車身生產(chǎn)線節(jié)拍提升方法及應(yīng)用

葉德昭

關(guān)鍵詞：車身;節(jié)拍;瓶頸;生產(chǎn)效率;制造成本

0 引言

隨著我國(guó)汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，車型的種類越來(lái)越豐富，汽車更新迭代的速度也越來(lái)越快。在汽車的整個(gè)生命周期當(dāng)中，為了快速滿足市場(chǎng)的需求及迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，一些汽車制造企業(yè)挖掘現(xiàn)有生產(chǎn)線潛力，期望用最少的成本投入和最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的最大化。[1] 對(duì)于流水生產(chǎn)線而言，節(jié)拍是衡量生產(chǎn)線生產(chǎn)能力的指標(biāo)之一，研究生產(chǎn)線節(jié)拍提升，對(duì)降低制造成本、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

在汽車制造的四大工藝中，車身生產(chǎn)系統(tǒng)相比涂裝和總裝生產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)剛性更強(qiáng)，車身生產(chǎn)線一般由發(fā)動(dòng)機(jī)艙、前車體、側(cè)圍、地板、頂蓋等焊接分總成線及合拼主焊生產(chǎn)線組成，制造工藝復(fù)雜，設(shè)備多，車型切換頻繁，生產(chǎn)效率相對(duì)較低。本文介紹如何減少瓶頸工位的周期時(shí)間，提高設(shè)備開動(dòng)率，平衡生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的產(chǎn)能提升。

1 生產(chǎn)節(jié)拍影響要素分析及提升措施

1.1 節(jié)拍計(jì)算方法

要分析生產(chǎn)節(jié)拍的影響要素，首先了解以下幾個(gè)時(shí)間術(shù)語(yǔ)。

（1）理論單件工時(shí)，簡(jiǎn)稱TT，指生產(chǎn)線理論生產(chǎn)一件產(chǎn)品所用的時(shí)間。

TT= 有效工作時(shí)間（s）/ 客戶需求（臺(tái)）

其中，有效工作時(shí)間是指每班次上班時(shí)間減去休息及吃飯的時(shí)間。

（2）實(shí)際單件工時(shí)，簡(jiǎn)稱ATT，指生產(chǎn)線實(shí)際生產(chǎn)一件產(chǎn)品所用的時(shí)間。

ATT= 目標(biāo)效率（%）×TT（s）

目標(biāo)效率=100% -系統(tǒng)損耗

系統(tǒng)損耗包含設(shè)備停線、物料短缺、質(zhì)量問(wèn)題、工具/ 模具更換和有計(jì)劃的停線（包括固有的質(zhì)量檢查、設(shè)備點(diǎn)檢等）。

（3）周期時(shí)間，簡(jiǎn)稱CT，指某工位完成一個(gè)作業(yè)循環(huán)所用的時(shí)間。每個(gè)工位的CT 要求都要小于ATT，但是又要盡量與ATT 接近，目的是使人力、設(shè)備等各種資源獲得充分的利用。

（4）節(jié)拍，簡(jiǎn)稱JPH，指單位時(shí)間產(chǎn)量，是衡量產(chǎn)能的重要指標(biāo)。

生產(chǎn)節(jié)拍= 每天的計(jì)劃產(chǎn)量/ 每天的生產(chǎn)時(shí)間以車身生產(chǎn)線為例，每天計(jì)劃臺(tái)量為293 臺(tái)，每天工作8 h，除去吃飯、休息時(shí)間后實(shí)際有效操作時(shí)間為7.16 h ：JPH=293/7.16=41 臺(tái)/h

TT=3 600 s/41 臺(tái)/h=88 s

目標(biāo)效率設(shè)定為90%，則

ATT=88 s×90%=79 s/ 臺(tái)

