智能裝配生產(chǎn)工序研究

胡紅云+梁雨昕

摘 要：該文對(duì)某公司客車裝配生產(chǎn)線流程進(jìn)行了分析，利用生產(chǎn)線平衡理論找出了瓶頸工序，利用智能制造理論、工業(yè)工程理論進(jìn)行了改善，提高了該生產(chǎn)線的平衡率，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率。利用智能制造、工業(yè)工程的理論和方法分析制造業(yè)生產(chǎn)方式，可以實(shí)現(xiàn)管理創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：智能制造 裝配 生產(chǎn)線平衡率 瓶頸工序

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）07（c）-0006-05

Abstract：This paper analyzes the production process of a vehicle assembly line. By applying the line-balancing theory， the intelligent manufacturing theory and the industrial engineering theory， we managed to detect bottleneck procedures and implement improvement strategies， resulting in increased balancing ratio and productivity of the assembly line. The research shows that management innovation can be achieved by analyzing the production details with intelligent manufacturing theory， industrial engineering theories and methods.

Key Words：Intelligent Manufacturing； Assembly； Line balancing ratio； Bottleneck procedure

《中國(guó)制造2025》提出了加快推動(dòng)新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展，把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向；著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品，推進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程智能化，培育新型生產(chǎn)方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平。對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，智能制造是企業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向，通過(guò)發(fā)展智能制造，可以提升企業(yè)信息化水平，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)制造業(yè)工業(yè)化與信息化深度融合，推進(jìn)制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展。

1 相關(guān)文獻(xiàn)

當(dāng)前，正值我國(guó)大力推動(dòng)信息化與工業(yè)化深度融合，促進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，德國(guó)推動(dòng)的“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”與我國(guó)提出的兩化深度融合有若干相通之處，與我國(guó)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略不謀而合。張曙（2014）[1]指出目前工業(yè)4.0處于理念和戰(zhàn)略思考階段，還不是現(xiàn)實(shí)。闡述了工業(yè)4.0的內(nèi)涵，并提出了我國(guó)企業(yè)實(shí)施工業(yè)4.0的應(yīng)對(duì)策略?？妼W(xué)勤（2014）[2]論述了Industry 4.0的愿景、目標(biāo)、主要內(nèi)容和采用的戰(zhàn)略，分析了智能工廠的體系架構(gòu)，指出應(yīng)該借鑒Industry 4.0智能工廠的理念，促進(jìn)我國(guó)裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。任宇（2015）[3]對(duì)美國(guó)、日本、德國(guó)、中國(guó)的智能制造進(jìn)行了比較分析。指出我國(guó)智能制造與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距。提出了相關(guān)政策建議。吳智慧（2015）[4]概述了工業(yè)4.0的由來(lái)與進(jìn)化過(guò)程、內(nèi)涵與主要內(nèi)容、傳統(tǒng)制造企業(yè)如何適應(yīng)工業(yè)時(shí)代、工業(yè)對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)的啟示等。劉云柏（2015）[5]介紹了互聯(lián)網(wǎng)思維下智能制造的定義、形態(tài)、架構(gòu)及模式，列舉了智能制造在幾家比較有代表性的企業(yè)中的應(yīng)用情況，并探討了互聯(lián)網(wǎng)思維下智能制造發(fā)展的意義。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于智能制造的文獻(xiàn)對(duì)智能制造的含義、架構(gòu)、內(nèi)容、技術(shù)都進(jìn)行了闡述，提出了我國(guó)發(fā)展智能制造的對(duì)策。但大多都是從宏觀上進(jìn)行研究，從企業(yè)生產(chǎn)與工藝上的研究較少，該文結(jié)合我國(guó)客車制造企業(yè)實(shí)際，以某客車生產(chǎn)企業(yè)為例，研究客車裝配生產(chǎn)工藝流程，解決瓶頸工序問(wèn)題，朝著客車裝配生產(chǎn)線的自動(dòng)化、信息化與智能化方向改造，從而提高生產(chǎn)效率。

