汽車天窗導軌生產線的分析與改善

王昀睿

(西安科技大學 機械工程學院，西安 710054)

0 引言

寶馬BMW—I01 天窗導軌主要裝配車型為BMW New 3 Series coupe 汽車，天窗導軌屬鋁件，機加工環節需要依次進行整體沖切、三切口沖切、擴孔、去毛刺和滾彎，最后檢驗裝箱入庫。整體沖切是用80t 沖床對鋁板材經刀模沖壓后得到工件，三切口沖切需對整體沖切后工件沖切端口凹槽和導軌接槽，擴孔是對工件進行定位孔的鉆擴，去毛刺時使用打磨機對工件加工斷面進行打磨，滾彎要使用自行研發的滾彎設備完成工件的二維彎曲加工，配合曲面車頂裝配，最后將制成工件固定在相應檢具上，應用止通規、百分表等對工件的面、線弧度、定位孔等指標對照檢驗基準書進行檢驗。該產品的生產線目前存在一定問題，根據生產現場狀況，對該生產線的現場布局、輔助設施及生產流程進行改善研究，提高生產線各工序工作人員的飽和度，從而達到提高生產率，提高企業經濟效益的目的。

1 換模裝置的改善

產品型號不同需要使用不同模具，大型沖床加工使用的模具體積和質量都很龐大，表面遍布鋒利的棱角和切口，這些直接造成搬運困難、更換復雜，在模具更換轉移時也容易造成工人的跌砸傷害。目前生產線和模具放置區單次行程超過30m，工人每次換模用時超過20min，包括將原模具從設備上拆卸轉移至換模拖車上，再拖拽拖車至模具放置區，接著操作拖車配合人力將原模具放置在模具架上鎖緊，隨后將要使用的模具從模具架上拖拽到換模拖車上，再拉著拖車回到生產線，操作拖車將模具安裝在生產設備上并調試。整個換模過程中生產線處于停滯狀態，每變更一次生產任務，為配合天窗導軌左、右件的兩臺80t 沖床，換模時間合計超過45min，如此長的停滯時間使生產線造成嚴重的損失。再者，過長的搬運距離也會產生額外的安全風險，一次換模工作至少需要兩個工人完成，在拖拽換模拖車行進過程中，兩人操作的不一致極易造成拖車傾倒，模具跌落等嚴重后果。針對換模環節存在的問題，對該生產線進行基于快速換模的改善。

首先將模具放置區轉移到毗鄰80t 沖床的位置，減少了換模過程中的搬運距離，另外在換模操作中，采用快速換模裝置實現換模過程。快速換模裝置如圖1所示，其模具架使用60 ×60 ×4mm 方管制作，安裝有無動力滾筒，共三層。使用中，升降臺車在固定軌道上橫向移動，臺車載重為1t，表面兩側設置擋墻，防止模具跌落，液壓系統為臺車升降提供動力，確保臺車升降平穩，臺車和模具架均裝配有無動力滾輪，人力推拉即可實現模具的取用和上架，快速完成對沖床模具的更換［1-2］。

圖1 快速換模裝置

天窗類產品分左右件，左右件加工流程大致相同，出于對成本的控制，在該天窗生產線實際應用中，只需配備一輛升降臺車即可。為實現分別更換左右件加工用沖床模具，升降臺車可由過度平移小車實現在左右件沖床配套導軌上的移動。

經測算，每次換模時模具流轉位移縮減到4.5m，較之前物流距離縮短85%;升降臺車液壓系統的引入改善了原先換模拖車手動升降，使改善后的換模平均耗時約為4min，較未改善時節約80%，同時由于實現了模具放置區和機器設備的緊鄰布置，不再依靠工人長距離拖拽換模臺車轉移模具，可以消除在換模過程中的安全隱患。

2 生產線人員飽和度現狀分析

人員飽和度是指作業人員在整個生產過程中作業時間所占的比例，根據產品加工的流程，統計各工序操作人員的單位產品加工時間，結合生產節拍計算出每一道工序的人員飽和度［3］。

2.1 初步確定生產節拍

生產節拍又稱客戶需求周期、產距時間，是指在一定的時間長度內，總有效生產時間，即可用時間與客戶需求數量的比值，是客戶需求一件產品的市場必要時間。

其中，T—生產節拍;

Ta—可用工作時間;

