汽車裝焊生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

趙宇超

摘 要：本文從概述汽車裝焊生產(chǎn)線發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀出發(fā)，探討了汽車裝焊生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，主要包含平衡設(shè)計(jì)以及車間的布局問(wèn)題兩個(gè)部分，以期為相關(guān)的理論研究和具體的實(shí)踐工作提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：汽車；裝焊生產(chǎn)線；優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著城市化進(jìn)程的逐步加快，汽車批量生產(chǎn)化的趨勢(shì)也漸趨明顯。制造技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)以及控制技術(shù)都促進(jìn)了汽車裝配輸送線的規(guī)格以及功能、技術(shù)的迅速發(fā)展，利用機(jī)器人替代人類開展人工操作，進(jìn)一步提升安裝以及焊接工作的精度和準(zhǔn)度，促成柔性化以及自動(dòng)化裝配生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)背景下，研究汽車裝焊生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)的諸多問(wèn)題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、概述汽車裝焊生產(chǎn)線發(fā)展歷史以及現(xiàn)狀

（一）汽車裝焊生產(chǎn)線的發(fā)展歷史

從汽車裝焊生產(chǎn)線的發(fā)展歷程上來(lái)看，主要經(jīng)歷了以下三個(gè)階段。首先，六十年代以前的懸掛點(diǎn)焊機(jī)階段，人工操作是最為主流的工作方式，生產(chǎn)線的機(jī)械化和自動(dòng)化水平都非常低。其次，是六十年代到八十年代初期，裝焊生產(chǎn)線開始大量的運(yùn)用自動(dòng)電焊機(jī)和機(jī)械手，提升了機(jī)械化程度以及生產(chǎn)效率。但是柔性幾乎不存在。最后，即為八十年代中期至今。汽車裝焊生產(chǎn)線開始走向了柔性化的發(fā)展方向，計(jì)算機(jī)技術(shù)成為這項(xiàng)技術(shù)的主要技術(shù)支撐。

（二）汽車裝焊生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的研究發(fā)展現(xiàn)狀

首先，對(duì)于算法的研究較為廣泛。不管是二次規(guī)劃的方法還是圖論、混合整數(shù)規(guī)劃的方法對(duì)汽車裝焊生產(chǎn)線的模型進(jìn)行求解，都是對(duì)于汽車裝焊生產(chǎn)線在算法研究方面的重視度較高的表現(xiàn)。其次，擴(kuò)展了汽車裝焊生產(chǎn)線的基本布局模型。在以往的模型中，實(shí)際的生產(chǎn)情況都是開展模型建立的重要技術(shù)，工作人員只需要在基本情況模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行限制條件的添加。除此之外，也有學(xué)者考慮到時(shí)間因素的問(wèn)題，進(jìn)行動(dòng)態(tài)布局優(yōu)化問(wèn)題、裝焊生產(chǎn)系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素的研究。再次，是對(duì)于特定問(wèn)題進(jìn)行布局優(yōu)化的問(wèn)題。這部分汽車裝焊生產(chǎn)線的模型是根據(jù)特定的實(shí)際情況而建立的，流水線的布局問(wèn)題以及單元化生產(chǎn)系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)問(wèn)題都是較為常見的研究方向。最后，是自動(dòng)布局系統(tǒng)的開發(fā)研究問(wèn)題。因?yàn)槠囇b焊生產(chǎn)線的空間布局問(wèn)題屬于NP-完全問(wèn)題，解的空間較大。所以在早期，汽車裝焊生產(chǎn)線設(shè)計(jì)者需要比較模型以及圖紙方案，根據(jù)設(shè)計(jì)者的工作經(jīng)驗(yàn)，開展小型的計(jì)算，取舍不同的方案。這種背景下，一套完整的優(yōu)化方案在精確性方面是達(dá)不到很高的要求的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，布局方法逐漸向著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)高速的數(shù)據(jù)處理能力能夠被充分利用起來(lái)，自動(dòng)布局的優(yōu)化方案能夠更加快速的得出。

二、汽車裝焊生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容

（一）汽車裝焊生產(chǎn)線的平衡設(shè)計(jì)

生產(chǎn)線的平衡很大程度上會(huì)決定相關(guān)設(shè)備以及人員進(jìn)行生產(chǎn)資源分配的情況。在對(duì)汽車裝焊生產(chǎn)線進(jìn)行平衡設(shè)計(jì)時(shí)，主要的目標(biāo)就是使分配到各個(gè)工作站的作業(yè)時(shí)間趨同。如果在各個(gè)工作站中開展工作的所需時(shí)間相同，也就是說(shuō)實(shí)現(xiàn)了完全平衡，那么汽車裝焊生產(chǎn)線上的各個(gè)活動(dòng)都能實(shí)現(xiàn)人力和物力的利用率的最大化，使各項(xiàng)工作更為流暢化。在對(duì)汽車裝焊生產(chǎn)線進(jìn)行平衡化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先，工作人員可以根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃獲取生產(chǎn)線中蘊(yùn)含的生產(chǎn)節(jié)拍，也就是生產(chǎn)線上進(jìn)行兩種相同制品制造所需要的間隔時(shí)間。而整條汽車裝焊生產(chǎn)線的節(jié)拍則是后續(xù)所有工序的加工時(shí)間的上限值。這些基本作業(yè)在操作時(shí)間方面有著非常大的不同。如果生產(chǎn)線平衡工作做的不到位，那么就很容易產(chǎn)生生產(chǎn)線加工時(shí)間較短、設(shè)備和工作人員資源的閑置等問(wèn)題。而對(duì)于加工時(shí)間較長(zhǎng)的設(shè)備來(lái)說(shuō)，很容易成為整條汽車裝焊生產(chǎn)線的瓶頸工位，導(dǎo)致汽車裝焊生產(chǎn)線工作效率的降低。

