基于TOC和IE的鐵路軸承再制造產(chǎn)能提升方案

楊曉英，徐嚴(yán)冬，楊洋

(河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院, 河南 洛陽(yáng) 471003)

輪對(duì)軸承是鐵路貨車的關(guān)鍵零件，其可靠性直接決定車輛的運(yùn)行和安全性能。貨車軸承再制造是指在軸承預(yù)期壽命轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前，對(duì)其性能和壽命具有關(guān)鍵作用的已磨損或損壞部件進(jìn)行修復(fù)或更換，恢復(fù)軸承的預(yù)期工作壽命。再制造有利于發(fā)揮材料性能、減少材料消耗、減輕環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，是符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項(xiàng)綠色系統(tǒng)工程[1-2]。目前貨車軸承再制造的產(chǎn)能與需求不匹配，影響了資源的充分利用和企業(yè)的效益。通過(guò)對(duì)產(chǎn)能提升方法研究，可以不斷提升軸承再制造效率、減少資源浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)提高貨車軸承再制造企業(yè)效益和增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外制造企業(yè)產(chǎn)能提升的主要方法是工業(yè)工程(IE)常用理論方法。文獻(xiàn)[3]運(yùn)用工業(yè)工程方法對(duì)裝配線平衡問(wèn)題進(jìn)行了研究，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行了優(yōu)化，提高了產(chǎn)能。文獻(xiàn)[4]針對(duì)生產(chǎn)線存在的產(chǎn)能不足、物流路徑混亂、生產(chǎn)線不平衡等問(wèn)題，提出了基于整流化理論的精益改善方案。文獻(xiàn)[5]用優(yōu)化的二進(jìn)制遺傳算法建立仿真模型,研究了隨機(jī)和動(dòng)態(tài)特性的生產(chǎn)線,優(yōu)化了工藝加工路線，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)能。文獻(xiàn)[6]運(yùn)用精益制造的方法提高生產(chǎn)能力。文獻(xiàn)[7]結(jié)合設(shè)備綜合效率(OEE)和生產(chǎn)率持續(xù)提升生產(chǎn)能力。但是，基于瓶頸理論(Theory of Constraints，TOC)提升產(chǎn)能的研究成果較少，其核心觀點(diǎn)為立足于企業(yè)系統(tǒng)，通過(guò)聚焦于瓶頸的改善，達(dá)到系統(tǒng)各環(huán)節(jié)同步、整體改善的目標(biāo)。

下文針對(duì)某企業(yè)貨車軸承再制造產(chǎn)能不足問(wèn)題，應(yīng)用TOC與IE相結(jié)合的方法，建立產(chǎn)能分析模型，辨析貨車軸承再制造生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)能問(wèn)題，設(shè)計(jì)投入少見(jiàn)效快的產(chǎn)能提升方案，并分析方案的有效性。

1 問(wèn)題的提出

1)在現(xiàn)有的條件下不增加人員，只是通過(guò)優(yōu)化流程和改進(jìn)作業(yè)方式等方法，使產(chǎn)量能達(dá)到300套/d。

2)通過(guò)少量投入方法，使產(chǎn)能達(dá)到450套/d以上。

為此，應(yīng)用TOC與IE技術(shù)方法，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查、分析與診斷，提出可行的解決方案。

2 產(chǎn)能分析模型建立

2.1 基于TOC的瓶頸識(shí)別

TOC認(rèn)為，系統(tǒng)的產(chǎn)能是由系統(tǒng)中的一個(gè)或者少數(shù)的幾個(gè)約束環(huán)節(jié)所決定的。所以，增加系統(tǒng)產(chǎn)能最有效的辦法是充分利用瓶頸的活力。對(duì)于一個(gè)生產(chǎn)型企業(yè)，瓶頸資源就是生產(chǎn)系統(tǒng)能力最薄弱的環(huán)節(jié)，如瓶頸設(shè)備或工位。把負(fù)荷率大于等于100%的設(shè)備或工位定為瓶頸資源，定義如下：

設(shè)系統(tǒng)中有n個(gè)資源，其中資源Xi(i=1,2,…,n)的實(shí)際能力為Ci(i=1,2,…,n)，其外部需求量為URi(i=1,2,…,n) 。某些資源之間存在互為輸入和輸出關(guān)系R。假設(shè)與資源Xi相關(guān)聯(lián)的資源組成集合M，即

M={j|j≠i∧?R(Xi,Xj)}，

(1)

