汽車零部件模塊化裝配作業分析應用研究

李紅彬，宋萍萍（.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 700；.陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 700）

汽車零部件模塊化裝配作業分析應用研究

李紅彬1，宋萍萍2
（1.陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710022；2.陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710022）

摘 要：針對汽車制造企業部件模塊化裝配過程提升效率和降低作業成本問題，通過對SQ公司的汽車零部件分裝作業案例研究，采用了方法研究、作業分析、聯合作業分析以及“取消、合并、重排、簡化”（ECRS）分析方法，并提出了汽車零部件模塊化發展路徑。研究結果表明，該方法減少了生產作業人員配置和作業場所面積，降低人力資源成本、場地成本等總體作業成本14.93%；減少了汽車零部件分裝作業重排、平行作業，分裝作業周程，提升操作人員的作業負荷平衡水平，提升作業效率42.87%。

關鍵詞：汽車制造；方法研究；作業分析；ECRS

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.013

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-29-04

引言

汽車制造業因其涉及鋼鐵、電子、化工等領域，產業帶動性強，已是國民經濟發展的支柱型產業之一。正是因其覆蓋的產業鏈廣、零部件構成復雜、組織協調要求高的特點，零部件的供應鏈管理、物流組織是汽車主機廠的重要環節。于20世紀80年代，以第一汽車制造廠為代表的國內汽車制造企業紛紛學習、引進、實施國外系列先進的生產管理模式比如豐田生產方式（Toyota Production System，簡稱TPS）[1]，供應鏈管理模式比如供應商管理庫存（Vendor Managed Inventory，簡稱VMI）[2]，物流組織模式比如循環取貨模式（Milk-Run，簡稱MR）[3-5]、干線運輸等。同時，國內也有大量的汽車制造管理模式的相關研究成果[6-9]。然而，從汽車零部件模塊化供應的角度開展研究的相關成果卻極少。以重卡商用車二類底盤（8×4）為例，其車身、車架、動力總成、懸架、電氣等部件的散件零部件數量達到1.1萬個左右，但是通過模塊化供應的方式，將汽車制造企業的總裝配工藝環節的零部件數量降低至3980個。但是，同一個零件會有不同的型號，一個主機廠即使現有發動機、變速箱、車架、車身等大件采取模塊化供應的方式后，仍然會有7萬余個零件號。因此，繼續推進其它零部件模塊化，對降低汽車制造企業的管理復雜度、降低生產成本具有重要意義。

1、汽車零部件模塊化路徑與模塊化裝配成本控制

1.1 汽車零部件模塊化路徑

從1886年汽車發明之日起，以發動機為代表的模塊化就在汽車領域實踐著。但是，“模塊化”概念、理論在1997年才由Baldwin和Clark提出[10]。汽車零部件的模塊化實踐，需要從廣度和深度兩個角度來認識。汽車零部件模塊化的廣度是指汽車零部件模塊化種類，比如發動機（包括供氣系統、燃料供給系統、尾氣處理系統）、離合器、變速箱、車橋、車輪、車身、車架等的模塊化。汽車零部件模塊化的深度，是指模塊化裝配、物流、采購、開發、設計，從模塊化裝配到設計，汽車零部件模塊化程度逐漸加深，這也是汽車零部件模塊化發展的路徑。以重卡商用車為例，汽車零部件模塊化發展路徑見圖1。其中，范圍1內部件價值高、生產裝備復雜、勞動密集性強，多是以獨立法人或依附于主機廠的獨立生產單元進行模塊化設計、開發、采購、物流、裝配。范圍2內的零部件，模塊化程度最低，這類零部件就其價值而言約占整車價值的三分之一。對于范圍2內的汽車零部件模塊化路徑仍需從裝配、物流、采購、開發、設計逐步推進模塊化。

1.2 汽車零部件模塊化裝配成本控制

模塊化（設計、開發、采購、物流、裝配）是縮短產品迭代時間、降低生產制造組織復雜度的重要手段。圖1范圍2內的零部件模塊化第一步即模塊化裝配，對降低主機廠的生產成本、降低管理復雜度、提升質量管理效率等仍具有較大的價值。范圍2內的模塊化裝配成本構成上包括了裝配人員工資、裝配設備工具折舊、作業場地、裝配電力/壓縮空氣/水等能源資源消耗等。從這些成本構成來看，合理的裝配方法決定了模塊化裝配人員配置、裝配設備工具、能源消耗成本。因此，范圍2內的汽車零部件成本控制主要是基于IE工作研究的方法研究、作業分析技術、ECRS技術等。