在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，要想實(shí)現(xiàn)完全的平衡有一定的難度。因?yàn)閷?duì)于設(shè)備的要求有不同的要求，而且某些工序方面也存在著不少不兼容性，還容易受到作業(yè)順序的約束，所以在基本作業(yè)時(shí)間方面存在著很大的差異。為了實(shí)現(xiàn)汽車裝焊生產(chǎn)線最大限度的平衡性，必須要做好以下幾點(diǎn)。首先，保持生產(chǎn)的連續(xù)性。降低產(chǎn)品形成過(guò)程中產(chǎn)生的間斷現(xiàn)象，就能夠顯著提升連續(xù)性，進(jìn)而縮短生產(chǎn)周期，降低在制品的數(shù)量以及對(duì)于流動(dòng)資源的占用，減少?gòu)S房以及倉(cāng)庫(kù)的儲(chǔ)存空間，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的上升。其次，保持生產(chǎn)的并行性。汽車裝焊生產(chǎn)線的并行性主要是指加工對(duì)象在生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)生產(chǎn)階段中進(jìn)行生產(chǎn)的平行交叉作業(yè)的流程。在一定的時(shí)間內(nèi)，開展生產(chǎn)工作的產(chǎn)品以及組成成分越多，產(chǎn)生重疊現(xiàn)象的可能性就越高，進(jìn)而提升并行性，減少整個(gè)生產(chǎn)流程的生產(chǎn)周期。最后，是生產(chǎn)的柔性化。在大規(guī)模的生產(chǎn)制造設(shè)計(jì)實(shí)踐中，除了要保證制造系統(tǒng)的規(guī)劃目標(biāo)，還要同時(shí)關(guān)注制造系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)組合以及調(diào)整能力，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制要求下，對(duì)于柔性以及響應(yīng)能力的要求。

（二）汽車裝焊生產(chǎn)車間的設(shè)備布局問(wèn)題

車間的設(shè)備布局就是加工設(shè)備以及工作單元、物料運(yùn)輸設(shè)備以及通道走廊等制造資源進(jìn)行合理規(guī)劃和布置的整個(gè)過(guò)程，也屬于制造系統(tǒng)的組織過(guò)程之一。設(shè)備布局的質(zhì)量高低會(huì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的總體性能產(chǎn)生重要的影響，包括物流、信息流以及生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全等。在對(duì)汽車裝焊生產(chǎn)車間進(jìn)行空間布局的過(guò)程中，精益生產(chǎn)觀念是我們需要遵循的原則之一。準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)、全面質(zhì)量管理以及成組技術(shù)等都是這一原則的基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)杜絕浪費(fèi)、減少庫(kù)存、保持物流通常的精簡(jiǎn)高效目標(biāo)，汽車裝焊生產(chǎn)車間的布局應(yīng)該遵循以下原則。首先，物流原則。設(shè)計(jì)人員要盡量將物流線路盡量縮短，以實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)設(shè)備內(nèi)在負(fù)荷的降低。除此之外，還要做好實(shí)際工藝路線以及生產(chǎn)流程的優(yōu)化安排，以減少物料移動(dòng)的距離。其次，緊湊原則。汽車裝焊生產(chǎn)線設(shè)計(jì)人員要做好廠房面積的充分利用，使各個(gè)生產(chǎn)線之間保持較小的設(shè)備間距，提升工人操作的便利性。再次，共用原則。在遇到成本較高以及占地面積的設(shè)備的安放處理時(shí)，可以考慮將多個(gè)生產(chǎn)單元安排在同一位置，實(shí)現(xiàn)共用。最后，特殊位置要求滿足原則。在汽車裝焊生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)存在一定的設(shè)備需要滿足特殊、特定的擺放要求。對(duì)于輔助設(shè)備來(lái)說(shuō)，要做好單元布局工作，進(jìn)行一定備用空間的預(yù)留，提升布局設(shè)計(jì)工作的柔性。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽車裝焊生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)保障汽車裝焊質(zhì)量具有重要的意義。實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于協(xié)調(diào)好生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和生產(chǎn)線設(shè)備的優(yōu)化布局。由于汽車裝焊的過(guò)程中涉及到較多的設(shè)備，生產(chǎn)線的生產(chǎn)過(guò)程是十分復(fù)雜的，因此必須對(duì)各個(gè)流程進(jìn)行合理的把控，才能確保裝焊的質(zhì)量和效率。