戴琳琳

(浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用工程學(xué)院,浙江 杭州 310018)

生產(chǎn)線平衡是通過調(diào)整作業(yè)負(fù)荷對(duì)生產(chǎn)工序進(jìn)行平均化,以使各作業(yè)時(shí)間盡可能相近的一種技術(shù)方法。隨著汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代頻率加快,同時(shí)因?yàn)楹笠咔闀r(shí)代原材料短缺等難以預(yù)測(cè)的各種情況,汽車生產(chǎn)線調(diào)整頻繁。因此,調(diào)整生產(chǎn)節(jié)拍,保證生產(chǎn)線合理高效運(yùn)行,是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線平衡的關(guān)鍵。

作業(yè)測(cè)定和標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)是企業(yè)核算產(chǎn)能和成本的重要依據(jù),是生產(chǎn)節(jié)拍調(diào)整的基礎(chǔ)。常用的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)法有秒表法和預(yù)定動(dòng)作時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)(predetermined time standards,PTS)法。由于PTS法在工作前就預(yù)定了動(dòng)作時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),在作業(yè)測(cè)定中,不需要對(duì)操作者的速度、努力程度等進(jìn)行評(píng)價(jià),受觀察對(duì)象的影響比較小,因此制造企業(yè)大多采用PTS法制定標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)。

Cho等[1]在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段,使用模特排時(shí)(modular arrangement of predetermined time standard,MOD)法對(duì)手工裝配時(shí)間進(jìn)行分析,制定了標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)。黃佳[2]以焊裝車間為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)了秒表法定時(shí)點(diǎn)劃分和數(shù)據(jù)處理方法,并分別用秒表法和方法時(shí)間衡量(method time measurement,MTM)法對(duì)工位時(shí)間進(jìn)行測(cè)定,并進(jìn)行對(duì)比分析。王霞等[3]運(yùn)用模特排時(shí)法對(duì)當(dāng)前的作業(yè)工時(shí)進(jìn)行核定,并運(yùn)用動(dòng)作優(yōu)化、工序重排等方式對(duì)流水線的生產(chǎn)模式進(jìn)行改進(jìn),提升產(chǎn)能。楊太衛(wèi)[4]以汽車空調(diào)總裝生產(chǎn)線為研究對(duì)象,使用工業(yè)工程(industrial engineering,IE)法和啟發(fā)式平衡算法,改善了瓶頸工序,提高了生產(chǎn)線的平衡率。

在汽車總裝混流生產(chǎn)線平衡研究中,如何快速、準(zhǔn)確地利用PTS法制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是困擾工業(yè)工程師的一大難題,也是企業(yè)產(chǎn)量大幅變化時(shí)勞資沖突的焦點(diǎn)。本文研究的基于MOD的啟發(fā)式算法,能較快完成混流車型生產(chǎn)線平衡工作。

1 MOD法

1.1 汽車標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)MOD基礎(chǔ)動(dòng)素

MOD法是PTS法的一種,含21種基本動(dòng)作,動(dòng)作符號(hào)與時(shí)間值融為一體,易懂、易學(xué)、易計(jì),被廣泛應(yīng)用于時(shí)間研究。 在MOD法中,1MOD=0.129 s。

在汽車標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的研究中,結(jié)合裝配工藝,將常用MOD動(dòng)作分為3類,分別為移動(dòng)動(dòng)作、終止動(dòng)作以及輔助動(dòng)作。

1)移動(dòng)動(dòng)作,含手指、手腕、手臂以及上體移動(dòng)動(dòng)作,分別對(duì)應(yīng)M1～M7。

2)終止動(dòng)作,含抓取和放置動(dòng)作,如Get(G0、G1、G3),Put(P0、P2、P5)。

3)輔助動(dòng)作,含判斷、走動(dòng)、彎腰等動(dòng)作,如Walk(W5)、Eye Control(E2 、E4)、Read(R2 、R3)、Use Tool(U0.5、U1、U2、U3、U4)。按精益生產(chǎn)要求,此類動(dòng)作不直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,需要盡量減少。

