轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接生產(chǎn)線平衡研究與仿真分析

李錕，孫麗，童小英，景鳳斌

(1.大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116028; 2.中車大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧 大連 116023)

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接生產(chǎn)線平衡研究與仿真分析

李錕1，孫麗1，童小英1，景鳳斌2

(1.大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116028; 2.中車大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧 大連 116023)

以某機(jī)車廠轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接生產(chǎn)線為例，通過調(diào)研該生產(chǎn)線生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析出影響生產(chǎn)平衡效率、阻礙生產(chǎn)流暢的瓶頸工序.在此基礎(chǔ)上，運用生產(chǎn)線平衡相關(guān)理論對該企業(yè)的構(gòu)架焊接生產(chǎn)線進(jìn)行改善，并應(yīng)用仿真軟件.em-plant.對改善前后方案進(jìn)行對比分析，驗證改善后方案提高了生產(chǎn)線平衡率，達(dá)到該廠的產(chǎn)能需求，效果明顯.

構(gòu)架；生產(chǎn)線平衡；仿真；em-plant

0 引言

隨著鐵路大提速的跨越式發(fā)展和國家城市軌道交通規(guī)劃的出臺，鐵路機(jī)車行業(yè)也得到了迅速發(fā)展.為滿足不斷增加的市場需求，同時提高機(jī)車行業(yè)的國際國內(nèi)市場競爭能力，在機(jī)車關(guān)鍵部件的加工制造過程中，需要不斷降低成本、減低消耗、提高效率、保證質(zhì)量[1].

轉(zhuǎn)向架作為機(jī)車的走行部分起著至關(guān)重要的作用，它不僅要承受、傳遞各作用力及載荷，而且它的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸大小都應(yīng)該滿足各零、部件的結(jié)構(gòu)、形狀及裝配要求.故轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接生產(chǎn)線的平衡關(guān)系到整個工廠的產(chǎn)能輸出.

1 生產(chǎn)線平衡計算與評價方法

1.1 生產(chǎn)節(jié)拍計算方法

節(jié)拍(Cycle Time)：節(jié)拍是生產(chǎn)線中重要的參數(shù)指標(biāo)之一，是指完成一個產(chǎn)品所需的平均時間，其節(jié)拍根據(jù)產(chǎn)量來確定，具體計算方法如下：

(1)

式中,有效生產(chǎn)時間=需求周期×運作模式-

計劃內(nèi)停工-計劃外停工

(2)

有效生產(chǎn)時間一般考慮的因素如下：

(1)需求周期：即生產(chǎn)需求相對穩(wěn)定的時間;

(2)運作模式：包括每班的工作時間與每天幾班制工作;

(3)計劃內(nèi)停工：包括操作人員的休息時間、機(jī)器維護(hù)時間、產(chǎn)量變更等必須的生產(chǎn)變更時間;

(4)計劃外停工：包括機(jī)器故障、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、崗位變更等因素造成的停工.

1.2 生產(chǎn)線平衡評價方法

生產(chǎn)線平衡完成后，對其改善效果評價是不可缺少的步驟，本文主要從三個方面進(jìn)行效果評價[2].分別是：P(表示生產(chǎn)線平衡率)、Bd(表示平衡延遲率)和SI(表示生產(chǎn)線平滑性指數(shù)).

1.2.1 生產(chǎn)線平衡率P

生產(chǎn)線平衡率P表示整條或部分生產(chǎn)線上全部工序的負(fù)荷分配平衡化程度狀況，計算公式如下：

(3)

式中,Ti為第i個工作站的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間；N為整個生產(chǎn)線工序數(shù)量；C.T為生產(chǎn)線工序中最大標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間.

1.2.2 平衡延遲率Bd

平衡延遲率Bd，表示產(chǎn)品在生產(chǎn)線上的總空閑時間(平衡延遲時間)與該產(chǎn)品從開始到結(jié)束留在生產(chǎn)線總時間比[3].計算公式如下：

(4)

式中,N為工位數(shù)；C為理論節(jié)拍；t總總工作時間.

根據(jù)生產(chǎn)線平衡延遲率對其生產(chǎn)線平衡的影響，對其生產(chǎn)線效果進(jìn)行評判，具體評判標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

表1 生產(chǎn)線平衡評判標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3 平滑指數(shù)SI

平滑指數(shù)SI是用來衡量裝配生產(chǎn)線中工位之間工作時間離散分布情況.平滑指數(shù)值越小，說明生產(chǎn)線各工位間工作時間波動越小，平衡效果越好.計算公式如下：

(5)

式中,SI為平滑指標(biāo)；C.T為最大工位作業(yè)時間；t(i)為實際工序節(jié)拍；N為工位數(shù).

2 構(gòu)架焊接生產(chǎn)線改善

2.1 焊接線生產(chǎn)現(xiàn)狀

根據(jù)工廠實際情況，滿足500臺/年的產(chǎn)能需求，全年的工作時間為251天，生產(chǎn)采取1班/天工作制，每班工作時間為8 h.

根據(jù)以上條件確定有效生產(chǎn)時間和生產(chǎn)節(jié)拍所需要的因素如下：

需求周期：1年(251天)；

運作模式：1班/天，8 h/班；

計劃停工(計劃內(nèi)、外)：0.48 h/班；

顧客需求：500臺(即2×500轉(zhuǎn)向架)；

由式(2)得有效生產(chǎn)時間：

由式(1)可得轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接線生產(chǎn)節(jié)拍：

生產(chǎn)節(jié)拍=1 887.52/1 000=1.9h

針對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接生產(chǎn)線作業(yè)特性，采用秒表測時法對每個工序進(jìn)行10次測量，記錄從開始到結(jié)束之間所需時間，計算得到轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接生產(chǎn)線各工序所需的平均作業(yè)時間，選取評定系數(shù)為1，寬放率采用企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)定義1.1，計算得到各工序標(biāo)準(zhǔn)工時，具體見表2.

