李躍宇,洪沖沖,張 旭
(四川大學(xué) 工商管理學(xué)院,成都 610065)
在生產(chǎn)制造系統(tǒng)中,生產(chǎn)線技術(shù)水平不斷提高,自動化程度越來越高,生產(chǎn)管理者對生產(chǎn)改進(jìn)的每一個決策,都需要謹(jǐn)慎考慮,若措施不當(dāng),往往需付出高昂的代價(jià)。生產(chǎn)線仿真是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提,對生產(chǎn)線的各個元素和生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)一的建模,在虛擬的環(huán)境中反映出裝配生產(chǎn)的全過程,其實(shí)質(zhì)是利用一個簡化的、能夠表述系統(tǒng)特征的模型來模擬實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行過程,統(tǒng)計(jì)出模型特征量的結(jié)果或變化規(guī)律,從而更有效地組織生產(chǎn)[1]。
目前國內(nèi)外對于流水線平衡的理論研究皆是從數(shù)學(xué)算法上來進(jìn)行求出最優(yōu)解,在第一生產(chǎn)線的IE工程師很難理解現(xiàn)有的理論和方法,且這些方法往往帶有復(fù)雜的計(jì)算,給實(shí)際應(yīng)用帶來困難[2]。同時我們看到,目前對于線平衡方面的文章,大部分是對生產(chǎn)線進(jìn)行靜態(tài)分析,靜態(tài)分析由于所提取數(shù)據(jù)均為某一時間瞬時值或者一時間段的平均值,反映不出裝配生產(chǎn)的全過程,不能表述系統(tǒng)的整體特征。
論文通過對現(xiàn)有的冰箱裝配線進(jìn)行建模仿真,探索了此類企業(yè)在生產(chǎn)過程中所遇到的問題,提出了解決方法,進(jìn)而為此類企業(yè)提高生產(chǎn)線利用率提供了一種通用的解決方案。
所研究為冰箱預(yù)裝線,主要負(fù)責(zé)上下膽的拼接以及附加配件的組裝。淡季實(shí)行每天單班,每班10小時工作制,旺季實(shí)行兩班制,每班10小時工作制;近年來公司生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,特別是進(jìn)入夏季,產(chǎn)量要求逐年增加;由于生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備布局沒有經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計(jì)[3~5],造成某些配件搬運(yùn)距離較長、工位布置和作業(yè)分工不合理等問題,其生產(chǎn)流程如表1所示。
1.2.1 確定現(xiàn)時生產(chǎn)節(jié)拍
根據(jù)公司目前有兩個預(yù)裝生產(chǎn)線,近期訂單需求為3600臺/天,單條預(yù)裝生產(chǎn)線工時利用率為90%,每天兩班制生產(chǎn),每班工時為10小時,可計(jì)算目標(biāo)生產(chǎn)節(jié)拍時間為:
即要求我們預(yù)裝線的每一個工位的實(shí)際工時都必須在36秒以下,所有高于36秒的工站都必須改善。
1.2.2 崗位工時測定
首先對目前各崗位工時測定[6~8]。本文采用視頻錄制方法,視頻錄制較之前的秒表測定更為客觀,不受人為因素影響,因而更能反映生產(chǎn)現(xiàn)場時間;對每一個崗位連續(xù)測定四次,求得平均值,如表1所示。
表1 預(yù)裝線各崗位工時測量
1.2.3 生產(chǎn)線負(fù)荷分析
影響生產(chǎn)線穩(wěn)定、均衡生產(chǎn)的因素較多,但最關(guān)鍵的還是由于“瓶頸”因素的制約[9~11]。由表1可知,線下工序的中膽壓粘合工作站的節(jié)拍時間大于36s,由于此工位只生產(chǎn)電腦冰箱配件,在平日電腦冰箱占當(dāng)日生產(chǎn)總量約30%的時候能夠滿足日生產(chǎn)需求,但在夏季訂單增多,有時一天都要生產(chǎn)要電腦冰箱型號時,則幾乎難以滿足當(dāng)日需求。由于工人行走時間和操作時間存在動態(tài)性因素,可考慮通過仿真軟件模擬工作站的加工過程,以此分析其是否滿足當(dāng)前生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)。
運(yùn)用simio系統(tǒng)仿真軟件對這個工站目前的流程進(jìn)行仿真[12]。
此工作站為線下工作站;建立兩個發(fā)生源source,模擬內(nèi)膽和蒸發(fā)器架的配送。工人從兩個路線分別拿取內(nèi)膽和蒸發(fā)器;一個加工處理中心,模擬機(jī)器對內(nèi)膽和蒸發(fā)器的粘合加工;一個sink模擬中膽的暫存區(qū),如圖1所示。地墊配件的配給在實(shí)際中會每隔一定時間由配送員定期配送,配給充足。
對于參數(shù)設(shè)置如表2所示,具體規(guī)則如下:
1)工人的行走時間均為均勻分布;由于Pert分布和三角分布類似,它更能反映出加工時間分布函數(shù)的期望行為,因此我們選取Pert分布模擬工人拿取配件和機(jī)器加工處理的時間。
2)蒸發(fā)器配件以及內(nèi)膽均由附近倉庫配送,可以隨時保證供給。
