基于改進啟發(fā)式平衡方法的顯示器裝配流水線設(shè)計

王昀睿

(西安科技大學(xué)機械工程學(xué)院，西安 710054）

1 時間研究和動作研究

LCD顯示器裝配流水線的作業(yè)由前段、中段和后段三部分組成，現(xiàn)有的前段和后段的工作程序已經(jīng)達到了比較理想的狀態(tài)，但是裝配線的中段存在測試的工位，如白平衡、BU測試、功率測試、DDC燒入及高壓測試等都需要應(yīng)用程序的處理時間，受到硬件方面的約束，處理時間長短就決定了該工位的作業(yè)時間?，F(xiàn)在裝配線的運行并沒有考慮中段的實際作業(yè)時間，只是把前段和后段的瓶頸時間作為中段各工位的作業(yè)時間，如果瓶頸時間是在中段的話，也就沒有直觀的表現(xiàn)出來，被隱藏在產(chǎn)線的偷工現(xiàn)象中，這樣使裝配流水線的平衡沒有實際的意義，所謂的線平衡損失率也就含有很大的水分［1］。

裝配線的中段共包含12個工位，分別為預(yù)熱前功能測試、AUTO LEVEL、白平衡調(diào)整(3人）、BU測試、功率測試、彩階確認、高壓測試、模擬DDC燒入、數(shù)字DDC燒入、畫面確認、成品功能確認、出廠確認。測表研究法是工作研究中最為廣泛采用的方法［2］，在現(xiàn)場采用連續(xù)記時的方法進行測量記錄，秒表在整個過程中是連續(xù)不斷走動的，觀測人員在每一個工作要素的終點將時間記錄下來，在全部觀測結(jié)束后，用依次相減的方法，求出每個作業(yè)要素的時間，這里將一次完整操作過程定義為一次循環(huán)［3］。為了保證工時數(shù)據(jù)的精確度，對每個工位的測時次數(shù)取為10次，對10次測量后的平均值作為該工位的作業(yè)時間。

經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)工位5功率測試與工位7高壓測試的作業(yè)時間都是比較高的，達到了12.6s，在實際的作業(yè)要求中，這兩個工位都應(yīng)該控制在流水線的節(jié)拍10.29s以內(nèi)，因此對這兩個工位做出了改善［4］。改善的方案為:對于功率測試工位，由于其部分作業(yè)元素是不能改變的，經(jīng)過反復(fù)討論與試驗將功率測試的時間降至6.38s，使該工位總作業(yè)時間為8.98s;對于高壓測試工位，其中包含的拔插電源線作業(yè)太多，可以將電源線的拔插取消，在下面的導(dǎo)電電子通高壓電源，讓集電板流動到該工位就直接與高壓電源相連接，該工位的總作業(yè)時間為降至7.7s。

2 啟發(fā)式裝配流水線平衡方法

裝配線的平衡問題就是將一系列的作業(yè)元素(任務(wù)）分派到一定數(shù)量的工作站，以使各個工作站在節(jié)拍內(nèi)都處于繁忙狀態(tài)，完成最多的工作量，從而使各個工作站的閑置時間最少。啟發(fā)式裝配流水線平衡方法是根據(jù)作業(yè)元素組成及優(yōu)先順序圖，以節(jié)拍為基準，列表計算探索求解的方法。根據(jù)目前企業(yè)的標準作業(yè)、作業(yè)時間及每個作業(yè)元素的前接作業(yè)元素和后接作業(yè)元素，可以畫出整個顯示器的裝配作業(yè)順序和作業(yè)時間分析表，其中，作業(yè)元素的標準時間中包含有正常作業(yè)時間和寬放時間以及工作人員取料過程中所消耗的時間［5］。由于流水線采用的是集電板周轉(zhuǎn)，因此每個作業(yè)員的作業(yè)時間都應(yīng)該加上1s的流動時間。

經(jīng)過現(xiàn)場測試得到裝配線各工位的操作時間及總操作時間，經(jīng)過比較確定出整個裝配線的瓶頸環(huán)節(jié)，計算出其它的相關(guān)參數(shù)。顯示器裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍C=10.5s，工作站數(shù):N=46，流水線作業(yè)員總數(shù)S=54，產(chǎn)品裝配總作業(yè)時間T=459.44s，每天的生產(chǎn)產(chǎn)能為:

實行每班8小時，雙班輪換的方式進行生產(chǎn)，因此每條線每日的產(chǎn)量為5506臺，14條線的日產(chǎn)量為77084臺。

裝配線的平衡效率η:

其中:Ti:第i工位的標準作業(yè)時間;

Si:第i工位的作業(yè)員人數(shù);

流水線的平衡效率越大，說明流水線的生產(chǎn)效率越高。一般機械化的流水線的平衡效率不應(yīng)低于75%，以手工為主的裝配流水線的平衡效率應(yīng)在85% ～90%以上。該流水線的效率偏低只有81.34%，造成這一原因的根源在于各裝配工作站的操作時間存在不平衡［6-7］。

