基于ⅠE 的機械式排種器混流裝配線研究

劉洋

（北京建筑大學，北京 100000）

1 裝配線平衡問題的經典工業工程方法

工業工程技術以生產過中的人、程物料、設備或設施、能源和信息的集成為研究對象，應用方法研究和作業測定，改善作業流程、操作方法、作業現場、人員配置等，以制定出更加合理的作業方法和作業時間標準[1]。蘭秀菊等[2]系統分析了生產線實際問題，運用作業測定和方法研究對計算機主板生產線進行平衡改善。李強等[3]運用基礎工業工程中的作業時間測定相關理論，結合動作分析軟件對裝配線平衡進行研究。陳衛華等[4]運用秒表測時法、5W2H 提問技術以及ECRS原則對涂裝車間密封膠生產線的平衡進行了研究。高廣章等[5]通過對某電腦生產線的瓶頸工序操作進行動作簡化和動素優化，減少了作業時間，提升了整條生產線的平衡性。由上文論述可知，最優化方法、啟發式算法和經典工業工程方法可效解決裝配線平衡問題，得到平衡問題的最優解。啟發式算法在大規模裝配平衡問題方面表現出良好性能。最優化方法求解過程計算工作量大，耗時較長；經典工業工程方法是對于生產現場調研的改善，缺少必要的理論數據支持；因而最優化方法和經典工業工程方法適用于求解小規模裝配線平衡問題。

2 機械式排種器裝配工藝流程分析

通過進入公司的實地調研，觀察機械式排種器的單人單產品裝配過程，分析各作業元素在裝配過程中的作業內容和作業過程使用的輔助工具，如表1 所示。

表1 機械式排種器裝配工藝流程說明

3 作業元素的時間研究

3.1 最低合理作業元素劃分

時間研究的基本單元式“最低合理作業元素”。本項目為了測定各裝配工序的標準時間，結合工業工程方法——5W1H 法，將操作過程中的重復、操作順序不合理等問題進行修改；基于ECRS 技術將邏輯上不可分割，且必須由一人完成的同一工作站完成的系列動作組合在一起，作為一個作業元素進行分析。劃分出的最低合理作業元素。劃分出的最低合理作業元素如表2 所示。

表2 最低合理作業元素劃分

3.2 作業元素的時間測定

研究擬建裝配線的標準工時方法主要有秒表測時和預定時間標準法。“秒表測時法”簡單便捷，但其結果受到操作工的熟練程度和評比者的主觀性的影響較大；預定時間標準法較為客觀公正，但耗時較長。

在現有40 多種PTS 法中，模特法（MODAPTS，MOD）簡單易行，是使用最廣泛的標準工時制定方法。本項目通過生產現場調研，拍攝整個裝配工藝流程，然后將視頻導入達寶易軟件進行動作分析，對整個裝配工藝流程優化。

MOD 法由21 種基本作業動作組成，以手指動作一次（移動距離2.5cm）的時間消耗值作為標準來確定各動作的時間值。21 個動作的分類及表示如表3、4 所示。

表3 模特法的標準動作時間表

選擇一般熟練的正常值作為排種器的混流裝配線人員作業的時間單位，即模特法中的1MOD=0.129 秒，MOD 法研究的是操作人員在穩定狀態下的連續工作所需的時間，而實際生產過程中，操作人員裝配時需要一定的停頓和休息時間。因此在標準時間研究中加入一定的寬放時間以符合實際需要。

4 混流裝配線平衡研究

4.1 確定混流裝配線的節拍

多品種產品在混流裝配線上同時混合生產，無法確定某種產品的具體節拍間，需計算計劃期內全部產品的平均節拍，混流裝配線的平衡節拍計算公式為

表4 安裝前、后軸承和軸套的動作因素分析

式中，CT為混流裝配線的平均節拍，Te為計劃期內的有效作業時間，Qi為計劃期內i 產品的計劃產量，n 為混流裝配線上產品種類數。

該公司的機械式排種器的計劃生產期為70 天，每天的有效工作時間為7 小時，七穴、八穴、九穴、十穴、十五穴排種器的生產量分別為：3000 件、2500 件、7500 件、3000 件、4000件。代入式（1）中可得：CT=75s。

