工業(yè)工程和D公司生產(chǎn)線(xiàn)平衡研究論文
摘要：本文通過(guò)對(duì)D公司發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)裝線(xiàn)的生產(chǎn)線(xiàn)平衡問(wèn)題進(jìn)行研究，將工業(yè)工程改善的相關(guān)理論知識(shí)與Arena仿真模擬相結(jié)合，不僅僅針對(duì)目前D公司內(nèi)裝線(xiàn)的生產(chǎn)現(xiàn)狀提出了優(yōu)化方案，而且利用仿真模擬的方法對(duì)其改善方案進(jìn)行實(shí)際的模擬運(yùn)行，更加直觀的對(duì)優(yōu)化前后的效果進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證改善方案的可行性。
近年來(lái)我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)在國(guó)內(nèi)外需求高速增長(zhǎng)的帶動(dòng)背景下，進(jìn)入高速發(fā)展的軌道，產(chǎn)銷(xiāo)量方面連續(xù)6年占據(jù)世界龍頭位置。因此，為滿(mǎn)足我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)快速發(fā)展的基本需求，必須在生產(chǎn)的根源入手，提高生產(chǎn)車(chē)間的生產(chǎn)效率，提高平衡率，以供應(yīng)更多的市場(chǎng)需求。隨著汽車(chē)制造業(yè)越來(lái)越快的發(fā)展，中國(guó)汽車(chē)零配件的制造企業(yè)同樣到了極大的增速階段。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研可發(fā)現(xiàn)，在目前的零部件企業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，流水線(xiàn)式的生產(chǎn)模式依舊是制造業(yè)的首選[1]。因此，流水線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題分析及平衡率改善，對(duì)我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵性的作用。裝配生產(chǎn)線(xiàn)平衡的問(wèn)題伴隨著流水線(xiàn)的產(chǎn)生而一直存在，在更多的裝配線(xiàn)中，由于每個(gè)工位的操作時(shí)間做不到完全一致，勢(shì)必會(huì)造成裝配線(xiàn)某些工位堵塞的后果，而我們需要做的就是對(duì)這種問(wèn)題進(jìn)行解決，也就是裝配線(xiàn)的平衡優(yōu)化[2]。目前來(lái)講，在對(duì)裝配線(xiàn)平衡問(wèn)題的研究過(guò)程中，用到的方法主要有數(shù)學(xué)算法、工業(yè)工程方法和仿真驗(yàn)證方法，不同的方法有著不同的擅長(zhǎng)點(diǎn)，同樣也有著各自的缺點(diǎn)。本論文將工業(yè)工程方法和Arena仿真驗(yàn)證方法結(jié)合在一起用來(lái)對(duì)D公司內(nèi)裝線(xiàn)平衡率進(jìn)行改善。
1D公司內(nèi)裝線(xiàn)現(xiàn)狀
發(fā)動(dòng)機(jī)裝配二線(xiàn)位于D公司東邊，裝配車(chē)間位于樓層的第一層，車(chē)間內(nèi)設(shè)有一條總裝線(xiàn)，一個(gè)材料庫(kù)房，成品放置區(qū)，休息區(qū)，工人物品放置區(qū)�？傃b配生產(chǎn)線(xiàn)分為三部分，即內(nèi)裝線(xiàn)，外裝線(xiàn)，噴漆、裝電子元件及測(cè)試線(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配二線(xiàn)生產(chǎn)三種不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，有EQ6100，EQ6102，EQ6105，因此這是一條混流生產(chǎn)線(xiàn)。本論文中，選擇內(nèi)裝線(xiàn)作為研究對(duì)象來(lái)具體分析，內(nèi)裝生產(chǎn)線(xiàn)雖然可以裝配不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，但由于機(jī)體的整體結(jié)構(gòu)是差不多的，所以工序上也是大體一致的。因此，本論文以產(chǎn)品EQ6100汽油機(jī)作為主要研究案例，進(jìn)行重點(diǎn)研究。內(nèi)裝線(xiàn)屬于裝配線(xiàn)的前段，總共有17個(gè)工序，因?yàn)閮?nèi)裝線(xiàn)存在一人或兩人控制多個(gè)工序的現(xiàn)象存在，如果將該情況轉(zhuǎn)化為一個(gè)工位進(jìn)行研究能夠更加形象的對(duì)其分析。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化后的工位詳細(xì)操作信息和人員配比如表1所示。對(duì)D公司內(nèi)裝線(xiàn)進(jìn)行作業(yè)測(cè)定，得出各工位的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間如表2所示。根據(jù)對(duì)各工位標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的計(jì)算可以得出，A9位瓶頸工序，瓶頸工序的時(shí)間為381秒，因此內(nèi)裝線(xiàn)的平衡率為：平衡率=（∑ti/（工站數(shù)×CT））×100%=3098/（13×381）×100%=62.5%。
2D公司內(nèi)裝生產(chǎn)線(xiàn)的仿真建模
2.1仿真建模條件設(shè)定