生產(chǎn)線節(jié)拍滿足要求必須達(dá)到以下2 個(gè)條件：

所有工位周期時(shí)間≤ ATT 時(shí)間

生產(chǎn)效率≥目標(biāo)效率

1.2 車身生產(chǎn)節(jié)拍的影響要素及提升措施

從車身制造工藝角度出發(fā)，車身生產(chǎn)線節(jié)拍受以下幾個(gè)方面影響：生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、設(shè)備能力、物料和人員操作。因此，提升節(jié)拍需對(duì)這4 個(gè)方面因素進(jìn)行分析及采取措施。

1.2.1 生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

生產(chǎn)線的節(jié)拍能力是由生產(chǎn)線前期設(shè)計(jì)決定的，如果設(shè)計(jì)沒(méi)有達(dá)到要求，后期調(diào)試改造會(huì)增加投資及工期。一般生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)需關(guān)注下面幾方面。

（1）輸送方式。生產(chǎn)線的輸送方式?jīng)Q定零部件的輸送時(shí)間、效率及工位的有效作業(yè)時(shí)間，是拆分工序及確定工位數(shù)量的依據(jù)。行業(yè)中合拼主線的輸送方式一般有往復(fù)桿、輥床滑橇和隨行夾具輸送;側(cè)圍輸送方式有空中小車、地面AGV和人工輸送。

（2）工位時(shí)序和工位數(shù)量的確定和焊點(diǎn)分解。工藝設(shè)計(jì)部門根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝路線及生產(chǎn)線布局設(shè)計(jì)焊接工藝[2]，一般遵循以下原則。

①點(diǎn)焊按照平均每個(gè)焊點(diǎn)3 s 進(jìn)行綜合測(cè)算，焊點(diǎn)分布盡量避免干涉和等待。

②零件拾取、裝配及夾具動(dòng)作時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。

③單工位的有效工作時(shí)間與輸送時(shí)間總和不得大于工位的作業(yè)時(shí)間。

（3）緩沖區(qū)設(shè)定。為了避免由于單個(gè)工位故障造成整條生產(chǎn)線停線，在關(guān)鍵工位及每條線體之間增加相應(yīng)的緩沖區(qū)，可以有效降低生產(chǎn)線局部故障對(duì)整條生產(chǎn)線的影響[3]。因此，側(cè)圍與主線、頂蓋與總拼之間就要設(shè)置緩沖區(qū)。

（4）仿真驗(yàn)證：仿真模擬，以驗(yàn)證廠房結(jié)構(gòu)及工藝規(guī)劃的可行性，檢查是否存在干涉。

1.2.2 設(shè)備能力

設(shè)備的生產(chǎn)能力可由其開動(dòng)率來(lái)衡量，設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性是設(shè)備綜合性能的重要體現(xiàn)，是生產(chǎn)連續(xù)的保證。相同的工序作業(yè)內(nèi)容，由不同型號(hào)的設(shè)備完成可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)品質(zhì)和數(shù)量的差異[4]。因此，如果由于設(shè)備不良且處理措施不當(dāng)，這種情況可能會(huì)導(dǎo)致整條生產(chǎn)線停線，從而影響生產(chǎn)效率。

設(shè)備開動(dòng)率通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行提升。

（1）優(yōu)化設(shè)備參數(shù)。如在保證焊接質(zhì)量前提下優(yōu)化焊接時(shí)間和預(yù)壓時(shí)間，可以提高焊接的速度。

（2）程序邏輯。如優(yōu)化機(jī)器人焊接軌跡，縮小干涉區(qū)，消除機(jī)器人之間的等待，優(yōu)化夾具開關(guān)邏輯等。

（3）設(shè)備安裝質(zhì)量。生產(chǎn)線安裝調(diào)試階段嚴(yán)格按照安裝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行并進(jìn)行檢查。

（4）設(shè)備選型，設(shè)備盡可能選擇穩(wěn)定性好的，如感應(yīng)開關(guān)選擇抗磁性開關(guān)，避免焊接過(guò)程中出現(xiàn)信號(hào)閃斷。

（5）建立PM 維護(hù)計(jì)劃，設(shè)備預(yù)維修。

（6）建立暗燈系統(tǒng)，讓員工更快地尋求幫助，減少停線，為問(wèn)題分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2.3 物料

