葉洪旭，王思淇，高 宇

(沈陽工業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽 110870)

0 引言

在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，市場競爭越來越激烈，不斷變化的市場環(huán)境給企業(yè)帶來了巨大的壓力。遼寧圣加倫控制系統(tǒng)有限公司是一家中外合資企業(yè)，公司主要產(chǎn)品包括換擋器總成及各類汽車控制拉索、變速操縱機(jī)構(gòu)、手柄和皮裙系列、全車踏板系列、各類沖壓件等。在一個(gè)企業(yè)中，生產(chǎn)率這一量化的指標(biāo)常常被用來評價(jià)一條生產(chǎn)線管理水平的高低，而生產(chǎn)線生產(chǎn)率的高低又決定著生產(chǎn)能力的大小[1]。對于企業(yè)管理者來說，如何從宏觀上把握生產(chǎn)線，在不增加投入的前提下提高生產(chǎn)過程中的工作效率并減少作業(yè)時(shí)所產(chǎn)生的浪費(fèi)是其主要研究方向[2]。

本文以該公司換擋器車間的生產(chǎn)線為研究對象，在對裝配線的現(xiàn)狀運(yùn)用工業(yè)工程相關(guān)方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，借助生產(chǎn)線平衡的相關(guān)理論并運(yùn)用ECRS(Eliminate,Combine,Rerrange,Simplify)原則提出優(yōu)化方案[3]，同時(shí)結(jié)合FlexSim仿真軟件對改進(jìn)前、后的生產(chǎn)線進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真，以驗(yàn)證方案的合理性。

1 換擋器生產(chǎn)線現(xiàn)狀分析

1.1 生產(chǎn)線現(xiàn)狀

該公司換擋器的裝配生產(chǎn)過程包括零部件的裝配、安裝、檢測、總成等基本操作，是流水線的生產(chǎn)方式，所以各類換擋器的工序基本上是相同的，共分為19道，如圖1所示。

圖1 換擋器裝配流程

1.2 作業(yè)時(shí)間測定

經(jīng)過對該裝配線的實(shí)地考察以及與管理人員和操作工人的溝通，我們得出以下信息：

工人每天工作時(shí)間為8 h，寬放率為5%，所以有效工作時(shí)間=8×(1-5%)=7.6 h，年有效工作時(shí)間=7.6×3 600×250=6 840 000 s。目前對于一條生產(chǎn)線我們計(jì)劃的年產(chǎn)量為490 000件，因此節(jié)拍時(shí)間=有效工作時(shí)間/計(jì)劃工作量=6 840 000/490 000=13.95 s/件。

我們通過MTM(Methods-Time Measurement，時(shí)間測量方法)測時(shí)法對每個(gè)工序的動(dòng)作進(jìn)行了分析，并參照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)值卡得到了相應(yīng)的時(shí)間，時(shí)間單位為TMU(Time Measurement Unit),根據(jù)相關(guān)換算得出各個(gè)工序的具體時(shí)間，如圖2所示。

由圖2可得，瓶頸工序是工序4“裝配滑動(dòng)塊、O型圈”和工序18“裝配換擋器總成”。平衡率是表示生產(chǎn)線是否達(dá)到最優(yōu)、過程中的浪費(fèi)是否減少到最小的可量化的指標(biāo)[4]，所以我們需要計(jì)算該生產(chǎn)線的平衡率來說明原生產(chǎn)線達(dá)到最優(yōu)的程度。其中，有些工序兩個(gè)工序在同一個(gè)工位，如工序12和工序13在同一工位，因此該生產(chǎn)線的工位數(shù)為17，根據(jù)以上數(shù)據(jù)和生產(chǎn)線平衡率計(jì)算公式得出：

圖2 改進(jìn)前各工序時(shí)間

1.3 原換擋器生產(chǎn)線存在問題分析

(1) 工序同期化不合理。工序1和2時(shí)間相差較大，易造成2工位空閑時(shí)間較大同時(shí)導(dǎo)致1工位工作壓力大不利于長時(shí)間工作。同樣工序12和13也有同樣問題，12工位工作時(shí)間短完成快而13工位的工作時(shí)間長所以容易導(dǎo)致12工位產(chǎn)生大量在制品堆積，不利于生產(chǎn)線的運(yùn)行，所以需要改善工位的時(shí)間，對類似工序進(jìn)行分解重排。

(2) 存在瓶頸工序。工序4和18兩個(gè)工序作業(yè)時(shí)間長且大于節(jié)拍時(shí)間，所以是該生產(chǎn)線的瓶頸工序，將直接影響生產(chǎn)線的節(jié)拍時(shí)間，所以改善瓶頸工序勢在必行，應(yīng)考慮這兩個(gè)工序中的動(dòng)作是否可以取消或改善。

