數(shù)控機(jī)床裝配線改善

王 建 周炳海

(同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院 上海201804)

C公司作為一家全球領(lǐng)先的高效率、高精度的立式數(shù)控機(jī)床制造商及交鑰匙解決方案的設(shè)計(jì)者，目前已有近100年的歷史，公司生產(chǎn)的各型號(hào)立式數(shù)控加工中心，具有高精度，高可靠性，高效率等特點(diǎn)，已成為全球汽車零部件加工生產(chǎn)企業(yè)的加工設(shè)備首選之一。在世界排名前十的汽車零部件供應(yīng)商的工廠之中，經(jīng)常能看到C公司產(chǎn)品的身影。

C公司產(chǎn)品很早就通過整機(jī)進(jìn)口的形式進(jìn)入國(guó)內(nèi)，一進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，就受到國(guó)內(nèi)客戶的一致好評(píng)。目前國(guó)內(nèi)C公司各型數(shù)控立式加工中心總保有量超過1500臺(tái)。為了滿足國(guó)內(nèi)客戶不斷增加的對(duì)高精度、高效率的數(shù)控機(jī)床的需求，縮短交貨期及降低成本，C公司在2012在國(guó)內(nèi)建立全資子公司并建設(shè)工廠，為國(guó)內(nèi)客戶提供更快捷、更高效的服務(wù)。C公司國(guó)內(nèi)工廠開始運(yùn)營(yíng)后，對(duì)F型數(shù)控機(jī)床（如圖1所示）等產(chǎn)品的裝配線進(jìn)行全面轉(zhuǎn)移，進(jìn)行本土化生產(chǎn)。自2015年以來，隨著國(guó)內(nèi)客戶逐漸轉(zhuǎn)型，F(xiàn)型機(jī)床的需求迅速增加，對(duì)F型機(jī)床的本土化功能要求也逐漸增多，已有的裝配線產(chǎn)能已無法滿足國(guó)內(nèi)客戶的需求數(shù)量。

圖1 F型數(shù)控機(jī)床

為能迅速響應(yīng)中國(guó)國(guó)內(nèi)客戶的需求，提高已有裝配線生產(chǎn)率，擬運(yùn)用工作研究中的方法研究與作業(yè)測(cè)定的工具和方法，擬定特定工位的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，優(yōu)化裝配作業(yè)流程，對(duì)裝配線生產(chǎn)率進(jìn)行改善，以滿足客戶的需求。

1 流程程序分析及時(shí)間測(cè)定

工時(shí)是指工人工作一小時(shí)為一個(gè)工時(shí)，是工業(yè)上用來計(jì)算工人勞動(dòng)量的時(shí)間單位。工時(shí)通常是由一位合格的操作工人完成該特定的工作任務(wù)，或是生產(chǎn)一定單位數(shù)量的合格產(chǎn)品所需要的勞動(dòng)時(shí)間來定義。工時(shí)包含三個(gè)方面：

（1）過程時(shí)間，如測(cè)試、加固等。

（2）基本時(shí)間，如手工工作的時(shí)間。

（3）工人個(gè)人因素產(chǎn)生的時(shí)間，如個(gè)人生理疲勞，心理疲勞等。

標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（工時(shí)），是指在一定的標(biāo)準(zhǔn)條件下，以一定的作業(yè)方法，由合格且受過良好訓(xùn)練的作業(yè)工人，以正常的工作速度，完成某項(xiàng)作業(yè)所需要的時(shí)間。

預(yù)定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)法有多種通用的方法，常見的有：

（1）MTM法（時(shí)間測(cè)量法）。

（2）WF法（工作因素法）。

（3）MOD法（模特計(jì)時(shí)法）。

作業(yè)時(shí)間測(cè)定就是運(yùn)用各種技術(shù)方法來確定合格工人按規(guī)定的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完成某種工作所需的時(shí)間。

平衡率 B=作業(yè)時(shí)間總和/（最長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間×工位數(shù)）×100%

2 裝配生產(chǎn)現(xiàn)狀及問題分析

2.1 現(xiàn)狀分析

C公司在2012年在國(guó)內(nèi)建廠后，對(duì)F型數(shù)控機(jī)床的裝配線及裝配工藝進(jìn)行了全面的轉(zhuǎn)移，在本土進(jìn)行裝配生產(chǎn)。F型機(jī)床裝配采用流水線式裝配方式，分8個(gè)裝配工序進(jìn)行安裝。裝配工藝流程如下表1所示。

表1 工位流程表

其中，OP10至OP70工序裝配內(nèi)容為全面移植母公司裝配內(nèi)容。OP80工序?yàn)镕機(jī)型國(guó)產(chǎn)化后，依據(jù)國(guó)內(nèi)客戶需求特殊定制的功能選項(xiàng)的安裝工序，該工序沒有可供參考標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，目前只能依據(jù)工作量，籠統(tǒng)的估算了20 h的工時(shí)。F機(jī)型裝配線在近年運(yùn)行過程中暴露出了OP80選項(xiàng)包安裝工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)不準(zhǔn)確，存在員工等待的情況，以及工序間工時(shí)不平衡等問題，致使其生產(chǎn)效率低，不能滿足客戶日益增長(zhǎng)的訂單需求。

