工業(yè)工程和D公司生產(chǎn)線平衡研究論文
摘要：本文通過對D公司發(fā)動機(jī)內(nèi)裝線的生產(chǎn)線平衡問題進(jìn)行研究，將工業(yè)工程改善的相關(guān)理論知識與Arena仿真模擬相結(jié)合，不僅僅針對目前D公司內(nèi)裝線的生產(chǎn)現(xiàn)狀提出了優(yōu)化方案，而且利用仿真模擬的方法對其改善方案進(jìn)行實際的模擬運行，更加直觀的對優(yōu)化前后的效果進(jìn)行比對，驗證改善方案的可行性。
近年來我國汽車制造業(yè)在國內(nèi)外需求高速增長的帶動背景下，進(jìn)入高速發(fā)展的軌道，產(chǎn)銷量方面連續(xù)6年占據(jù)世界龍頭位置。因此，為滿足我國汽車制造業(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)車間的生產(chǎn)效率，提高平衡率，以供應(yīng)更多的市場需求。隨著汽車制造業(yè)越來越快的發(fā)展，中國汽車零配件的制造企業(yè)同樣到了極大的增速階段。根據(jù)市場調(diào)研可發(fā)現(xiàn)，在目前的零部件企業(yè)生產(chǎn)的過程中，流水線式的生產(chǎn)模式依舊是制造業(yè)的首選[1]。因此，流水線生產(chǎn)過程中的問題分析及平衡率改善，對我國汽車行業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵性的作用。裝配生產(chǎn)線平衡的問題伴隨著流水線的產(chǎn)生而一直存在，在更多的裝配線中，由于每個工位的操作時間做不到完全一致，勢必會造成裝配線某些工位堵塞的后果，而我們需要做的就是對這種問題進(jìn)行解決，也就是裝配線的平衡優(yōu)化[2]。目前來講，在對裝配線平衡問題的研究過程中，用到的方法主要有數(shù)學(xué)算法、工業(yè)工程方法和仿真驗證方法，不同的方法有著不同的擅長點，同樣也有著各自的缺點。本論文將工業(yè)工程方法和Arena仿真驗證方法結(jié)合在一起用來對D公司內(nèi)裝線平衡率進(jìn)行改善。
1D公司內(nèi)裝線現(xiàn)狀
發(fā)動機(jī)裝配二線位于D公司東邊，裝配車間位于樓層的第一層，車間內(nèi)設(shè)有一條總裝線，一個材料庫房，成品放置區(qū)，休息區(qū)，工人物品放置區(qū)。總裝配生產(chǎn)線分為三部分，即內(nèi)裝線，外裝線，噴漆、裝電子元件及測試線，發(fā)動機(jī)裝配二線生產(chǎn)三種不同型號的發(fā)動機(jī)，有EQ6100，EQ6102，EQ6105，因此這是一條混流生產(chǎn)線。本論文中，選擇內(nèi)裝線作為研究對象來具體分析，內(nèi)裝生產(chǎn)線雖然可以裝配不同型號的發(fā)動機(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)行重點研究。內(nèi)裝線屬于裝配線的前段，總共有17個工序，因為內(nèi)裝線存在一人或兩人控制多個工序的現(xiàn)象存在，如果將該情況轉(zhuǎn)化為一個工位進(jìn)行研究能夠更加形象的對其分析。經(jīng)過轉(zhuǎn)化后的工位詳細(xì)操作信息和人員配比如表1所示。對D公司內(nèi)裝線進(jìn)行作業(yè)測定，得出各工位的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間如表2所示。根據(jù)對各工位標(biāo)準(zhǔn)時間的計算可以得出，A9位瓶頸工序，瓶頸工序的時間為381秒，因此內(nèi)裝線的平衡率為：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仿真軟件對內(nèi)裝線進(jìn)行建模之前，需要對模型運行的相關(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性。下面設(shè)定其條件如下：①D公司發(fā)動機(jī)內(nèi)裝線的操作員工每天工作時間為8小時，每周工作5天；②生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程保持穩(wěn)定不變狀態(tài)；③不考慮生產(chǎn)過程中設(shè)備故障等突發(fā)事件；④對D公司內(nèi)裝線上的在制品或原材料在各工位之間的運輸時間予以忽略。
2.2各工序標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間數(shù)據(jù)的分布擬合
在利用擬合分布對內(nèi)裝線各工位的標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行處理時，既可以自行選擇某種分布類型，通過輸入分析器獲取對應(yīng)的分布函數(shù)，也可以利用內(nèi)部提供的功能對其進(jìn)行多種類型的分布，選擇最優(yōu)解。在本論文中，我們選擇后者作為使用的方法。在對內(nèi)裝線各工位標(biāo)準(zhǔn)操作時間進(jìn)行擬合時，輸入分析器會對其時間數(shù)據(jù)的分布情況進(jìn)行估計，同時生成一個測度值用以表明得出的分布函數(shù)與時間數(shù)據(jù)之間的擬合是否相似，我們就可以根據(jù)這個測度值來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`一個工具，輸入分析器主要的功能是用以對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，生成一個分布的參數(shù)估計數(shù)值，同時對數(shù)據(jù)擬合的程度進(jìn)行比對[4]。使用此功能進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合時有以下4個步驟：①建立一個對應(yīng)測量數(shù)據(jù)的文件并修改格式；②對測量數(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)置為對應(yīng)模型中的參數(shù)。在數(shù)據(jù)擬合的過程中，需要設(shè)置其直方圖分組數(shù)（K值），它對于整體的擬合結(jié)果起著關(guān)鍵性的作用。K值過大或者過小都不利于數(shù)據(jù)分布的準(zhǔn)確性和真實性。此處采用數(shù)學(xué)家史特吉斯提出的公式計算分組數(shù)，其計算方法見式（1）。K=1+3.32×logN（1）由于上面對內(nèi)裝線各工位操作時間所測量的數(shù)據(jù)在20組左右，因此取K值為5最合適。在擬合過程中，為保證擬合函數(shù)最優(yōu)需要有兩個要求，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FitAllSummary功能將不同擬合函數(shù)的方差值匯總，每個工位的最優(yōu)擬合函數(shù)如表3所示。