(3) 機(jī)器作業(yè)利用率低。工序6作業(yè)時(shí)間少且為機(jī)器作業(yè)所以容易導(dǎo)致機(jī)器停工時(shí)間長，同理14與15工序也一樣，機(jī)器作業(yè)的高效率會(huì)由于后續(xù)工序的長時(shí)間作業(yè)而導(dǎo)致利用率低下，不利于機(jī)械的正常運(yùn)作。

2 生產(chǎn)線優(yōu)化改善研究

根據(jù)ECRS原則，對原有的工序進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有些工序能取消，有些工序不能取消但可以通過工序合并達(dá)到優(yōu)化的目的[5]，有些工序則是因變動(dòng)而被取消的。最終得到的改進(jìn)方案如下：

(1) 同期化不合理工序改善。由于工位1、2的工作時(shí)間相差大且工位3的工作時(shí)間也較低，所以我們將工位1、2、3上的工序進(jìn)行重排，即將2工位上工序拆分由1、3工位上人員分擔(dān)。工位1上人員分擔(dān)拿取主支架并將手柄桿組件安裝至主支架的工序，工位3上人員分擔(dān)2工位上安裝總線束的工序。12與13工位上工序改善：由于12工位上工序少作業(yè)時(shí)間短，故可將12工位與13工位上工序進(jìn)行合并而且還能減少拿取工件的動(dòng)作。

(2) 瓶頸工序改善。4工位上工序改善是針對自動(dòng)注油的等待時(shí)間較長，我們將在滑動(dòng)塊自動(dòng)注油時(shí)進(jìn)行O型圈的安裝，從而達(dá)到人機(jī)同時(shí)聯(lián)合作業(yè)減少工作時(shí)間。18工位上工序的改善也是結(jié)合了人機(jī)同時(shí)聯(lián)合作業(yè)的方法，在等待設(shè)備夾緊工作與自動(dòng)注油工作的同時(shí)進(jìn)行下一步的無關(guān)工序的操作，從而達(dá)到減少作業(yè)時(shí)間的目的，改善了瓶頸工序。

(3) 無緊前工序的工序改善。6工位的工序不需要緊前工序且6工序的作業(yè)時(shí)間大部分為機(jī)器工作時(shí)間，所以一人可以操作兩臺(tái)設(shè)備運(yùn)行，從而可以在節(jié)拍時(shí)間內(nèi)產(chǎn)出兩個(gè)產(chǎn)品提供給兩個(gè)生產(chǎn)線使用，除此之外還減少了工作人員。10工位的上料過程同樣不需要緊前工序，所以在生產(chǎn)線工作之初進(jìn)行上料作業(yè)。同時(shí)因?yàn)?1工序?yàn)橄到y(tǒng)自動(dòng)注油環(huán)節(jié)，即可用傳送帶將其運(yùn)輸至11工序，所以10工位上的工人可以減少啟動(dòng)按鈕的檢測過程而由自動(dòng)檢測設(shè)備代替。當(dāng)10工序完成上料后檢測系統(tǒng)就進(jìn)行檢測環(huán)節(jié)，當(dāng)合格后將工件直接傳送至11工序完成自動(dòng)注油。這樣10工位上的作業(yè)時(shí)間將減少3 s的檢測時(shí)間，也使得10工位可以供應(yīng)兩條生產(chǎn)線。

(4) 機(jī)器作業(yè)工序改善。14和15工序均為機(jī)器自動(dòng)工作，作業(yè)時(shí)間少，且都可滿足兩條生產(chǎn)線的需求量。所以可以將14與15工序放置于兩條生產(chǎn)線之間供兩條生產(chǎn)線使用，既可以提高機(jī)器利用率又可以減少對機(jī)器設(shè)備的需求[6]。同樣10工位的上料工序所需的人工操作時(shí)間也少(5.37 s)，可以在節(jié)拍時(shí)間內(nèi)產(chǎn)出兩件產(chǎn)品供給兩條生產(chǎn)線使用。因此為提高機(jī)器的利用率，我們將這兩道工序改為雙生產(chǎn)線共用工序。

(5) 零部件改善工序。9工序是將拉索支架組件與8工序工件進(jìn)行鉚合安裝，現(xiàn)在我們將引入帶有拉索支架組件的主支架零件從而減少該鉚合過程進(jìn)而達(dá)到取消9工序的目的。

改進(jìn)后的換擋器裝配流程如圖3所示，由之前的19道工序變?yōu)楝F(xiàn)在的16道工序，包括13個(gè)工位。

圖3 改進(jìn)后換擋器裝配流程

由改進(jìn)后的工序時(shí)間得出瓶頸工序時(shí)間變?yōu)?4 s，其中工序5、工序8、工序9這三個(gè)工序?yàn)闄C(jī)器加工，與其他工序可同時(shí)進(jìn)行工作且不影響整體生產(chǎn)線進(jìn)程，由此可計(jì)算新生產(chǎn)線的平衡率為：

