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        基于MOD法的手機(jī)生產(chǎn)線平衡研究

        2023-01-18 07:10:38趙敏杰孫麗楊志剛
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)線流水線生產(chǎn)線

        趙敏杰,孫麗,楊志剛

        (大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,遼寧 大連 116028)①

        隨著科技的快速發(fā)展,電子產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展迅速,電子產(chǎn)品代工行業(yè)的競爭也日趨激烈.環(huán)境及市場的不斷變化,使得手機(jī)代工企業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn),如產(chǎn)品更新速度加快、物料供應(yīng)緊張、人工成本上升等.在如此激烈的市場競爭環(huán)境下,如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線高效運(yùn)轉(zhuǎn),減少人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi),提高生產(chǎn)效率[1],已成為各企業(yè)急需解決的問題.

        在流水線平衡方面,藺宇等[2]運(yùn)用精益生產(chǎn)中的作業(yè)山積表、價(jià)值流程圖、看板管理等工具和方法,改善了生產(chǎn)線布局、平衡了生產(chǎn)物流、提高了生產(chǎn)線平衡率.黑偉陽[3]通過精益價(jià)值流分析,找出公司生產(chǎn)線瓶頸,通過對瓶頸工位的設(shè)備改良和作業(yè)重排來降低瓶頸工時(shí),提高生產(chǎn)線平衡率;同時(shí)通過5S管理、TPM管理改善了生產(chǎn)現(xiàn)場面貌,提高了設(shè)備利用效率.王濤[4]以發(fā)動(dòng)機(jī)各裝配線為研究對象,用工業(yè)工程中的程序分析法對生產(chǎn)流程進(jìn)細(xì)致分析,并綜合運(yùn)用 5W1H、ECRS 技術(shù)降低瓶頸時(shí)間,結(jié)合現(xiàn)場管理措施保障了生產(chǎn)線平衡率.

        針對簡單裝配線平衡問題, Cerqueus等[5]認(rèn)為在進(jìn)行求解目標(biāo)函數(shù)時(shí),僅考慮節(jié)拍和工作數(shù)的單一目標(biāo)函數(shù),不符合企業(yè)實(shí)際情況,因此針對雙目標(biāo)問題提出了一種分支定界方法的精確算法. Sahin等[6]運(yùn)用線性混合整數(shù)規(guī)劃法,研究多工人流水線平衡問題,該方法可以減少工人和工作站的數(shù)量,使流水線平衡問題得到有效改善.Yadav等[7]在解決混合模型雙面流水線平衡問題時(shí),基于Matlab 開發(fā)的數(shù)學(xué)模型并運(yùn)用 LINGO 軟件求解,結(jié)果表明該方法可有效減少裝配工人數(shù)量,降低搬運(yùn)成本,提高生產(chǎn)線平衡率.

        在手機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)中,F(xiàn)企業(yè)(某手機(jī)產(chǎn)品代生產(chǎn)公司)面臨著諸多問題,如:作業(yè)分工不合理,瓶頸工序?qū)е碌纳a(chǎn)線整體效率低下、動(dòng)作浪費(fèi)、產(chǎn)線產(chǎn)能嚴(yán)重滯后等.因此F企業(yè)亟須對現(xiàn)行生產(chǎn)線問題進(jìn)行分析,找出影響產(chǎn)線平衡的因素,盡量使各工位的作業(yè)時(shí)間趨于一致,減少工時(shí)損失,提高設(shè)備和人工利用率.通過動(dòng)作優(yōu)化減少工人的疲勞強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)線平衡率,以達(dá)到整體狀態(tài)的最優(yōu).

        本文針對F企業(yè)存在的問題,利用ECRS技術(shù)及5S方法,采用工業(yè)工程中預(yù)定動(dòng)作時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)(也稱PST法)中的MOD法進(jìn)行時(shí)間測量,尋找瓶頸時(shí)間;通過工序重排及合理增加人手等途徑突破瓶頸,達(dá)到較高水平的平衡率.

        1 廠區(qū)布局及生產(chǎn)過程分析

        1.1 廠區(qū)布局

        F企業(yè)中的一個(gè)廠區(qū)是手機(jī)零部件制造廠,該廠區(qū)的生產(chǎn)工序包括清洗、鍍膜、焊接、組裝等.廠區(qū)(部分)主要進(jìn)行物料表面處理工序,包含機(jī)加工車間(擁有自動(dòng)化機(jī)床等多種自動(dòng)化大型設(shè)備)、退遮蔽車間、HC清洗車間、流水線工作區(qū)等,廠區(qū)各車間布局圖見圖1.根據(jù)實(shí)際研究情況,圖中展示了廠區(qū)的部分布局,其具體改善研究將會(huì)在流水線進(jìn)行.

