基于ⅠE 的機械式排種器混流裝配線研究

劉洋

（北京建筑大學，北京 100000）

1 裝配線平衡問題的經(jīng)典工業(yè)工程方法

工業(yè)工程技術(shù)以生產(chǎn)過中的人、程物料、設備或設施、能源和信息的集成為研究對象，應用方法研究和作業(yè)測定，改善作業(yè)流程、操作方法、作業(yè)現(xiàn)場、人員配置等，以制定出更加合理的作業(yè)方法和作業(yè)時間標準[1]。蘭秀菊等[2]系統(tǒng)分析了生產(chǎn)線實際問題，運用作業(yè)測定和方法研究對計算機主板生產(chǎn)線進行平衡改善。李強等[3]運用基礎工業(yè)工程中的作業(yè)時間測定相關(guān)理論，結(jié)合動作分析軟件對裝配線平衡進行研究。陳衛(wèi)華等[4]運用秒表測時法、5W2H 提問技術(shù)以及ECRS原則對涂裝車間密封膠生產(chǎn)線的平衡進行了研究。高廣章等[5]通過對某電腦生產(chǎn)線的瓶頸工序操作進行動作簡化和動素優(yōu)化，減少了作業(yè)時間，提升了整條生產(chǎn)線的平衡性。由上文論述可知，最優(yōu)化方法、啟發(fā)式算法和經(jīng)典工業(yè)工程方法可效解決裝配線平衡問題，得到平衡問題的最優(yōu)解。啟發(fā)式算法在大規(guī)模裝配平衡問題方面表現(xiàn)出良好性能。最優(yōu)化方法求解過程計算工作量大，耗時較長；經(jīng)典工業(yè)工程方法是對于生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)研的改善，缺少必要的理論數(shù)據(jù)支持；因而最優(yōu)化方法和經(jīng)典工業(yè)工程方法適用于求解小規(guī)模裝配線平衡問題。

2 機械式排種器裝配工藝流程分析

通過進入公司的實地調(diào)研，觀察機械式排種器的單人單產(chǎn)品裝配過程，分析各作業(yè)元素在裝配過程中的作業(yè)內(nèi)容和作業(yè)過程使用的輔助工具，如表1 所示。

表1 機械式排種器裝配工藝流程說明

3 作業(yè)元素的時間研究

3.1 最低合理作業(yè)元素劃分

時間研究的基本單元式“最低合理作業(yè)元素”。本項目為了測定各裝配工序的標準時間，結(jié)合工業(yè)工程方法——5W1H 法，將操作過程中的重復、操作順序不合理等問題進行修改；基于ECRS 技術(shù)將邏輯上不可分割，且必須由一人完成的同一工作站完成的系列動作組合在一起，作為一個作業(yè)元素進行分析。劃分出的最低合理作業(yè)元素。劃分出的最低合理作業(yè)元素如表2 所示。

表2 最低合理作業(yè)元素劃分

3.2 作業(yè)元素的時間測定

研究擬建裝配線的標準工時方法主要有秒表測時和預定時間標準法?！懊氡頊y時法”簡單便捷，但其結(jié)果受到操作工的熟練程度和評比者的主觀性的影響較大；預定時間標準法較為客觀公正，但耗時較長。

在現(xiàn)有40 多種PTS 法中，模特法（MODAPTS，MOD）簡單易行，是使用最廣泛的標準工時制定方法。本項目通過生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)研，拍攝整個裝配工藝流程，然后將視頻導入達寶易軟件進行動作分析，對整個裝配工藝流程優(yōu)化。

MOD 法由21 種基本作業(yè)動作組成，以手指動作一次（移動距離2.5cm）的時間消耗值作為標準來確定各動作的時間值。21 個動作的分類及表示如表3、4 所示。

表3 模特法的標準動作時間表

選擇一般熟練的正常值作為排種器的混流裝配線人員作業(yè)的時間單位，即模特法中的1MOD=0.129 秒，MOD 法研究的是操作人員在穩(wěn)定狀態(tài)下的連續(xù)工作所需的時間，而實際生產(chǎn)過程中，操作人員裝配時需要一定的停頓和休息時間。因此在標準時間研究中加入一定的寬放時間以符合實際需要。

4 混流裝配線平衡研究

4.1 確定混流裝配線的節(jié)拍

多品種產(chǎn)品在混流裝配線上同時混合生產(chǎn)，無法確定某種產(chǎn)品的具體節(jié)拍間，需計算計劃期內(nèi)全部產(chǎn)品的平均節(jié)拍，混流裝配線的平衡節(jié)拍計算公式為

表4 安裝前、后軸承和軸套的動作因素分析

式中，CT為混流裝配線的平均節(jié)拍，Te為計劃期內(nèi)的有效作業(yè)時間，Qi為計劃期內(nèi)i 產(chǎn)品的計劃產(chǎn)量，n 為混流裝配線上產(chǎn)品種類數(shù)。

該公司的機械式排種器的計劃生產(chǎn)期為70 天，每天的有效工作時間為7 小時，七穴、八穴、九穴、十穴、十五穴排種器的生產(chǎn)量分別為：3000 件、2500 件、7500 件、3000 件、4000件。代入式（1）中可得：CT=75s。

