張赫，郎祎 （中鐵四局集團(tuán)第四工程有限公司，安徽 合肥 230041）

1 引言

近些年，我國高速鐵路發(fā)展取得了舉世矚目的成就，成為體現(xiàn)國家發(fā)展的閃亮名片，但是鐵路構(gòu)件預(yù)制施工生產(chǎn)中，其因構(gòu)件種類多、數(shù)量大，導(dǎo)致預(yù)制生產(chǎn)過程中質(zhì)量波動大。人工輔助及叉車轉(zhuǎn)運，產(chǎn)生工序銜接不流暢，構(gòu)件易損易壞，生產(chǎn)效率較低，施工組織粗放。在高速鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)不斷創(chuàng)新下，構(gòu)件預(yù)制由傳統(tǒng)分散生產(chǎn)升級為集中工廠化預(yù)制，生產(chǎn)線的投入大幅降低了勞動成本，提高構(gòu)件質(zhì)量，降低了資源消耗，減少了對環(huán)境的干擾，滿足了綠色發(fā)展的要求。但是自動化生產(chǎn)線應(yīng)用需解決生產(chǎn)線布局合理、生產(chǎn)節(jié)拍確定、生產(chǎn)線平衡分析及改善，才能使其高效的運轉(zhuǎn)，更好的發(fā)揮生產(chǎn)能力。為解決以上問題，結(jié)合自動化生產(chǎn)線技術(shù)，將構(gòu)件預(yù)制各工序在生產(chǎn)線作業(yè)上，通過生產(chǎn)線平衡分析和改善，解決生產(chǎn)線上各工序平衡作業(yè)，實現(xiàn)自動化作業(yè)，保證了構(gòu)件質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。

2 預(yù)制構(gòu)件自動化生產(chǎn)線技術(shù)應(yīng)用

2.1 預(yù)制工藝流程優(yōu)化

結(jié)合生產(chǎn)線各個工位功能，將其工序設(shè)置在固定工位上，滿足施工作業(yè)要求，利用自動化生產(chǎn)線技術(shù)進(jìn)行流轉(zhuǎn)作業(yè)，到提高生產(chǎn)效率、保證施工質(zhì)量、節(jié)約成本投入。優(yōu)化后工藝流程為混凝土自動運輸→自動布料、振搗→生產(chǎn)線轉(zhuǎn)運→蒸汽養(yǎng)護(hù)→脫模→模具清理→安裝鋼筋籠、預(yù)埋件→合模→流轉(zhuǎn)至下一循環(huán)。簡化混凝土澆筑過程，由操作員完成作業(yè)，減少勞務(wù)投入。養(yǎng)護(hù)室與生產(chǎn)線整合后，將混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)納入生產(chǎn)線管理，大大提高養(yǎng)護(hù)效率，提升構(gòu)件質(zhì)量。將構(gòu)件脫模、清理、安裝鋼筋籠預(yù)埋件、合模工序安排在操作臺上，方便統(tǒng)籌布局，提升作業(yè)效率。

2.2 生產(chǎn)線布置結(jié)構(gòu)優(yōu)化

生產(chǎn)線由輸送輥道架的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，加裝傾斜式振動臺、雙層碼垛機(jī)、布料機(jī)、養(yǎng)護(hù)室、子母車、擺渡車等自動控制設(shè)備，由電氣液壓和自動控制系統(tǒng)配合。完成混凝土澆筑、振搗、碼垛、養(yǎng)護(hù)，構(gòu)件拆跺、拆模，模具打磨、噴脫模劑、合模和轉(zhuǎn)運等工序自動化流轉(zhuǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化及專業(yè)化作業(yè)。采用PLC可編程及變頻控制技術(shù)，使自動化生產(chǎn)線滿足各種工況作業(yè)，提高工序銜接效率；采用串聯(lián)加多向組合形式布局，生產(chǎn)線可根據(jù)不同場地及要求進(jìn)行改變，生產(chǎn)節(jié)拍和速率也可根據(jù)生產(chǎn)工期進(jìn)行調(diào)整，靈活多變的結(jié)構(gòu)形式，達(dá)成提質(zhì)增效的目的。

