浩豐噴涂車間裝配線優(yōu)化研究

張文華++宋運(yùn)芝++趙文燕

[摘要]隨著企業(yè)的發(fā)展及市場需求的快速變化，如何提高生產(chǎn)線的作業(yè)效率越來越受到企業(yè)的重視，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量成為現(xiàn)代制造的主要目標(biāo)之一。文章以浩豐公司噴涂車間為研究對象，先通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對裝配線人員配置進(jìn)行初步優(yōu)化，再結(jié)合裝配線平衡方法與工業(yè)工程理論對整條裝配線進(jìn)行分析和改善，并對改善后的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

[關(guān)鍵詞]裝配線；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；作業(yè)測定；生產(chǎn)線平衡

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.23.067

當(dāng)今，手機(jī)是世界上最普通的通信工具之一，隨著時(shí)代的發(fā)展，人們越來越熱衷于輕便、個(gè)性化的手機(jī)。制造技術(shù)的發(fā)達(dá)，使得我們對手機(jī)外觀裝飾技術(shù)的要求也越來越高。近幾年手機(jī)外殼大部分都是采用塑料注塑成型再進(jìn)行噴涂的方法，外殼裝飾技術(shù)直接關(guān)系到手機(jī)外觀及其使用性能，所以手機(jī)注塑件噴涂受到該行業(yè)的重視。

噴涂工藝是在需要噴涂的外殼表面噴涂油漆得到有保護(hù)、修飾及特定功能的，而且能夠牢固附著的連續(xù)涂層的表面加工工藝。[1]文中主要應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和作業(yè)測定兩大方法對浩豐公司噴涂車間裝配線進(jìn)行改善。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想最開始是費(fèi)歇爾 R.A.費(fèi)希爾為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)合理化，在20世紀(jì) 20 年代提出的可以用來安排實(shí)驗(yàn)并研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。[2]姜宏在噴涂色差的評(píng)定實(shí)驗(yàn)中利用了正交試驗(yàn)的方法，通過分析提高了手機(jī)的噴涂質(zhì)量。[3]魯建廈、蘭秀菊和陳勇等人以電能表裝配線為研究對象，通過操作分析、動(dòng)作分析和作業(yè)測定對工序、工位進(jìn)行研究，改進(jìn)其中不合理的操作和動(dòng)作。[4]

1問題描述

浩豐公司主要進(jìn)行各種精密模具和機(jī)器零部件的加工制造以及注塑件的噴涂。該公司分四大部門，分別是模具部、注塑部、噴涂部和組裝部，主要產(chǎn)品為手機(jī)外殼。手機(jī)外殼的噴涂工藝流程為：手動(dòng)靜電除塵—無塵布擦拭—裝配噴涂治具—上件—自動(dòng)靜電除塵—底漆噴涂—烘干—色漆噴涂—烘干—UV噴涂—烘干—下件。該流程又可分為兩大工序：前處理工序和噴涂工序。前處理工序包含手動(dòng)靜電除塵、無塵布擦拭以及裝配噴涂治具三大工步。其中，手動(dòng)靜電除塵工步包含對注塑件和夾具的靜電除塵，無塵布擦拭工步包括對夾具和產(chǎn)品的擦拭，裝配噴涂治具工步包括夾具上蓋、下蓋和七爪輪的組裝，本工序均在裝配線上進(jìn)行。噴涂工序主要包含上件、底漆噴涂、色漆噴涂、UV漆噴涂和下件，該工序是在噴涂線上進(jìn)行。

計(jì)劃部門根據(jù)訂單下達(dá)噴涂計(jì)劃，按照計(jì)劃噴涂部門需每天產(chǎn)出 10000pcs。但就目前的情況來看，噴涂車間每天的產(chǎn)量維持在 8000pcs 左右（按 10H 計(jì)算），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于計(jì)劃產(chǎn)量，必須每天都安排加班才能完成計(jì)劃。所以裝配效率是影響噴涂車間生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，影響裝配線效率的原因主要有以下兩點(diǎn)：

（1）前期處理工序所在裝配線中，無塵布擦拭產(chǎn)品工步的人員安排不固定。生產(chǎn)組長往往根據(jù)作業(yè)員人數(shù)的多少隨意進(jìn)行人員和作業(yè)安排，經(jīng)常在擦拭1次、2次、3次和不擦拭之間變化。這不僅會(huì)影響裝配效率，還可能影響到裝配產(chǎn)品的除靜電和除雜質(zhì)效果。