由表1可得出改善前各工序作業(yè)時(shí)間柱狀圖，如圖2所示。并由此可計(jì)算出該裝配線的平衡率，計(jì)算公式為：作業(yè)時(shí)間總和/（最長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間×工位數(shù)）×100% = 142/（24×8）×100%=74%。由此可見，有26%的時(shí)間由于裝配線的不平衡而損失。由圖 2可以看出，造成裝配線不平衡的主要原因是OP10，OP20以及 OP80為瓶頸工序，所需裝配作業(yè)時(shí)間與其他工序相差較大。因此，只要能降低瓶頸工序的裝配時(shí)間，就能提高整個(gè)裝配線的平衡率，從而提高裝配線的生產(chǎn)率。

圖2 改善前各工序作業(yè)時(shí)間柱狀圖

2.2 改善方案設(shè)計(jì)

針對(duì)以上問題，根據(jù)實(shí)際裝配情況，筆者擬用作業(yè)測(cè)定中的MOD法（模特計(jì)時(shí)法），對(duì)OP80工序的裝配內(nèi)容，進(jìn)行測(cè)定和分析，進(jìn)而制定 OP80工序的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)。同時(shí)，運(yùn)用 5W1H提問的方法，即對(duì)選定的項(xiàng)目、工序或操作從原因（Why）、對(duì)象（What）、地點(diǎn)（Where）、時(shí)間（When）、人員（Who）、方法（How）等六個(gè)方面提出問題并進(jìn)行思考，對(duì)OP10和OP20的裝配操作流程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行生產(chǎn)線存在的不必要的操作和等待，造成浪費(fèi)的情況，并針對(duì)以上問題，運(yùn)用取消、合并、重排、簡(jiǎn)化（ECRS）四大原則，減少和消除多余的不合理的作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)提高作業(yè)效率的目的。

2.2.1 OP80標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)制定

OP80裝配工序主要工作，是F型機(jī)床本土化后，依據(jù)國(guó)內(nèi)客戶的特殊需求，開發(fā)并裝配的特殊功能選項(xiàng)，其主要工作內(nèi)容及目前暫定的工時(shí)如下表2所示。

表2 OP80裝配內(nèi)容

通過對(duì)OP80工序，籃式刀庫沖洗組件安裝工步進(jìn)行動(dòng)作因素分析，分析過程按一名主要員工動(dòng)作計(jì)時(shí)，建立數(shù)據(jù)分析表，見表3。

表3 籃式刀庫沖洗組件MOD法動(dòng)作分析表

接上表

上表中UT為有效時(shí)間，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，確定了UT1使用氣槍吹干凈接頭時(shí)間為10s，UT2涂膠時(shí)間為20s，UT3將氣管插入寶塔接頭時(shí)間為30秒，UT4試滲漏時(shí)間為15min，UT5機(jī)床開機(jī)熱機(jī)時(shí)間為5min。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作工作強(qiáng)度，取1MOD為0.13s進(jìn)行計(jì)算。

結(jié)合MOD法分析所得的結(jié)果，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)裝配操作，記錄下各子工步的實(shí)測(cè)時(shí)間，將兩者數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出誤差值在1.1左右，滿足目前階段工時(shí)定額制定的誤差要求，驗(yàn)證了MOD分析法的實(shí)用性，確定了籃式刀庫沖洗組件安裝工步的正常時(shí)間為242.17min。

選擇裝配線上三名機(jī)械裝配員工，隨機(jī)抽取 8個(gè)工作日進(jìn)行裝配，并記錄分析正常工作時(shí)間和非正常工作時(shí)間，由此計(jì)算出寬放率為0.22。

籃式刀庫沖洗組件安裝工步標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間=正常時(shí)間×（1+寬放率）=295.44分=4.92 h。

以同樣的方法，計(jì)算出OP80工序所有安裝工步標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，見下表4。

表4 OP80工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)

2.2.2 OP10，OP20裝配流程優(yōu)化

OP10和OP20工序主要裝配內(nèi)容為機(jī)械裝配，其中OP10主要裝配機(jī)床軸運(yùn)動(dòng)部件，OP20主要裝配外部管路及鈑金件。OP10主要裝配內(nèi)容如下表5所示。

表5 OP10裝配內(nèi)容

改善前的裝配流程如表6所示。

表6 改善前OP10裝配流程

針對(duì)OP10裝配流程，通過利用“5W1H”提問技術(shù)，以及取消、合并、重排、簡(jiǎn)化（ECRS）四大原則，減少和消除多余的不合理的作業(yè)，對(duì)OP10工序進(jìn)行細(xì)化分析和改善。

