城軌轉(zhuǎn)向架組裝流水線節(jié)拍設(shè)計(jì)

宋玉奇 孫玥玥

摘 要：介紹了應(yīng)用于客車轉(zhuǎn)向架組裝流水線的節(jié)拍設(shè)計(jì)過(guò)程，分析了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)用成效。

關(guān)鍵詞：客車轉(zhuǎn)向架;流水線;節(jié)拍;成本;經(jīng)濟(jì)

隨著軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，城軌轉(zhuǎn)向架的生產(chǎn)方式由粗放型的集中式生產(chǎn)逐漸向節(jié)拍化流水線生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，如何設(shè)計(jì)出既能適應(yīng)大批量、多品種生產(chǎn)要求，又可以合理利用資源、節(jié)約成本的生產(chǎn)節(jié)拍，是擺在工藝設(shè)計(jì)人員面前的首要課題。

生產(chǎn)節(jié)拍（Cycle Time，CT）是指生產(chǎn)出連續(xù)兩件成品的時(shí)間差。是流水線生產(chǎn)效率的重要指標(biāo)，生產(chǎn)節(jié)拍的制定和工作站數(shù)目的多少有之間關(guān)系，二者的確定又直接影響單位時(shí)間的產(chǎn)品生產(chǎn)率。因此如何找到一種合理的生產(chǎn)節(jié)拍計(jì)算方法是我們需要認(rèn)真研究的。在這里我們采用一種通用的計(jì)算方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向架組裝流水線的節(jié)拍：

1 單臺(tái)相關(guān)制造成本計(jì)算[1]

為便于比較分析，在相關(guān)產(chǎn)品核算上采用了單臺(tái)相關(guān)制造成本核算。計(jì)算產(chǎn)品單臺(tái)相關(guān)制造成本的過(guò)程如下。

（1）預(yù)測(cè)產(chǎn)品的生命周期。根據(jù)設(shè)備一次性投入成本，計(jì)算設(shè)備的折舊分?jǐn)傎M(fèi)H為：

H=ZR/D （1）

其中，ZR為設(shè)備工具投入費(fèi)用（元）;D為設(shè)備和工具的折舊月份標(biāo)準(zhǔn)（月）。

（2）參照當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)及企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)給出每小時(shí)的人力成本C（元/h）。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的每日工作時(shí)數(shù)為F、每月標(biāo)準(zhǔn)工作天數(shù)為S。

（3）流水線上產(chǎn)品的制造成本由2部分組成：第1部分為固定成本A（元/月），不管工作站數(shù)量的多少，這些費(fèi)用都是要發(fā)生的，且固定不變;第2部分為變化成本Bj（元/月），j∈[1，2，3，…，Smax]，其值隨著工作站數(shù)量的多少而變化。其中，j為工作站數(shù)目;Smax為工作站數(shù)目的最大值。因此在工作站數(shù)目不同的前提下，按成本計(jì)算步驟第（1）、（2）步，計(jì)算出相應(yīng)的每月制造成本為：

Hj=A+Bj j∈[1，2，3，…，Smax] （2）

而單臺(tái)設(shè)備成本zj為：

hj=Hj×CTj/3 600×Z×S

j∈[1，2，3，…，Smax] （3）

（4）計(jì)算單臺(tái)平衡率損失費(fèi)用lj為：

lj=（1-bj）×CTj×j×y×C/3 600

j∈[1，2，3，…，Smax] （4）

其中，bj為工作站數(shù)目為j時(shí)線平衡率;CTj為工作站數(shù)目為j時(shí)的生產(chǎn)節(jié)拍（s）;y為產(chǎn)品良率，通常由產(chǎn)品工程師根據(jù)實(shí)際情況確定此標(biāo)準(zhǔn)值。

（5）計(jì)算單臺(tái)人員薪資費(fèi)用sj為：

sj=C×P×CTj3 600 j∈[1，2，3，…，Smax]（5）

其中，P為編制人數(shù)（人），單臺(tái)相關(guān)制造成本cj為：

cj=zj+lj+sj j∈[1，2，3，…，Smax] （6）

2 最佳生產(chǎn)節(jié)拍選擇

一般結(jié)合供需平衡，以利潤(rùn)最大化為目標(biāo)進(jìn)行流水線節(jié)拍設(shè)計(jì)。流水線生產(chǎn)節(jié)拍CT初為：

