劉成文，李 洋，汪 煒

(淮海工學(xué)院 機(jī)械與海洋工程學(xué)院， 江蘇 連云港 222005)

某機(jī)修公司以機(jī)械加工和表面再造為主要業(yè)務(wù)，其中一部車間主要負(fù)責(zé)連鑄輥的修復(fù)生產(chǎn)活動(dòng)。當(dāng)前，一部車間每月修復(fù)連鑄輥380根。隨著訂單的增加，該車間的生產(chǎn)能力已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需要，根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，車間修復(fù)連鑄輥的月訂單量將達(dá)到425根。為了滿足市場(chǎng)的需要，本課題從連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)入手，找出影響連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)效率的因素，包括生產(chǎn)流程中存在的瓶頸工序、不合理的人-機(jī)作業(yè)系統(tǒng)、車間存在的資源浪費(fèi)等。最后，運(yùn)用人-機(jī)作業(yè)系統(tǒng)分析、 “ECRS”等IE方法對(duì)瓶頸工序和關(guān)鍵工序進(jìn)行優(yōu)化，以平衡修復(fù)連鑄輥生產(chǎn)流程，提高車間生產(chǎn)效率和效能。

1 連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)流程的分析

對(duì)連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)流程進(jìn)行分析，以找出影響一部車間生產(chǎn)效率的因素，包括影響生產(chǎn)能力平衡的瓶頸工序、不合理的人-機(jī)作業(yè)系統(tǒng)。

1.1 連鑄輥修復(fù)工藝程序分析

連鑄輥的修復(fù)工作包括對(duì)輥體的修復(fù)和對(duì)軸承座的修復(fù)，為了清晰地表明連鑄輥修復(fù)整個(gè)生產(chǎn)概況和工序間的相互關(guān)系，確定影響連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)的關(guān)鍵路線，為瓶頸工序的確定做好準(zhǔn)備，通過實(shí)際的觀察，繪制連鑄輥修復(fù)工藝程序圖，如圖1所示。

關(guān)鍵路線是整個(gè)生產(chǎn)過程中持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的加工路線，由工藝程序圖分析可得：由輥體的修復(fù)到輥組的包裝是影響整個(gè)修復(fù)工作的關(guān)鍵路線。因此，對(duì)連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)流程的分析主要是對(duì)輥體修復(fù)過程的分析。

1.2 連鑄輥修復(fù)瓶頸工序的確定

連鑄輥修復(fù)工序分為以設(shè)備作業(yè)為主和以人工作業(yè)為主2類，采用不同的方法對(duì)以上2類工序進(jìn)行分析，以找出瓶頸工序。

1.2.1 對(duì)以設(shè)備作業(yè)為主瓶頸工序的分析

采用工時(shí)法對(duì)以設(shè)備作業(yè)為主的工序進(jìn)行生產(chǎn)能力的評(píng)定，計(jì)算設(shè)備的可用生產(chǎn)能力和需要生產(chǎn)能力。計(jì)算公式如下：

CA,T=60dt(1-θ)T

(1)

式中：CA,T為可用生產(chǎn)能力；d為工序中設(shè)備臺(tái)數(shù)；t為每天工作的小時(shí)數(shù)；θ為設(shè)備的故障率，一般為5%左右；T為工作的天數(shù)。

(2)

式中：CL,T為需要生產(chǎn)能力；tpi為i產(chǎn)品的加工時(shí)間(min)；spi為i產(chǎn)品在設(shè)備上的準(zhǔn)備時(shí)間(min)；λ為寬放率，一般取0.1-0.2;hi為設(shè)備的加工工件數(shù)量。

圖1 連鑄輥修復(fù)工藝程序圖

修復(fù)連鑄生產(chǎn)中以設(shè)備作業(yè)為主的工序包括：車疲勞層、堆焊、粗車連鑄輥、精車?yán)锟?。根?jù)公式可以計(jì)算出以上工序的可用生產(chǎn)能力和所需生產(chǎn)能力。

根據(jù)可用生產(chǎn)能力和所需生產(chǎn)能力計(jì)算工序的負(fù)荷比，計(jì)算公式如下：

(3)

根據(jù)公式計(jì)算出以設(shè)備為主的工序生產(chǎn)能力負(fù)荷比，并規(guī)定:當(dāng)β<1時(shí)，表示工序產(chǎn)能過剩；當(dāng)β≥1時(shí)，表示該工序產(chǎn)能不足，為瓶頸工序。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 以設(shè)備作業(yè)為主工序的負(fù)荷比

由計(jì)算結(jié)果可知：在以設(shè)備作業(yè)為主的工序中，車疲勞層工序的生產(chǎn)能力不足，確定為影響連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)的瓶頸工序。