1.2 基于動(dòng)素相似性的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作

汽車混流生產(chǎn)是指在同一生產(chǎn)線進(jìn)行不同車型零件的組裝,盡管不同車型零部件的種類存在差異,但其在總裝裝配工藝上卻有較大的相似性[5]。由于同平臺(tái)工藝裝配動(dòng)素存在相似性,因此可以按照精簡(jiǎn)化和標(biāo)準(zhǔn)化原則建立標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作庫(kù)。

精簡(jiǎn)化:按照精益生產(chǎn)要求,動(dòng)作精簡(jiǎn),取消或減少走動(dòng)、彎腰等動(dòng)作,如在安裝門板內(nèi)飾時(shí),可以通過調(diào)整抱具高度避免彎腰操作,又如可以利用隨行工具,減少員工走動(dòng)。

標(biāo)準(zhǔn)化:基于動(dòng)素相似性,規(guī)范典型工作,保證動(dòng)作最優(yōu)。

針對(duì)汽車混線總裝生產(chǎn),通過MOD預(yù)定動(dòng)作分析,建立表1 所示通用標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作表。

表1 基于動(dòng)素相似性的總裝生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作

2 汽車混流生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

研究汽車混流生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)模型時(shí),需要結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際,建立基于MOD法的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)系統(tǒng)。首先進(jìn)行動(dòng)作研究,將汽車總裝生產(chǎn)線各裝配作業(yè)拆分為最小單元?jiǎng)铀?然后使用MOD法計(jì)算各動(dòng)素的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)。

標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含工藝代碼、工藝描述、工位號(hào)、工序號(hào)、工序、工步等內(nèi)容。

1)工藝代碼:以組裝線編號(hào)命名。

2)工藝描述:工藝操作內(nèi)容描述。

3)工位號(hào):工位的編號(hào),以數(shù)字+工位方向組合描述。

4)工序號(hào):工序的編號(hào),以10倍數(shù)來描述。

5)工序步數(shù):按模特?cái)?shù)計(jì)算工序步數(shù),用001～999三位數(shù)表示。

6)工序?qū)傩?表示零件安裝順序性是否受到限制,用0、1、2代表不同屬性, 0表示不受限,1表示前工序或后工序單向受限,2表示雙向受限。

7)工步:用模特法中的倍數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作表示。

當(dāng)工藝確定后,工序ID就是唯一的,可作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)代碼。以某公司A車型某一工藝的某一工步為例,進(jìn)行示意。

ID: FGR0520002L0100280

//FGR05200為工藝代碼(工藝描述:后擋取件工藝),02L為工位號(hào),010為工序號(hào),028為工序步數(shù),最后一位0代表工序可移動(dòng)。

Step01:05W5

//工步1:走5步至貨架。

Step02:01M2G1

//工步2:拿取后擋零件。

3 啟發(fā)式平衡算法

在汽車總裝混流生產(chǎn)過程中,車型的導(dǎo)入一般采用原車型復(fù)制平衡法,即參考現(xiàn)有車型工藝部件進(jìn)行工時(shí)導(dǎo)入,但由于具體零件安裝存在差異,會(huì)產(chǎn)生較多的工步差異,出現(xiàn)明顯的非平衡工藝。在標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)系統(tǒng)下,可以利用啟發(fā)式算法來進(jìn)行生產(chǎn)線平衡優(yōu)化。

3.1 假設(shè)前提

在原車型復(fù)制平衡中應(yīng)用啟發(fā)式算法,需做以下假設(shè):

1)工位總數(shù)p受限,不能移動(dòng)固定的工裝和設(shè)備。

2)原有生產(chǎn)節(jié)拍固定。

4)已知工步模特?cái)?shù),由模特?cái)?shù)可得工位時(shí)間Ti(第i個(gè)工位)、工序時(shí)間Tij(第i個(gè)工位的第j個(gè)工序)、工步時(shí)間Tijk(第i個(gè)工位第j個(gè)工序的k工步)。

