基于仿真模型的汽車焊裝生產(chǎn)能力優(yōu)化

王軍 何道海 郭宇

1.合肥工業(yè)大學(xué)，管理學(xué)院 安徽省合肥市 230009 2.安徽江淮汽車集團股份有限公司 安徽省合肥市 230061

1 引言

自上世紀70年代我國全面實施改革開放以來，我國制造業(yè)尤其是重工業(yè)和加工業(yè)得到了全方位的持續(xù)快速發(fā)展，有力推動我國制造業(yè)工業(yè)化和現(xiàn)代化發(fā)展，顯著的增強了我國的綜合國力，支撐了我國的世界大國地位。然而，在自主創(chuàng)新能力、資源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平、信息化程度、質(zhì)量效益等方面差距明顯，以企業(yè)為主體的制造業(yè)創(chuàng)新體系不完善；資源能源利用效率低，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，轉(zhuǎn)型升級和跨越發(fā)展的任務(wù)緊迫而艱巨[1]。

精益思想起源于日本豐田生產(chǎn)管理模式。以價值流圖為基礎(chǔ)，通過對產(chǎn)品價值流圖分析與優(yōu)化，減少或消除不增值活動，從而降低成本、提高質(zhì)量，以實現(xiàn)用戶價值[2]。

本研究選取制造業(yè)典型代表，汽車生產(chǎn)企業(yè)的焊裝生產(chǎn)線，從產(chǎn)品線整體面出發(fā)，選用價值流工具、witness仿真軟件等理論與工具對產(chǎn)品線剖析、建立仿真技術(shù)模型和數(shù)據(jù)收集分析，對產(chǎn)品線的工序節(jié)拍，場地布局、物流路線規(guī)劃等多個方面著手實施研究改進，實現(xiàn)該產(chǎn)品線的整體價值流增值比的提升和生產(chǎn)經(jīng)濟效益的提升。

2 生產(chǎn)線現(xiàn)狀與原因分析

2.1 生產(chǎn)線現(xiàn)狀

總成焊裝生產(chǎn)線自18年9月份搬遷至新基地后開始生產(chǎn)新車型，采用兩班制生產(chǎn)模式，小時產(chǎn)能數(shù)為4.29臺/時；但市場實際日需求量接近200臺，產(chǎn)能必須達到12臺/時即產(chǎn)品線整體需要接近滿負荷運轉(zhuǎn)才能滿足需求，急需要開展產(chǎn)品線的整體生產(chǎn)過程的創(chuàng)新性研究和改進，實現(xiàn)整體效率提升和訂單及時交付率的改善。

2.2 問題原因分析

3 研究方法的選用

3.1 VSM價值流圖

價值流圖（value stream mapping，VSM）是實現(xiàn)企業(yè)精益生產(chǎn)目標的一種系統(tǒng)分析方法[3]，價值流管理模式可以打破了當(dāng)下的常用生產(chǎn)組織模式，避免各部門各單位九龍治水、群龍無首以及溝通協(xié)調(diào)不暢所帶來的生產(chǎn)管理上的缺陷[4]。解決在動態(tài)復(fù)雜環(huán)境下需要持續(xù)的現(xiàn)場調(diào)查和基于經(jīng)驗的響應(yīng)，從而影響決策效率的問題[5]。

3.2 Witness仿真模型

Witness仿真軟件主要運用于特定離散事件和連續(xù)流體系統(tǒng)的數(shù)據(jù)仿真記錄、分析和單個作業(yè)循環(huán)的模擬。主要功能包括包括設(shè)備、設(shè)施和工廠的布局優(yōu)化、物流規(guī)劃管理、作業(yè)流程改善和供應(yīng)鏈物流系統(tǒng)規(guī)劃等多行業(yè)多領(lǐng)域[6]。

3.3 流程圖

流程圖是流經(jīng)一個系統(tǒng)的信息流、觀點流或部件流的圖形代表。揭示和掌握封閉系統(tǒng)運動狀況，輔助下一步的決策制定[7]，選擇恰當(dāng)?shù)男袆臃桨浮Ｏ到y(tǒng)運用精益生產(chǎn)理念和價值流工具開展流程梳理、消除“不增值”環(huán)節(jié)，成為企業(yè)提高效率、節(jié)約成本的有效途徑[5]。