2、方法研究體系與作業分析技術

方法研究是工作研究的內容之一，運用各種分析技術對現有工作（加工、制造、裝配、操作、管理、服務等）方法進行詳細的記錄、嚴格的考察、系統的分析和改進，設計出最經濟、最合理、最有效的工作方法，從而減少人員、機器的無效動作和資源的消耗，并使犯法標準化的一系列活動[11]。其中，工作研究是工業工程（IE）體系中最重要的基礎技術，是從泰勒的“時間研究”和吉爾布雷斯的“動作研究”發展而來。1936年隨著泰勒研究會和美國工業工程學會的合并，兩者分別重點研究的“時間研究”、“動作研究”內容逐步融合，形成了方法研究（Method Study）。1940s“時間研究”更名為“作業測定”（Work Measurement）。方法研究和走也測定統稱為“工作研究”（Work Study），方法體系如圖2所示[12]。

作業分析就是通過調查、記錄現有生產流程的某一工序中，作業者、作業對象、作業工具、作業現場布置的現狀，針對特定研究對象，選擇性的人—機作業分析圖、聯合操作圖、雙手操作圖等工具，分析現有作業中存在的不經濟、不合理、不科學的作業，并通過5W1H、ECRS等方法，對現有作業進行優化，達到工序排列最佳、平衡作業人員負荷、提升生產效率、降低生產成本等目的。其中，人—機作業分析用于1人操作1臺機器或1人操作多臺機器的機械作業分析。聯合作業分析，用于多個作業人員作業于一項工作場合的分析。雙手作業分析，用于1人操作過程中的左右手負荷平衡分析。

3、SQ公司汽車零部件模塊化分裝作業

3.1 作業分析對象選擇

SQ公司是中國重卡商用車行業前四企業，擁有汽車制造沖壓、裝焊、涂裝、總裝完整的四大工藝。其中，部件分裝業務按照執行主體不同分為SQ總裝廠、其下零部件子公司、物流公司三類，共計38類分裝的部件。分布在總裝工藝聯合廠房內部分裝的部件種類共計24大類，其中發動機、線束是由其零部件子公司分裝，平衡軸也即將外包給零部件子公司分裝。因此，本文的部件分裝作業分析對象范圍就是由SQ公司自己分裝的21類部件。21類部件按照分裝場地及設備類型分為三類，獨立分裝區域、流水線分裝、總裝線旁分裝，部件分裝布局均是按照兩條總裝線來布置。總裝工藝聯合廠房內共布置兩條汽車二類底盤裝配線，單線節拍6分鐘，每種零部件分裝均與單線節拍相協調。

根據作業分析對象選擇原則，將滿足以下四個條件之一的作業作為研究對象，整個生產過程中的瓶頸環節或工序、成本最高的工序、質量不穩定的工序、勞動強度最大的工序。圖1范圍2內的汽車零部件由于模塊化裝配設備和工具是通用小型設備，因此在模塊化裝配作業成本中，分攤在每一件上的成本構成上，人力成本占比最大（約70%）。從SQ公司自行分裝的21類部件人員構成來看（詳見表1），保險杠分裝作業人員單班6人，雙班12人，是作業人員最多的部件，因此，本文將保險杠分裝作為作業分析的對象。

表1　SQ公司分裝作業明細及人員配置

3.2 作業方法現狀記錄

SQ公司民用重卡品牌共4種（A、F、M、X），其中A、M兩種品牌保險杠的分裝業務由其零部件子公司分裝，僅F、X兩種品牌的保險杠在總裝配車間兩個獨立分裝區。F、X兩種品牌保險杠涉及的散件種類（零件號數量）達到161種，單班6人（兩個區域各3人）分裝，分別供應總裝配線一線和二線。兩個分裝區域的分裝作業按照相同的作業方法進行分裝。本文以最復雜、涉及零件最多的F品牌車輛的保險杠分裝作為研究對象。

觀測方法：由于作業時間相對較長，為便于反復觀測，通過攝像方式對總裝配二線的保險杠分裝作業進行了記錄。在攝像前，需征得操作人員的同意，在攝像期間，不與操作人員交談、溝通，以避免干擾操作人員，導致記錄的作業方法和時間與正常狀態下的差異。