5)已知工位和工序的工藝是否受到限制,如前后順序的限制關(guān)系、無法移動(dòng)的工裝設(shè)備等。

3.2 求解過程

基于以上假設(shè),逐步完成計(jì)算求解。

Step1,按照工藝方向,尋找負(fù)荷率超出L的工位i,往工藝前端尋找負(fù)荷率小于L的工位m,否則往工藝后端尋找工位m。

Step2,用T1表示工位空閑時(shí)間,計(jì)算工位m空閑時(shí)間T1m。

Step3,尋找滿足工藝不受限的最小工序時(shí)間Tij,Tij

Step4,移動(dòng)工序ij或工步ijk的操作內(nèi)容到工位m上。

Step5,重新計(jì)算Ti,目標(biāo)Z取最小值,工位i達(dá)到理想負(fù)荷率。

Step6,按工位循環(huán)以上步驟,直至所有工位達(dá)到理想負(fù)荷率。

4 應(yīng)用意義

以某整車制造企業(yè)總裝生產(chǎn)線為例,其已成功量產(chǎn)車型A,混流生產(chǎn)線剛投產(chǎn)新車型B,使用標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和啟發(fā)式算法進(jìn)行B車型的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)計(jì)算和生產(chǎn)線平衡研究,具體以B車型內(nèi)飾4線為例。

將A車型工藝導(dǎo)入B車型,建立B車型工藝標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)數(shù)據(jù)。由圖1可知,工位負(fù)荷率出現(xiàn)了明顯的不平衡,不能滿足生產(chǎn)要求。

圖1 B車型內(nèi)飾4線工位負(fù)荷率圖

以02L、05L工位為例,進(jìn)行工位平衡。首先,調(diào)動(dòng)05L工位標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)代碼。代碼ID 顯示,05L工位共有17個(gè)工序,其中向前移動(dòng)工序4個(gè),向后移動(dòng)工序2個(gè),受限工序11個(gè)。內(nèi)飾4線工位平均負(fù)荷率為82.3%,公司要求操作工負(fù)荷率不超過90%,因此理想工位負(fù)荷率L=82.3%。4個(gè)可向前移動(dòng)工序按3.2步驟求解,對(duì)應(yīng)工序的移動(dòng)和負(fù)荷率情況見表2。

表2 工序移動(dòng)和負(fù)荷率表

工序160、170由于只存在向后移動(dòng),因此不影響L02L。

至此,盡管工位02L負(fù)荷率過低,但由于工位05L已無法再調(diào)整,因此工位02L不再做調(diào)整。依次完成其他工位的平衡,直至所有工位達(dá)到負(fù)荷平衡。經(jīng)過三輪調(diào)整,所有工位達(dá)到理想負(fù)荷率,整體負(fù)荷率曲線趨于平緩,如圖2所示,圖中Round0代表原始狀態(tài),Round1代表一輪調(diào)整,Round2代表二輪調(diào)整,Round3代表三輪調(diào)整。

圖2 B車型內(nèi)飾4線工位負(fù)荷趨勢(shì)圖

汽車總裝混流生產(chǎn)時(shí),后導(dǎo)入車型由于工裝和設(shè)備受限,無法實(shí)現(xiàn)工位負(fù)荷的絕對(duì)均衡。在實(shí)際生產(chǎn)中,企業(yè)會(huì)綜合考慮多車型的產(chǎn)量和成本,進(jìn)一步確認(rèn)是否進(jìn)行A車型工序調(diào)整或工裝的重新布置,來提高B車型的平衡率。

5 結(jié)束語(yǔ)

汽車總裝標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)制定是一項(xiàng)龐大的工程,而數(shù)學(xué)分析法理論性比較強(qiáng),實(shí)際約束條件復(fù)雜,因此在實(shí)際工作過程中很少應(yīng)用數(shù)學(xué)分析法進(jìn)行生產(chǎn)線平衡改善?；贛OD法的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)系統(tǒng),采用啟發(fā)式方法快速對(duì)動(dòng)作要素進(jìn)行排序、合并、重組、平衡,來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)拍的快速調(diào)整,具有較高的準(zhǔn)確性和廣泛的適用性。