2 智能生產(chǎn)線建設(shè)的相關(guān)理論

2.1 智能制造

將信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)、制造、管理和服務(wù)等工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以進(jìn)行感知、分析、推理、判斷和決策而產(chǎn)生的一種新的工業(yè)形態(tài)。智能制造能夠大幅度地提高制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。

2.2 生產(chǎn)線平衡

生產(chǎn)線平衡（Assembly Line Balancing），是對(duì)生產(chǎn)線上的所有工序進(jìn)行負(fù)荷分析，通過(guò)調(diào)整各工序間的負(fù)荷分配使得各工序達(dá)到生產(chǎn)力平衡（作業(yè)時(shí)間盡可能相近），以達(dá)到最終消除各種等待及浪費(fèi)現(xiàn)象，提高生產(chǎn)線的整體效率的目的。

這種改善工序間能力使之平衡的方法又稱為“瓶頸改善”。

生產(chǎn)線平衡以生產(chǎn)線平衡率來(lái)衡量：

生產(chǎn)線平衡率E=W/SC

其中，S為工位數(shù)，C為節(jié)拍時(shí)間。

節(jié)拍時(shí)間C=W/Q

其中，W為每天的生產(chǎn)時(shí)間，Q為每天的產(chǎn)量。

2.3 瓶頸工序

指生產(chǎn)線所有工序中所用人均工時(shí)最長(zhǎng)的工序，通常指一道工序，有時(shí)也指幾道工序。對(duì)瓶頸工序改善能夠提高整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)

可以形象稱之為物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物的感知、識(shí)別、控制、網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)和智能處理有機(jī)統(tǒng)一，從而形成高智能決策。

3 對(duì)某公司客車裝配線瓶頸工序的改善

3.1 某公司客車生產(chǎn)現(xiàn)狀

某公司成立于1988年12月，專注于大、中、輕型客車整車研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)，其大中型客車年產(chǎn)能2萬(wàn)輛，輕型客車年產(chǎn)能3萬(wàn)輛，總占地面積80萬(wàn)m2，是國(guó)內(nèi)知名客車生產(chǎn)企業(yè)。

3.1.1 客車裝配工藝流程

某公司客車裝配工藝流程：地板鋪設(shè)→空調(diào)安裝→電器件安裝→側(cè)窗玻璃、前檔風(fēng)玻璃安裝→內(nèi)飾安裝→整車電器調(diào)試→交檢，工藝流程圖如圖1。

（1）地板鋪設(shè)。

地板鋪設(shè)根據(jù)客戶訂單選擇材料，工人手工切割焊接木板，磨平，裝好車燈，此工位有8個(gè)工人，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間38.7 min，所需總工時(shí)310 min。

（2）空調(diào)安裝。

安裝空調(diào)風(fēng)道、空調(diào)壓縮機(jī)、管路、線束等。需工人2人，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間38.5 min（安裝17.5 min，調(diào)整21 min），總工時(shí)77 min。

（3）電器件安裝。

電器件安裝工位的部件較多，包括電源電路、起動(dòng)電路、點(diǎn)火電路、空調(diào)控制電路、儀表電路、照明與信號(hào)電路、輔助電器、電子控制系統(tǒng)，此工位有3個(gè)工人，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間28.3 min，總工時(shí)數(shù)85 min。

（4）側(cè)檔玻璃和前檔玻璃的安裝。

玻璃工位由工人控制升降臺(tái)將玻璃裝到汽車側(cè)面，需8個(gè)工人，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間34.4 min，總工時(shí)數(shù)275 min。

（5）內(nèi)飾件安裝。

安裝儀表板、方向盤、座椅、車頂篷和扶手、內(nèi)襯、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)襯等，需工人9人，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間36 min，總工時(shí)325 min。