4.2 確定混流裝配線的理論最小工作站數

在混流裝配線上，由于計算的節拍是各型號排種器的平均節拍，與各型號排種器在各道工序上的實際節拍并不相等，且每個節拍內各道工序所完成的排種器型號和數量也不相同，因而平衡裝配線各道工序生產能力的時間單位不能采用平均節拍，必須過大這一時間單位。混流裝配線是以計劃期內的有效工作時間Te為時間單位來平衡各道工序所完成的作業量。

假設裝配線需要生產個n 品種的產品在計劃期內總的勞動量（或稱為總作業量）的計算公式為

式中，ti為i 種產品各工序的作業時間總和（單產品的總作業時間）。

這些作業的勞動量必須在計劃期的有效時間內完成，因此，混流裝配線上需要的最小工作站數為

將數據代入公式（2）和（3）中，Nmin為12 個。劃分工作站時盡可能使工作站數接近或等于最小工作站數的理論值。

4.3 混流裝配線向單一產品裝配線的轉化

4.3.1 混流裝配線地工序作業時間

不同型號的排種器在同一道工序的作業時間可能存在差異，在綜合五種型號的排種器的作業關系之后，綜合作業優化關系圖上的作業時間代表了5 種型號排種器的等效平均時間。工序的作業時間與計劃期內個型號排種器的裝配比例相關，作業時間需要進行特殊處理。作業時間的處理仍以計劃期為依據，以tij表示第i 種產品在第個作業元素的作業時間（i=1，2…M），在綜合作業優先關系圖中，第j 個作業元素的作業時間的計算公式：

將數據代入公式（4）中，可得到各作業元素的總作業時間和綜合平均時間。

4.3.2 混流裝配線的綜合作業有限關系圖

利用綜合作業有限關系圖可將混流裝配線轉化為單一品種裝配線。在機械式排種器混流裝配線上生產各型號排種器，雖然裝配所需的各零部件的型號不同，但其結構和工藝路線相同，可繪制各型號排種器的綜合作業優先關系圖如圖1 所示。

圖1 機械式排種器綜合作業優先關系圖

5 裝配線平衡的評價

平衡率的計算：

通常把裝配線上生產耗時最多的環節叫做瓶頸工序，瓶頸工序限制了一個生產周期的產出速度，影響了其他生產能力的發揮。劃分裝配線作業元素，考慮工作站間的作業平衡，用裝配線平衡E 作為評價指標。

混流裝配線平衡計算公式：

式中，i：產品種類，i=1，2；n=5；N：工作站數；Ti：裝配一件產品所需要的時間；Si：i 產品組計劃期內的裝配數量；Mi：i 產品的瓶頸工作時間。由表5 裝配線平衡優劣的評價標準可知，排種器混流裝配線的效果為優。

表5 裝配線平衡效果優劣的評價標準

6 結論

本文運用5W1H 法對機械式排種器裝配工藝流程進行分析，發現軸承和轉動軸螺栓存在多次翻轉，觀察窗反復拆卸，工人勞動強度大等問題，結合ECRS 對裝配工藝進行改進，即調整了鍵和傳動軸螺栓的安裝順序，將觀察窗替代成透明觀察窗，運用MOD 法對各工作元素進行改進，簡化作業動作。

在此基礎上，對裝配線的平衡方案進行了研究：

a.使用MOD 法劃分最小合理作業元素，制定出各工序的標準工時，計算出排種器混流裝配線的節拍時間為75s，理論最小工作站數為12 個。

b.通過分析混流裝配線的綜合作業優先關系，將混流裝配線的形式轉化產品裝配線的生產形式，并利用RPW 法進行工作站的劃分。

c.根據工作站的作業內容，詳細規劃了各工作站內所需配送、擺放的零件種類和輔助工具種類。

d.所規劃裝配線平衡率為98.43%根據評價標準，裝配線評判結果為優。