當(dāng)且僅當(dāng)Ci≤min[URi,min(?Cj,j∈M)]時(shí)，資源Xi為瓶頸資源[8]。

網(wǎng)格化管理源于計(jì)算機(jī)網(wǎng)格管理概念。它的主要特點(diǎn)是：將管理對(duì)象按照一定的標(biāo)準(zhǔn)劃分成若干網(wǎng)格單元，利用現(xiàn)代信息技術(shù)和各網(wǎng)格單元間的協(xié)調(diào)機(jī)制，在網(wǎng)格單元之間實(shí)現(xiàn)有效的信息交流，透明共享組織的資源，最終達(dá)到整合組織資源、提高管理效率的現(xiàn)代化管理目的。探索黨組織設(shè)置網(wǎng)格化，著力構(gòu)建“組織全覆蓋，管理精細(xì)化，服務(wù)全方位”的離退休網(wǎng)格化黨建格局，提升離退休黨建工作，使黨組織與黨員溝通面對(duì)面，服務(wù)零距離，確保在職職工和離退休職工隊(duì)伍和諧穩(wěn)定，充分發(fā)揮黨的政治優(yōu)勢(shì)，團(tuán)結(jié)帶領(lǐng)廣大離退休老同志老黨員，成為為企業(yè)和社會(huì)提供正能量的先進(jìn)群體，樹立起離退休工作的新形象。

2.2 產(chǎn)能分析模型

設(shè)T為實(shí)際有效工作時(shí)間；T0為日制度工作時(shí)間(一班制8 h)；α為時(shí)間寬放率,是在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行非純作業(yè)所消耗的附加時(shí)間與補(bǔ)償某些影響作業(yè)的時(shí)間(如生理需要、設(shè)備故障等)之和占日制度工作時(shí)間的比率，則

T=T0(1-α)。

(2)

設(shè)ti為裝配線i工位的作業(yè)時(shí)間，工位最長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間timax為瓶頸工位時(shí)間；r為裝配線節(jié)拍，則產(chǎn)能模型為

Q=T/timax=T0(1-α)/timax，

(3)

由timax=r, 可得

Q=T0(1-α)/r。

(4)

3 鐵路軸承再制造產(chǎn)能現(xiàn)狀分析

3.1 流程分析

軸承再制造過(guò)程中，大部分零件是由舊軸承拆解、清洗、磨削而來(lái)，其尺寸不標(biāo)準(zhǔn)，故需在裝配前進(jìn)行零件甄別和篩選，按不同規(guī)格和年份等條件進(jìn)行內(nèi)、外圈分選，同時(shí)要刻大修標(biāo)記和再清洗等準(zhǔn)備工作。裝配線現(xiàn)有14名員工，多數(shù)員工當(dāng)天要承擔(dān)2項(xiàng)以上任務(wù)。裝配工藝流程及人員配置見(jiàn)表1。

表1 改進(jìn)前裝配工藝流程及人員配置

3.2 時(shí)間測(cè)定

經(jīng)過(guò)對(duì)14名員工全天(8:00-18:00)的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，記錄了每人每天的實(shí)際準(zhǔn)備時(shí)間、上線工作時(shí)間和休息時(shí)間，結(jié)果見(jiàn)表2。由表可知，多數(shù)裝配工人每天8：00-10：30先做準(zhǔn)備工作，每人的實(shí)際裝配時(shí)間不均衡，最長(zhǎng)為7.5 h，最短只有4.5 h。

表2 員工日工作時(shí)間測(cè)定表

3.3 瓶頸識(shí)別

根據(jù)時(shí)間測(cè)定結(jié)果，各裝配工位的作業(yè)時(shí)間分布如圖1所示。由圖可知，各裝配工位的作業(yè)時(shí)間極不均衡，導(dǎo)致裝配線不平衡。作業(yè)時(shí)間最長(zhǎng)的是配套工位60 s，其次是注脂工位45 s。因此配套工位是整條裝配線的瓶頸工位。

圖1 裝配線各工位作業(yè)時(shí)間

3.4 產(chǎn)能分析

裝配線的節(jié)拍由瓶頸工位決定，即為60 s。根據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，配套工人每天在裝配線上的有效工作時(shí)間是4.5 h，由 (3) 式可得該裝配線最大產(chǎn)能為270套/d。由于配套是裝配線中最為復(fù)雜、技能要求最高的工序，因此，配套時(shí)間不穩(wěn)定，加上生產(chǎn)作業(yè)組織不合理，使得實(shí)際產(chǎn)量只能達(dá)到250套/d。

因此，要提升裝配線的產(chǎn)能，一方面要最大限度地挖掘瓶頸，使瓶頸效能最大化；另一方面通過(guò)打破瓶頸，提升系統(tǒng)產(chǎn)能。

4 產(chǎn)能提升方案設(shè)計(jì)

