李向宇，李峰，楊寧

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湖北 十堰442002）

工業(yè)工程（industrial engineering，IE）是從科學(xué)管理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門應(yīng)用性工程專業(yè)技術(shù)，通過這些技術(shù)的應(yīng)用，企業(yè)能以最少的人力、材料和能源，獲得更大的產(chǎn)出。目前傳統(tǒng)IE 正在向現(xiàn)代化發(fā)展，以計(jì)算機(jī)為手段，將IE 和信息技術(shù)（information technology，IT）相結(jié)合，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行診斷、分析、發(fā)現(xiàn)問題，提出解決方案或優(yōu)化解決方案。纖科工藝平臺(tái)軟件（ISE）是一款應(yīng)用于制造型公司的工藝標(biāo)準(zhǔn)化軟件，采用B/S 架構(gòu)，能從生產(chǎn)現(xiàn)場問題分析入手，將現(xiàn)場錄像轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的MPEG4 格式，在ISE 系統(tǒng)上通過觀察產(chǎn)線和各工位視頻，綜合運(yùn)用IE 系統(tǒng)性方法及專業(yè)工具（如動(dòng)作分析、時(shí)間研究、作業(yè)測定）對(duì)生產(chǎn)線和工序現(xiàn)狀進(jìn)行分析，識(shí)別浪費(fèi)和異常，在此基礎(chǔ)上對(duì)工序和產(chǎn)線進(jìn)行改善和優(yōu)化。得到優(yōu)化后的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作、工時(shí)、工序、產(chǎn)線人員配置和產(chǎn)線平衡率等標(biāo)準(zhǔn)工藝數(shù)據(jù)，且這些數(shù)據(jù)可追溯，能自動(dòng)生成和輸出相關(guān)報(bào)表。通過3D可視化生產(chǎn)系統(tǒng)仿真軟件Flexsim 進(jìn)行建模和仿真可幫助IE 工程師對(duì)改善后的優(yōu)化方案進(jìn)行評(píng)估和決策［1］。運(yùn)用IE 技術(shù)進(jìn)行水箱工位優(yōu)化研究。

1 水箱分裝工位問題

某商用車總裝線長210 m，年產(chǎn)量為3 萬輛。根據(jù)企業(yè)年度減人增效的目標(biāo)，需要對(duì)總裝線進(jìn)行改進(jìn)，提升效率，降低生產(chǎn)成本［2］。其中總裝線水箱分裝工序?yàn)橹饕纳颇繕?biāo)之一。

1.1 水箱封裝現(xiàn)狀

總裝線生產(chǎn)節(jié)拍約為245 s 一輛，而水箱分裝工序主要進(jìn)行水箱分裝，水箱由40多個(gè)零件組成，組裝零件較多，工序復(fù)雜，目前該分裝工序有作業(yè)員3 人，水箱分裝布局見圖1。在1 個(gè)固定的長工作臺(tái)上，作業(yè)員獨(dú)立分裝1個(gè)水箱，分裝完成后，用吊具從工作臺(tái)上吊下，放在手推車的料箱上，每裝滿3 個(gè)水箱，員工把水箱推至距離水箱分裝工位20 m 處的總裝配線的水箱上線工位上，同時(shí)把用完的空料車推回到水箱分裝工位。

圖1 水箱分裝現(xiàn)狀布局圖

1.2 問題分析

以1個(gè)水箱分裝操作者為對(duì)象，對(duì)水箱分裝的完整周期進(jìn)行錄像，并導(dǎo)入到ISE 系統(tǒng)，綜合運(yùn)用IE的時(shí)間研究和布局研究方法完成水箱工序現(xiàn)狀分析。找到其效率低下的主要原因，如無效時(shí)間和輔助時(shí)間多等原因。最后利用IE的人機(jī)配合法和動(dòng)作改善法進(jìn)行工序改進(jìn)和優(yōu)化。圖2 為水箱分裝中安裝支架ISE系統(tǒng)視頻分析頁面。

圖2 水箱分裝工序ISE分析

對(duì)整個(gè)水箱分裝工序進(jìn)行ISE分析后，得到水箱分裝現(xiàn)狀分析結(jié)果，如表1 所示。由水箱分裝ISE 分析結(jié)果可以看出：該工位1 名工人分裝1 個(gè)水箱用時(shí)約700 s［3］，真正產(chǎn)生價(jià)值的裝配作業(yè)時(shí)間為345 s只占總時(shí)間的49%，而拿取零件的走動(dòng)時(shí)間和把裝好的水箱吊在小車上并送到總裝線邊的時(shí)間為323 s，占46%，無效作業(yè)浪費(fèi)較大。

