胡凱杰，關(guān)運(yùn)升，鄧銳苗

(沈陽工業(yè)大學(xué)，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(jìn)入了白熱化。大連海爾電冰箱有限公司年設(shè)計生產(chǎn)能力為106萬臺，擁有來自日本、意大利、德國的一流生產(chǎn)設(shè)備。其中節(jié)能型的系列小冰箱為大連冰箱事業(yè)部強(qiáng)勢產(chǎn)品，成為海爾集團(tuán)走向國際化的又一重要出口產(chǎn)品。

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

1 冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)線物流路線分析

通過實(shí)地考察冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)車間，得到了原生產(chǎn)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(yùn)內(nèi)膽的運(yùn)輸距離過長且物流路線復(fù)雜，容易發(fā)生車間道路擁堵。

圖1 原生產(chǎn)線線路圖

2 生產(chǎn)線布局及物料搬運(yùn)分析

2.1 生產(chǎn)線布局分析

在海爾公司冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)線現(xiàn)場，吸附機(jī)對冰箱內(nèi)膽加工結(jié)束后，需要搬運(yùn)至緩存區(qū)暫存，然后搬運(yùn)到?jīng)_孔模區(qū)進(jìn)行沖孔，沖孔結(jié)束后運(yùn)輸?shù)筋A(yù)裝線旁，最后送至總裝大線進(jìn)行組裝?；诰嫔a(chǎn)理念對該生產(chǎn)線布局進(jìn)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(nèi)膽搬運(yùn)到?jīng)_孔模區(qū)的運(yùn)輸路線過長，員工單班走動距離多達(dá)2 500 m；吸附機(jī)線邊無緩存區(qū)，加工完的內(nèi)膽需要搬運(yùn)200 m至緩存區(qū)，造成運(yùn)輸時間和勞動力的浪費(fèi)。

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

(3) 生產(chǎn)現(xiàn)場占用面積大，導(dǎo)致車間面積未得到充分有效的利用。

2.2 生產(chǎn)線物料搬運(yùn)分析

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

3 基于GA的生產(chǎn)線布局優(yōu)化

3.1 建立布置優(yōu)化數(shù)學(xué)模型

車間布局一直以來都是一種復(fù)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(jìn)行冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)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(chǎn)車間內(nèi)機(jī)器設(shè)備布局問題進(jìn)行建模，使各作業(yè)單位間的產(chǎn)品加工成本和物料搬運(yùn)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(yùn)費(fèi)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(yùn)總費(fèi)用最少。式(2)確保任何兩個設(shè)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(biāo)為非負(fù)。

3.2 運(yùn)用GA的布局仿真與分析

3.2.1 布局假設(shè)方案的提出

在分析現(xiàn)有問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合布置原則對整個冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)搬運(yùn)系統(tǒng)的布局提出了10種方案的假設(shè)。改善的措施包括調(diào)整機(jī)器的布局密度、改變機(jī)器之間的相對位置、適當(dāng)增加或減少機(jī)器的數(shù)量、引入U形線、在原有車間一樓的基礎(chǔ)上增設(shè)二樓、選用不同種運(yùn)輸設(shè)備包括升降機(jī)、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(shè)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(yùn)總費(fèi)用的適應(yīng)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(nèi)膽生產(chǎn)搬運(yùn)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(nèi)膽搬運(yùn)系統(tǒng)一樓布局

在改善前的布局中，內(nèi)膽下線后搬運(yùn)至沖孔模區(qū)的距離過長，內(nèi)膽下線后需要在線邊暫存，線邊緩存滿8車再運(yùn)往下一環(huán)節(jié)，這一情況嚴(yán)重影響價值流增值率。為了有效利用生產(chǎn)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(yù)裝線區(qū)域搬運(yùn)到二樓平臺，采用星型生產(chǎn)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(nèi)膽在平臺上沖孔后直接運(yùn)輸?shù)筋A(yù)裝線邊，減少緩存區(qū)存放數(shù)量15%。內(nèi)膽生產(chǎn)搬運(yùn)系統(tǒng)二樓布局如圖5所示。

圖5 內(nèi)膽生產(chǎn)搬運(yùn)系統(tǒng)二樓布局

4 物料搬運(yùn)方式的改變

4.1 搬運(yùn)工具分析與確定

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

圖6 改進(jìn)后的內(nèi)膽生產(chǎn)線線路圖

4.2 搬運(yùn)系統(tǒng)模型建立與仿真

利用Vistable仿真真實(shí)的內(nèi)膽搬運(yùn)流程。先鋪設(shè)原先的內(nèi)膽搬運(yùn)道路，海爾一年內(nèi)膽產(chǎn)出量約為45萬件，單次運(yùn)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(biāo)是物流量(件)，橫坐標(biāo)是對應(yīng)物流量走的距離(m)。每個點(diǎn)代表一個路徑，畫在田字格中，處在右上角的圓點(diǎn)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(shè)改善后的搬運(yùn)路線，由于鋪設(shè)了二樓，冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)線分為兩條，物流量減小，搬運(yùn)距離縮短。改善后的山積圖如圖9所示，提高了生產(chǎn)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(yùn)效率明顯提高。

圖9 改善后山積圖

圖10 改善后F-D圖

5 結(jié)論

針對遼寧大連海爾公司冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)搬運(yùn)系統(tǒng)的問題，結(jié)合具體生產(chǎn)線中存在的問題，運(yùn)用IE的一些方法進(jìn)行改善。主要基于現(xiàn)場以及內(nèi)部人士提供的數(shù)據(jù)，結(jié)合IE的知識，發(fā)現(xiàn)問題，改善優(yōu)化，進(jìn)而解決問題。

(1) 通過實(shí)地調(diào)研和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的主要問題有車間布局不合理以及物料搬運(yùn)方式不恰當(dāng)?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(jié)合的立體布局，調(diào)整部分機(jī)器的擺放位置，將冰箱內(nèi)膽的搬運(yùn)距離由單班走動2 500 m優(yōu)化至利用升降機(jī)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(chǎn)搬運(yùn)系統(tǒng)的搬運(yùn)設(shè)備進(jìn)行了仔細(xì)的分析，查找出問題的所在，把使用手推車搬運(yùn)冰箱內(nèi)膽改善為通過升降機(jī)搬運(yùn)內(nèi)膽，為工廠形狀不規(guī)則產(chǎn)品的搬運(yùn)提供了新思路。

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