可以看出，通過ECRS原則對工序進(jìn)行改進(jìn)后，生產(chǎn)線的平衡率得到了大幅度提高，進(jìn)而縮短了產(chǎn)品裝配時(shí)間，增加了單位時(shí)間的產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本，減少了工序間的在制品。

除了對生產(chǎn)線的平衡率進(jìn)行提高之外，對生產(chǎn)線的配送方式也進(jìn)行了優(yōu)化。改進(jìn)后，作業(yè)人員由原來一條生產(chǎn)線需要17人變?yōu)楝F(xiàn)在兩條生產(chǎn)線需要24人。配送方式由之前的從后方貨架上取貨補(bǔ)貨，變?yōu)楝F(xiàn)在分為內(nèi)、外補(bǔ)給兩種方式：內(nèi)補(bǔ)給為兩條生產(chǎn)線中間設(shè)置一名配送人員，外補(bǔ)給為AGV。我們還引入了一些新技術(shù)以保證生產(chǎn)過程中的準(zhǔn)確性，在一些特定工序如工序5、工序8等，安裝防錯(cuò)裝防漏裝裝置，達(dá)到減少錯(cuò)報(bào)和漏報(bào)、提高加工精度和裝配精度的目的。在工序10采用圖像檢測技術(shù)，通過攝像機(jī)獲取目標(biāo)物體的圖像，經(jīng)過處理、提取之后，利用辨別結(jié)果來控制現(xiàn)場設(shè)備的動(dòng)作。采用RFID溯源技術(shù)，可以實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)流程各環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)及監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3 FlexSim仿真

3.1 改進(jìn)前仿真

以改進(jìn)前生產(chǎn)線為依據(jù)，按照原生產(chǎn)線中各個(gè)設(shè)施位置，將與設(shè)施相對的FlexSim實(shí)體依次放置在布局圖的相應(yīng)位置。根據(jù)生產(chǎn)車間的工藝流程，除去裝配線中能夠同時(shí)進(jìn)行且不影響生產(chǎn)流程的工序，如工序6和工序10，建立的模型中主要包括1個(gè)發(fā)生器、16個(gè)處理器、17個(gè)傳送帶和1個(gè)吸收器。設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，將運(yùn)行時(shí)間調(diào)整為1 h即3 600 s，可仿真得出一條生產(chǎn)線1 h的產(chǎn)量為189件。圖4為仿真模型及結(jié)果。

圖4 改進(jìn)前仿真結(jié)果

3.2 改進(jìn)后仿真

經(jīng)過ECRS改進(jìn)后，拆分了工位2由工位1、3人員進(jìn)行分擔(dān)，引入帶有拉索支架組件的主支架零件代替原零件從而減少鉚合過程即取消原工序9;為提高機(jī)器利用率，將工序11、12這種均為機(jī)器自動(dòng)工作、作業(yè)時(shí)間少且可滿足兩條生產(chǎn)線使用的工序放置在了兩條生產(chǎn)線之間的位置。從而將之前的一條直線型生產(chǎn)線變?yōu)楝F(xiàn)在由兩條結(jié)合的U型生產(chǎn)線。按照優(yōu)化后的新布局重新放置了FlexSim實(shí)體，除去不影響生產(chǎn)進(jìn)度的工序5、工序8和新的工序9，同樣設(shè)置時(shí)間為3 600 s。改進(jìn)后的仿真結(jié)果如圖5所示，一條生產(chǎn)線1 h的產(chǎn)量變?yōu)?15件。

圖5 改善后仿真結(jié)果

優(yōu)化后的裝配方法不僅使得生產(chǎn)線的產(chǎn)量有所提高，1 h增加了26件，也大大提高了工作人員的作業(yè)效率。

4 結(jié)論

通過MTM測時(shí)法得出了換擋器裝配線各工序時(shí)間，從而根據(jù)生產(chǎn)平衡率的計(jì)算找出了瓶頸工序，之后運(yùn)用ECRS原則對瓶頸工序進(jìn)行了優(yōu)化，對其中存在不合理問題的工序進(jìn)行了重新分配。通過使用改善后的工藝裝備取消了工序9，有效地解決了工作量不均衡以及浪費(fèi)時(shí)間的問題，并增加了實(shí)時(shí)監(jiān)測的設(shè)備以保證生產(chǎn)過程的準(zhǔn)確性。通過此次優(yōu)化，瓶頸工序由之前的15 s縮短為14 s,生產(chǎn)線平衡率由74.97%提高到95.39%，一條生產(chǎn)線1 h的產(chǎn)量增加了26件，合理分配工序的同時(shí)大大提升了工作人員的作業(yè)效率、設(shè)備利用率和產(chǎn)量，對企業(yè)生產(chǎn)效率的提高具有實(shí)際意義。