產(chǎn)生浪費(fèi)的主要原因：1）布局方面，水箱中多零件體積較大，堆放較遠(yuǎn)，且倉庫送料不規(guī)范，造成拿取零件時(shí)間較長，如：護(hù)風(fēng)罩放置太遠(yuǎn)而且堆積較高；推料小車、中冷器和支架放置比較遠(yuǎn)，而且拿取支架時(shí)要分辨型號(hào)；分裝工序點(diǎn)離總裝線較遠(yuǎn)，分裝好的水箱需要吊下小車并推至總裝線。2）設(shè)計(jì)方面，安裝蒸發(fā)板和水箱邊板支架太多，既浪費(fèi)材料，也浪費(fèi)安裝時(shí)間。安裝所用螺栓種類較多，需要的料架和料盒也較多，不方便拿取零件，甚至需要判斷、選擇，增加了無效作業(yè)時(shí)間。

表1 水箱分裝工序ISE分析結(jié)果

2 水箱分裝作業(yè)優(yōu)化

2.1 優(yōu)化方案

由水箱分裝ISE分析結(jié)果可以看出，該工位拿取零件的步行時(shí)間和把裝好的水箱吊在小車上并送到總裝線邊的時(shí)間占46%。改善對(duì)策：1）采用AGV 循環(huán)移動(dòng)裝配線進(jìn)行分裝，即水箱分裝工位不在固定工作臺(tái)上裝配，而在可移動(dòng)的AGV 上進(jìn)行裝配。設(shè)計(jì)能安裝在AGV 小車上的工作臺(tái)面，采用AGV 移動(dòng)流水線進(jìn)行裝配，裝配好的水箱由AGV送到總裝線上，作業(yè)員卸下水箱后，AGV再自行回到分裝工位［4］。2）在物流方式上，對(duì)水箱大件采用準(zhǔn)時(shí)配送方式，大件占地面積大，裝配時(shí)裝配工人走到較遠(yuǎn)的地方拿取零件，增加步行時(shí)間。采用準(zhǔn)時(shí)配送的大件有水箱底板、中冷器總成、蒸發(fā)板總成、護(hù)風(fēng)罩支架總成、冷凝器總成等。小件不占面積，可布置在分裝裝配線附近，盡量靠近作業(yè)者，能隨手拿到。該對(duì)策改變以前1人裝配1個(gè)水箱的方式，結(jié)合準(zhǔn)時(shí)配送的物流，減少了拿取零件的步行時(shí)間，由AGV 將裝配好的水箱送到總裝配線上，有效減少了人工作業(yè)時(shí)間。

2.2 優(yōu)化后任務(wù)分配

按照改善后新的裝配方法，利用ISE 分析可知，1 名作業(yè)者完整裝完1 個(gè)水箱總時(shí)間為396 s，作業(yè)效率大大提高。圖3 是重新設(shè)計(jì)的AGV 循環(huán)移動(dòng)裝配線及線邊布局圖，整個(gè)裝配線布局緊湊，大大減少了工人走動(dòng)等無效勞動(dòng)。由于采用AGV循環(huán)移動(dòng)裝配，需要對(duì)水箱分裝作業(yè)內(nèi)容重新分配，按照2人作業(yè)和任務(wù)均衡原則進(jìn)行分配。

1）員工1 的任務(wù) 拿水箱底板，拿護(hù)風(fēng)罩，拿標(biāo)簽、貼標(biāo)簽、放標(biāo)簽，拿支架邊板，拿防風(fēng)罩螺栓，拿支架，拿風(fēng)槍打緊護(hù)風(fēng)罩螺栓、放風(fēng)槍，翻轉(zhuǎn)水箱，拿冷凝器，放防護(hù)皮，拿暖風(fēng)管支架，拿支架，拿螺栓螺母，安裝支架?？傋鳂I(yè)時(shí)間約為196 s。

圖3 AGV循環(huán)移動(dòng)裝配線

2）員工2 的任務(wù) 拿蒸發(fā)器，左手拿下護(hù)風(fēng)皮，安裝蒸發(fā)器，拿空調(diào)管路總成，涂膠、拿螺栓，擰螺栓，打緊支架螺栓，拿中冷器、撕包裝，安裝中冷器并打緊，檢查并標(biāo)記?？傋鳂I(yè)時(shí)間約為200 s。