當(dāng)利用Arena仿真軟件對(duì)內(nèi)裝線(xiàn)進(jìn)行建模之前，需要對(duì)模型運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)以及前提條件進(jìn)行確定[3]，這樣才能確保建模的相似性和真實(shí)性。下面設(shè)定其條件如下：①D公司發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)裝線(xiàn)的操作員工每天工作時(shí)間為8小時(shí)，每周工作5天；②生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)流程保持穩(wěn)定不變狀態(tài)；③不考慮生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備故障等突發(fā)事件；④對(duì)D公司內(nèi)裝線(xiàn)上的在制品或原材料在各工位之間的運(yùn)輸時(shí)間予以忽略。
2.2各工序標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間數(shù)據(jù)的分布擬合
在利用擬合分布對(duì)內(nèi)裝線(xiàn)各工位的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行處理時(shí)，既可以自行選擇某種分布類(lèi)型，通過(guò)輸入分析器獲取對(duì)應(yīng)的分布函數(shù)，也可以利用內(nèi)部提供的功能對(duì)其進(jìn)行多種類(lèi)型的分布，選擇最優(yōu)解。在本論文中，我們選擇后者作為使用的方法。在對(duì)內(nèi)裝線(xiàn)各工位標(biāo)準(zhǔn)操作時(shí)間進(jìn)行擬合時(shí)，輸入分析器會(huì)對(duì)其時(shí)間數(shù)據(jù)的分布情況進(jìn)行估計(jì)，同時(shí)生成一個(gè)測(cè)度值用以表明得出的分布函數(shù)與時(shí)間數(shù)據(jù)之間的擬合是否相似，我們就可以根據(jù)這個(gè)測(cè)度值來(lái)選擇最合適的分布函數(shù)作為模型的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。作為Arena仿真軟件內(nèi)部自帶的`一個(gè)工具，輸入分析器主要的功能是用以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，生成一個(gè)分布的參數(shù)估計(jì)數(shù)值，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)擬合的程度進(jìn)行比對(duì)[4]。使用此功能進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合時(shí)有以下4個(gè)步驟：①建立一個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)的文件并修改格式；②對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分布；③選擇合適使用的分布；④將選擇的最佳函數(shù)表達(dá)式設(shè)置為對(duì)應(yīng)模型中的參數(shù)。在數(shù)據(jù)擬合的過(guò)程中，需要設(shè)置其直方圖分組數(shù)（K值），它對(duì)于整體的擬合結(jié)果起著關(guān)鍵性的作用。K值過(guò)大或者過(guò)小都不利于數(shù)據(jù)分布的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。此處采用數(shù)學(xué)家史特吉斯提出的公式計(jì)算分組數(shù)，其計(jì)算方法見(jiàn)式（1）。K=1+3.32×logN（1）由于上面對(duì)內(nèi)裝線(xiàn)各工位操作時(shí)間所測(cè)量的數(shù)據(jù)在20組左右，因此取K值為5最合適。在擬合過(guò)程中，為保證擬合函數(shù)最優(yōu)需要有兩個(gè)要求，其一是要求Correspondingp-value>0.15，其二是選擇擬合表達(dá)式中方差最小的函數(shù)[5]。通過(guò)FitAllSummary功能將不同擬合函數(shù)的方差值匯總，每個(gè)工位的最優(yōu)擬合函數(shù)如表3所示。
2.3模型運(yùn)行結(jié)果分析
對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后進(jìn)行仿真運(yùn)行，其仿真結(jié)果輸出報(bào)告中能夠體現(xiàn)出周期內(nèi)的產(chǎn)品裝配數(shù)量、系統(tǒng)逗留時(shí)間、隊(duì)列等待時(shí)間、排隊(duì)裝配數(shù)量以及資源均態(tài)利用率，等具體數(shù)值指標(biāo)[6]，具體結(jié)果如表4所示。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析可知，D公司發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)裝線(xiàn)中的工位A9的各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)大于其他工位，這樣導(dǎo)致的結(jié)果是不僅對(duì)其他工位的生產(chǎn)能力產(chǎn)生限制，同時(shí)也影響了生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率。而內(nèi)裝線(xiàn)的A5、A7、A8工位也存在優(yōu)化的空間。
3D公司內(nèi)裝生產(chǎn)線(xiàn)平衡率的改善及仿真驗(yàn)證
3.1瓶頸工序的優(yōu)化