表2 原始工序標(biāo)準(zhǔn)時間

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，得到焊接生產(chǎn)線平衡率：

2.2 仿真分析

2.2.1 建立仿真模型

根據(jù)工序流程，建立原始生產(chǎn)方案仿真模型[4]，如圖1.

運行em-plant軟件，通過對焊接生產(chǎn)線每天一班制生產(chǎn)情況進(jìn)行仿真，并設(shè)定工作時間為一年(251天)，統(tǒng)計出原始方案的年產(chǎn)量，同時還可以得到原始方案設(shè)備利用率如圖2、圖3所示.

圖2 原始方案產(chǎn)能信息

圖3 原始方案設(shè)備利用率

2.2.2 仿真結(jié)果分析

通過圖中可以看出，原始方案的年產(chǎn)量為338(676/2)臺，不能滿足年產(chǎn)量500臺的需求；SP8(時效處理)、SP10(機(jī)加工)、SP14(噴涂油漆)設(shè)備利用率極高，其他設(shè)備利用率很低，說明影響產(chǎn)能輸出的瓶頸工序為時效處理、機(jī)加工、噴涂油漆，為改善生產(chǎn)線平衡[5]，提高產(chǎn)能，把時效處理、機(jī)加工、噴涂油漆工序增加工作臺位，又根據(jù)對現(xiàn)場工人調(diào)研，可以把工序6與工序7合并成一道工序.再次建立仿真模型，如圖4所示.運行em-plant，同時得到改善方案的年產(chǎn)量與各設(shè)備利用率，詳細(xì)見圖5、圖6.

圖4 改善方案仿真模型

圖5 改善方案產(chǎn)能信息

圖6 改善方案設(shè)備利用率

改善后方案的年產(chǎn)量為565(1 130/2)臺，可以滿足規(guī)劃的年產(chǎn)量500臺要求.改善后SP8、SP10、SP14設(shè)備利用率明顯降低，生產(chǎn)線更加趨向平衡，減少了資源浪費，降低了生產(chǎn)成本.

2.3 改善效果評價

改善后轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接生產(chǎn)線各工序標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間如表3.

表3 改善后工序標(biāo)準(zhǔn)工間

對比焊接生產(chǎn)線改善前后能夠看出，改善后生產(chǎn)線平衡率提高到55.8%，平衡延遲率降低到27.4%，改善后生產(chǎn)線平滑系數(shù)也有所減小，降低到46.3%說明方案改善效果明顯，既能達(dá)到產(chǎn)能需求，又提高了生產(chǎn)平衡率，減小生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)表3中各工序標(biāo)準(zhǔn)工時計算可以得到改善后焊接生產(chǎn)線平衡率為：

3 結(jié)論

針對某機(jī)車廠構(gòu)架焊接生產(chǎn)線產(chǎn)能不足，生產(chǎn)平衡和生產(chǎn)效率低下的問題，本文運用工業(yè)工程基礎(chǔ)知識與生產(chǎn)線平衡理論對此生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化改善，通過對方案的模擬仿真，為改善后方案提供了數(shù)據(jù)支持，改善效果明顯[6].生產(chǎn)線平衡的改善是一個持續(xù)的過程，只有不斷地在生產(chǎn)實際中發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，運用生產(chǎn)平衡相關(guān)知識解決問題，才能找到相對完善的生產(chǎn)方案，提高機(jī)械設(shè)備與人員利用率，降低隱性生產(chǎn)成本，增加企業(yè)效益，進(jìn)而推動企業(yè)長期有益的發(fā)展.

[1]易樹平，郭伏．基礎(chǔ)工業(yè)工程[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013．

[2]毛銀，孫麗，韋江，等．基于IE理論改善裝配線平衡問題[J]．大連交通大學(xué)學(xué)報，2013,35(增刊1)：107- 110．

[3]吳曉燕．裝配生產(chǎn)線平衡研究[D]．上海：上海交通大學(xué)，2007．

[4]施於人，鄧易元．仿真技術(shù)教程[M]．北京：科學(xué)出版社，2009.

[5]石曉萍．基于精益生產(chǎn)的生產(chǎn)線改善研究[D]．廣州：華南理工大學(xué)，2015.

[6]李華．基于em-plant的汽車焊裝生產(chǎn)線仿真與優(yōu)化技術(shù)研究[D]．成都：西南交通大學(xué)，2013.

Balance Research and Simulation Analysis of Welding Production Line of Bogie Frame

LI Kun1，SUN Li1，TONG Xiaoying1，JING Fengbin2

(1.School of Mechanical Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,China; 2.CRRC Dalian Locomotive & Rolling Stock Co.,Ltd,Dalian 116023,China)

The bogie frame welding production line of Dalian locomotive plant was taken as the research object,and the bottle-neck processes that influence the production efficiency and hinder the smooth production were discovered through the investigation of the situation of the production line.On this basis,the theory of production line balance was used for improving frame welding production line and using simulation software to contrast and analysis the programs before and after.The improvement of production balance ratio was verified and meets the plant’s capacity needs.

bogie;production line balance;simulation;em-plant

1673- 9590(2017)04- 0121- 04

2016- 08- 18

李錕(1989-)，男，碩士研究生；孫麗(1972-)，女，教授，博士，主要從事機(jī)電一體化、工業(yè)工程相關(guān)的研究E-mail:245803197@qq.com.

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