秦天虎，張旭陽，史靜靜

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重型汽車裝配線的平衡問題研究與應(yīng)用

秦天虎1，張旭陽1，史靜靜2

（1.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710043；2.大唐戶縣第二熱點(diǎn)廠，陜西 西安 710302）

文章以陜汽特種車事業(yè)部產(chǎn)品為基礎(chǔ)結(jié)合生產(chǎn)線現(xiàn)狀，選取常規(guī)生產(chǎn)車型中某一產(chǎn)品車作為典型車型，運(yùn)用工業(yè)工程中的時間研究、作業(yè)分析以及“ECRS”原則等知識對生產(chǎn)線平衡進(jìn)行了細(xì)致的分析，最終通過調(diào)整工序、重排工位、制定工作標(biāo)準(zhǔn)等措施，找出該裝配線上作業(yè)時間較長的作業(yè)工序，討論該作業(yè)工序可否與其他工位作業(yè)工序進(jìn)行作業(yè)交換和轉(zhuǎn)移，并對個別工位作業(yè)工序進(jìn)行交換和轉(zhuǎn)移，從而取得一個比較理想的優(yōu)化解，通過建立數(shù)學(xué)模型解決消除瓶頸工位，使工位布局更加合理，提升線平衡。

生產(chǎn)；工位；時間測定；裝配線平衡

引言

根據(jù)企業(yè)實(shí)際需求的情況下開展的，單一產(chǎn)品的線平衡分析理論較多，也較為簡單，但在實(shí)際現(xiàn)實(shí)中很少存在。實(shí)際的生產(chǎn)特點(diǎn)一般都是多品種混裝線模式，其線平衡的分析與整改難度都成幾何關(guān)系上升。在本論文中我們將對兩種情況都進(jìn)行一定的研究，以解決本單位實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)，提升本單位產(chǎn)能為最終目的。

1 裝配線平衡問題的基本概念

1.1 裝配線平衡率的數(shù)學(xué)評價公式

1.2 裝配線作業(yè)平衡的基本方法

啟發(fā)式方法主旨思想為，降低每個工位的等待時間，首先將裝配作業(yè)任務(wù)進(jìn)行分類，分解成可拆分作業(yè)和不可拆分作業(yè)。不可分解的留在原工位，從第一個工位開展逐個組合。持續(xù)重復(fù)，直至將任務(wù)分解完畢。

2 裝配線平衡的工藝優(yōu)化

2.1 裝配線工藝分析

企業(yè)底盤生產(chǎn)線為典型的直線型流水線，共二十三個工位，4個分裝工位（發(fā)動機(jī)分裝、平衡軸分裝、水箱分裝、轉(zhuǎn)向機(jī)分裝），分裝工位對裝配線平衡沒有影響。二十三個工位中，流水線DX7工位為車架翻身工位，將整條流水線前后分為兩部分，這兩設(shè)置的原因在于考慮實(shí)際裝配的簡便性，將橋等反著好裝配的零部件全部放在前六個工位。車架翻身后便于裝配的零部件全部在后面工位。一輛重型汽車由數(shù)千個零部件組成，工藝布局時會根據(jù)工藝裝配性、作業(yè)的難以程度、設(shè)備的布置、質(zhì)量控制等多個維度進(jìn)行考慮。將數(shù)千個零部件按照一定的原則分配的流水線各工位。

2.2 裝配作業(yè)工序（作業(yè)單元）

整車裝配是以總成件為基準(zhǔn)，圍繞總成將將其相關(guān)聯(lián)的零部件組裝在一起。一輛整車數(shù)千個零部件，但大總成的數(shù)量是有限的。為了便于分析，我們先將整車裝配作業(yè)按照一定原則，劃分成若干個總成的組裝。以左右保險杠托架裝配為例進(jìn)行劃分，其作業(yè)單元內(nèi)容如表所示。

表1 初始作業(yè)單元

2.3 整車作業(yè)單元劃分

根據(jù)單元劃分的原則，我們將F3000 德龍車型整車BOM掛單中512種零部件，剔除分裝零部件117種，然后按照主要要素進(jìn)行劃分，根據(jù)工藝作業(yè)流程，最終將其分解到裝配線23工位，劃分為136個作業(yè)單元（即136個作業(yè)工序）。

表2 德龍F(tuán)3000整車裝配作業(yè)單元劃分結(jié)果（部分）

作業(yè)工時的為該工序?qū)嶋H作業(yè)所需要的實(shí)際時間，下一小節(jié)我們將重點(diǎn)對標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間的測量進(jìn)行闡述。

2.4 裝配作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時間測定

工藝優(yōu)化的前提是有有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，現(xiàn)對裝配作業(yè)單元進(jìn)行一次作業(yè)時間測定，為了保障作業(yè)時間測量的準(zhǔn)確性。我們采用秒表多次測量求平均值的做好，分別在早上9點(diǎn)，中午2點(diǎn)，下午5點(diǎn)三個時間點(diǎn)進(jìn)行測量（不同時間點(diǎn)，人員疲勞的不同）。同時針對一些基本作業(yè)提前測量多次，制定相應(yīng)的作業(yè)之間標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)單件時間計算方法我們采用秒表計數(shù)對特種車事業(yè)部裝配的F3000車型進(jìn)行調(diào)研及標(biāo)準(zhǔn)時間測量。測量結(jié)果如表4.30所示（表中為整車測量一部分）。