最后進(jìn)行整車電器調(diào)試。

3.1.2 總裝流水線工時(shí)分析表

針對(duì)上述5個(gè)工作場(chǎng)地的作業(yè)情況，繪制出流水線工時(shí)分析表，如表1所示。

該條流水線作業(yè)時(shí)間：8 h/d；每天有兩次10 min休息時(shí)間，1 d制造12輛車，流水線節(jié)拍：

C-

3.2 裝配線工藝存在的問(wèn)題

瓶頸一般是流水線中生產(chǎn)節(jié)拍最慢的環(huán)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致在制品的等待，且制約著其他工序的正常作業(yè)，影響著流水線生產(chǎn)的流暢性。

（1）繪制山積圖。

應(yīng)用山積圖對(duì)客車總裝配線進(jìn)行分析，記錄各個(gè)工序作業(yè)及時(shí)間如圖2所示。

由圖2可以看出，地板鋪設(shè)工序時(shí)間最長(zhǎng)，其次是空調(diào)安裝工序，皆在節(jié)拍時(shí)間線之上，其他工序都在節(jié)拍時(shí)間線以下，因此地板鋪設(shè)為首要瓶頸工序，空調(diào)安裝為次要瓶頸工序。

（2）用魚骨圖確定造成瓶頸工序的因素。

通過(guò)認(rèn)真觀察可以發(fā)現(xiàn)，影響地板鋪設(shè)的主要因素是人的因素，工人進(jìn)行手工切割、手工焊接、手工鋪設(shè)，生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，利用魚骨圖列出可能影響地板鋪設(shè)和空調(diào)安裝成為瓶頸工序的各種因素如圖3、圖4所示。

3.3 原因分析

3.3.1 地板鋪設(shè)

木地板的鋪設(shè)手工下料，手工切割造成耗時(shí)長(zhǎng)、尺寸誤差，產(chǎn)生鼓包或縫隙，返工等問(wèn)題；地板革鋪設(shè)手工切割焊接，焊縫不直，尺寸的把控不精密，需要多次測(cè)量并調(diào)整，這樣導(dǎo)致地板鋪設(shè)耗時(shí)長(zhǎng)。

3.3.2 空調(diào)安裝

空調(diào)安裝調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，傳動(dòng)皮帶現(xiàn)場(chǎng)配置，占用作業(yè)空間位置時(shí)間長(zhǎng)，影響其他工藝項(xiàng)目的施工，空調(diào)壓縮機(jī)安裝與后尾燈安裝、滅火器安裝共用操作位置，出現(xiàn)作業(yè)干涉現(xiàn)象，空調(diào)壓縮機(jī)約70 kg重，由人工搬入發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)內(nèi)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，如此占用較多工時(shí)。

3.4 對(duì)瓶頸工藝的改善

由于地板鋪設(shè)是主要瓶頸工藝，筆者將從引入數(shù)控設(shè)備方面進(jìn)行改善；空調(diào)安裝工藝是次要瓶頸工藝，從其工藝拆分方面進(jìn)行改善。

3.4.1 生產(chǎn)線平衡率

公司日產(chǎn)車輛12輛，總裝配生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍C=38.33 min/輛，是理想的生產(chǎn)狀態(tài)。

工人和設(shè)備的利用率還可以改善從而提高生產(chǎn)線平衡率。

3.4.2 對(duì)地板鋪設(shè)工位的作業(yè)方法進(jìn)行改善

針對(duì)前文中分析的問(wèn)題，將人工切割改為地板革數(shù)控下料機(jī)切割，引入自動(dòng)化裝備提高效率。改善前后優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

3.4.3 對(duì)空調(diào)安裝工位的作業(yè)方法進(jìn)行改善

根據(jù)前文所述，造成空調(diào)成為瓶頸的占用作業(yè)空間位置時(shí)間長(zhǎng)，影響干擾其他工藝項(xiàng)目施工，可以將空調(diào)壓縮機(jī)、支架、發(fā)電機(jī)、過(guò)渡輪安排到生產(chǎn)線外集中安裝調(diào)整好之后，用電動(dòng)小叉車送到車上，如此節(jié)省了生線上的作業(yè)時(shí)間，減少了對(duì)其他工序的干擾。