3 AGV循環(huán)移動(dòng)仿真驗(yàn)證

Flexsim 是面向制造業(yè)、物流等領(lǐng)域開發(fā)的一套系統(tǒng)仿真軟件。集計(jì)算機(jī)三維圖像處理、仿真、人工智能、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)為一體，可構(gòu)建超強(qiáng)的3D虛擬仿真環(huán)境［5］。設(shè)計(jì)的AGV循環(huán)移動(dòng)裝配線是否符合預(yù)期和滿足要求，需要仿真驗(yàn)證，如：水箱分裝作業(yè)者和AGV 移動(dòng)工作臺(tái)的利用率，在綜合考慮運(yùn)輸距離、等待時(shí)間等因素情況下，總裝線水箱安裝工位供貨是否有供貨不及時(shí)和中斷現(xiàn)象，能否滿足總裝線生產(chǎn)節(jié)拍等。

使用Flexsim 對(duì)AGV 循環(huán)移動(dòng)裝配線進(jìn)行仿真驗(yàn)證［6-7］：1）構(gòu)建由2 個(gè)AGV 組成的循環(huán)移動(dòng)裝配線模型，如圖4 所示。2）編寫腳本程序。建立2個(gè)水箱分裝作業(yè)者全局表和總裝線上水箱總裝操作者全局表，用來存儲(chǔ)模型的輸入輸出等數(shù)據(jù)，并將已有的Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)入全局表中。通過任務(wù)序列和全局表控制AGV和作業(yè)者按照預(yù)定的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完成相關(guān)作業(yè)內(nèi)容，模型中的實(shí)體都可以用命令來訪問這些數(shù)據(jù)。如把水箱分裝作業(yè)者1 要完成的作業(yè)內(nèi)容和時(shí)間事先輸入到“水箱分裝作業(yè)者1”的全局表中，見表2，當(dāng)水箱分裝作業(yè)者1在進(jìn)行水箱分裝作業(yè)時(shí)，使用任務(wù)序列訪問該表，按照全局表中的任務(wù)執(zhí)行任務(wù)序列，其他任務(wù)實(shí)體的任務(wù)全局表的設(shè)置方法相同。在ISE 系統(tǒng)分析中已經(jīng)得到該水箱分裝工序的標(biāo)準(zhǔn)工藝和標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)。確定AGV 循環(huán)移動(dòng)裝配線仿真的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：水箱分裝操作者1 總作業(yè)時(shí)間約為196s，水箱分裝操作者2總作業(yè)時(shí)間約為200s，總裝配線水箱安裝作業(yè)者作業(yè)時(shí)間約為239s，AGV 小車速度為3.6km·h-1（在分裝工位和總裝工位自動(dòng)停車，由工人控制運(yùn)行），總裝線節(jié)拍為245s，仿真時(shí)長8h。

圖4 AGV循環(huán)移動(dòng)裝配線循環(huán)仿真

表2 水箱分裝作業(yè)者1任務(wù)全局表 s

4 仿真結(jié)果分析

對(duì)AGV 循環(huán)移動(dòng)裝配線進(jìn)行仿真，運(yùn)行結(jié)果見表3。對(duì)表3 中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到2 臺(tái)AGV裝配車的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表4～5所示。

由上述仿真數(shù)據(jù)可以看出：設(shè)計(jì)的AGV 循環(huán)移動(dòng)裝配線8 h 可分裝117 臺(tái)水箱，總裝線可總裝117臺(tái)整車。采用AGV循環(huán)移動(dòng)裝配線，水箱分裝工位作業(yè)者分裝裝配有價(jià)值時(shí)間提高到80%左右，效果提升明顯?？傃b線作業(yè)者平均空閑時(shí)間占比4.7%，裝配時(shí)間占比93.8%，走路拿取零件時(shí)間占比1.4%左右。作業(yè)充實(shí)度較高，基本滿負(fù)荷工作。投入2 臺(tái)AGV 循環(huán)時(shí)，平均每臺(tái)AGV 的搬運(yùn)時(shí)間占比13%、分裝裝配時(shí)間80.5%、阻塞停止時(shí)間6.5%左右。說明2臺(tái)AGV循環(huán)供給可滿足總裝線需求，未發(fā)生供貨中斷造成總裝線停運(yùn)的現(xiàn)象。

表3 運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表 s

表4 AGV裝配車仿真結(jié)果 s

表5 作業(yè)者仿真結(jié)果 s

5 結(jié)論

利用傳統(tǒng)工業(yè)工程方法和技術(shù)，以ISE為基礎(chǔ)進(jìn)行工位分析，并利用Flexsim進(jìn)行仿真驗(yàn)證，完成水箱分裝工序優(yōu)化。該工位的作業(yè)人員從3 人減少到2人，采用AGV 循環(huán)移動(dòng)裝配線，水箱分裝工位作業(yè)者分裝裝配的價(jià)值時(shí)間提高到80%左右，效果提升明顯?？傃b線水箱上線作業(yè)者平均空閑時(shí)間占比4.7%，裝配時(shí)間占比93.8%，走路拿取零件時(shí)間占比1.4%左右，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。