3)工人進(jìn)入處理器入口的delytime 即為加粘合墊時間,處理器的準(zhǔn)備時間即為工人扳動機(jī)器手柄時間,拆卸時間即為工人去掉粘合墊時間。
4)全程模擬假設(shè)無機(jī)器故障時間和工人間歇休息時間。
在模型運(yùn)行過程中,考慮到工人工作的重復(fù)性和連貫性,可考慮選擇某一天60min的作業(yè)時間進(jìn)行仿真。
圖1 中膽粘合工作站simio仿真模型建立效果圖
改進(jìn)前加工處理器的資源利用情況以及1h內(nèi)加工的實(shí)體如圖2所示,可以看出以下結(jié)果:
1)單位時間1h生產(chǎn)的中膽配件為90件,按照夏季旺季訂單需求,很難滿足目前的需求,如圖2所示。
表2 中膽粘合工作站的工序步驟以及數(shù)值分布特征
2)處理器processing時間占總時間25.13%,根據(jù)目前的工作情況觀察還有進(jìn)一步提高處理性能的可能,如圖3所示。
圖2 改善前1h內(nèi)被制造的產(chǎn)品數(shù)量累積圖
圖3 改善前處理器資源利用情況
1)經(jīng)過實(shí)際調(diào)研,發(fā)現(xiàn)工人存在重復(fù)的搬運(yùn)路線走動[13,14],由于物流入口設(shè)計(jì),蒸發(fā)器架和內(nèi)膽貨架不可能再進(jìn)一步合并,但發(fā)現(xiàn)在機(jī)器加工內(nèi)膽時工人處于空閑等待時間,同時發(fā)現(xiàn)工人拿取內(nèi)膽的時間遠(yuǎn)小于機(jī)器加工時間;則可考慮建立一個中膽暫存區(qū),工人可利用機(jī)器加工時間現(xiàn)行拿取內(nèi)膽至工作臺,如圖4所示。
2)發(fā)現(xiàn)工人在每次加工內(nèi)膽時均需要裝載和卸去加工墊,可考慮把粘合墊固定在機(jī)器加工面,可釋放工人雙手,同時減少工人操作機(jī)器時間。
3)根據(jù)人因工程理論中的作業(yè)空間設(shè)計(jì),人站立時較舒適的工作面高度是比立姿肘關(guān)節(jié)高低1~5cm[15]。蒸發(fā)器架高度約155mm,內(nèi)膽貨架最高層也有165mm,發(fā)現(xiàn)此工位工人若身高太低,則會降低拿取配件的速度。因此可考慮制定工作規(guī)范,要求此工位工人身高在170~175cm之間。
4)蒸發(fā)器配件在支架存儲時管與管由于分枝較多,管與管之間牽連,纏繞,同時支架不可旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致工人拿取另一側(cè)蒸發(fā)器管困難。重新設(shè)計(jì)蒸發(fā)器捆綁方式,蒸發(fā)器架改為十字形可旋轉(zhuǎn)形式,這樣裝載量增多同時便于工人更為快捷拿取,改為3~5個蒸發(fā)器管用便捷繩捆綁纏為一組,這樣可減少管與管之間的牽扯,羈絆,減少工人拿取時間。
圖4 中膽暫存區(qū)改進(jìn)示意圖
表3 中膽粘合工作站流程優(yōu)化改進(jìn)表
從圖5可以看出,改善后處理器的processing時間由25.13%提升至31.91%。由手動加粘合墊改為固定在機(jī)器上自動加工,減少了工人手動操作時間,工人和機(jī)器設(shè)備的空閑時間相對降低,生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。
圖5 改善后處理器資源利用情況
從圖6可以看出,1h內(nèi)加工的半成品數(shù)量由90提高到118個。充分利用機(jī)器加工的空閑時間,建立中膽暫存區(qū),減少整個工人操作時間,同時對蒸發(fā)器配件的儲存形式進(jìn)一步改進(jìn),減少了工人的拿取蒸發(fā)器的時間;工人身高增加,進(jìn)一步使工人拿取蒸發(fā)器配件時間縮短。
總之,通過上面的分析可以說明,改進(jìn)后的生產(chǎn)布局方案中的中膽粘合工序的加工處理時間利用率明顯增加,空閑時間減少,對整個生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的提升有很大的促進(jìn)作用,提高了生產(chǎn)線的平衡率。
圖6 改善后1h內(nèi)被制造的產(chǎn)品數(shù)量累積圖
生產(chǎn)加工是一個動態(tài)過程,本文運(yùn)用Simio仿真軟件對冰箱預(yù)裝配線進(jìn)行了仿真,并運(yùn)用工業(yè)工程方法對裝配線進(jìn)行了平衡研究,通過仿真一平衡一仿真,在不確定性因素增多的動態(tài)情況下,達(dá)到了較好的平衡效果;本文提出的生產(chǎn)布局解決方案并不一定最優(yōu),但是運(yùn)用此次方案的對比仿真結(jié)果分析,可以為企業(yè)提供一種解決生產(chǎn)線問題的通用方法和工具,今后的研究工作中還需進(jìn)一步探討以下問題:1)本文以工位為研究對象進(jìn)行仿真建模,在接下來的工作中,可以考慮以工序?yàn)榻ο?,甚至是整條生產(chǎn)線,這樣前期的工作量非常多,因此要考慮企業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的實(shí)際情況。2)本文建模過程中沒有考慮到加工機(jī)器的故障、突發(fā)意外情況等因素,在今后的進(jìn)一步研究中可以加入這些影響因子,更為接近企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)。
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