1.2.2 以人工作業(yè)為主瓶頸工序的分析

連鑄輥修復(fù)中以人工作業(yè)為主的工序包括：拆卸、清洗、組裝加工、打壓噴漆、在線檢修、打甘油、輥組包裝。以上工序的生產(chǎn)能力評(píng)定以實(shí)際的產(chǎn)能為依據(jù)，具體的生產(chǎn)信息如表2所示。

表2 生產(chǎn)信息相關(guān)表

作業(yè)名稱配置人數(shù)當(dāng)前產(chǎn)能平均每節(jié)時(shí)間/min拆卸31528清洗31822組裝加工42124打壓、噴漆、在線檢修41821打甘油,包輥組219-

由表2信息分析可得:在以人工作業(yè)為主的工序中，拆卸工序的日產(chǎn)能與其他工序差距較大，故拆卸工序?yàn)槠款i工序。

1.3 連鑄輥修復(fù)主要人-機(jī)系統(tǒng)的效率分析

連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)中涉及的人-機(jī)作業(yè)系統(tǒng)主要包括車疲勞層、粗車、堆焊、精車?yán)锟椎认到y(tǒng)，其中堆焊工序還要負(fù)責(zé)軋輥的加工，因此對(duì)車疲勞層、粗車、精車?yán)锟坠ば蜻M(jìn)行人-機(jī)作業(yè)分析，可得：

1) 車疲勞層工序中，工人的時(shí)間利用率為13.75%，機(jī)器的時(shí)間利用率為86.25%，該工序的人工作業(yè)時(shí)間存在明顯的浪費(fèi)。

2) 粗車工序中，工人的時(shí)間利用率為9.5%，機(jī)器的時(shí)間利用率為90.5%，該工序中工人的時(shí)間效率不高。

3) 精車?yán)锟坠ば蛑?，工人的時(shí)間利用率為64.5%，機(jī)器的時(shí)間利用率為35.5%，該人-機(jī)系統(tǒng)人-機(jī)關(guān)系平衡，效率較高。

綜上，連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)的人-機(jī)系統(tǒng)中，需要進(jìn)行效率優(yōu)化提升的人-機(jī)系統(tǒng)主要為：車疲勞層人-機(jī)系統(tǒng)和粗車連鑄輥人-機(jī)系統(tǒng)。精車?yán)锟坠ば虻娜?機(jī)系統(tǒng)作業(yè)效率高，因此保持現(xiàn)狀，暫不需進(jìn)行優(yōu)化。

2 連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

2.1 車疲勞層工序的優(yōu)化

對(duì)車疲勞層工序進(jìn)行優(yōu)化，以縮短其加工周期，提高該工序的生產(chǎn)能力。車疲勞層工序中存在檢查疲勞層厚度的操作步驟，對(duì)其進(jìn)行“5W1H”提問，如表3所示。

表3 “5W1H”提問

項(xiàng)目第1次提問第2次 提問 第3次提問What確定疲勞層的厚度為加工提供依據(jù)一定要進(jìn)行Why確定走刀量工藝的需求一定要滿足工藝When在車削前進(jìn)行工藝的需求一定在車加工前做Where在車床加工區(qū)域?yàn)槭裁丛谲嚧矃^(qū)域進(jìn)行可以在其他區(qū)域進(jìn)行Who由車床工人來做為什么要由機(jī)床工人檢查測(cè)量可以由其他工人進(jìn)行檢查How進(jìn)行實(shí)際測(cè)量有無(wú)別的方法只有這種方法

通過對(duì)檢查疲勞層操作進(jìn)行提問，確定該項(xiàng)工作可由其他工位的工人完成。優(yōu)化方案為：拆卸工人在拆卸完連鑄輥后，檢查疲勞層的厚度并且將數(shù)據(jù)標(biāo)記在待修復(fù)的輥體上，這樣車疲勞層工序能節(jié)省2 min。

車疲勞層工序中存在2次測(cè)量操作，根據(jù)“ECRS”原則對(duì)操作工序進(jìn)行優(yōu)化。通過分析，取消第1次的測(cè)量操作并不影響車疲勞層的加工質(zhì)量，因此，取消第1次的測(cè)量，這樣該工序能節(jié)省0.7 min。

采用人-機(jī)作業(yè)分析圖對(duì)車疲勞層操作進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。優(yōu)化方法為：機(jī)床在車削連鑄輥時(shí)，工人檢查上一個(gè)連鑄輥的尺寸，優(yōu)化后的車疲勞層人-機(jī)作業(yè)分析圖如圖2所示。

圖2 車疲勞層工序人-機(jī)作業(yè)分析

由前述分析可知：車疲勞層工序的人-機(jī)系統(tǒng)時(shí)間利用率不高，因此考慮實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)的優(yōu)化，計(jì)算公式如下：

