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(guò)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(yùn)用生產(chǎn)線平衡相關(guān)理論對(duì)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(duì)改善前后方案進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)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(guó)家城市軌道交通規(guī)劃的出臺(tái)，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(chǎng)需求，同時(shí)提高機(jī)車行業(yè)的國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，在機(jī)車關(guān)鍵部件的加工制造過(guò)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(gè)工廠的產(chǎn)能輸出.

1 生產(chǎn)線平衡計(jì)算與評(píng)價(jià)方法

1.1 生產(chǎn)節(jié)拍計(jì)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(gè)產(chǎn)品所需的平均時(shí)間，其節(jié)拍根據(jù)產(chǎn)量來(lái)確定，具體計(jì)算方法如下：

(1)

式中,有效生產(chǎn)時(shí)間=需求周期×運(yùn)作模式-

計(jì)劃內(nèi)停工-計(jì)劃外停工

(2)

有效生產(chǎn)時(shí)間一般考慮的因素如下：

(1)需求周期：即生產(chǎn)需求相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間;

(2)運(yùn)作模式：包括每班的工作時(shí)間與每天幾班制工作;

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

(4)計(jì)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(píng)價(jià)方法

生產(chǎn)線平衡完成后，對(duì)其改善效果評(píng)價(jià)是不可缺少的步驟，本文主要從三個(gè)方面進(jìn)行效果評(píng)價(jià)[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(jì)算公式如下：

(3)

式中,Ti為第i個(gè)工作站的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間；N為整個(gè)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(shí)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(shí)間(平衡延遲時(shí)間)與該產(chǎn)品從開(kāi)始到結(jié)束留在生產(chǎn)線總時(shí)間比[3].計(jì)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(shí)間.

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

表1 生產(chǎn)線平衡評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3 平滑指數(shù)SI

平滑指數(shù)SI是用來(lái)衡量裝配生產(chǎn)線中工位之間工作時(shí)間離散分布情況.平滑指數(shù)值越小，說(shuō)明生產(chǎn)線各工位間工作時(shí)間波動(dòng)越小，平衡效果越好.計(jì)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(shí)間；t(i)為實(shí)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(shí)際情況，滿足500臺(tái)/年的產(chǎn)能需求，全年的工作時(shí)間為251天，生產(chǎn)采取1班/天工作制，每班工作時(shí)間為8 h.

根據(jù)以上條件確定有效生產(chǎn)時(shí)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(yùn)作模式：1班/天，8 h/班；

計(jì)劃停工(計(jì)劃內(nèi)、外)：0.48 h/班；

顧客需求：500臺(tái)(即2×500轉(zhuǎn)向架)；

由式(2)得有效生產(chǎn)時(shí)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(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接生產(chǎn)線作業(yè)特性，采用秒表測(cè)時(shí)法對(duì)每個(gè)工序進(jìn)行10次測(cè)量，記錄從開(kāi)始到結(jié)束之間所需時(shí)間，計(jì)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(shí)間，選取評(píng)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(jì)算得到各工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，具體見(jiàn)表2.

表2 原始工序標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(yùn)行em-plant軟件，通過(guò)對(duì)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(shí)間為一年(251天)，統(tǒng)計(jì)出原始方案的年產(chǎn)量，同時(shí)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(guò)圖中可以看出，原始方案的年產(chǎn)量為338(676/2)臺(tái)，不能滿足年產(chǎn)量500臺(tái)的需求；SP8(時(shí)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(shuō)明影響產(chǎn)能輸出的瓶頸工序?yàn)闀r(shí)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(shí)效處理、機(jī)加工、噴涂油漆工序增加工作臺(tái)位，又根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行em-plant，同時(shí)得到改善方案的年產(chǎn)量與各設(shè)備利用率，詳細(xì)見(jiàn)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(tái)，可以滿足規(guī)劃的年產(chǎn)量500臺(tái)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(fèi)，降低了生產(chǎn)成本.

2.3 改善效果評(píng)價(jià)

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(shí)間如表3.

表3 改善后工序標(biāo)準(zhǔn)工間

對(duì)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(shuō)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(shí)計(jì)算可以得到改善后焊接生產(chǎn)線平衡率為：

3 結(jié)論

針對(duì)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(wèn)題，本文運(yùn)用工業(yè)工程基礎(chǔ)知識(shí)與生產(chǎn)線平衡理論對(duì)此生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化改善，通過(guò)對(duì)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(gè)持續(xù)的過(guò)程，只有不斷地在生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，運(yùn)用生產(chǎn)平衡相關(guān)知識(shí)解決問(wèn)題，才能找到相對(duì)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(dòng)企業(yè)長(zhǎng)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(wèn)題[J]．大連交通大學(xué)學(xué)報(bào)，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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