CT初=3 600×y×T初/Q初 （7）

其中，T初為產(chǎn)品生命周期內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間（h）;Q初為產(chǎn)量（臺(tái)）。假設(shè)CTl為工作站數(shù)目為l時(shí)的生產(chǎn)節(jié)拍，其中l(wèi)為流水線設(shè)計(jì)階段可供選擇的工作站數(shù)目的下限值。為滿足Q初，要求CT初>CTl。市場(chǎng)需求量是一個(gè)定值的時(shí)候，可以選擇不同工作站數(shù)目的流水線。為便于比較流水線利用程度不同時(shí)的相關(guān)制造成本，假設(shè)流水線設(shè)計(jì)階段的相關(guān)制造成本c初j，其計(jì)算方式為：

c初j=Z初jQ初+s初j+l初j j∈[1，2，3，…，Smax]（8）

式中，在流水線設(shè)計(jì)階段，以產(chǎn)量為Q初、工作站數(shù)目為j進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，s初j為每月單臺(tái)人員薪資費(fèi)用（元/臺(tái)）;l初j為每月平衡率損失費(fèi)用（元/臺(tái)）;Z初j為每月設(shè)備工具折舊分?jǐn)傎M(fèi)用（元）。流水線設(shè)計(jì)階段，以Q初產(chǎn)量進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)的利潤(rùn)為：

B初j=Q初×（X-c初j） （9）

其中，X為產(chǎn)品在流水線上的生產(chǎn)增值（元），其中包含流水線生產(chǎn)活動(dòng)所消耗的成本總和，以及在市場(chǎng)中獲得的純利潤(rùn)。最佳的生產(chǎn)節(jié)拍為B初j取最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)節(jié)拍。

3 應(yīng)用分析

以本公司轉(zhuǎn)向架需求情況，需求量Q初為160臺(tái)，S為每月工作20 d，每天工作8 h，y根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況設(shè)定為98%。根據(jù)公式（7），計(jì)算出組裝流水線設(shè)計(jì)階段節(jié)拍CT初為58.8 min，為滿足每月160臺(tái)，要求CT初>CTl，其中l(wèi)為組裝流水線在該階段可供選擇的臺(tái)位數(shù)目的下限值，故l=2。根據(jù)轉(zhuǎn)向架制造成本和工序要求，臺(tái)位數(shù)最多可為20。根據(jù)公式（8）、（9）計(jì)算需求量為160時(shí)，不同臺(tái)位數(shù)目對(duì)應(yīng)的制造成本和相應(yīng)的利潤(rùn)。計(jì)算結(jié)果顯示6臺(tái)位滿足本條組裝流水線節(jié)拍需求并能夠有較高的利潤(rùn)，故本條流水線選擇6臺(tái)位，節(jié)拍時(shí)間為1小時(shí)。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

通過(guò)流水線節(jié)拍設(shè)計(jì)，顯著提高了生產(chǎn)效率，達(dá)到了節(jié)拍清晰，產(chǎn)能提升的目的。組裝流水線節(jié)拍設(shè)計(jì)效果可以用流水線效率指標(biāo)來(lái)衡量，計(jì)算公式如下：

E={T/（S*R）}*100%

其中：E為流水線效率，T為流水線各工序作業(yè)時(shí)間之和，S為流水線實(shí)際工作場(chǎng)地?cái)?shù)，R為流水線實(shí)際生產(chǎn)節(jié)拍[2]。

根據(jù)生產(chǎn)寫實(shí)，傳統(tǒng)工作方式各工序時(shí)間總和為2小時(shí)，1天工作8小時(shí)，時(shí)間利用系數(shù)為0.9，生產(chǎn)線最大日產(chǎn)量為4臺(tái)轉(zhuǎn)向架，設(shè)計(jì)工位為2個(gè)，各工序時(shí)間不均衡，有的工序時(shí)間為1小時(shí)左右，有的工序只有半小時(shí)。工序負(fù)荷率最高位90%，最低為30%，根據(jù)計(jì)算得出效率僅為50%。

節(jié)拍優(yōu)化后，各工序時(shí)間總和為6小時(shí)，一天工作8小時(shí)，工序負(fù)荷率最高為94%，最低為75%，根據(jù)計(jì)算得出效率為85.7%。生產(chǎn)節(jié)拍為1小時(shí)，單班日產(chǎn)量8臺(tái)。

通過(guò)計(jì)算我們看到，通過(guò)節(jié)拍設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向架組裝流水線在生產(chǎn)線完成產(chǎn)品所有裝配工序，各工位劃分更合理，減少了大量輔助時(shí)間，有效作業(yè)時(shí)間占比大幅提升，產(chǎn)量大幅提升。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)用，生產(chǎn)節(jié)拍實(shí)施后所取得的成效非常明顯，數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，應(yīng)用該設(shè)計(jì)方法計(jì)算出的轉(zhuǎn)向架組裝流水線節(jié)拍能夠顯著提高生產(chǎn)效率，在有限生產(chǎn)條件下大幅度提高產(chǎn)能，是一種行之有效的節(jié)拍設(shè)計(jì)方法，在軌道交通乃至其它制造業(yè)領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛安華，等.基于市場(chǎng)需求變化的流水線最佳生產(chǎn)節(jié)拍選擇[J].工業(yè)工程，2011，14（1）：96-100.

[2]呂冬梅.制造業(yè)車間生產(chǎn)節(jié)拍平衡與物流優(yōu)化研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2006.

[3]吳曉艷.裝配生產(chǎn)線平衡的研究[D].上海交通大學(xué)，2007.