(4)

其中：N為操作機(jī)器的臺(tái)數(shù);t為工人的操作時(shí)間;M為機(jī)器的作業(yè)時(shí)間。根據(jù)實(shí)際情況，t應(yīng)選擇為標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)時(shí)間，計(jì)算公式如下：

標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間=正常時(shí)間×(1+寬放率)

(5)

根據(jù)計(jì)算公式求得：

考慮到實(shí)際的情況，一名工人操作7臺(tái)車床并不合理，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要，取N=3(臺(tái))。

車疲勞層優(yōu)化效果分析：通過優(yōu)化，車疲勞層的作業(yè)周期由74.2 min縮短到70.6 min,節(jié)約了3.6 min，并且實(shí)現(xiàn)了一人同時(shí)操作3臺(tái)車床的優(yōu)化，節(jié)約了2名工人。

2.2 粗車工序人-機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化

粗車工序中，工人的時(shí)間利用率不高，通過人-機(jī)作業(yè)分析實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)的優(yōu)化，根據(jù)式(4)可計(jì)算理論上單人操作機(jī)床的數(shù)量，其中：

從實(shí)際情況出發(fā)，考慮到機(jī)床的故障率、工人的負(fù)荷強(qiáng)度等因素，并且為了方便配置工人，取N=2(臺(tái))。

粗車工序優(yōu)化效果分析：經(jīng)過優(yōu)化，工人的時(shí)間利用率由9.5%提升到19.05%，實(shí)現(xiàn)了一人雙機(jī)的優(yōu)化，節(jié)約了2名工人。

2.3 拆卸工序的優(yōu)化

車疲勞層工序優(yōu)化后，拆卸工序不僅要負(fù)責(zé)拆卸連鑄輥，還要負(fù)責(zé)疲勞層深度的檢查，為了縮短其作業(yè)周期，現(xiàn)增加1名工人，可使拆卸的工時(shí)預(yù)期縮短到24 min，與優(yōu)化前相比節(jié)約了4 min。

3 優(yōu)化方案效果的評(píng)定

為了評(píng)定優(yōu)化后連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)的狀況，現(xiàn)采用Witness軟件對(duì)優(yōu)化前后的連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)流程進(jìn)行仿真建模，通過模型的運(yùn)行，生成關(guān)于連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)的相關(guān)信息表，從而確定該方案的效果，建立的仿真模型如圖3 所示。

圖3 連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)流程模型

優(yōu)化前后的連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)模型的不同之處主要表現(xiàn)為對(duì)拆卸工序和車疲勞層工序的加工周期設(shè)置不同。優(yōu)化前，車疲勞層的周期設(shè)置為4 452 s，拆卸的加工周期為1 680 s。優(yōu)化后，車疲勞層的周期設(shè)置為4 236 s，拆卸的加工周期為1 440 s。

運(yùn)行模型，模擬1個(gè)月的生產(chǎn)計(jì)劃，工作日設(shè)定為24天，生成生產(chǎn)能力對(duì)比如表4所示。

表4 優(yōu)化前后生產(chǎn)能力對(duì)比

名稱加工數(shù)量/根平均時(shí)間/s拒絕數(shù)量?jī)?yōu)化前399120 258.10優(yōu)化后46582 381.990

由于模型與現(xiàn)實(shí)之間的差異，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況和Witness建模理論，優(yōu)化后的產(chǎn)量取模型運(yùn)行結(jié)果的95%，優(yōu)化后的月產(chǎn)量約為：465×95%=441(根)。

連鑄輥修復(fù)車間的月產(chǎn)能由380根提升到441根，增加了61根。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究分析了某機(jī)修公司連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)能力不足的問題及原因，提出了改善方案并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證與效果評(píng)定：

1) 運(yùn)用工時(shí)法及程序分析法對(duì)影響連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)效率的因素進(jìn)行研究，確定了車疲勞層、拆卸、粗車等3道工序?yàn)槠款i工序。

2) 運(yùn)用“ECRS”原則討論并合理簡(jiǎn)化工藝流程，運(yùn)用人-機(jī)作業(yè)分析方法對(duì)瓶頸工序的人-機(jī)作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行分析優(yōu)化，調(diào)整人員分配。并應(yīng)用Witness仿真建模對(duì)優(yōu)化后的連鑄輥修復(fù)生產(chǎn)流程進(jìn)行了效果評(píng)定。連鑄輥修復(fù)車間的月產(chǎn)能由380根提升到441根，車間參與輥體修復(fù)的工人數(shù)量由28人減少到25人，節(jié)約了3名工人。

3) 提高了連鑄輥修復(fù)各工序的時(shí)間利用率，優(yōu)化后，工序的時(shí)間利用率達(dá)到90%以上。