觀測次數：觀測時間主要用于作業改善，觀測次數標準按照表2來確定[11]。保險杠分裝作業單件分裝一個周程的時間為5.25分鐘/件，確定觀測次數為10（不含）至15次，本文觀測次數為12次，保險杠分裝作業方法和作業時間觀測結果如圖3所示。

表2　觀測次數確定標準

3.3 作業分析

從保險杠分裝作業方法來看，由于是3人在同一場所進行聯合作業，因此，保險杠分裝作業分析適合采用聯合作業分析方法。根據記錄的作業方法，保險杠分裝聯合作業圖如圖4所示（左側為當前作業方式）。

保險杠分裝以9個部件作為一個批次，由3人進行分裝，作業周程2832秒，平均每件分裝時間為5.3分/件，可以適應總裝配線單線6分鐘/輛的生產節拍。工人甲、工人乙、工人丙的時間利用率分別為68.01%、95.97%、99.79%。保險杠分裝作業統計分析詳見圖4。

3.4 作業方法改進

保險杠分裝作業方法改進的主要目的是通過減少分裝作業人員，實現降低分裝作業成本。現有的人員配置總共6人，其中總裝1線保險杠分裝3人、2線3人。要實現減少作業人員的目的，依然按照現有獨立的分裝區進行分裝情況下，每個分裝區域都要從3人減少至2人，但是，經過作業重排后，獨立分裝區域，由2人進行分裝，保險杠分裝作業周程將達到3699秒，單件作業時間為6.9分鐘，無法滿足總裝配線單線6分鐘/輛的生產節拍。因此，必須將保險杠分裝的兩個區域合并，總人數從6人可以降低到5人或者是4人，前提是必須滿足分裝區域合并后單件分裝的節拍控制到3分鐘以內。

作業方法改進，主要通過ECRS方法以及并行作業兩種途徑實現。在依然采取9件/批次情況下，保險杠分裝作業要從目前的5.3分鐘/輛降低至3分鐘/輛，時間差距較大，首先需要對現有操作方法進行重排（Rearrange，簡稱R）。進行重排滿足的基本條件，是現有作業方法中前后的每個操作不能出現相互干涉、分裝前后邏輯順序矛盾。通過對5人作業、4人作業順序進行重排后，發現4人操作依然無法滿足總裝線的生產節拍要求，而5人作業則可以滿足此需求。改進后的保險杠分裝5名操作人員的聯合作業圖見圖4（右側為改進后作業方法）。

4、結論

（1）本文應用聯合作業分析、ECRS等工業工程方法，降低部件分裝作業成本14.93%。其中，雙班作業人員從12人減少10人，人工成本降低10.8萬元/年；作業場地面積從252平方米減少至174，按照廠房月度租賃價格計算，減少場地租金1.782萬元/年。

（2）在保障雙線3分鐘/輛的生產節拍的情況下，將部件分裝作業周程從2832秒降低至1617秒，縮短2分15秒，提升作業效率42.87%。同時，提升了作業人員的負荷平衡水平。

（3）作業分析技術是企業科學、合理的配置生產崗位人員，推進企業精細化的生產成本管控的重要方法。在我國重卡商用車行業已經觸及發展的天花板、充分競爭、產品高度同質化背景下，做好重卡產品的同時，向重卡后市場發展是重卡企業“開源”、實現差異化競爭的重要途徑[13]。而基于工業工程方法的企業精細化成本管控，是重卡企業“節流”、提升生存能力、提高企業產品競爭力的重要途徑。

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Researchon the Operation Analysis of Modularity Assembling to Automobile Parts

Li Hongbin, Song Pingping
( 1. Shaanxi Hande Axle Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710022；2. Shaanxi Heavy-Duty Truck Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710022 )

Abstract:Aiming at improvingefficiency and decreasing operation costs of automobile parts assembling in automobile company, case study of automobile parts assembling operation was carried out in SQ Co. Ltd by Method Study, Operation Analysis, Gang Process Analysis and “ECRS” four Principles (Eliminate Combine Rearrange Simple). Route of modularity to automobile parts was proposed. The results indicate that operators and operating area were decreased by optimization of assembling method, operation cost was decreased by 14.93 percents, operating cycle was decreased and operating load level was improved by rearranging and concurrent operation, efficiency was improved by 42.87 percents.

Keywords:automobile manufacturing; method study; operation analysis; ECRS

作者簡介：李紅彬，就職于陜西重型汽車有限公司戰略發展部。

中圖分類號：U467.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-29-04