基于工序分析的駕駛室焊裝工藝改進

胡明茂，趙锎，李峰，董曉光，周清華

(湖北汽車工業學院 機械工程系 ，湖北 十堰 442002)

0 引言

D530焊裝線是從KUKA公司引進的具有國內先進水平的焊裝生產線，焊裝線生產品種為標準型、加長型和高頂雙臥車型三大系列車型的駕駛室，它由6個工位的地板線和11個工位的總裝線及一個調整線組成(圖1)。D530焊裝線總計17個工位，設計節拍為7.17 min/臺，但是由于該車型市場需求增大，生產線產能不能滿足市場要求，經測算滿足市場需求的生產節拍必須達到6 min/臺。企業為了完成生產任務，不得不采取加班等措施，極大地增加了企業的生產成本。因此，急需對現行生產線進行分析，找出影響產能的因素，實施改善，滿足6 min/臺的產能要求[1]。

1 D530焊裝線現狀調查

D530焊裝線各工序作業時間是核算產線能力的基礎數據，也是找出瓶頸工位的前提條件[2]。首先要測定每個工位的工序時間。采用秒表測時法進行。事先要對各個工位作業內容進行“作業要素”劃分，一般劃分為主體作業、輔助作業(附隨作業)、休息等待。這樣便于后面根據作業要素性質進行針對性改善。對D530焊裝線進行時間測定，最后得到各工序作業時間(表1)，并繪制出該焊裝線的平衡率山積表(圖2)。

圖1 焊裝生產線現場布局圖

表1 各工序作業時間(s)

圖2 焊裝線平衡率山積表

其中：主體作業是指直接進行焊裝的作業。附隨作業是搬運、提取焊裝零件等作業，等待加工零件到位時間[3]。如以地板20序為例，該工位工人主要任務是焊裝前圍總成和臥鋪板。經過觀察測時可知，工人用于焊裝的總時間為353s，用于搬運、提取焊裝零件的時間為26s，另外在生產中還有52s的等待時間。工序總時間為：353+26+52=431s，而要求生產節拍6min/臺，約360s，該工位超出生產節拍：431-360=71s。

通過圖2和表1可知，地板20工位、總裝20工位、總裝60工位為焊裝線瓶頸工位，為了提高焊裝線產能，必須對地板20工位、總裝20工位、總裝60工位進行改善。

2 D530焊裝線現狀分析

運用5W1H分析方法和IE的程序分析、操作分析和動作分析技術對生產線及瓶頸工序分析，找出造成瓶頸的原因和影響生產效率的因素。

2.1 地板20工位作業流程分析

利用流程程序分析法對地板20工位進行作業流程分析，并繪制作業流程圖(圖3)，由圖3可知：地板20序總作業時間430s，其中主體作業時間352s；搬運行走26s；等待52s。

該工位作業流程中安裝后上橫梁操作用時較長，達到167s，占整個工位作業時間的47%，是要重點改進環節。

對安裝后上橫梁操作用時進行進一步觀察，同時用5W1H分析原因。

圖3 地板20工位作業流程圖

發現地板20工位在安裝后上橫梁時需要對后上橫梁定位，定位方式采用6把大力鉗進行定位，每把大力鉗都采用人工定位夾緊，各把大力鉗平均定位夾緊時間為：22s、21s、22s、34s、34s、34s，合計167s，是該操作用時長主要原因見圖4 。

圖4 大力鉗定位夾緊

2.2 總裝20工位作業流程分析

由圖5可知：總裝20序總作業時間407s，其中主體作業時間219s；搬運行走19s；等待169s由總裝20工位作業流程分析圖可知。

造成總裝20工位效率低下原因是30工位和20工位的焊鉗共用一臺懸點變壓器，兩把焊鉗無法同時工作，所以20工位必須每次等待135s，待30工位焊完后方可作業。因此交叉作業等待時間浪費大[4]。

圖5 總裝20工位作業流程圖

2.3 總裝60工位作業流程分析

由圖6可知：總裝60序總作業時間412s，其中主體作業時間200s；搬運行走51s；等待161s，找到問題點：上線裝置運行等待浪費大，消除等待浪費是改善的重點。

此外通過對總裝60序進行分析可知，其主體作業時間也較長達到200s。其中：前頂焊接98s，裝配中頂102s。前頂焊接時間較長的原因是：該工位焊點較多。焊點40個，焊接面凹凸導致路徑不同，作業時間較長。減少該工序的主體作業時間也是改善的重點[5]。

