械振动。一个主要的原因，这是由于在3月底单螺栓连接各表耳部分和第7部分。该输送机被认为是稳定的关键问题，并要求立即整改，以满足客户的期望。
考虑到设计问题，对现有客户喜好的输送腿，开发一输送腿的新设计。一般来说，稳定和腿部力量的被视为点通车的主要标准，在新设计的改进建议，但其他的考虑是最小化的设计简洁，集会在海外部分缓解。图3显示了，腿装配新设计的输送的，而附表三则显示的说明和各部分的成本。
Fig. 2. Existing leg design assembly with part
names shown in Table 1
Fig. 3. New design for leg assembly with part
names in Table 3
图3显示，新设计腿只包含5至8个输送机的主要部件。在旧的设计，塑料腿支架，腿管塑料管的调整和腿是最昂贵的项目向大会占72％的腿部的成本。在新的设计方案，这些地方已经取代不锈钢的角度和新的塑料腿调整减少了近50％，装配成本的腿。因此，在小腿部分的总数已经减少19至15日，每站的总安装成本降低了55美元的新设计。
新的输送站的设计，测试时，发现更安全和稳定的设计，比旧的。 1消除零件编号和5岁的输送机设计，使新的设计更稳定和僵化。此外，设计宽度交叉支撑，也增加了两个螺栓安装，而不是老一英寸这提供了整个输送站安装额外的力量。
6 重新设计的侧架
侧架是输送系统的主要部件，提供输送机和几乎所有的安装部分。侧架也将有一个刚性的力量，提供支持所有的负载进行输送。它也容纳输送配件为大会所有关联的。侧架设计的关键考虑因素是：
- 侧架（深度尺寸）
- 强度的材料
- 易于装配
- 易于制造
图4显示了侧架尺寸和参数。侧架设计用于现有似乎是合理的深度的大小（尺寸图的H。4）。从最初的调查，发现该图之间的间隔距离，并返回轴杆洞（尺寸的G和F。四）可以减少，因为有一些不必要的两个组成部分之间的差距。重要的一点，检查前重新设计参数，以确保将那些经过两个紧密，返回连锁店将赶不上间隔栏，而输送机运行。设计模型是新的侧架民航处开出，以确保所有的规格是健全和部分放置在适合的位置，以检查和许可。使用框架的设计原理设计制造了新的一面对称，使其适用于所有类型的侧架。这一变化预计将减少边尺寸链框架的各种规模的显着。
Fig. 4. Side frame dimensions
表4显示了一个比较旧的设计尺寸和新设计的侧架为同一链条的类型。据指出，总体规模（深度输送机）的生产已经减少），从而使储蓄42毫米不锈钢侧面由199二百四十一毫米每到毫米（尺寸H牌照的时间表。因此，从不锈钢板1500 times; 3000毫米，旧设计参数只允许6个3米长的侧架，但与新的设计参数现在有可能产生同样的纸张尺寸7侧架的3米长的。该材料使用量的帧侧也进行了审查作进一步调查。据估计，约有55％的输送系统的总费用是花在材料。目前框架材料用于一边是2.5毫米厚的不锈钢食品级304。目前，有一个选择，因为其他材料认为可以在市场上与其他被厚度可能。为此，一挠度进行了分析估计，如果有任何其他类型的合适的材料，以取代现有的材料，以便它不会失败的强度准则。
6.1 侧架挠度分析
图5显示确定偏转新框架方面的条件不同载荷下的X和Y方向的实验装置通过。使用新的设计参数的框架集制造，被调查方侧架的偏转上1.6毫米厚的不锈钢。阿方条架螺栓与垫片是酒吧和回报轴实验测试与组装的。为偏转的结果，得到了运用液压机上的可变负载侧架条通过。如图所示。 5，挠度测量仪是垂直放置（Y）和水平（X）轴来衡量任何阅读观察到侧框。上应用的负载侧架通过向下方向液压机英寸的侧架是站在支持由同一位置的腿架安装在一边。
三个实验组进行的是四，六，八节轨道输送机，观察大负荷下的任何异常。在加载应用在实验输送部分超过估计，并在实际应用更高的系统比实际输送负荷条件。该输送机通常设计行业负荷下进行，每1吨米饮料工业应用在食品和。应用负载的目的是要估计的大框架下高负荷点挠度侧。图6和图7显示，分别是6首曲目结果4轨迹和实验用于传送路段。
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