楊曉英，徐嚴冬，楊洋

(河南科技大學(xué) 機電工程學(xué)院, 河南 洛陽 471003)

輪對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)折點之前，對其性能和壽命具有關(guān)鍵作用的已磨損或損壞部件進行修復(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，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，是符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項綠色系統(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。通過對產(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，同時對提高貨車軸承再制造企業(yè)效益和增加企業(yè)競爭力具有重要意義。

目前，國內(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[3]運用工業(yè)工程方法對裝配線平衡問題進行了研究，對生產(chǎn)線進行了優(yōu)化，提高了產(chǎn)能。文獻[4]針對生產(chǎn)線存在的產(chǎn)能不足、物流路徑混亂、生產(chǎn)線不平衡等問題，提出了基于整流化理論的精益改善方案。文獻[5]用優(yōu)化的二進制遺傳算法建立仿真模型,研究了隨機和動態(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[6]運用精益制造的方法提高生產(chǎn)能力。文獻[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，其核心觀點為立足于企業(yè)系統(tǒng)，通過聚焦于瓶頸的改善，達到系統(tǒng)各環(huán)節(jié)同步、整體改善的目標(biāo)。

下文針對某企業(yè)貨車軸承再制造產(chǎn)能不足問題，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)能問題，設(shè)計投入少見效快的產(chǎn)能提升方案，并分析方案的有效性。

1 問題的提出

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

2)通過少量投入方法，使產(chǎn)能達到450套/d以上。

為此，應(yīng)用TOC與IE技術(shù)方法，進行系統(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的瓶頸識別

TOC認為，系統(tǒng)的產(chǎn)能是由系統(tǒng)中的一個或者少數(shù)的幾個約束環(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。對于一個生產(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個資源，其中資源Xi(i=1,2,…,n)的實際能力為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，資源Xi為瓶頸資源[8]。

網(wǎng)格化管理源于計算機網(wǎng)格管理概念。它的主要特點是：將管理對象按照一定的標(biāo)準劃分成若干網(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)機制，在網(wǎng)格單元之間實現(xiàn)有效的信息交流，透明共享組織的資源，最終達到整合組織資源、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面，服務(wù)零距離，確保在職職工和離退休職工隊伍和諧穩(wěn)定，充分發(fā)揮黨的政治優(yōu)勢，團結(jié)帶領(lǐng)廣大離退休老同志老黨員，成為為企業(yè)和社會提供正能量的先進群體，樹立起離退休工作的新形象。

2.2 產(chǎn)能分析模型

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

T=T0(1-α)。

(2)

設(shè)ti為裝配線i工位的作業(yè)時間，工位最長作業(yè)時間timax為瓶頸工位時間；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

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

表1 改進前裝配工藝流程及人員配置

3.2 時間測定

經(jīng)過對14名員工全天(8:00-18:00)的現(xiàn)場跟蹤，記錄了每人每天的實際準備時間、上線工作時間和休息時間，結(jié)果見表2。由表可知，多數(shù)裝配工人每天8：00-10：30先做準備工作，每人的實際裝配時間不均衡，最長為7.5 h，最短只有4.5 h。

表2 員工日工作時間測定表

3.3 瓶頸識別

根據(jù)時間測定結(jié)果，各裝配工位的作業(yè)時間分布如圖1所示。由圖可知，各裝配工位的作業(yè)時間極不均衡，導(dǎo)致裝配線不平衡。作業(yè)時間最長的是配套工位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，配套時間不穩(wěn)定，加上生產(chǎn)作業(yè)組織不合理，使得實際產(chǎn)量只能達到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；另一方面通過打破瓶頸，提升系統(tǒng)產(chǎn)能。

4 產(chǎn)能提升方案設(shè)計

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間用于裝配，其原承擔(dān)的準備任務(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階段的瓶頸工序為配套，節(jié)拍60 s；第2階段的瓶頸工序為注脂，節(jié)拍45 s。兩階段工作時間之比為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。

改進后的生產(chǎn)組織方式為：1)當(dāng)天準備任務(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，準備任務(wù)與裝配線工作交叉進行，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荷。優(yōu)化后員工日工作時間見表3。

表3 優(yōu)化后員工日工作時間

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

4.2 打破瓶頸和工位重組

由于裝配作業(yè)無法標(biāo)準化，暫時難以采用機器替代人力，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個工位重組為13個工位，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人進行內(nèi)外圈分選、刻字與清洗等準備工作:則該方案的實際有效裝配工作時間能達到6 h以上，有效產(chǎn)能最大可達480套/d。

圖2 裝配線重組平衡后的工位作業(yè)時間

設(shè)裝配線平衡效率為ξ=∑ti/Nr，其中ti為工序時間；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

該方案是在沒有增加投資、人員的情況下，通過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21萬元(以每套凈收益100元計)。

方案2：打破瓶頸和工位重組

該方案是通過增加人員4人、提高配套工位的能力和對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3.2萬元/月(增加的4人工資、福利等成本)，預(yù)計月收益增加60萬元左右。

以上2種方案都是投入少、見效快的提高產(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

針對鐵路貨車軸承產(chǎn)能不足的問題，在現(xiàn)場調(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，識別了生產(chǎn)瓶頸，提出了2種投入少、見效快的提升系統(tǒng)產(chǎn)能方案，并經(jīng)實際應(yīng)用驗證了方案的有效性，為企業(yè)提高效益提供了方法和思路。