4 研究過程與應(yīng)用

4.1 確定研究原理模型

根據(jù)PDCA思路制定研究與行動計劃原理模型，確保改進計劃能夠符合預(yù)期要求，如圖1所示。

圖1 改進計劃原理模型

4.2 主因確定

4.3 Witness仿真模型繪制與運行

根據(jù)現(xiàn)場的設(shè)備情況，繪制對應(yīng)的仿真原理模型，根據(jù)主要車型的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況，錄入各工序人數(shù)、工序加工時間、工序間轉(zhuǎn)運時間等主要要素，如圖2所示。通過對仿真模型的運行可知，工序瓶頸主要集中在總拼2號工位和補焊4號工位。

圖2 仿真模型與運行數(shù)據(jù)

5 確定改進方案與目標制定

5.1 主要問題和改進方案

（1）小時節(jié)拍看板目視管理：生產(chǎn)調(diào)度管理員當(dāng)日16點前完成明日計劃排產(chǎn)，夜班班次班后時間根據(jù)車型明確各小時產(chǎn)出目標，并通過生產(chǎn)排布圖及時傳達具體房屋員工。

（2）作業(yè)內(nèi)容優(yōu)化：根據(jù)員工作業(yè)習(xí)慣進行現(xiàn)場觀測和設(shè)備、器具臺架的分布情況進行測量，通過標準作業(yè)的方法確定最優(yōu)操作方式，完成工序作業(yè)要素的取消合并簡化重組，釋放瓶頸工序的作業(yè)壓力，確保上下道工序的作業(yè)飽和度，同時優(yōu)化設(shè)備布局情況和工具自動化改造，采用線下輔助的方式，減少瓶頸工序的非必要活動的內(nèi)容與時間。

（3）內(nèi)外部物料看板拉動式配送：通過對現(xiàn)場物料配送方式的改進，運用看板拉動減少中間庫存。根據(jù)統(tǒng)計情況及排產(chǎn)情況制定各物料安全庫存，將單個器具存放少于30臺的物料運用循環(huán)看板（看板環(huán)）方式拉動，左右物料在同一個器具中是物料利用組合物料看板方式拉動，對大于單個器具物料超過50件的利用循環(huán)看板（累計數(shù)）方式拉動。

仿真驗證改進方案。

如圖3所示，當(dāng)仿真模型運行結(jié)果能夠達到滿足平衡率80%的既定目標則轉(zhuǎn)入方案具體實施。

6 方案實施與效果驗證

6.1 確定工作站最小值

根據(jù)前填的要求，實現(xiàn)各作者的C.T統(tǒng)一化。通過對單排車型工時進行測定分析，目前主線整體工序平衡率為77.86%，如果按照日產(chǎn)192臺（雙班）為目標，每小時12臺的目標，300秒為生產(chǎn)節(jié)拍，為此通過前填計算公式進行說明：生產(chǎn)節(jié)拍（T.T）=300秒，工作總時間（W）=4801.37秒，最小工作站數(shù)=【W(wǎng)/C】=16個。

6.2 實施改進行動和價值流圖分析

根據(jù)分析結(jié)果我們按以下順序安排作業(yè)優(yōu)先級：（1）后續(xù)作業(yè)數(shù)量最多；（2）作業(yè)時間最長；該項作業(yè)元素時間與后續(xù)作業(yè)元素時間的總和最大。擬實施以下8項改進措施，如表1所示。

表1 具體改進計劃

對改進前后的現(xiàn)場各工序作業(yè)時間、等待時間、庫存量以及人數(shù)主要參數(shù)統(tǒng)計分析，繪制改進前后的價值流圖進行對比，確定生產(chǎn)線整體價值流的增值比由原先的不到1%提升到3.7%，如圖4所示。

圖4 改進前后價值流圖對比

7 結(jié)語

方案改造后，將原有的主線8個工位15個工序數(shù)變成11個工位20個工序數(shù)，具備日產(chǎn)190臺的目標，通過項目的攻關(guān)。1個月后生產(chǎn)線已具備每小時24臺的生產(chǎn)能力，崗位平衡率由68.26%提升到80.20%。通過本文研究，進一步驗證了生產(chǎn)線平衡、價值流圖和標準作業(yè)理論在汽車生產(chǎn)環(huán)節(jié)的可行性，完成STOP觀察、ECRS等技術(shù)對瓶頸工序進行分解重組，在此項目中得以充分將理論知識運用到實踐中，為企業(yè)創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益和改善方法推廣價值。