高速鐵路預制構件生產線應用及平衡分析

張赫，郎祎 （中鐵四局集團第四工程有限公司，安徽 合肥 230041）

1 引言

近些年，我國高速鐵路發展取得了舉世矚目的成就，成為體現國家發展的閃亮名片，但是鐵路構件預制施工生產中，其因構件種類多、數量大，導致預制生產過程中質量波動大。人工輔助及叉車轉運，產生工序銜接不流暢，構件易損易壞，生產效率較低，施工組織粗放。在高速鐵路建設標準不斷提高，現代化生產技術不斷創新下，構件預制由傳統分散生產升級為集中工廠化預制，生產線的投入大幅降低了勞動成本，提高構件質量，降低了資源消耗，減少了對環境的干擾，滿足了綠色發展的要求。但是自動化生產線應用需解決生產線布局合理、生產節拍確定、生產線平衡分析及改善，才能使其高效的運轉，更好的發揮生產能力。為解決以上問題，結合自動化生產線技術，將構件預制各工序在生產線作業上，通過生產線平衡分析和改善，解決生產線上各工序平衡作業，實現自動化作業，保證了構件質量，提高了生產效率。

2 預制構件自動化生產線技術應用

2.1 預制工藝流程優化

結合生產線各個工位功能，將其工序設置在固定工位上，滿足施工作業要求，利用自動化生產線技術進行流轉作業，到提高生產效率、保證施工質量、節約成本投入。優化后工藝流程為混凝土自動運輸→自動布料、振搗→生產線轉運→蒸汽養護→脫模→模具清理→安裝鋼筋籠、預埋件→合模→流轉至下一循環。簡化混凝土澆筑過程，由操作員完成作業，減少勞務投入。養護室與生產線整合后，將混凝土構件養護納入生產線管理，大大提高養護效率，提升構件質量。將構件脫模、清理、安裝鋼筋籠預埋件、合模工序安排在操作臺上，方便統籌布局，提升作業效率。

2.2 生產線布置結構優化

生產線由輸送輥道架的標準節段，加裝傾斜式振動臺、雙層碼垛機、布料機、養護室、子母車、擺渡車等自動控制設備，由電氣液壓和自動控制系統配合。完成混凝土澆筑、振搗、碼垛、養護，構件拆跺、拆模，模具打磨、噴脫模劑、合模和轉運等工序自動化流轉、標準化及專業化作業。采用PLC可編程及變頻控制技術，使自動化生產線滿足各種工況作業，提高工序銜接效率；采用串聯加多向組合形式布局，生產線可根據不同場地及要求進行改變，生產節拍和速率也可根據生產工期進行調整，靈活多變的結構形式，達成提質增效的目的。

3 生產線平衡分析及改善方法

理想自動化生產線是前、后作業工序緊密相連、均衡的一系列作業，并保持一定生產速率。隨著合理的工藝流程朝完成方向作業，整個生產線工序接近同步作業。根據在自動化生產線施工工位轉運情況，通過模型演算生產過程并不斷改善，使其生產線各項工序和生產能力匹配，消除工序間不平衡損失以及生產過剩，最終達到生產線平衡的生產狀態。

3.1 生產平衡的目的和意義

生產線平衡是生產線配置的首要問題，使自動化生產線的各個具體施工工序作業時間的差別非常小，幾乎達到各工序的作業時間相同，進而實現生產線平衡。也就是說對生產的全部工序進行平均化，使各作業時間以盡可能相近的技術手段與方法來作業。

生產平衡的目的在于縮短生產一個構件預制及轉運時間，降低生產投入成本；提高生產線的工作效率；減少工序間生產準備工作，減少施工生產的周期；改善生產線的平衡，提高作業工序穩定性和預制構件的質量；對改善后的工序流程進行實踐，增加各工序之間銜接和對接效率。

3.2 生產平衡分析各項影響因素

3.2.1 生產節拍

生產線節拍是指連續生產相同的兩個產品之間的間隔時間，即指完成一個產品所需的平均時間。生產節拍是一種目標時間，是隨需求量和需求期的變化而變化的，它決定了生產線的生產能力、生產速度和效率。

3.2.2 瓶頸時間

瓶頸時間是一個生產過程中最慢的工序時間，它不僅限制了整個生產線的生產速度，還影響了整體生產能力和效率。它是整個生產過程中制約生產速度的各個因素。如人員配備不足，設備發生故障，傳輸系統不通暢等問題，都有可能成為瓶頸。

