胡凱杰，關運升，鄧銳苗

(沈陽工業(yè)大學，遼寧 沈陽 110870)

0 引言

近年來，我國家電行業(yè)發(fā)展迅速，家電市場逐漸飽和，企業(yè)之間的競爭進入了白熱化。大連海爾電冰箱有限公司年設計生產能力為106萬臺，擁有來自日本、意大利、德國的一流生產設備。其中節(jié)能型的系列小冰箱為大連冰箱事業(yè)部強勢產品，成為海爾集團走向國際化的又一重要出口產品。

目前越來越多的企業(yè)引入精益生產理念或技術方法以改進和優(yōu)化生產線，工廠里隱藏的浪費成為制造業(yè)改善的重點，研究企業(yè)生產線及設施規(guī)劃問題是解決生產效率低下行之有效的方法和途徑。本文以海爾公司冰箱內膽生產搬運系統(tǒng)作為研究對象，在對生產線的現(xiàn)狀運用IE相關方法進行分析的基礎上，根據(jù)車間布置原則并運用GA和Vistable對生產線進行仿真與分析，成功對生產線做出優(yōu)化。

1 冰箱內膽生產線物流路線分析

通過實地考察冰箱內膽生產車間，得到了原生產線線路圖，如圖1所示。相鄰工序之間距離過長，存在一些不必要的暫存，造成員工搬運內膽的運輸距離過長且物流路線復雜，容易發(fā)生車間道路擁堵。

圖1 原生產線線路圖

2 生產線布局及物料搬運分析

2.1 生產線布局分析

在海爾公司冰箱內膽生產線現(xiàn)場，吸附機對冰箱內膽加工結束后，需要搬運至緩存區(qū)暫存，然后搬運到沖孔模區(qū)進行沖孔，沖孔結束后運輸?shù)筋A裝線旁，最后送至總裝大線進行組裝?；诰嫔a理念對該生產線布局進行分析,發(fā)現(xiàn)其主要存在以下3方面問題：

(1) 物料流的路線太長。內膽搬運到沖孔模區(qū)的運輸路線過長，員工單班走動距離多達2 500 m；吸附機線邊無緩存區(qū)，加工完的內膽需要搬運200 m至緩存區(qū)，造成運輸時間和勞動力的浪費。

(2) 銜接過程存在庫存堆積占用資金和生產空間，內膽下線后需要在線邊暫存，降低了各工序生產效率，且容易造成車間主通道擁擠。

(3) 生產現(xiàn)場占用面積大，導致車間面積未得到充分有效的利用。

2.2 生產線物料搬運分析

搬運工具是物料搬運的直接載體，穿梭于各物流通道之間。生產線中使用的物料均使用手推車搬運，在調研中通過詢問搬運工人得知，用手推車將內膽搬運至沖孔模區(qū)需要大約10 min，每班需要運送12次。這樣的搬運方式導致工人疲勞程度過大，工時浪費，增加了搬運路線網(wǎng)的密度。

3 基于GA的生產線布局優(yōu)化

3.1 建立布置優(yōu)化數(shù)學模型

車間布局一直以來都是一種復雜的離散作業(yè)單位重新布置優(yōu)化問題，在此引入遺傳算法(GA)進行冰箱內膽生產線的布局改善。參數(shù)與決策變量示意圖如圖2所示。首先對生產車間內機器設備布局問題進行建模，使各作業(yè)單位間的產品加工成本和物料搬運成本之和最小化：

圖2 參數(shù)與決策變量示意圖

(1)

約束條件：

(2)

xi≥0i=1,2,…,n.

(3)

其中：n為作業(yè)單位個數(shù)；cij為作業(yè)單位i與作業(yè)單位j間每單位距離的搬運費用；Li為作業(yè)單位i的長度；dij為作業(yè)單位i和作業(yè)單位j之間的最小間距；xi為作業(yè)單位i的中心線相對于參考線距離。

式(1)可使作業(yè)單位間的搬運總費用最少。式(2)確保任何兩個設備都有足夠的空隙，不會發(fā)生重疊的現(xiàn)象。式(3)確保各作業(yè)單位的位置坐標為非負。

3.2 運用GA的布局仿真與分析

3.2.1 布局假設方案的提出

在分析現(xiàn)有問題的基礎上，結合布置原則對整個冰箱內膽生產搬運系統(tǒng)的布局提出了10種方案的假設。改善的措施包括調整機器的布局密度、改變機器之間的相對位置、適當增加或減少機器的數(shù)量、引入U形線、在原有車間一樓的基礎上增設二樓、選用不同種運輸設備包括升降機、叉車以及小型牽引車等。