        圖1 廠區(qū)各車間布局圖

        1.2 工作地點(diǎn)布置

        對流水線工作區(qū)進(jìn)行工作研究,工作地點(diǎn)選定在整個(gè)廠區(qū)——圖1右下角的車間中,工作地點(diǎn)布置見圖2.

        圖2 工作地點(diǎn)布置

        圖中的成品區(qū)為流水線生產(chǎn)過后進(jìn)行下一步工序前的貨物暫存區(qū);貨物存放區(qū)存放來自庫存的物料,通常通過叉車用棧板放置,物料量巨大;簽收區(qū)主要是向別的流水線供應(yīng)簽收完成的物料,或者處理簽收異常的物料;簽收存放區(qū)放置簽收好的物料;雜物區(qū)主要放置以下物品:拆下包裝后的包裝材料,不能使用的掛框以及包裝完成的垃圾箱.

        1.3 生產(chǎn)過程描述

        整個(gè)廠區(qū)的生產(chǎn)過程流程圖見圖3.物料從庫存開始經(jīng)掃描產(chǎn)品上的二維碼簽收之后,經(jīng)過第一次類別檢驗(yàn)區(qū)分出物料來源,區(qū)分之后通過流水線進(jìn)行檢料,有些可以跳過檢料直接安裝掛枝(一種固定設(shè)備的夾具),最后在流水線的末端掃描設(shè)備上的二維碼后放入清洗框架.清洗框架裝滿后運(yùn)送到HC清洗車間進(jìn)行高溫清洗,結(jié)束后通過運(yùn)輸放入進(jìn)料口,經(jīng)過進(jìn)料口的加工,返回定位物料的掛枝,然后繼續(xù)用返回的掛枝進(jìn)行物料清洗前的定位安裝.

        圖3 生產(chǎn)過程流程圖

        2 案例中生產(chǎn)現(xiàn)場問題描述

        2.1 流水線概況

        F企業(yè)多年來一直開展實(shí)施精益生產(chǎn),車間自動(dòng)化水平很高,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了流水線作業(yè)、過程信息追蹤、物料溯源以及人機(jī)交互作業(yè)等.本文研究的流水線是物料清洗前的工序流水線.盡管流水線上已經(jīng)達(dá)到了高效、整潔、紀(jì)律等良好的工作氛圍,但是經(jīng)仔細(xì)觀察,發(fā)現(xiàn)仍存在一些問題.其中最主要的就是由于缺少掛枝而導(dǎo)致流水線停線,從而造成預(yù)定計(jì)劃產(chǎn)量沒有達(dá)到要求,致使企業(yè)預(yù)期訂單無法完成.

        目前流水線各工位作業(yè)內(nèi)容見圖4.

        圖4 流水線各工位作業(yè)內(nèi)容圖

        對現(xiàn)場生產(chǎn)產(chǎn)品的情況進(jìn)行記錄,目前流水線的產(chǎn)能在750件/h以內(nèi).在2 h內(nèi)出現(xiàn)掛枝不足的情況多達(dá)10次以上,這種情況直接導(dǎo)致流水線無法正常流動(dòng),工人無法正常工作.在2 h的記錄中,工人無法正常工作的時(shí)間長達(dá)40 min以上,相當(dāng)于近一半的時(shí)間沒有正常工作,產(chǎn)能浪費(fèi)嚴(yán)重.與此同時(shí),在訂單旺季由于需要加大生產(chǎn),企業(yè)臨時(shí)招募大量未經(jīng)過長期固定從事此勞動(dòng)的人員參加勞動(dòng)生產(chǎn),致使生產(chǎn)節(jié)奏在流水線上的分布情況有快有慢,十分不平衡,這同樣也是導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下的一個(gè)因素.

        2.2 生產(chǎn)現(xiàn)場問題分析

        調(diào)查研究分析可知,生產(chǎn)中出現(xiàn)掛枝短缺是由下面幾個(gè)原因造成的:①生產(chǎn)過程中出現(xiàn)設(shè)備的損耗,儲備不足;②由于負(fù)荷不均衡,造成部分流水線掛枝堆積;③運(yùn)送掛枝人員存在“滯留”現(xiàn)象;④進(jìn)料口輸送掛枝不及時(shí).