3 生產(chǎn)線平衡分析及改善方法

理想自動化生產(chǎn)線是前、后作業(yè)工序緊密相連、均衡的一系列作業(yè)，并保持一定生產(chǎn)速率。隨著合理的工藝流程朝完成方向作業(yè)，整個生產(chǎn)線工序接近同步作業(yè)。根據(jù)在自動化生產(chǎn)線施工工位轉(zhuǎn)運情況，通過模型演算生產(chǎn)過程并不斷改善，使其生產(chǎn)線各項工序和生產(chǎn)能力匹配，消除工序間不平衡損失以及生產(chǎn)過剩，最終達(dá)到生產(chǎn)線平衡的生產(chǎn)狀態(tài)。

3.1 生產(chǎn)平衡的目的和意義

生產(chǎn)線平衡是生產(chǎn)線配置的首要問題，使自動化生產(chǎn)線的各個具體施工工序作業(yè)時間的差別非常小，幾乎達(dá)到各工序的作業(yè)時間相同，進(jìn)而實現(xiàn)生產(chǎn)線平衡。也就是說對生產(chǎn)的全部工序進(jìn)行平均化，使各作業(yè)時間以盡可能相近的技術(shù)手段與方法來作業(yè)。

生產(chǎn)平衡的目的在于縮短生產(chǎn)一個構(gòu)件預(yù)制及轉(zhuǎn)運時間，降低生產(chǎn)投入成本；提高生產(chǎn)線的工作效率；減少工序間生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，減少施工生產(chǎn)的周期；改善生產(chǎn)線的平衡，提高作業(yè)工序穩(wěn)定性和預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量；對改善后的工序流程進(jìn)行實踐，增加各工序之間銜接和對接效率。

3.2 生產(chǎn)平衡分析各項影響因素

3.2.1 生產(chǎn)節(jié)拍

生產(chǎn)線節(jié)拍是指連續(xù)生產(chǎn)相同的兩個產(chǎn)品之間的間隔時間，即指完成一個產(chǎn)品所需的平均時間。生產(chǎn)節(jié)拍是一種目標(biāo)時間，是隨需求量和需求期的變化而變化的，它決定了生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)速度和效率。

3.2.2 瓶頸時間

瓶頸時間是一個生產(chǎn)過程中最慢的工序時間，它不僅限制了整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度，還影響了整體生產(chǎn)能力和效率。它是整個生產(chǎn)過程中制約生產(chǎn)速度的各個因素。如人員配備不足，設(shè)備發(fā)生故障，傳輸系統(tǒng)不通暢等問題，都有可能成為瓶頸。

3.3 生產(chǎn)線平衡的方法

生產(chǎn)線平衡問題是將所有工序作業(yè)，以使各個工序作業(yè)在節(jié)拍（即相鄰兩工序通過生產(chǎn)線尾端的間隔時間）內(nèi)都處于繁忙狀態(tài)，完成最多的操作量，從而使閑置時間最少。生產(chǎn)線平衡的核心就是——克服瓶頸。

圖2 瓶頸時間示意圖

在流線生產(chǎn)作業(yè)中，制約產(chǎn)能的是瓶頸工作，瓶頸出現(xiàn)使前工序產(chǎn)品無法流下去，后工序無產(chǎn)品可做，就會造成短暫的停止，從而降低產(chǎn)能。一條生產(chǎn)線上可能存在多個瓶頸，且是永遠(yuǎn)存在的。只有盡可能地使各工序處于最接近均衡的狀態(tài)，達(dá)到產(chǎn)能和生產(chǎn)力的最大化。

①生產(chǎn)線平衡率計算：t各工序工時之和÷（S瓶頸工序工時×R工序總數(shù)）×100%

②生產(chǎn)線平衡有很多改善方法，如5W1H提問技術(shù)方法、ECRS法則、工時測量法、程序分析和改善法、損失分析法、作業(yè)條件改善法。以ECRS法則為例進(jìn)行說明：

①E（取消）：首先考慮工序中有無可取消的。該工序可以取消而又不影響質(zhì)量和進(jìn)度，是最有效的改善。②C（合并）：將兩個或兩個以上的工序變成一個。合并后可有效地消除重復(fù)現(xiàn)象，能取得較大的效果。當(dāng)工序之間出現(xiàn)忙閑不均時，就需要對這些工序進(jìn)行調(diào)整和合并。例如，混凝土布料和振動工序在一個工位上同時作業(yè)，即可合并一同作業(yè)。③R（重排）：經(jīng)過取消、合并后，可重組也稱為替換。就是通過改變工作程序，使工作的先后順序重新組合，以達(dá)到改善工作的目的。④S（簡化）：經(jīng)過取消、合并、重排后的必要工作，再對該項工作進(jìn)一步深入分析研究，使方法盡量地簡化，以縮短作業(yè)時間，提高工作效率。

