汽車天窗導軌生產(chǎn)線的分析與改善

王昀睿

(西安科技大學 機械工程學院，西安 710054)

0 引言

寶馬BMW—I01 天窗導軌主要裝配車型為BMW New 3 Series coupe 汽車，天窗導軌屬鋁件，機加工環(huán)節(jié)需要依次進行整體沖切、三切口沖切、擴孔、去毛刺和滾彎，最后檢驗裝箱入庫。整體沖切是用80t 沖床對鋁板材經(jīng)刀模沖壓后得到工件，三切口沖切需對整體沖切后工件沖切端口凹槽和導軌接槽，擴孔是對工件進行定位孔的鉆擴，去毛刺時使用打磨機對工件加工斷面進行打磨，滾彎要使用自行研發(fā)的滾彎設(shè)備完成工件的二維彎曲加工，配合曲面車頂裝配，最后將制成工件固定在相應檢具上，應用止通規(guī)、百分表等對工件的面、線弧度、定位孔等指標對照檢驗基準書進行檢驗。該產(chǎn)品的生產(chǎn)線目前存在一定問題，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場狀況，對該生產(chǎn)線的現(xiàn)場布局、輔助設(shè)施及生產(chǎn)流程進行改善研究，提高生產(chǎn)線各工序工作人員的飽和度，從而達到提高生產(chǎn)率，提高企業(yè)經(jīng)濟效益的目的。

1 換模裝置的改善

產(chǎn)品型號不同需要使用不同模具，大型沖床加工使用的模具體積和質(zhì)量都很龐大，表面遍布鋒利的棱角和切口，這些直接造成搬運困難、更換復雜，在模具更換轉(zhuǎn)移時也容易造成工人的跌砸傷害。目前生產(chǎn)線和模具放置區(qū)單次行程超過30m，工人每次換模用時超過20min，包括將原模具從設(shè)備上拆卸轉(zhuǎn)移至換模拖車上，再拖拽拖車至模具放置區(qū)，接著操作拖車配合人力將原模具放置在模具架上鎖緊，隨后將要使用的模具從模具架上拖拽到換模拖車上，再拉著拖車回到生產(chǎn)線，操作拖車將模具安裝在生產(chǎn)設(shè)備上并調(diào)試。整個換模過程中生產(chǎn)線處于停滯狀態(tài)，每變更一次生產(chǎn)任務，為配合天窗導軌左、右件的兩臺80t 沖床，換模時間合計超過45min，如此長的停滯時間使生產(chǎn)線造成嚴重的損失。再者，過長的搬運距離也會產(chǎn)生額外的安全風險，一次換模工作至少需要兩個工人完成，在拖拽換模拖車行進過程中，兩人操作的不一致極易造成拖車傾倒，模具跌落等嚴重后果。針對換模環(huán)節(jié)存在的問題，對該生產(chǎn)線進行基于快速換模的改善。

首先將模具放置區(qū)轉(zhuǎn)移到毗鄰80t 沖床的位置，減少了換模過程中的搬運距離，另外在換模操作中，采用快速換模裝置實現(xiàn)換模過程?？焖贀Q模裝置如圖1所示，其模具架使用60 ×60 ×4mm 方管制作，安裝有無動力滾筒，共三層。使用中，升降臺車在固定軌道上橫向移動，臺車載重為1t，表面兩側(cè)設(shè)置擋墻，防止模具跌落，液壓系統(tǒng)為臺車升降提供動力，確保臺車升降平穩(wěn)，臺車和模具架均裝配有無動力滾輪，人力推拉即可實現(xiàn)模具的取用和上架，快速完成對沖床模具的更換［1-2］。

圖1 快速換模裝置

天窗類產(chǎn)品分左右件，左右件加工流程大致相同，出于對成本的控制，在該天窗生產(chǎn)線實際應用中，只需配備一輛升降臺車即可。為實現(xiàn)分別更換左右件加工用沖床模具，升降臺車可由過度平移小車實現(xiàn)在左右件沖床配套導軌上的移動。