（2）前處理工序所在裝配線各工步，作業(yè)時(shí)間不均衡。裝配過程中有些工位一直在不停的作業(yè)，有些工位卻干干停停，等待現(xiàn)象比較嚴(yán)重，裝配線效率低。

如何對裝配線進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到提高裝配線裝配效率，滿足客戶需求成為噴涂車間內(nèi)部急需解決的一個(gè)問題。

2無塵布擦拭作業(yè)員配置優(yōu)化

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

單因素多水平設(shè)計(jì)即在實(shí)驗(yàn)中只涉及一個(gè)含n 個(gè)水平（n≥3）的實(shí)驗(yàn)因素，而其他的因素維持不變。[5]

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮晚憫?yīng)

裝配作業(yè)指導(dǎo)書要求：產(chǎn)品除塵后必須干凈，不得有顆粒、毛絲、油污，同時(shí)達(dá)到除靜電要求（靜電值小于 1KV）。所以本文實(shí)驗(yàn)過程中的響應(yīng)有兩個(gè)，即靜電值和不良品率。

（2）實(shí)驗(yàn)因子確定。裝配線人員配置方案的不同體現(xiàn)在進(jìn)行產(chǎn)品擦拭作業(yè)的人員安排上，選定裝配人員配置方案為因子A，現(xiàn)有的四種不同的人員配置方案，作為因子 A 的四個(gè)水平，分別記為A1 不安排作業(yè)員用無塵布對注塑件進(jìn)行擦拭；A2 安排一個(gè)作業(yè)員用無塵布對注塑件擦拭一次；A3 安排兩個(gè)作業(yè)員用無塵布各對注塑件擦拭一次；A4 安排三個(gè)作業(yè)員用無塵布各對注塑件擦拭一次。

（3）實(shí)驗(yàn)過程。運(yùn)用單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為保證實(shí)驗(yàn)條件的一致性，采用同一批產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。另外，實(shí)驗(yàn)過程中無塵室的條件設(shè)定為：無塵室潔凈度為一萬級(jí)無塵室，溫度為23℃，濕度為50%。

每種實(shí)驗(yàn)方案下重復(fù)加工21件產(chǎn)品。由同一位檢驗(yàn)員檢驗(yàn)所有實(shí)驗(yàn)樣品的合格率，并測量其靜電值，將得到的靜電值結(jié)果記錄到表1。表1實(shí)驗(yàn)測得的靜電值數(shù)據(jù)（單位：kV）重復(fù)A1A2A3A410.130.110.320.2120.120.010.240.14..........200.080.120.290.25210.000.140.320.13均值0.0630.1340.2960.119

2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

由不良品檢驗(yàn)結(jié)果可知，方案A1中的不良品為8個(gè)，不良品率為38.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了產(chǎn)品的不良品率要求，直接放棄該方案。另外三種方案的不良品率均0%，在要求范圍之內(nèi)，因此對方案A2、A3和A4繼續(xù)分析。

由表1可知，A2、A3和A4的靜電值都小于1KV，均在要求范圍之內(nèi)，但是沒有明顯證據(jù)表明靜電值相對于均值的變異性依賴于人員配置方案的不同，因此，需要用方差分析來對其進(jìn)行驗(yàn)證。目的是研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中各種來源的變異對總變異的貢獻(xiàn)大小，確定實(shí)驗(yàn)中的自變量對因變量是否有重要影響。用Minitab統(tǒng)計(jì)軟件對所得的靜電值數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果如表2所示。

3裝配線平衡優(yōu)化

3.1裝配線現(xiàn)行平衡率

在規(guī)范了無塵布擦拭工步的作業(yè)人員之后，對整個(gè)前處理工序所在的裝配線進(jìn)行生產(chǎn)線平衡。噴涂車間裝配線的整個(gè)周程時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于三十分鐘，僅做整個(gè)過程的評(píng)定即可。為了計(jì)算裝配線的平衡率，首先選擇秒表測時(shí)法測定裝配線各個(gè)工位的基本作業(yè)時(shí)間，基于此計(jì)算各工位的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間。每個(gè)工位預(yù)測進(jìn)行二十次，并記錄，計(jì)算均值和標(biāo)準(zhǔn)差，利用誤差界限法獲得需補(bǔ)測的次數(shù)。數(shù)據(jù)測量完成后，根據(jù)三倍標(biāo)準(zhǔn)差法去除異常值，獲得每個(gè)單元平均值，確定評(píng)比系數(shù)和寬放率后，通過計(jì)算得到每個(gè)工位的作業(yè)時(shí)間。