物料配送不及時(shí)、物料擺放位置不合理以及物料零部件品質(zhì)等，都會(huì)造成停線，增加內(nèi)部損耗，可以通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行提升。

（1）物流規(guī)劃應(yīng)結(jié)合工藝布置、生產(chǎn)節(jié)拍綜合考慮，大致應(yīng)遵循以下原則。

①緩沖區(qū)域大小應(yīng)滿足基本庫(kù)存要求，一般不少于2 h 消耗量。

②倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域應(yīng)設(shè)置在車間的物流門及廠區(qū)物流通道附近。

③考慮物流配送效率與節(jié)約場(chǎng)地，一般主焊線之間物流通道寬度設(shè)置在3 m 左右。

④生產(chǎn)線所有裝件工位需預(yù)留物流通道和配送空間，提高配送效率。

⑤物料包裝要考慮盡可能多的裝件數(shù)，減少物料配送頻次及切換頻次。

⑥線旁物料擺放位置要方便員工取料，減少員工步行。

（2）要保證零部件品質(zhì)需做到以下幾點(diǎn)。

①過(guò)程控制，如增加防錯(cuò)裝置，有效預(yù)防和控制質(zhì)量問(wèn)題。

②質(zhì)量反饋/ 前饋，有效抑制質(zhì)量問(wèn)題。

③提高零部件合格率。

1.2.4 操作

不同作業(yè)人員因?yàn)榧寄芩?、工作?jīng)驗(yàn)及個(gè)人身體素質(zhì)的差異，完成同樣作業(yè)內(nèi)容所需要的時(shí)間也會(huì)有差異，可以通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行提升。

（1）建立標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

（2）改善工位人機(jī)工程。

（3）增加節(jié)拍指示器，提醒員工在節(jié)拍時(shí)間內(nèi)完成工作內(nèi)容。

（4）調(diào)整同一工位內(nèi)、不同工位間的焊接順序，在保證定位精度的前提下消除重復(fù)的焊接動(dòng)作，將焊點(diǎn)轉(zhuǎn)移到節(jié)拍時(shí)間比較富余的工位[5]。

2 節(jié)拍分析方法

在汽車生產(chǎn)線上，制約產(chǎn)能的工位成為瓶頸工位。生產(chǎn)節(jié)拍分析的目的是尋找制約整個(gè)生產(chǎn)線的瓶頸工位，甚至尋找到制約每個(gè)工位的瓶頸工序[4]。下面簡(jiǎn)單說(shuō)明節(jié)拍分析方法流程。

2.1 數(shù)據(jù)收集

生產(chǎn)期間記錄每一個(gè)工位的空位時(shí)間、滿位時(shí)間、停線時(shí)間及頻次和生產(chǎn)臺(tái)量，通過(guò)對(duì)照工藝時(shí)序測(cè)量每個(gè)工位的工序時(shí)間，數(shù)據(jù)要求準(zhǔn)確、詳細(xì)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

繪制出工位有效工作時(shí)間、空位、滿位和停線時(shí)間圖表;計(jì)算工位單機(jī)效率（SAA）、單機(jī)產(chǎn)能（SAT）、平均故障周期以及平均故障修復(fù)時(shí)間。其中，單機(jī)產(chǎn)能是指僅衡量由于內(nèi)部原因造成停線影響的前提下，生產(chǎn)線能夠輸出最大生產(chǎn)臺(tái)量的能力。

SAT= 線速節(jié)拍×SAA

線速節(jié)拍=3 600/CT

SAA= 有效生產(chǎn)時(shí)間/（有效生產(chǎn)時(shí)間+ 停線時(shí)間））×100%

2.3 辨識(shí)瓶頸

可以通過(guò)以下幾種辦法來(lái)識(shí)別瓶頸。

（1）使用產(chǎn)量計(jì)算尋找瓶頸。在一個(gè)大區(qū)域內(nèi)比較各個(gè)小區(qū)域/ 線的凈消耗時(shí)間和生產(chǎn)節(jié)拍，實(shí)際JPH 是生產(chǎn)臺(tái)量除以實(shí)際工作時(shí)間，在實(shí)際JPH 最少的區(qū)域或生產(chǎn)線最可能是瓶頸。