3.1.1瓶頸工序分析根據(jù)仿真結(jié)果可知，A9工位的裝活塞連桿總成為整條生產(chǎn)線(xiàn)的瓶頸工序。在對(duì)A9工位進(jìn)行優(yōu)化之前，我們首先對(duì)該工位的具體工作內(nèi)容進(jìn)行分析。A9-裝活塞連桿總成的具體操作內(nèi)容為：①用清水對(duì)活塞環(huán)、連桿等零件進(jìn)行沖洗；②使用壓縮空氣對(duì)清洗之后零件進(jìn)行吹凈處理；③用活塞梢將連桿安裝到活塞的稍孔中；④在活塞上的環(huán)槽中安裝活塞環(huán)；⑤潤(rùn)滑活塞裙部、活塞梢，并且將其均勻處理；⑥清潔氣缸表面、汽缸壁、連桿軸頸、并用壓縮空氣吹凈；⑦潤(rùn)滑汽缸壁、連桿軸頸，并且將其均勻處理；⑧將連桿、活塞總成從缸筒上方，連桿大頭向下插入氣缸中；⑨通過(guò)使用活塞環(huán)安裝需要的專(zhuān)用卡具，將活塞環(huán)箍緊至與缸套內(nèi)直徑保持同樣尺寸；⑩在活塞環(huán)處涂抹機(jī)油潤(rùn)滑；輥輯訛將活塞環(huán)推入缸套中；輥輰訛在連桿軸頸上安裝連桿瓦；輥輱訛檢查連桿瓦的兩顆緊固螺栓方向是否正確。3.1.25W1H技術(shù)和ECRS原則的運(yùn)用通過(guò)“5W1H”、“ECRS四原則”對(duì)該工序進(jìn)行分析優(yōu)化：①在將活塞環(huán)安裝到活塞上的環(huán)槽中，將活塞鉗的位置從工具臺(tái)改進(jìn)為懸掛于工人身前，這樣既減少了工人的疲勞強(qiáng)度，也縮短了操作時(shí)間。在現(xiàn)場(chǎng)利用秒表對(duì)其進(jìn)行多次測(cè)量發(fā)現(xiàn)，此方案可為A9工序整體節(jié)約7秒的操作時(shí)間。②將清洗活塞環(huán)、連桿等零部件并吹凈的操作改進(jìn)為在工序之前完成。在現(xiàn)場(chǎng)利用秒表對(duì)其進(jìn)行多次測(cè)量發(fā)現(xiàn)，此方案可為A9工序整體節(jié)約10秒的操作時(shí)間。③取消清潔氣缸表面、汽缸壁，并用壓縮空氣吹凈的操作。在現(xiàn)場(chǎng)利用秒表對(duì)其進(jìn)行多次測(cè)量發(fā)現(xiàn)，此方案可為A9工序整體節(jié)約15秒的操作時(shí)間。④在將活塞環(huán)箍緊的過(guò)程中，將手鉗改進(jìn)為電動(dòng)鉗，并與專(zhuān)用卡具固定在一起，此改進(jìn)方案能夠減少工人的操作強(qiáng)度，并且可以減少操作時(shí)間。在現(xiàn)場(chǎng)利用秒表對(duì)其進(jìn)行多次測(cè)量發(fā)現(xiàn)，此方案可為A9工序整體節(jié)約8秒的操作時(shí)間。3.1.3雙手作業(yè)分析為更進(jìn)一步的對(duì)其進(jìn)行改善，采用雙手作業(yè)分析的方法對(duì)操作者在一整套操作中出現(xiàn)的雙手操作不平衡、效果不佳等進(jìn)行分析，在操作方面做出更深層次的改善。其改善前后的各操作次數(shù)如表5所示。改善后，左右手的動(dòng)作均從30次將至21次，減少了30%。利用秒表對(duì)其進(jìn)行多次測(cè)量發(fā)現(xiàn)，此改善方案可為A9工序整體節(jié)約21秒的操作時(shí)間。
3.2其他工序的優(yōu)化
通過(guò)“5W1H”、“ECRS四原則”對(duì)其進(jìn)行分析優(yōu)化：①將工序A5的操作并入工序A4；②將工序A7和A8合并為一個(gè)工序。3.3優(yōu)化結(jié)果的驗(yàn)證計(jì)算改善之后的生產(chǎn)線(xiàn)平衡率如下：平衡率=（∑ti/（工站數(shù)*CT））*100%=3037/（11*320）*100%=86.3%對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行仿真并將前后結(jié)果進(jìn)行對(duì)比如表6所示。由表可知，改善之后的產(chǎn)品輸出數(shù)量增幅達(dá)到14個(gè)，產(chǎn)出率提高了14%，內(nèi)裝線(xiàn)的平衡率提高了23.8%。內(nèi)裝線(xiàn)經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后，無(wú)論從生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率，還是生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期等各個(gè)方面，都得到了很好的提升效果。
4結(jié)論
總結(jié)來(lái)看，本論文完成的主要工作如下：①對(duì)D公司發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)裝線(xiàn)各工位的操作時(shí)間進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，分析生產(chǎn)線(xiàn)中存在的瓶頸工序和其他問(wèn)題；②利用Arena內(nèi)部的輸入分析器功能對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分布，得出各工位最優(yōu)的分布函數(shù)，并建立內(nèi)裝線(xiàn)的對(duì)應(yīng)模型進(jìn)行仿真運(yùn)行，挖掘出內(nèi)裝線(xiàn)存在瓶頸工序、可合并工序等問(wèn)題；③通過(guò)各種優(yōu)化方法對(duì)D公司內(nèi)裝線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化改善，不僅消除了瓶頸工序，而且將其他工序進(jìn)行二次優(yōu)化，將內(nèi)裝線(xiàn)的平衡率提高了23.8%，不僅有利于內(nèi)裝線(xiàn)生產(chǎn)水平的提高，而且對(duì)D公司效益的提升有著直接影響。
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