4.2 確定混流裝配線的理論最小工作站數(shù)

在混流裝配線上，由于計算的節(jié)拍是各型號排種器的平均節(jié)拍，與各型號排種器在各道工序上的實際節(jié)拍并不相等，且每個節(jié)拍內(nèi)各道工序所完成的排種器型號和數(shù)量也不相同，因而平衡裝配線各道工序生產(chǎn)能力的時間單位不能采用平均節(jié)拍，必須過大這一時間單位。混流裝配線是以計劃期內(nèi)的有效工作時間Te為時間單位來平衡各道工序所完成的作業(yè)量。

假設裝配線需要生產(chǎn)個n 品種的產(chǎn)品在計劃期內(nèi)總的勞動量（或稱為總作業(yè)量）的計算公式為

式中，ti為i 種產(chǎn)品各工序的作業(yè)時間總和（單產(chǎn)品的總作業(yè)時間）。

這些作業(yè)的勞動量必須在計劃期的有效時間內(nèi)完成，因此，混流裝配線上需要的最小工作站數(shù)為

將數(shù)據(jù)代入公式（2）和（3）中，Nmin為12 個。劃分工作站時盡可能使工作站數(shù)接近或等于最小工作站數(shù)的理論值。

4.3 混流裝配線向單一產(chǎn)品裝配線的轉(zhuǎn)化

4.3.1 混流裝配線地工序作業(yè)時間

不同型號的排種器在同一道工序的作業(yè)時間可能存在差異，在綜合五種型號的排種器的作業(yè)關(guān)系之后，綜合作業(yè)優(yōu)化關(guān)系圖上的作業(yè)時間代表了5 種型號排種器的等效平均時間。工序的作業(yè)時間與計劃期內(nèi)個型號排種器的裝配比例相關(guān)，作業(yè)時間需要進行特殊處理。作業(yè)時間的處理仍以計劃期為依據(jù)，以tij表示第i 種產(chǎn)品在第個作業(yè)元素的作業(yè)時間（i=1，2…M），在綜合作業(yè)優(yōu)先關(guān)系圖中，第j 個作業(yè)元素的作業(yè)時間的計算公式：

將數(shù)據(jù)代入公式（4）中，可得到各作業(yè)元素的總作業(yè)時間和綜合平均時間。

4.3.2 混流裝配線的綜合作業(yè)有限關(guān)系圖

利用綜合作業(yè)有限關(guān)系圖可將混流裝配線轉(zhuǎn)化為單一品種裝配線。在機械式排種器混流裝配線上生產(chǎn)各型號排種器，雖然裝配所需的各零部件的型號不同，但其結(jié)構(gòu)和工藝路線相同，可繪制各型號排種器的綜合作業(yè)優(yōu)先關(guān)系圖如圖1 所示。

圖1 機械式排種器綜合作業(yè)優(yōu)先關(guān)系圖

5 裝配線平衡的評價

平衡率的計算：

通常把裝配線上生產(chǎn)耗時最多的環(huán)節(jié)叫做瓶頸工序，瓶頸工序限制了一個生產(chǎn)周期的產(chǎn)出速度，影響了其他生產(chǎn)能力的發(fā)揮。劃分裝配線作業(yè)元素，考慮工作站間的作業(yè)平衡，用裝配線平衡E 作為評價指標。

混流裝配線平衡計算公式：

式中，i：產(chǎn)品種類，i=1，2；n=5；N：工作站數(shù)；Ti：裝配一件產(chǎn)品所需要的時間；Si：i 產(chǎn)品組計劃期內(nèi)的裝配數(shù)量；Mi：i 產(chǎn)品的瓶頸工作時間。由表5 裝配線平衡優(yōu)劣的評價標準可知，排種器混流裝配線的效果為優(yōu)。

表5 裝配線平衡效果優(yōu)劣的評價標準

6 結(jié)論

本文運用5W1H 法對機械式排種器裝配工藝流程進行分析，發(fā)現(xiàn)軸承和轉(zhuǎn)動軸螺栓存在多次翻轉(zhuǎn)，觀察窗反復拆卸，工人勞動強度大等問題，結(jié)合ECRS 對裝配工藝進行改進，即調(diào)整了鍵和傳動軸螺栓的安裝順序，將觀察窗替代成透明觀察窗，運用MOD 法對各工作元素進行改進，簡化作業(yè)動作。

在此基礎上，對裝配線的平衡方案進行了研究：

a.使用MOD 法劃分最小合理作業(yè)元素，制定出各工序的標準工時，計算出排種器混流裝配線的節(jié)拍時間為75s，理論最小工作站數(shù)為12 個。

b.通過分析混流裝配線的綜合作業(yè)優(yōu)先關(guān)系，將混流裝配線的形式轉(zhuǎn)化產(chǎn)品裝配線的生產(chǎn)形式，并利用RPW 法進行工作站的劃分。

c.根據(jù)工作站的作業(yè)內(nèi)容，詳細規(guī)劃了各工作站內(nèi)所需配送、擺放的零件種類和輔助工具種類。

d.所規(guī)劃裝配線平衡率為98.43%根據(jù)評價標準，裝配線評判結(jié)果為優(yōu)。