2.3模型運行結(jié)果分析
對模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后進(jìn)行仿真運行，其仿真結(jié)果輸出報告中能夠體現(xiàn)出周期內(nèi)的產(chǎn)品裝配數(shù)量、系統(tǒng)逗留時間、隊列等待時間、排隊裝配數(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。對仿真結(jié)果進(jìn)行分析可知，D公司發(fā)動機(jī)內(nèi)裝線中的工位A9的各項指標(biāo)遠(yuǎn)大于其他工位，這樣導(dǎo)致的結(jié)果是不僅對其他工位的生產(chǎn)能力產(chǎn)生限制，同時也影響了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。而內(nèi)裝線的A5、A7、A8工位也存在優(yōu)化的空間。
3D公司內(nèi)裝生產(chǎn)線平衡率的改善及仿真驗證
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)線的瓶頸工序。在對A9工位進(jìn)行優(yōu)化之前，我們首先對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用清水對活塞環(huán)、連桿等零件進(jìn)行沖洗；②使用壓縮空氣對清洗之后零件進(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通過使用活塞環(huán)安裝需要的專用卡具，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原則的運用通過“5W1H”、“ECRS四原則”對該工序進(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，也縮短了操作時間。在現(xiàn)場利用秒表對其進(jìn)行多次測量發(fā)現(xiàn)，此方案可為A9工序整體節(jié)約7秒的操作時間。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)場利用秒表對其進(jìn)行多次測量發(fā)現(xiàn)，此方案可為A9工序整體節(jié)約10秒的操作時間。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)場利用秒表對其進(jìn)行多次測量發(fā)現(xiàn)，此方案可為A9工序整體節(jié)約15秒的操作時間。④在將活塞環(huán)箍緊的過程中，將手鉗改進(jìn)為電動鉗，并與專用卡具固定在一起，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間。在現(xiàn)場利用秒表對其進(jìn)行多次測量發(fā)現(xiàn)，此方案可為A9工序整體節(jié)約8秒的操作時間。3.1.3雙手作業(yè)分析為更進(jìn)一步的對其進(jìn)行改善，采用雙手作業(yè)分析的方法對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，左右手的動作均從30次將至21次，減少了30%。利用秒表對其進(jìn)行多次測量發(fā)現(xiàn)，此改善方案可為A9工序整體節(jié)約21秒的操作時間。
3.2其他工序的優(yōu)化
通過“5W1H”、“ECRS四原則”對其進(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合并為一個工序。3.3優(yōu)化結(jié)果的驗證計算改善之后的生產(chǎn)線平衡率如下：平衡率=（∑ti/（工站數(shù)*CT））*100%=3037/（11*320）*100%=86.3%對優(yōu)化后的模型進(jìn)行仿真并將前后結(jié)果進(jìn)行對比如表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，產(chǎn)出率提高了14%，內(nèi)裝線的平衡率提高了23.8%。內(nèi)裝線經(jīng)過優(yōu)化之后，無論從生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率，還是生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期等各個方面，都得到了很好的提升效果。
4結(jié)論
總結(jié)來看，本論文完成的主要工作如下：①對D公司發(fā)動機(jī)內(nèi)裝線各工位的操作時間進(jìn)行實際測量，分析生產(chǎn)線中存在的瓶頸工序和其他問題；②利用Arena內(nèi)部的輸入分析器功能對測量的數(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)裝線的對應(yīng)模型進(jìn)行仿真運行，挖掘出內(nèi)裝線存在瓶頸工序、可合并工序等問題；③通過各種優(yōu)化方法對D公司內(nèi)裝線進(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)裝線的平衡率提高了23.8%，不僅有利于內(nèi)裝線生產(chǎn)水平的提高，而且對D公司效益的提升有著直接影響。
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