        生產(chǎn)過程中出現(xiàn)設(shè)備損耗是因?yàn)殚L期生產(chǎn)中頻繁取放掛枝造成的.首先,一些技能不熟練的操作者沒有按照作業(yè)指導(dǎo)就進(jìn)行操作,導(dǎo)致掛枝出現(xiàn)“失靈”“變形”等現(xiàn)象,不能再繼續(xù)使用.其次,在沒有外來人員補(bǔ)充的基礎(chǔ)上就進(jìn)行大量生產(chǎn),導(dǎo)致停線情況.負(fù)荷不均衡是造成停線的重要因素.生產(chǎn)管理人員為了達(dá)到既定目標(biāo)的產(chǎn)量,不顧大局,“多吃多占”的行為屢禁不止;更有甚者竟調(diào)用流水線上的員工去供料區(qū)搶掛枝.這種情況既耽誤了生產(chǎn),又影響了生產(chǎn)企業(yè)的形象.為了能夠滿足每條流水線的需求,進(jìn)料口運(yùn)送掛枝的員工只有等到滿足需求才開始運(yùn)送,使得生產(chǎn)線上的工人物料短缺,無法持續(xù)生產(chǎn),產(chǎn)線無法流通,造成產(chǎn)線員工長時(shí)間等待.清洗過后的物料通過進(jìn)料口,由內(nèi)部操作人員取下物料并且返回掛枝.掛枝輸送情況參差不齊,使得下游生產(chǎn)單位的人員無法正常工作.例如員工運(yùn)送少量掛枝會(huì)引起其他無掛枝可用的流水線不滿;運(yùn)送量多則等待時(shí)間變長,產(chǎn)線停線風(fēng)險(xiǎn)就更高,停線的時(shí)間隨之增加,導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃滯后.

        3 生產(chǎn)線平衡的實(shí)現(xiàn)

        3.1 物料穩(wěn)定供應(yīng)的實(shí)現(xiàn)

        根據(jù)上述問題分析,該生產(chǎn)廠家存在工業(yè)工程七大浪費(fèi)中的等待浪費(fèi)以及員工的素養(yǎng)問題,這些問題亟待解決.一方面,工序來料不充足;另一方面,在流水線生產(chǎn)過程中還存在著生產(chǎn)負(fù)荷不均衡的情況.工序來料不充足,主要是缺少必要的掛枝和掛框的問題,需要通過合理的物流規(guī)劃,達(dá)到最低限度增加掛枝,并且保證流水線正常生產(chǎn)的目標(biāo);除了正常休息之外,不產(chǎn)生多余的等待時(shí)間浪費(fèi)以及停線情況.對于生產(chǎn)負(fù)荷不均衡的情況,根據(jù)流水線的工作負(fù)荷情況合理調(diào)整工位順序或者增加工作人員,使流水線的節(jié)拍達(dá)到均勻一致.

        根據(jù)基礎(chǔ)工業(yè)工程中素養(yǎng)管理及現(xiàn)場管理中的物流分析研究,從5S方法中的培養(yǎng)員工素養(yǎng)入手,制定規(guī)范的規(guī)章制度以及掛枝取用標(biāo)準(zhǔn),堅(jiān)決杜絕無關(guān)人員隨意取用掛枝的現(xiàn)象.為保證供料持續(xù)充足,對供料區(qū)的出料標(biāo)準(zhǔn)也需要指定,杜絕出料出現(xiàn)“忽多忽少”的現(xiàn)象,可以保持框內(nèi)“一半”或者“全滿”的狀態(tài).保證供料區(qū)掛枝穩(wěn)定之后繼續(xù)解決掛枝分配問題,針對每條生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況供應(yīng)相應(yīng)的物料.例如需要檢料的生產(chǎn)線對掛枝的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及不需要檢料的生產(chǎn)線,因此物料供應(yīng)可按照相應(yīng)的比例進(jìn)行分配.通過這樣定量的分配即可確定需要補(bǔ)充貨物的最小量[8-9].

        假設(shè)初始貨物量為n,補(bǔ)充貨物的最小量為m,檢料線單次消耗量為u,分配比例為1∶x,則搬運(yùn)中的物流量為3u.根據(jù)調(diào)查,供料區(qū)供應(yīng)掛枝是清洗之后的物料經(jīng)過記錄下載具之后重新裝框輸出,所以假設(shè)供料區(qū)的暫存物流量為v.

        根據(jù)總物流量公式:

        (1)

        式中:W為企業(yè)總物流量;wi為第i個(gè)部門的物流量.

        根據(jù)式(1)計(jì)算出需要補(bǔ)充的貨物最小量為:

        m=2(x+1)u+v-n

        (2)

        式中:m為最小貨物補(bǔ)充量;u為檢料線單次消耗量;v為貨物暫存量;n為初始貨物量.

        由此可計(jì)算出需要補(bǔ)充貨物的最小量.且同時(shí)保證了物料及時(shí)供應(yīng)不斷,解決了物流方面的等待問題.