在整個(gè)研究過程中，選擇具有一定作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，能代表正常工作速度的作業(yè)人員，因此確定計(jì)算正常時(shí)間的評(píng)比系數(shù)是 1。鑒于作業(yè)人員的生理需求和疲勞造成的效率降低等諸多方面的影響，把寬放率設(shè)為10%。將收集到的數(shù)據(jù)記錄在表3中，計(jì)算觀測時(shí)間均值和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間。

3.2裝配生產(chǎn)線不平衡的原因分析及改善

依照表3可以看出有的工位作業(yè)時(shí)間相差較大，說明各個(gè)工位作業(yè)量不平均。其中工位6和工位7用時(shí)較短，有大量空閑時(shí)間。而工位1與工位2的作業(yè)時(shí)間較長，工作量較大，這兩個(gè)工位即為該裝配線中的瓶頸工位。

首先分析瓶頸工位。以工位1為例，工位1的作業(yè)員是對注塑件進(jìn)行靜電除塵，裝注塑件的周轉(zhuǎn)箱和靜電除塵柜分別在作業(yè)員身體的正右方和正左方，作業(yè)員每次作業(yè)都需要從周轉(zhuǎn)箱取出注塑件再轉(zhuǎn)身至靜電除塵柜對注塑件進(jìn)行靜電除塵。為了方便作業(yè)，將可移動(dòng)車移至靜電除塵柜和作業(yè)員之間，且工位1和工位2的作業(yè)員將進(jìn)行完靜電除塵后的注塑件和夾具按照一定的順序和方向放置在傳送帶上，即按注塑件、夾具上蓋和夾具下蓋的順序擺放。

工作場地進(jìn)行重新布置后，工位1的作業(yè)員作業(yè)時(shí)減少了轉(zhuǎn)身和移動(dòng)動(dòng)作，降低了作業(yè)時(shí)的疲勞感。通過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間測定，得到工位1和工位2標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間分別是4.12s和4.40 s，較為合理。

有大量空閑時(shí)間的工位6和工位7都是對夾具上蓋進(jìn)行操作，且工位 6 為單手作業(yè)，左手一直處于閑置狀態(tài)。因此改進(jìn)時(shí)常遵循 ECRS 四大原則[6]，將兩工位合并，合并后的工位是將夾具上蓋與下蓋結(jié)合并進(jìn)行卡和的一種操作。對新工位進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間測定，得到該工位的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間等于 4.26s。

3.3裝配線平衡優(yōu)化方案評(píng)價(jià)

通過線平衡研究，對裝配生產(chǎn)線全面分析和調(diào)整后，重新確定了每個(gè)工位的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，其中工位3用時(shí)最長，時(shí)間為4.84秒，工位7用時(shí)最短，時(shí)間為3.74秒，其余工位的用時(shí)均在4秒，每個(gè)工位的作業(yè)量較之前均衡了很多，7個(gè)工位的總時(shí)間為 29.83秒。

按照已提出的優(yōu)化方案進(jìn)行改善后，裝配生產(chǎn)線的平衡率計(jì)算如下：

P=Ti÷（Tmax×N）=88.05%（式2）

即改善后裝配線平衡升高到了 88.05%，相比改善前的線平衡率提高了 19.19%，改善效果明顯。

4結(jié)論

本文以浩豐公司噴涂車間為例，分兩個(gè)層次對裝配線進(jìn)行優(yōu)化。改善后裝配作業(yè)流程實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，固定安排一個(gè)作業(yè)人員用無塵布擦拭注塑件一次；噴涂車間裝配生產(chǎn)線的平衡率由 68.86% 提高到了 88.05%，在保證產(chǎn)品的裝配質(zhì)量的同時(shí)，也取得了一個(gè)較滿意的平衡結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉國杰，耿耀宗.涂料應(yīng)用科學(xué)與工藝學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1994.

[2]蓋鈞益.實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[3]姜宏.正交實(shí)驗(yàn)在改善手機(jī)涂裝色差上的應(yīng)用研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2007.

[4]魯建廈，蘭秀菊，陳勇，等.工作研究在生產(chǎn)裝配線優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].工業(yè)工程與管理，2004（1）：83-85.

[5]胡良平.統(tǒng)計(jì)學(xué)三型理論在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M].北京：人民軍醫(yī)出版社，2006（57）：222-224，318-319.

[6]易樹平，郭伏.基礎(chǔ)工業(yè)工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.