表3 F3000車型工藝工時測量值

2.5 數(shù)學(xué)算法的設(shè)計（建立數(shù)學(xué)模型）

裝配線瓶頸工位的作業(yè)時間（即工位作業(yè)用時最長的工位），即本條流水線節(jié)拍時間，我們用數(shù)學(xué)表達(dá)式M=Max{Tk}表示，裝配線平衡關(guān)系如下式所示。

其中“”表示一個可行的作業(yè)分配方案。M和F()都是關(guān)注的目標(biāo)，保證M最小的前提下，滿足F()達(dá)到近優(yōu)，其值越小方案越優(yōu)。

將上述數(shù)據(jù)代入公式，計算出產(chǎn)線工位平均負(fù)荷和線平衡效果。工位平均負(fù)荷=54.3%，一般生產(chǎn)線的工位平均負(fù)荷在80%以上，此條生產(chǎn)線負(fù)荷低于制造業(yè)一般值；線平衡效果=51.2，線平衡效果較高，說明此條生產(chǎn)線存在嚴(yán)重瓶頸工位，節(jié)拍較低。鑒于此，事業(yè)部流水線優(yōu)化迫在眉睫。要通過優(yōu)化使各工位作業(yè)時間基本達(dá)到一致，實(shí)線設(shè)備、人員、資源的充分匹配，提高生產(chǎn)的流動性，消除瓶頸工位。提高產(chǎn)能。

2.6 基于遺傳算法的可行解

根據(jù)前面理論研究，再次我們利用遺傳算法進(jìn)行求解。優(yōu)化后，將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入公式，計算出裝配線工位平均負(fù)荷率=86.2% ，線平衡評價指標(biāo)為F()=17。優(yōu)化前配線工位平均負(fù)荷率==54.3%，線平衡效果F()=51.2。優(yōu)化前后兩項(xiàng)對比，裝配線工位平均負(fù)荷率提升了31.9，線平衡效果降低了34.2.裝配線平衡有了明顯的改善。從另外一個指標(biāo)我們也可以清晰反饋處理啊，優(yōu)化前天然汽車單班日產(chǎn)量為25輛，優(yōu)化改進(jìn)后，單班日產(chǎn)能提升到40輛。日產(chǎn)能提升了160%。

同時我們經(jīng)過繪制工位作業(yè)時間分布圖，可以清晰看到，瓶頸工位已消除，各工位作業(yè)時間基本上達(dá)到一致，以下為作業(yè)前后裝配線各工位作業(yè)時間分布圖。

圖2 優(yōu)化前大線23個工位工位工時分布

圖3 優(yōu)化后大線23個工位工位工時分布

3 混裝生產(chǎn)線平衡研究

實(shí)際的生產(chǎn)模型是混裝線，整體的思路是先將混裝線平衡問題，才有優(yōu)先圖簡化成單一品種流水線平衡問題。利用遺傳算法，就可以混裝流水線轉(zhuǎn)化為單一品種流水線平衡問題，解決了一般混裝流水線的平衡問題。

4 結(jié)論

針對單一車型線平衡問題，建立了數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)學(xué)蒜放進(jìn)行優(yōu)化。利用重要位置排序(RPW)法對裝配線平衡性進(jìn)行了優(yōu)化計算分析，將工位平均負(fù)荷率提升到86.2% ，較優(yōu)化前提高了31.9%，消除了生產(chǎn)線瓶頸工位，提升了生產(chǎn)節(jié)拍。針對混裝線進(jìn)行了初步的理論分析，通過將混裝線生產(chǎn)問題轉(zhuǎn)化成單一產(chǎn)品生產(chǎn)線平衡問題，使混裝生產(chǎn)線平衡問題的解決簡單化，然后通過單一車型線平衡問題的解決而解決混裝線平衡問題，建立了數(shù)學(xué)模型，完成對幾個主流車型的優(yōu)化。使企業(yè)產(chǎn)能有了大幅度提升。

[1] 造車網(wǎng).裝配線優(yōu)化設(shè)計思路及解決方案.2008.12.

[2] 凌文署.基于遺傳算法的車橋裝配線工作站平衡研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2008.

[3] 席忠民.汽車總裝配線的作業(yè)時間研究[J].汽車研究與開發(fā).1998 (2):45.47．

[4] 劉晉浩,侯東亮.裝配線平衡問題的求解方法淺析[J].森林工程, 2006.

Research and Application of Balance Problem of Heavy Vehicle Assembly Line

Qin Tianhu1, Zhang Xuyang1, Shi Jingjing2

( 1.Shaanxi Heavy Vehicle Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710043;2.Datang Huxian second thermal power plant, Shaanxi Xi'an 710302 )

Based on the products of Shaanxi Automobile Special Vehicle Department and the current situation of production line, this paper chooses a certain product vehicle as a typical model of conventional production vehicle, and makes a detailed analysis of production line balance by using the knowledge of time study, operation analysis and "ECRS" principle in industrial engineering, and finally adjusts the process. To find out the working procedure with longer working time on the assembly line, to discuss whether the working procedure can be exchanged and transferred with other working procedure, and to exchange and transfer the working procedure of individual working procedure, so as to obtain an ideal optimum solution. The mathematical model solves the problem of eliminating bottlenecks, making the layout of workstations more reasonable and improving the balance of lines.

Production; station; time measurement; assembly line balance

U466

B

1671-7988(2018)21-239-03

U466

B

1671-7988(2018)21-239-03

秦天虎，就職于陜西重型汽車有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.082