        3.2 流水線節(jié)拍平衡的實(shí)現(xiàn)

        在流水線的改善方面主要是生產(chǎn)負(fù)荷不均衡,導(dǎo)致生產(chǎn)節(jié)拍不平衡[10],需要通過MTM法,即模特排時(shí)法對操作時(shí)間進(jìn)行測定[11].根據(jù)表1的MTM時(shí)間表進(jìn)行分析,可以看出MOD值最大 的 是 撕 膜,因此在原有工序環(huán)節(jié)必然造成在制品堆積,是嚴(yán)重的等待浪費(fèi).需要平衡該流水線的生產(chǎn)節(jié)拍.

        表1 動(dòng)作因素分析表

        節(jié)拍調(diào)節(jié)前工序時(shí)間情況見圖5.

        圖5 流水線節(jié)拍圖

        計(jì)算節(jié)拍平衡率[12]:

        (3)

        由式(3)計(jì)算出的平衡率為60%,平衡率低于85%屬于較差平衡.

        根據(jù)實(shí)際工作情況可以看出,投料、錄入信息以及裝入掛框都是動(dòng)作較快的工序,撕膜無法用動(dòng)作分析進(jìn)行優(yōu)化,且訂單量巨大,由此可見需要增加人員.由于生產(chǎn)順序是由投料到裝入掛框,在這之間的工序中,錄入信息工序可以適當(dāng)向前調(diào)整.與此同時(shí),工序中可以用雙手作業(yè)的有投料和裝入掛框.

        利用ECRS原則[13-14]對原有工序進(jìn)行取消、合并、調(diào)整和簡化.綜合后對流水線的節(jié)拍改善做出以下建議:①調(diào)整工序,將錄入信息作為工序起始.增加1名撕膜員工.②將撕膜工序的部分作業(yè)分配到投料工序的部分.③增加1名安裝掛枝員工.④投料與撕膜工序作業(yè)均改為雙手作業(yè).

        改善之后工序時(shí)間情況見圖6.

        圖6 改善后節(jié)拍圖

        3.3 流水線改善評估

        從上述分析可以看出,經(jīng)改善后最大的瓶頸由21個(gè)工序降至8個(gè),且每個(gè)工序之間基本達(dá)到時(shí)間相同.平均每個(gè)零件生產(chǎn)時(shí)間降低62%,相當(dāng)于改善后加工單件零件的時(shí)間是原來的38%,生產(chǎn)效率大大提高.在保證掛枝運(yùn)送量不短缺前提下,計(jì)算生產(chǎn)線的節(jié)拍平衡率為88.4%,在85%~90%之間,平衡率良好.

        在實(shí)際改善中該廠區(qū)也是按照此工序進(jìn)行改善的,改善情況較之前有很大提高.按照改善前的生產(chǎn)情況,兩條線加工24框/h, 10 h可以加工約15 000個(gè)零件,訂單旺季時(shí)每天最低生產(chǎn)訂單量為18 000~30 000 件且逐天增加,明顯看出每天產(chǎn)量未能達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn).然而經(jīng)過工序改善后,單條流水線可加工25~27框/h,加工工件數(shù)量完全滿足每日任務(wù)定額.生產(chǎn)量提高為原來的225%,提高效果顯著,工序改善后帶來的改善效能十分明顯.

        4 結(jié)論

        (1)生產(chǎn)線平衡是精益生產(chǎn)追求的理想境界.在精益生產(chǎn)介紹的七大浪費(fèi)中,等待浪費(fèi)是不可避免且難以消除的一種隱性浪費(fèi).該浪費(fèi)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下,從而影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益.

        (2)通過應(yīng)用 IE 理論改進(jìn)F企業(yè)手機(jī)產(chǎn)線的瓶頸問題,從而實(shí)現(xiàn)低投入提高產(chǎn)線平衡率,可以明顯看出應(yīng)用工業(yè)工程相關(guān)理論改進(jìn)優(yōu)化生產(chǎn)線、提高企業(yè)競爭力的重要意義.相較追加資本投入,擴(kuò)大勞動(dòng)力或擴(kuò)大規(guī)模等外部方式來提高企業(yè)整體效率與收益,遵循工業(yè)工程的相關(guān)原則,通過將生產(chǎn)要素進(jìn)行必要的重新組合、最大限度地優(yōu)化整體作業(yè)過程、合理研究與改進(jìn)生產(chǎn)制造過程的操作方法等方法,在消除各種不必要浪費(fèi)、節(jié)約實(shí)際操作時(shí)間和生產(chǎn)資源、增加經(jīng)濟(jì)效益、提高整體生產(chǎn)率等方面效果顯著.

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