經(jīng)測算，每次換模時模具流轉(zhuǎn)位移縮減到4.5m，較之前物流距離縮短85%;升降臺車液壓系統(tǒng)的引入改善了原先換模拖車手動升降，使改善后的換模平均耗時約為4min，較未改善時節(jié)約80%，同時由于實現(xiàn)了模具放置區(qū)和機器設(shè)備的緊鄰布置，不再依靠工人長距離拖拽換模臺車轉(zhuǎn)移模具，可以消除在換模過程中的安全隱患。

2 生產(chǎn)線人員飽和度現(xiàn)狀分析

人員飽和度是指作業(yè)人員在整個生產(chǎn)過程中作業(yè)時間所占的比例，根據(jù)產(chǎn)品加工的流程，統(tǒng)計各工序操作人員的單位產(chǎn)品加工時間，結(jié)合生產(chǎn)節(jié)拍計算出每一道工序的人員飽和度［3］。

2.1 初步確定生產(chǎn)節(jié)拍

生產(chǎn)節(jié)拍又稱客戶需求周期、產(chǎn)距時間，是指在一定的時間長度內(nèi)，總有效生產(chǎn)時間，即可用時間與客戶需求數(shù)量的比值，是客戶需求一件產(chǎn)品的市場必要時間。

其中，T—生產(chǎn)節(jié)拍;

Ta—可用工作時間;

Td—客戶需求產(chǎn)品量

在天窗生產(chǎn)線的試生產(chǎn)中，客戶產(chǎn)品需求為1200pcs/天，生產(chǎn)線排班8h/班，可知單小時需要的產(chǎn)量為:1200/8 =150pcs，由公式(1)確定生產(chǎn)節(jié)拍為:

2.2 改善前生產(chǎn)線人員飽和度分析

要分析生產(chǎn)線人員的飽和度，就需要統(tǒng)計出各工序操作人員實際作業(yè)時間。目前該生產(chǎn)線共有6 個工位7 名操作人員，檢驗工序的人員在完成檢驗工作后需再完成搬運任務，所以在作業(yè)測定中該工位人員的作業(yè)時間取兩項作業(yè)時間之和，應用作業(yè)測定方法［4］，確定出合理的觀測點，借助視頻對各工序的熟練操作人員分別測時10 次，求出平均值為作業(yè)時間，寬放率取10%［5］，計算改善前各工序人員飽和度如表1所示。

表1 改善前生產(chǎn)線人員飽和度

由表1 可知，在節(jié)拍為24s 的情況下，各工序人員的平均飽和度只有55%，尤其是去毛刺工序人員飽和度最低，只有31.1%，造成的直接后果便是生產(chǎn)人員閑置時間過多，從而增加了人員的非必要走動，影響車間其他人員工作及生產(chǎn)線的5S;其次，各工序間人員飽和度差異較大，造成在制品流轉(zhuǎn)不暢，嚴重破壞整條生產(chǎn)線的均衡。

3 生產(chǎn)線人員飽和度的優(yōu)化

3.1 應用在線打磨實現(xiàn)工序的合并

在影響整條生產(chǎn)線均衡性的因素中，去毛刺工序影響最大，采用在線打磨將該工序合并到其他工序中［6-7］，即將去毛刺打磨工序合并到?jīng)_切和鉆擴孔工序中，使用在線打磨周轉(zhuǎn)架完成在制品的打磨和周轉(zhuǎn)。該在線打磨周轉(zhuǎn)架右側(cè)的砂帶由內(nèi)置電機驅(qū)動高速轉(zhuǎn)動，當沖切操作員完成整體沖切作業(yè)后，將工件輕觸砂帶進行打磨，經(jīng)目視檢驗后放置在臺架上部;下道工序操作人員從臺架上部拿取工件進行三端口沖切，完成后將工件輕觸砂帶進行打磨，目視檢驗后放置在臺架上部;擴孔工序的操作也類似，每條生產(chǎn)線配置3 個在線打磨周轉(zhuǎn)架。

3.2 生產(chǎn)線設(shè)施規(guī)劃與改善

該生產(chǎn)線的機器設(shè)備U 型布置過于緊湊，加之改善前作業(yè)人員多，設(shè)置在擴孔和滾彎操作中的打磨操作會集中造成在制品流轉(zhuǎn)不暢;同時生產(chǎn)進行時進料方向背向主物流通道，造成不必要的物流轉(zhuǎn)移。針對以上問題，在削減人員和工序合并后，將生產(chǎn)設(shè)備的U型布置進料口面向主物流通道，去除多余的周轉(zhuǎn)架和打磨架，配置在線打磨架實現(xiàn)打磨和在制品周轉(zhuǎn)［8］，改善后布置如圖2。