（1）在 A01安裝工步（水平調(diào)整）中，使用兩個(gè)高精度電子水平儀分別放置在導(dǎo)軌面的X方向以及Y方向，來檢測(cè)機(jī)床的水平狀態(tài)。讀數(shù)通過電子水平儀自帶的小液晶顯示屏進(jìn)行顯示。在進(jìn)行水平調(diào)整時(shí)候，每次對(duì)地腳螺栓進(jìn)行調(diào)整后，都需要回到電子X向及Y向放置的電子水平儀旁邊讀取數(shù)據(jù)及進(jìn)行計(jì)算，然后再回到地腳螺栓處進(jìn)行調(diào)整，如此反復(fù)，直到水平調(diào)整至合格范圍內(nèi)。反復(fù)在電子水平儀及地腳螺栓處往返，浪費(fèi)了大量的時(shí)間。因此咨詢了高精度電子水平儀的生產(chǎn)廠家，增加采購了可手持的電子水平儀讀數(shù)藍(lán)牙顯示器，2個(gè)電子水平儀的讀數(shù)可直接顯示在手持的顯示面板上。通過增加這個(gè)手持讀數(shù)顯示器，調(diào)整地腳螺栓時(shí)，可直接讀出目前的水平參數(shù)，不需要再返回電子水平儀放置處進(jìn)行讀數(shù)，取消了在地腳螺栓及電子水平儀之間的多次往返動(dòng)作，節(jié)省了大量時(shí)間。改善后整個(gè)機(jī)床水平調(diào)整時(shí)間，包括導(dǎo)軌面水平及臺(tái)面安裝面水平，從原來的80min縮減到30min。

（2）在A07安裝工步（線纜及拖鏈安裝）中，需要對(duì)主軸電機(jī)，X軸電機(jī)，Y軸電機(jī)，Z軸電機(jī)等運(yùn)動(dòng)功能部件的動(dòng)力線、編碼器線以及傳感器線進(jìn)行連接安裝，放線及布線。每次裝配需從料車上取下相應(yīng)的線纜，進(jìn)入機(jī)床內(nèi)部，線纜一端與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行接線連接，另一端在機(jī)床內(nèi)部進(jìn)行排布，準(zhǔn)備在OP30接入電柜內(nèi)部。在所有的線纜接好后，再將布好的線纜，統(tǒng)一歸置到線纜拖鏈中。在機(jī)床內(nèi)部布線及將線纜整理到拖鏈中，因?yàn)闄C(jī)床內(nèi)部空間有限，布線及理線需要花費(fèi)大量時(shí)間，同時(shí)進(jìn)行多次重復(fù)操作。改善方法：依照機(jī)床內(nèi)部造型，按照線纜布線要求，設(shè)計(jì)線纜拖鏈安裝運(yùn)輸工裝，要求線纜供應(yīng)商在工裝上安裝拖鏈，并在拖鏈內(nèi)整理好所需的線纜。由此取消了多次取料的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)布線和整理拖鏈內(nèi)線纜的工作進(jìn)行合并，簡(jiǎn)化了線纜拖鏈的安裝工作。改善前線纜拖鏈安裝共需550min，使用特殊工裝及改善發(fā)貨要求后，線纜拖鏈安裝只需206min，裝配時(shí)間大幅縮減。

改善后，OP10工序裝配時(shí)間由原來的22h，縮減到15.54h。改善后的裝配流程見表7所示。使用同樣的方法，對(duì)OP20工序的裝配工作進(jìn)行“5W1H”提問分析并進(jìn)行取消、合并、重排、簡(jiǎn)化改善，改善后 OP20工序的裝配時(shí)間由原來的 24h縮減到16.15h。

2.3 改善效果評(píng)價(jià)

改善后各工序作業(yè)時(shí)間柱狀圖，如圖3所示。改善后，裝配線的平衡率=作業(yè)時(shí)間總和/（最長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間×工位數(shù)）×100% = 123.89/（16.2×8）×100%=96%。經(jīng)過改善，裝配線平衡率和生產(chǎn)率都有了大幅提升，為企業(yè)增加了客觀的收益。

圖3 改善后各工序作業(yè)時(shí)間柱狀圖

3 結(jié)語

本裝配線改善項(xiàng)目是通過工作研究方法來開展的，利用方法研究和作業(yè)測(cè)定的工具，對(duì)數(shù)控機(jī)床裝配流程進(jìn)行改善，降低瓶頸工序裝配時(shí)間，提高裝配線的生產(chǎn)率。

通過此次裝配線生產(chǎn)率的改善，充分顯示了工業(yè)工程的理論和方法，在縮短作業(yè)時(shí)間和提升效率方面應(yīng)用的有效性，對(duì)裝配現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)流程改善，工藝優(yōu)化具有切實(shí)的理論指導(dǎo)作用。