在實際的工作中要重復(fù)性的利用ECRS，不斷優(yōu)化-實踐-分析-優(yōu)化，來達(dá)到更高的生產(chǎn)效率。

4 生產(chǎn)線實例分析

4.1 生產(chǎn)線體布局與人員配置圖

采用輸送輥道架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，配上工位及設(shè)備，電氣液壓系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)組成生產(chǎn)線。根據(jù)作業(yè)內(nèi)容分為布料振搗工位①雙層碼垛工位②獨立養(yǎng)護(hù)室③拆跺工位④拆模打磨和噴脫模劑工位⑤合模工位⑥及轉(zhuǎn)運工位⑦，將各工序順序排列出來，制作工藝流程圖（如圖3）。

圖3 生產(chǎn)線布置圖及工序流轉(zhuǎn)示意圖

4.2 具體各個工位的時間分析測量

對各個工序作業(yè)時間分別測量，共計測量三次，繪制圖表（如圖4），對其進(jìn)行工序作業(yè)進(jìn)行編制、匯總、平均，進(jìn)行各個工序時間分析，繪制圖表（如圖5）。

圖4 不同工位時間完成分析圖

4.3 根據(jù)時間分析圖表制定生產(chǎn)線平衡圖表

分析后重新繪制生產(chǎn)線平衡分析圖表（如圖5），各個工位調(diào)整后時間為布料振搗4分鐘、雙層碼垛3分鐘、獨立養(yǎng)護(hù)室不占用生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)時間、拆跺3分鐘、拆模打磨和噴脫模劑5分鐘、合模2分鐘、轉(zhuǎn)運4分鐘。

圖5 分析后生產(chǎn)線平衡分析圖

4.4 計算生產(chǎn)線平衡效率后進(jìn)行分析改善

進(jìn)行生產(chǎn)線平衡效率的計算：t各工序工時之和÷（S瓶頸工序工時×R工序總數(shù)）×100%

平衡率為60%說明生產(chǎn)線平衡損失，有40%的空閑時間，最空閑的是合模作業(yè)工序，故此生產(chǎn)線平衡要從生產(chǎn)時間較長和最短的工序進(jìn)行入手。

采取ECRS方法分析，對時間長的工序分解，把部分作業(yè)分配到時間短的工序中去，養(yǎng)護(hù)室獨立運轉(zhuǎn)，不占用生產(chǎn)線作業(yè)時間?？s短作業(yè)時間，在養(yǎng)護(hù)室和生產(chǎn)線間增加自動轉(zhuǎn)運設(shè)備。增加自動布料機(jī)、自動碼垛機(jī)，提高運轉(zhuǎn)速度。增加專業(yè)作業(yè)人員，提高技能水平。增加清理、噴脫模劑、合模工位的作業(yè)人員，提高生產(chǎn)效率。對時間短的工序進(jìn)行整合或合并，將噴脫模劑工序與合模工序結(jié)合，增加最短作業(yè)工序的時間，提高生產(chǎn)線平衡率。

5 結(jié)語

自動化生產(chǎn)線技術(shù)是數(shù)字控制、工業(yè)機(jī)器和電子計算機(jī)等成組技術(shù)的應(yīng)用，靈活性大，可實現(xiàn)多產(chǎn)品批量自動生產(chǎn)。通過前期設(shè)計，模擬工作流程，通過現(xiàn)代工業(yè)工程技術(shù)與數(shù)理統(tǒng)計，運籌學(xué)及系統(tǒng)工程等相支撐，模擬生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的工況，對工序作業(yè)的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析、改善、調(diào)整，并擇優(yōu)選用合理的參數(shù)，實時調(diào)整。高速鐵路預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)平衡應(yīng)用，解決構(gòu)件生產(chǎn)過程中質(zhì)量波動大、工序銜接不流暢、易損易壞、生產(chǎn)效率較低、投入成本大、施工組織粗放等突出問題，實現(xiàn)了施工工藝提升，從而降低了勞動成本，提高了生產(chǎn)效率，保證了構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量。