Td—客戶需求產品量

在天窗生產線的試生產中，客戶產品需求為1200pcs/天，生產線排班8h/班，可知單小時需要的產量為:1200/8 =150pcs，由公式(1)確定生產節拍為:

2.2 改善前生產線人員飽和度分析

要分析生產線人員的飽和度，就需要統計出各工序操作人員實際作業時間。目前該生產線共有6 個工位7 名操作人員，檢驗工序的人員在完成檢驗工作后需再完成搬運任務，所以在作業測定中該工位人員的作業時間取兩項作業時間之和，應用作業測定方法［4］，確定出合理的觀測點，借助視頻對各工序的熟練操作人員分別測時10 次，求出平均值為作業時間，寬放率取10%［5］，計算改善前各工序人員飽和度如表1所示。

表1 改善前生產線人員飽和度

由表1 可知，在節拍為24s 的情況下，各工序人員的平均飽和度只有55%，尤其是去毛刺工序人員飽和度最低，只有31.1%，造成的直接后果便是生產人員閑置時間過多，從而增加了人員的非必要走動，影響車間其他人員工作及生產線的5S;其次，各工序間人員飽和度差異較大，造成在制品流轉不暢，嚴重破壞整條生產線的均衡。

3 生產線人員飽和度的優化

3.1 應用在線打磨實現工序的合并

在影響整條生產線均衡性的因素中，去毛刺工序影響最大，采用在線打磨將該工序合并到其他工序中［6-7］，即將去毛刺打磨工序合并到沖切和鉆擴孔工序中，使用在線打磨周轉架完成在制品的打磨和周轉。該在線打磨周轉架右側的砂帶由內置電機驅動高速轉動，當沖切操作員完成整體沖切作業后，將工件輕觸砂帶進行打磨，經目視檢驗后放置在臺架上部;下道工序操作人員從臺架上部拿取工件進行三端口沖切，完成后將工件輕觸砂帶進行打磨，目視檢驗后放置在臺架上部;擴孔工序的操作也類似，每條生產線配置3 個在線打磨周轉架。

3.2 生產線設施規劃與改善

該生產線的機器設備U 型布置過于緊湊，加之改善前作業人員多，設置在擴孔和滾彎操作中的打磨操作會集中造成在制品流轉不暢;同時生產進行時進料方向背向主物流通道，造成不必要的物流轉移。針對以上問題，在削減人員和工序合并后，將生產設備的U型布置進料口面向主物流通道，去除多余的周轉架和打磨架，配置在線打磨架實現打磨和在制品周轉［8］，改善后布置如圖2。

圖2 改善后布置圖

改善后，快速換模裝置設置在80t 沖床鄰位，同時去除打磨架和周轉臺架，削減相應操作人員，設置在線打磨架在整體沖切、三切口沖切以及鉆擴孔工序，以便在沖切、鉆擴孔后進行打磨去毛刺。最后調整機器設備布置，將在制品物流方向面向主物流通道，在進料區域設置放料區，保證原材料安全庫存，降低生產前置時間。

3.3 改善后生產線人員飽和度分析

如圖2 所示，改善后生產線削減了去毛刺打磨工序的兩個操作人員，使去毛刺打磨在沖切、擴孔工序應用在線打磨架同步進行，在線打磨的應用也明顯降低了各工序用于檢驗的時間，但由于整體生產線人員的削減，使三切口沖切工序人員在作業過程中的移動距離增大，相應增加了備料定位的時間［9-10］，由3. 1s/pcs 增加至4. 6s/pcs，改善后的生產線可滿足客戶需求產量1440pcs/天，按每天8h生產，得出每班產量為1440/8 =180/h，這時的生產節拍為:

表2 為改善后各工序的作業時間及生產線人員飽和度分析。

由表2 可見，經過改善，該生產線人員從7 人一班縮減為5 人一班，各工序人員平均飽和度達到80.9%，生產節拍從24s 提高至20s。

表2 改善后生產線人員飽和度

4 結論

經過對汽車天窗導軌生產過程的詳細分析，基于設施布置理論對現場進行了重新布置，將快速換模裝置設置在80T 沖床鄰位，根據加工需要對其它的加工設備和人員位置也進行了重新排列，結合現場添加快速換模裝置、在線打磨架等，使換模時間和勞動量明顯減小，整個生產線的工作人員減少2 人，節拍提高了17%，人員飽和度提高了26%，生產線的均衡性和生產率都得到提高，為企業創造了良好的經濟效益。

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