（2）使用緩沖區(qū)域?qū)ふ移款i。統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)線之間的緩沖數(shù)量，緩沖區(qū)的下游是空的或者接近空;上游是滿的或者接近滿，那么該區(qū)域就是瓶頸區(qū)域。

（3）使用滿位和空位尋找瓶頸。觀察空位和滿位，前面的工位經(jīng)常會(huì)堵塞，后面的工位經(jīng)常出現(xiàn)等待空位，那么這個(gè)工位就是瓶頸。

（4）計(jì)算SAT 尋找瓶頸，SAT 最小的工位是瓶頸。

2.4 瓶頸分析

對(duì)瓶頸工位進(jìn)行分析，查找驗(yàn)證影響節(jié)拍的工序，方法有以下3類。

（1）時(shí)序分析：確定工位工藝內(nèi)容，對(duì)比設(shè)計(jì)節(jié)拍時(shí)序圖查到差異點(diǎn)，運(yùn)用排除、組合、重拍和簡(jiǎn)化四個(gè)原則對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。

（2）操作分析：對(duì)某部分的作業(yè)內(nèi)容分析操作者的作業(yè)方法和機(jī)器設(shè)備的關(guān)系，通過(guò)改進(jìn)操作者作業(yè)方法，降低作業(yè)時(shí)間，提高設(shè)備利用率[6]。

（3）動(dòng)作分析：對(duì)每一個(gè)操作動(dòng)作進(jìn)行分析，刪除其無(wú)效動(dòng)作，提高生產(chǎn)效率。

2.5 制定措施

制定長(zhǎng)期有效措施，并做好跟蹤驗(yàn)證，保留相關(guān)記錄，并做好相關(guān)能力驗(yàn)證。

2.6 跟蹤指標(biāo)

制定圖表跟蹤節(jié)拍，圖表包含4 個(gè)數(shù)據(jù)：終線節(jié)拍、瓶頸工位SAT、瓶頸工位實(shí)際節(jié)拍和毛節(jié)拍。如果4 根曲線的趨勢(shì)是一致的，說(shuō)明瓶頸工位找對(duì);如果持續(xù)上升，說(shuō)明提升措施有效。

3 實(shí)際案例應(yīng)用

下面是某汽車廠某車身線節(jié)拍提升案例。某產(chǎn)品市場(chǎng)需求加大，需要迅速提升產(chǎn)能，要求節(jié)拍從41 JPH 提升至45 JPH。

3.1 現(xiàn)狀分析

計(jì)算節(jié)拍達(dá)到45JPH 的運(yùn)行數(shù)據(jù)

TT=3 600 s/45 臺(tái)=80 s/ 臺(tái)

目標(biāo)效率設(shè)定為90%，則

ATT=80 s×90%=72 s/ 臺(tái)

達(dá)到45 JPH 需要滿足2 個(gè)條件：一是工位周期時(shí)間≤ 72 s ;二是效率≥ 90%。通過(guò)計(jì)算車間各工藝段各工位SAT，運(yùn)用SAT來(lái)找瓶頸工位。如圖1 所示，紅色方框內(nèi)的工位SAT 相對(duì)較低，要提高產(chǎn)能需對(duì)這幾個(gè)瓶頸工位進(jìn)行節(jié)拍提升。

3.2 瓶頸工位分析及制定提升措施

（1）針對(duì)圖1 所示的UB10、UB40、UB70、UB80、MB30、側(cè)圍20 和30 等瓶頸工位，其主要問(wèn)題為工位周期時(shí)間未達(dá)72 s要求。通過(guò)對(duì)比工藝時(shí)序圖，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問(wèn)題。