圖6 總裝60工位作業流程圖

3 D530焊裝線效率提升解決方案

a)減少地板20工位安裝后上橫梁作業時間解決方案

安裝后上橫梁作業定位夾緊采用大力鉗人工夾緊耗時167s。

改善方案為設計2個弓形專用夾具自動夾緊定位，僅用時9s。

b)減少總裝20工位等待時間方案

20工位與30工位合用一臺懸點變壓器，20工位因工序等待135s/臺。

改善后為20工位新增一臺懸點變壓器，20工位工序等待時間為0。

c)減少總裝60工位上線裝置運行等待時間方案

1) 影響上線裝置運行等待時間關鍵因素

一是搬運工件安全要求；二是PLC程序控制不合理。

該工位工作內容是：人工裝配焊接中頂蓋總成時。焊接前由物料存儲區存放的中頂蓋通過空中懸架把中頂輸送到60焊接工位，零件(中頂)放到位、空車返回時?？紤]到安全因素(防止中頂蓋從空中掉落傷人和輸送裝置與人發生碰撞)，原設計要求工人仍應在工作區域外等待?，F場測時表明：輸送裝置抓取中頂、空中運輸、放置中頂時間分別為：27s、20s、24s；空車返回時，相應時間分別為：18s、20s、27s。整個過程工人都要在防護網下的安全區等待，其中送件進程等待71s；回程等待65s，總計136s。

2) 減少總裝60工位上線裝置運行等待時間對策

輸送裝置在送料時，工人在安全區處等待，空車返回時，不要等待，直接進入作業區進行焊接作業。則總裝60工位可減少等待時間65s。

3) 改善方案驗證

送件進程安全性驗證：輸送裝置具有自鎖機構，即使沒有壓縮空氣時，壓頭也不會打開，必須人工用手錘輕敲才能開啟，從而保證在輸送過程中零件不會掉落。

空車返程安全性驗證：零件(中頂)放到位、空車返回時，原設計要求人員仍應在工作區域外等待。若此時人員進入工作區域開始焊接(圖7) ，則人員與上線裝置最近處的距離為縱向20cm、橫向170cm，不存在相互干涉，工人可以進行焊接中頂作業。搬運工件的安全性滿足現場要求。

圖7 中頂焊接作業區

在經過企業安全生產部門確認的情況下，并有現場主管技術員與生產廠家進行磨合同意的情況下，修改焊接PLC安全控制程序，更改空車返程時的安全判別條件，使之在輸送裝置返程時也可以焊接。消除空車返程時造成不必要的時間等待浪費。

4)減少總裝60工序的主體作業時間

由于60工位承擔的焊點多，可以通過將部分焊點轉移到別的工位來縮短作業時間。如：60工位有焊接用的焊鉗，能否轉移到90工位？

總裝90工位是人工點焊工位，焊接前支柱與頂蓋搭接部位。同時補焊前工位機器人無法補焊的焊點?？傃b90工位焊點直徑、焊點強度、焊點外觀質量等品質管理項目上的要求與60工位完全一樣。可以把總裝60工序部分焊點轉移到總裝90工位來焊接。不會影響其他工位焊接裝配。這樣把總裝60工位12個焊點轉移到總裝90工位焊接(圖8)，可節約60工位焊接時間約30s。

圖8 前頂焊接部位

4 改善效果

改造方案實施后，3個瓶頸工位工序作業時間縮短，由焊裝生產線平衡率山積表(圖9)可知，生產效率提高，達到了317s/臺的產能，超過了360s/臺改善目標，提高了經濟效益。

改善前產能為7.17min/臺，改善后為5.28min/臺，雙班制，每班8h，每年按250個工作日計算，每年可多生產：

250×2×8×60÷5.28-250×2×8×60÷7.17=45 454-33 472=11 982(臺)

一年可節約人工成本費用 (未含輔助人員成本)：

11 982臺 × (5.28÷60)h/臺 × 20人× 10元/人·h =210 883(元)

節約11 982臺輛份動能費用：10元/輛×11 982臺輛=119 820(元)

總計每年產生效益：

210 883(元)+119 8208(元)=330 703(元)

圖9 改善后焊裝生產線山積表

5 結語

針對D530車身焊裝生產線存在的問題，運用方法研究、作業測定及流水線平整的理論方法進行分析、改善，使生產線的生產能力得到提高，同時給出了解決這類問題的一般方法，對其他汽車制造企業有借鑒意義。

[1] 黃毅敏. 面向中國制造業的工業工程應用與挑戰[J]. 工業工程與管理，2015(10):157-164.

[2] 盧海洋. 工業工程在F公司生產線平衡中的應用[J]. 物流技術，2014(2):295-299.

[3] 雷加社. 提高焊裝線生產效率的研究應用[J]. 汽車實用技術，2011(6)：21-22.

[4] 魯建夏. 工作研究在生產裝配線優化設計的應用[J]. 工業工程與管理，2004(2):83-85.

[5] 王?，? 工作研究在汽車儀表機芯裝配線中的應用[J]. 制造技術與機床，2011(11):50-54.