3.3 生產線平衡的方法

生產線平衡問題是將所有工序作業，以使各個工序作業在節拍（即相鄰兩工序通過生產線尾端的間隔時間）內都處于繁忙狀態，完成最多的操作量，從而使閑置時間最少。生產線平衡的核心就是——克服瓶頸。

圖2 瓶頸時間示意圖

在流線生產作業中，制約產能的是瓶頸工作，瓶頸出現使前工序產品無法流下去，后工序無產品可做，就會造成短暫的停止，從而降低產能。一條生產線上可能存在多個瓶頸，且是永遠存在的。只有盡可能地使各工序處于最接近均衡的狀態，達到產能和生產力的最大化。

①生產線平衡率計算：t各工序工時之和÷（S瓶頸工序工時×R工序總數）×100%

②生產線平衡有很多改善方法，如5W1H提問技術方法、ECRS法則、工時測量法、程序分析和改善法、損失分析法、作業條件改善法。以ECRS法則為例進行說明：

①E（取消）：首先考慮工序中有無可取消的。該工序可以取消而又不影響質量和進度，是最有效的改善。②C（合并）：將兩個或兩個以上的工序變成一個。合并后可有效地消除重復現象，能取得較大的效果。當工序之間出現忙閑不均時，就需要對這些工序進行調整和合并。例如，混凝土布料和振動工序在一個工位上同時作業，即可合并一同作業。③R（重排）：經過取消、合并后，可重組也稱為替換。就是通過改變工作程序，使工作的先后順序重新組合，以達到改善工作的目的。④S（簡化）：經過取消、合并、重排后的必要工作，再對該項工作進一步深入分析研究，使方法盡量地簡化，以縮短作業時間，提高工作效率。

在實際的工作中要重復性的利用ECRS，不斷優化-實踐-分析-優化，來達到更高的生產效率。

4 生產線實例分析

4.1 生產線體布局與人員配置圖

采用輸送輥道架標準節，配上工位及設備，電氣液壓系統和自動控制系統組成生產線。根據作業內容分為布料振搗工位①雙層碼垛工位②獨立養護室③拆跺工位④拆模打磨和噴脫模劑工位⑤合模工位⑥及轉運工位⑦，將各工序順序排列出來，制作工藝流程圖（如圖3）。

圖3 生產線布置圖及工序流轉示意圖

4.2 具體各個工位的時間分析測量

對各個工序作業時間分別測量，共計測量三次，繪制圖表（如圖4），對其進行工序作業進行編制、匯總、平均，進行各個工序時間分析，繪制圖表（如圖5）。

圖4 不同工位時間完成分析圖

4.3 根據時間分析圖表制定生產線平衡圖表

分析后重新繪制生產線平衡分析圖表（如圖5），各個工位調整后時間為布料振搗4分鐘、雙層碼垛3分鐘、獨立養護室不占用生產線運轉時間、拆跺3分鐘、拆模打磨和噴脫模劑5分鐘、合模2分鐘、轉運4分鐘。

圖5 分析后生產線平衡分析圖

4.4 計算生產線平衡效率后進行分析改善

進行生產線平衡效率的計算：t各工序工時之和÷（S瓶頸工序工時×R工序總數）×100%

平衡率為60%說明生產線平衡損失，有40%的空閑時間，最空閑的是合模作業工序，故此生產線平衡要從生產時間較長和最短的工序進行入手。

采取ECRS方法分析，對時間長的工序分解，把部分作業分配到時間短的工序中去，養護室獨立運轉，不占用生產線作業時間。縮短作業時間，在養護室和生產線間增加自動轉運設備。增加自動布料機、自動碼垛機，提高運轉速度。增加專業作業人員，提高技能水平。增加清理、噴脫模劑、合模工位的作業人員，提高生產效率。對時間短的工序進行整合或合并，將噴脫模劑工序與合模工序結合，增加最短作業工序的時間，提高生產線平衡率。

5 結語

自動化生產線技術是數字控制、工業機器和電子計算機等成組技術的應用，靈活性大，可實現多產品批量自動生產。通過前期設計，模擬工作流程，通過現代工業工程技術與數理統計，運籌學及系統工程等相支撐，模擬生產中可能出現的工況，對工序作業的邏輯關系進行分析、改善、調整，并擇優選用合理的參數，實時調整。高速鐵路預制構件生產平衡應用，解決構件生產過程中質量波動大、工序銜接不流暢、易損易壞、生產效率較低、投入成本大、施工組織粗放等突出問題，實現了施工工藝提升，從而降低了勞動成本，提高了生產效率，保證了構件生產質量。