3.5 改善效果

3.5.1 提高了效率和效益

引入地板革數(shù)控下料設(shè)備可提高地板革制作下料進(jìn)度，減小地板革切割加工誤差，減少浪費(fèi)；降低地板革切割工人勞動(dòng)強(qiáng)度；生產(chǎn)線整體機(jī)械化程度提高，自動(dòng)化生產(chǎn)水平得到大大改善；經(jīng)過(guò)測(cè)算，該項(xiàng)改善將在后續(xù)時(shí)間里每年為企業(yè)創(chuàng)造效益67.8萬(wàn)元。

3.5.2 提高了生產(chǎn)線平衡率

引入數(shù)控下料機(jī)后，地板工位作業(yè)時(shí)間平均縮短10 min，該工位所需人數(shù)變?yōu)?人；將空調(diào)安裝工位中的空調(diào)壓縮機(jī)移至線外裝配，減少工位作業(yè)相互干擾，減少了作業(yè)等待時(shí)間，壓縮機(jī)安裝調(diào)試時(shí)間整體縮短了6 min，考慮調(diào)整好后用電動(dòng)小叉車送到車上的時(shí)間為3 min，則該空調(diào)安裝工位生線上作業(yè)時(shí)間較原來(lái)減少了3 min。

3.6 裝配生產(chǎn)線智能化改造

經(jīng)過(guò)對(duì)瓶頸工序的優(yōu)化及數(shù)控下料設(shè)備的引進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化和自動(dòng)化水平的提高，還可以在生產(chǎn)線上引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在每道工序上裝上RFID和傳感器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)感知，上道工序完成之后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入下道工序，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸，以此來(lái)提高整條裝配生產(chǎn)線的自動(dòng)化、信息化、智能化水平。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)某公司客車生產(chǎn)線瓶頸工序的改善，提高了生產(chǎn)線平衡率，消除了等待、浪費(fèi)和低效現(xiàn)象，為裝配生產(chǎn)線實(shí)施數(shù)據(jù)化智能化改造創(chuàng)造了條件，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。

我國(guó)制造業(yè)普遍存在不斷提高生產(chǎn)效率的問(wèn)題，而影響生產(chǎn)效率提高的因素大部分企業(yè)都是生產(chǎn)組織方式問(wèn)題，即生產(chǎn)線上的瓶頸工序?qū)е律a(chǎn)線平衡率低，利用科學(xué)的分析方法，對(duì)影響生產(chǎn)效率的因素進(jìn)行持續(xù)改善，可以提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率，從而實(shí)現(xiàn)管理創(chuàng)新。而在此基礎(chǔ)上引進(jìn)先進(jìn)的工業(yè)及信息化技術(shù)，可以促進(jìn)智能制造。

參考文獻(xiàn)

[1] 張曙.中國(guó)制造企業(yè)如何邁向工業(yè)4.0[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2014（12）：1-5.

[2] 繆學(xué)勤.智能工廠與裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[J].自動(dòng)化儀表，2014（3）：1-6.

[3] 任宇.中國(guó)與主要發(fā)達(dá)國(guó)家智能制造的比較研究[J].工業(yè)經(jīng)濟(jì)論壇，2015（2）：68-76.

[4] 吳智慧.工業(yè)4.0：傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新思維與新模式[J].家具，2015（1）：1-7.

[5] 劉云柏.互聯(lián)網(wǎng)思維下的智能制造構(gòu)成和應(yīng)用與意義[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2015（3）：1-6.

[6] 吳曉艷.裝配生產(chǎn)線平衡的研究[D].上海交通大學(xué)，2007

[7] 王國(guó)化.豐田制造業(yè)真經(jīng)[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社，2014.

[8] 謝峰，張于賢.基于工序時(shí)間尋找生產(chǎn)線瓶頸的新方法[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版，2014（S2）：72-73，84.

[9] 武超然，李芳.基于方法研究及仿真的汽車零部件流程優(yōu)化[J].工業(yè)工程管理，2014（5）：43-51.