①機(jī)器人等待位遠(yuǎn)導(dǎo)致放件時(shí)間長(zhǎng)。

③機(jī)器人程序干涉區(qū)設(shè)置過(guò)大，機(jī)器人之間存在等待浪費(fèi)。

③抓手多余翻轉(zhuǎn)動(dòng)作造成取件時(shí)間長(zhǎng)。

針對(duì)以上問(wèn)題，可采取措施如下。

①機(jī)器人等待位優(yōu)化到拼臺(tái)附近。

②縮小機(jī)器人干涉區(qū)、更改焊接順序。

③優(yōu)化機(jī)器人多余翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。實(shí)施完后工位CT 時(shí)間從76 s降至71 s。

（2）MB30 工位主要問(wèn)題：主夾具開關(guān)夾步驟過(guò)多，時(shí)間長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)比MB30 主夾具開關(guān)夾時(shí)序，工位關(guān)夾和開夾邏輯步驟復(fù)雜，共6 步，夾緊9 s，打開8 s，占工位CT 的22.70%，對(duì)工位CT 的影響過(guò)大。

針對(duì)以上問(wèn)題，可采取如下措施：把沒(méi)有邏輯順序關(guān)系及相互不影響的步驟合并，開夾步驟由6 步合并成4 步，措施實(shí)施后CT 時(shí)間減少2s。

（3）工位生產(chǎn)效率低，通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，UB60、UB70和MB60工位抓手故障率高，導(dǎo)致工位SAA低，使工位SAT偏低。

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，抓手運(yùn)行過(guò)程中存在以下問(wèn)題。

①確料架上定位零件的定位銷直徑過(guò)大，導(dǎo)致抓手抓件時(shí)零件容易卡死。

②抓手上零件檢測(cè)開關(guān)位置選擇翻邊、曲面等作為檢測(cè)面，開關(guān)信號(hào)經(jīng)常檢測(cè)不到。

③抓手定位工裝與抓手的配合設(shè)計(jì)不合理，抓手在定位工裝上不能有效定位（圖2）。當(dāng)換槍盤脫離時(shí)，抓手由于重力作用會(huì)往后傾斜，導(dǎo)致?lián)Q槍盤位置變動(dòng)，機(jī)器人再去取抓手時(shí)發(fā)生碰撞。

④抓手定位的銷子為菱形銷，與工裝定位銅套接觸面積小，導(dǎo)致銅套磨損較快，抓手定位產(chǎn)生偏差。針對(duì)上述問(wèn)題可采取如下措施。

①將料框上零件定位銷直徑做成比定位孔小1 mm，保證抓手零件的定位銷導(dǎo)向部分能夠微調(diào)零件位置。

②選用產(chǎn)品零件有尺寸控制要求的平面作為檢測(cè)面，檢測(cè)開關(guān)要求垂直檢測(cè)面。

③增加抓手Y 向夾緊和Z 向支撐，加大支撐面，Z 向支撐由單滾輪改為雙滾輪（圖3），避免抓手在換槍盤脫離后往后倒的趨勢(shì)。

④將抓手定位的菱形銷改為圓銷。措施實(shí)施完成后，抓手故障率從0.90% 降至0.03% 以內(nèi)。

3.3 總結(jié)

通過(guò)運(yùn)用節(jié)拍提升分析方法及采取措施，生產(chǎn)線工序時(shí)間全部降到72 s 以下，生產(chǎn)效率提升到92% 以上，保證了生產(chǎn)線節(jié)拍45 JPH 的輸出。由此證實(shí)了本文對(duì)節(jié)拍提升研究及應(yīng)用，在實(shí)際生產(chǎn)中能發(fā)揮非常重要的作用，也有助于同類狀況生產(chǎn)線的借鑒及為未來(lái)生產(chǎn)線建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)生產(chǎn)線節(jié)拍影響要素的理論進(jìn)行了研究分析，詳細(xì)介紹了節(jié)拍提升的分析方法及相應(yīng)的提升措施。同時(shí)結(jié)合實(shí)際案例說(shuō)明汽車白車身焊裝生產(chǎn)線節(jié)拍的提升流程，總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為提升車身生產(chǎn)線實(shí)際節(jié)拍提供解決思路和方法，促進(jìn)了整個(gè)工廠生產(chǎn)效率和效益的提高，降低企業(yè)制造成本。