4.1 挖掘瓶頸和流程優(yōu)化

1)挖掘瓶頸使瓶頸資源效能最大化：充分發(fā)掘瓶頸資源配套工位的最大產(chǎn)能，使配套工人盡可能把所有工作時(shí)間用于裝配，其原承擔(dān)的準(zhǔn)備任務(wù)重新配置人員，其他非瓶頸工位服從瓶頸工位。

2)流程優(yōu)化：把裝配線從配套工序處分成兩階段，優(yōu)化生產(chǎn)流程。由圖1可知，第1階段的瓶頸工序?yàn)榕涮?，?jié)拍60 s；第2階段的瓶頸工序?yàn)樽⒅?，?jié)拍45 s。兩階段工作時(shí)間之比為4:3，即第1階段裝配線工作4 h，第2階段裝配線只需要工作3 h，第1階段裝配線比第2階段裝配線提前1 h開始工作。

改進(jìn)后的生產(chǎn)組織方式為：1)當(dāng)天準(zhǔn)備任務(wù)為第2天生產(chǎn)服務(wù)，滿足提前4 h的恒溫保存時(shí)間要求；2)第1階段裝配線比第2階段裝配線提前1 h開工，準(zhǔn)備任務(wù)與裝配線工作交叉進(jìn)行，避免線上產(chǎn)品積壓；3)以瓶頸工位為生產(chǎn)節(jié)拍，兼顧非瓶頸工位人員的工作負(fù)荷。優(yōu)化后員工日工作時(shí)間見(jiàn)表3。

表3 優(yōu)化后員工日工作時(shí)間

考慮10%的寬放時(shí)間，優(yōu)化后第1階段裝配線的有效工作時(shí)間為5.4 h，產(chǎn)能為320套/d；第2階段裝配線的有效工作時(shí)間為4.0 h，產(chǎn)能為320套/d。則系統(tǒng)最大產(chǎn)能達(dá)到了320套/d。

4.2 打破瓶頸和工位重組

由于裝配作業(yè)無(wú)法標(biāo)準(zhǔn)化，暫時(shí)難以采用機(jī)器替代人力，因此采用增加人員和工位重組的少投入方式打破瓶頸，具體措施為：增加4人，其中配套工位增加1人；裝配線由原16個(gè)工位重組為13個(gè)工位，使第1階段裝配線節(jié)拍與第階2段裝配線節(jié)拍一致，均為45 s。裝配線工位重組平衡后的作業(yè)時(shí)間如圖2所示。假設(shè)在配套工位增加的1人熟練程度不如原配套工位工人，綜合2人的能力，使原效率60 s/件提升為45 s/件;分配4人進(jìn)行內(nèi)外圈分選、刻字與清洗等準(zhǔn)備工作:則該方案的實(shí)際有效裝配工作時(shí)間能達(dá)到6 h以上，有效產(chǎn)能最大可達(dá)480套/d。

圖2 裝配線重組平衡后的工位作業(yè)時(shí)間

設(shè)裝配線平衡效率為ξ=∑ti/Nr，其中ti為工序時(shí)間；N為工序數(shù)量；節(jié)拍r取45 s。則平衡前ξ=55.6%，平衡后ξ=77.3%，裝配線效率提高了21.7%。

4.3 效果分析

方案1：挖掘瓶頸和流程優(yōu)化

該方案是在沒(méi)有增加投資、人員的情況下，通過(guò)充分挖掘瓶頸資源配套工位的效能和流程優(yōu)化、非瓶頸資源遷就瓶頸資源需求等措施，使產(chǎn)能由250套/d提高到320套/d，提升28%，月收益增加21萬(wàn)元(以每套凈收益100元計(jì))。

方案2：打破瓶頸和工位重組

該方案是通過(guò)增加人員4人、提高配套工位的能力和對(duì)裝配線工位重組平衡等措施，使產(chǎn)能由250套/d提高到480套/d，提升92%。該方案投資預(yù)估3.2萬(wàn)元/月(增加的4人工資、福利等成本)，預(yù)計(jì)月收益增加60萬(wàn)元左右。

以上2種方案都是投入少、見(jiàn)效快的提高產(chǎn)能的有效方法，相比而言，第2種方案的效益更好。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)鐵路貨車軸承產(chǎn)能不足的問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查基礎(chǔ)上，集成應(yīng)用TOC和IE理論方法，優(yōu)化了生產(chǎn)流程與人員配置，識(shí)別了生產(chǎn)瓶頸，提出了2種投入少、見(jiàn)效快的提升系統(tǒng)產(chǎn)能方案，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了方案的有效性，為企業(yè)提高效益提供了方法和思路。