3 應(yīng)用改進后啟發(fā)式方法進行流水線平衡設(shè)計

3.1 改進后的啟發(fā)式平衡方法

裝配線的平衡問題通常包括三類:第Ⅰ類是給定裝配線的節(jié)拍，求最小工作站數(shù);第Ⅱ類是給定最小工作站數(shù)，使裝配線的節(jié)拍最小;第Ⅲ類是在裝配線的工作站數(shù)和節(jié)拍得到優(yōu)化的條件下，平衡裝配線上工作站的負荷。現(xiàn)在顯然屬于第III類平衡問題。如果繼續(xù)使用普通的啟發(fā)式平衡的基本方法，在平衡過程會不難發(fā)現(xiàn)以下問題:假設(shè)某工位的閑置時間還有11s，而下一工作要素的作業(yè)時間為12s，由于理論工位時間大于節(jié)拍時間，該工作要素將被轉(zhuǎn)到下一工作中心，這就會造成所有工作站的前幾個工位的節(jié)拍時間低于理論節(jié)拍時間，而后幾個工位特別是最后工位的節(jié)拍時間遠大于理論節(jié)拍時間，或會造成流水線工作站數(shù)量的增加，這又會造成新的裝配流水線不平衡現(xiàn)象。為了解決這一問題，當該作業(yè)元素的作業(yè)時間超過該工位的剩余時間，比較超出時間與原剩余時間，哪個與理想節(jié)拍最為接近，以最接近的那個元素作為該工位的最后一個工序［8-9］。這樣的目的是保證整個裝配流水線系統(tǒng)中各工作中心的節(jié)拍均與理想節(jié)拍最為接近，即各工作中心同步，這就是改進后的啟發(fā)式平衡算法，其流程如圖1所示。

圖1 改進后的啟發(fā)式平衡流程圖

由流程圖可以看出，用改進的啟發(fā)式方法進行平衡裝配線時需從第一個工位開始分配作業(yè)元素，在滿足約束條件的前提下分配盡可能多的作業(yè)元素至此工位，直到?jīng)]有可以再分配的作業(yè)元素為止，此時此工位的分配結(jié)束，然后分配第二個工位，再分配第三、第四個工位的作業(yè)元素，直到所有作業(yè)元素被分配完畢，分配過程中一次只分配一個元素［10］。

3.2 應(yīng)用改進后的啟發(fā)式方法對流水線進行平衡設(shè)計

應(yīng)用改進后的啟發(fā)式方法對流水線進行平衡后可以得到如下數(shù)據(jù)［11］:

裝配線生產(chǎn)節(jié)拍C:取平衡后裝配線裝配流程中的瓶頸工作站的作業(yè)時間為裝配線的節(jié)拍。即C=9.98s

工作站數(shù):N=44

裝配流水線作業(yè)員總數(shù):S=52

產(chǎn)品裝配總作業(yè)時間:T=457.44s

生產(chǎn)產(chǎn)能P:

實行每班8小時，雙班輪換的方式進行生產(chǎn)，每條線每日的產(chǎn)量為5770臺，則14條線的日產(chǎn)量為80780臺。

裝配線的平衡效率η:

4 平衡前后裝配線差異分析

將各工作站的作業(yè)時間和空閑時間進行統(tǒng)計分析，對平衡前后的工作站工作狀況繪制了作業(yè)時間不平衡差異圖，分別如圖2和圖3所示。圖中水平軸表示裝配線上各站點，垂直軸表示各站所花費的作業(yè)時間(單位:s）。各條形柱狀呈現(xiàn)上、下兩部分不同的顏色，下半部淺色區(qū)域，表示裝配線各工作站的標準作業(yè)時間(Standard Time），上半部深色部分為各工作站的作業(yè)閑置時間(Idle Time）。

圖2 平衡前各工位作業(yè)時間不平衡差異圖

圖3 平衡后各工位作業(yè)時間不平衡差異圖

從圖2中可以看到，裝配生產(chǎn)線平衡前的作業(yè)瓶頸時間是10.5s，這條裝配生產(chǎn)線的周期時間為該瓶頸工作站的作業(yè)時間，平均每10.46s生產(chǎn)出一臺LCD顯示器，各工作站間作業(yè)時間具有明顯的差異，而圖3中各站點的作業(yè)時間得到了改善，閑置時間減少了。

5 結(jié)束語

對LCD裝配流水線進行平衡后，節(jié)拍由原來的10.5s減少為9.98s，裝配工作站數(shù)由原來的46個減少至44個，裝配作業(yè)員總數(shù)從54人減少至52人，生產(chǎn)產(chǎn)能由每天的5506臺提高到每天的5770臺，裝配線的平衡效率由81.34%提高到目前的88.15%，平衡效率大于85%，裝配線平衡效果已經(jīng)達到了良好的狀態(tài)。

使用改進的啟發(fā)式平衡方法對LCD顯示器裝配流水線進行平衡，將研究成果應(yīng)用于企業(yè)實際生產(chǎn)，通過對各工位操作工序的重新分配平衡后，減少了節(jié)拍，提高了產(chǎn)能及效率，這也證明了改進的啟發(fā)式平衡法應(yīng)用于LCD顯示器裝配流水線的平衡是有效的。

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