圖2 改善后布置圖

改善后，快速換模裝置設(shè)置在80t 沖床鄰位，同時去除打磨架和周轉(zhuǎn)臺架，削減相應操作人員，設(shè)置在線打磨架在整體沖切、三切口沖切以及鉆擴孔工序，以便在沖切、鉆擴孔后進行打磨去毛刺。最后調(diào)整機器設(shè)備布置，將在制品物流方向面向主物流通道，在進料區(qū)域設(shè)置放料區(qū)，保證原材料安全庫存，降低生產(chǎn)前置時間。

3.3 改善后生產(chǎn)線人員飽和度分析

如圖2 所示，改善后生產(chǎn)線削減了去毛刺打磨工序的兩個操作人員，使去毛刺打磨在沖切、擴孔工序應用在線打磨架同步進行，在線打磨的應用也明顯降低了各工序用于檢驗的時間，但由于整體生產(chǎn)線人員的削減，使三切口沖切工序人員在作業(yè)過程中的移動距離增大，相應增加了備料定位的時間［9-10］，由3. 1s/pcs 增加至4. 6s/pcs，改善后的生產(chǎn)線可滿足客戶需求產(chǎn)量1440pcs/天，按每天8h生產(chǎn)，得出每班產(chǎn)量為1440/8 =180/h，這時的生產(chǎn)節(jié)拍為:

表2 為改善后各工序的作業(yè)時間及生產(chǎn)線人員飽和度分析。

由表2 可見，經(jīng)過改善，該生產(chǎn)線人員從7 人一班縮減為5 人一班，各工序人員平均飽和度達到80.9%，生產(chǎn)節(jié)拍從24s 提高至20s。

表2 改善后生產(chǎn)線人員飽和度

4 結(jié)論

經(jīng)過對汽車天窗導軌生產(chǎn)過程的詳細分析，基于設(shè)施布置理論對現(xiàn)場進行了重新布置，將快速換模裝置設(shè)置在80T 沖床鄰位，根據(jù)加工需要對其它的加工設(shè)備和人員位置也進行了重新排列，結(jié)合現(xiàn)場添加快速換模裝置、在線打磨架等，使換模時間和勞動量明顯減小，整個生產(chǎn)線的工作人員減少2 人，節(jié)拍提高了17%，人員飽和度提高了26%，生產(chǎn)線的均衡性和生產(chǎn)率都得到提高，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

［1］吳紅，劉社英.鍛造液壓機的快速換模裝置［J］.液壓氣動與密封，2012(3):71 -72.

［2］葉永偉，王曉恩，林海，等. 沖壓設(shè)備快速換模技術(shù)研究［J］.機械制造，2010(5):70 -73.

［3］熊斌，葛玉輝，陳真英.員工工作飽和度評估研究-基于某機械制造有限公司實證分析［J］.工業(yè)工程與管理，2013(18)，3:76 -82.

［4］張西林. 配送中心作業(yè)時間測定研究［J］，物流技術(shù)，2013，32(4):113 -115.

［5］李強，梁工謙，張晶.IE 技術(shù)在發(fā)動機裝配線作業(yè)改善中的應用［J］.機械設(shè)計與制造，2012(3):79 -81.

［6］胡羅克，陳勇，覃濤.線束裝配線平衡改善與仿真［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2012(2):92 -97.

［7］王昀睿.基于改進啟發(fā)式平衡方法的顯示器裝配流水線設(shè)計［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2012(10):100-102.

［8］陸云，邱勝海，王志亮，等.某軸承制造企業(yè)設(shè)施規(guī)劃及仿真［J］.中國制造業(yè)信息化，2011(40)，23:27 -30.

［9］朱鑫彥，李余生，刁雄，等.基于IE 在汽車底盤裝配的應用［J］.制造業(yè)自動化，2012(5):58 -64.

［10］祁麗霞. 基于工作研究的廂式半掛車焊裝生產(chǎn)線優(yōu)化［J］.現(xiàn)代制造工程，2013(6):69 -72.