3.2.2 最優(yōu)布局方案的確定

將10種假設方案作為初始種群，通過遺傳算法，得到了各種布局方案作業(yè)單位間的搬運總費用的適應度函數(shù)。收斂過程就是最優(yōu)方案的生成過程，各種布局方案的收斂過程如圖3所示。由此，我們得到最優(yōu)物流路線以及改善后的內膽生產搬運系統(tǒng)一樓的布局方案，如圖4所示。

圖3 布局方案收斂過程圖

圖4 內膽搬運系統(tǒng)一樓布局

在改善前的布局中，內膽下線后搬運至沖孔模區(qū)的距離過長，內膽下線后需要在線邊暫存，線邊緩存滿8車再運往下一環(huán)節(jié)，這一情況嚴重影響價值流增值率。為了有效利用生產車間的空間，盡量使空閑面積縮小，在一樓的部分區(qū)域上方搭建了二樓平臺。

將原來放置在一樓的部分沖孔模區(qū)和預裝線區(qū)域搬運到二樓平臺，采用星型生產線，把沖孔模區(qū)放置在傳送帶邊，員工直接拿去沖孔，取消線邊緩存6車；內膽在平臺上沖孔后直接運輸?shù)筋A裝線邊，減少緩存區(qū)存放數(shù)量15%。內膽生產搬運系統(tǒng)二樓布局如圖5所示。

圖5 內膽生產搬運系統(tǒng)二樓布局

4 物料搬運方式的改變

4.1 搬運工具分析與確定

搭建平臺后需要員工將內膽搬運至二樓進行加工，新方案將原本水平方向上的搬運改為垂直方向上的搬運，加裝三臺升降機。升降機A和升降機B將未沖孔的內膽從一樓提升至二樓平臺進行沖孔；升降機C將預裝結束的內膽從二樓平臺運至一樓的總裝線邊。在安裝升降機后，吸附成型后的內膽可直接由升降機升至二樓平臺，提升過程用時5 s，取消了手推車的搬運過程；在二樓平臺預裝結束的內膽也可以直接由升降機降至一樓的總裝大線旁。改進后的內膽生產線線路圖如圖6所示。

圖6 改進后的內膽生產線線路圖

4.2 搬運系統(tǒng)模型建立與仿真

利用Vistable仿真真實的內膽搬運流程。先鋪設原先的內膽搬運道路，海爾一年內膽產出量約為45萬件，單次運送60件，將物流量輸入后得出山積圖，如圖7所示。圖8為改善前的F-D圖，縱坐標是物流量(件)，橫坐標是對應物流量走的距離(m)。每個點代表一個路徑，畫在田字格中，處在右上角的圓點是最不合理的路徑。

圖7 改善前山積圖

圖8 改善前F-D圖

再鋪設改善后的搬運路線，由于鋪設了二樓，冰箱內膽生產線分為兩條，物流量減小，搬運距離縮短。改善后的山積圖如圖9所示，提高了生產效率，減少了工人的勞動量。圖10為改善后的F-D圖，可以看出改善后路徑處于左下角，搬運效率明顯提高。

圖9 改善后山積圖

圖10 改善后F-D圖

5 結論

針對遼寧大連海爾公司冰箱內膽生產搬運系統(tǒng)的問題，結合具體生產線中存在的問題，運用IE的一些方法進行改善。主要基于現(xiàn)場以及內部人士提供的數(shù)據(jù)，結合IE的知識，發(fā)現(xiàn)問題，改善優(yōu)化，進而解決問題。

(1) 通過實地調研和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)生產中存在的主要問題有車間布局不合理以及物料搬運方式不恰當?shù)取?/p>

(2) 根據(jù)車間布置原則，引入遺傳算法，得出了最優(yōu)車間布局方案。將原來的一個樓層布局改為一樓與二樓結合的立體布局，調整部分機器的擺放位置，將冰箱內膽的搬運距離由單班走動2 500 m優(yōu)化至利用升降機豎直方向上提升4 m，在制品線邊緩存由8車減少為2車。

(3) 對現(xiàn)有生產搬運系統(tǒng)的搬運設備進行了仔細的分析，查找出問題的所在，把使用手推車搬運冰箱內膽改善為通過升降機搬運內膽，為工廠形狀不規(guī)則產品的搬運提供了新思路。

通過此次課題的研究可以看出，關注現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題，采用IE手段消除浪費是流水線型生產企業(yè)提高生產能力切實可行的方法。