基于仿真模型的汽車焊裝生產能力優化

王軍 何道海 郭宇

1.合肥工業大學，管理學院 安徽省合肥市 230009 2.安徽江淮汽車集團股份有限公司 安徽省合肥市 230061

1 引言

自上世紀70年代我國全面實施改革開放以來，我國制造業尤其是重工業和加工業得到了全方位的持續快速發展，有力推動我國制造業工業化和現代化發展，顯著的增強了我國的綜合國力，支撐了我國的世界大國地位。然而，在自主創新能力、資源利用效率、產業結構水平、信息化程度、質量效益等方面差距明顯，以企業為主體的制造業創新體系不完善；資源能源利用效率低，產業結構不合理，轉型升級和跨越發展的任務緊迫而艱巨[1]。

精益思想起源于日本豐田生產管理模式。以價值流圖為基礎，通過對產品價值流圖分析與優化，減少或消除不增值活動，從而降低成本、提高質量，以實現用戶價值[2]。

本研究選取制造業典型代表，汽車生產企業的焊裝生產線，從產品線整體面出發，選用價值流工具、witness仿真軟件等理論與工具對產品線剖析、建立仿真技術模型和數據收集分析，對產品線的工序節拍，場地布局、物流路線規劃等多個方面著手實施研究改進，實現該產品線的整體價值流增值比的提升和生產經濟效益的提升。

2 生產線現狀與原因分析

2.1 生產線現狀

總成焊裝生產線自18年9月份搬遷至新基地后開始生產新車型，采用兩班制生產模式，小時產能數為4.29臺/時；但市場實際日需求量接近200臺，產能必須達到12臺/時即產品線整體需要接近滿負荷運轉才能滿足需求，急需要開展產品線的整體生產過程的創新性研究和改進，實現整體效率提升和訂單及時交付率的改善。

2.2 問題原因分析

3 研究方法的選用

3.1 VSM價值流圖

價值流圖（value stream mapping，VSM）是實現企業精益生產目標的一種系統分析方法[3]，價值流管理模式可以打破了當下的常用生產組織模式，避免各部門各單位九龍治水、群龍無首以及溝通協調不暢所帶來的生產管理上的缺陷[4]。解決在動態復雜環境下需要持續的現場調查和基于經驗的響應，從而影響決策效率的問題[5]。

3.2 Witness仿真模型

Witness仿真軟件主要運用于特定離散事件和連續流體系統的數據仿真記錄、分析和單個作業循環的模擬。主要功能包括包括設備、設施和工廠的布局優化、物流規劃管理、作業流程改善和供應鏈物流系統規劃等多行業多領域[6]。

3.3 流程圖

流程圖是流經一個系統的信息流、觀點流或部件流的圖形代表。揭示和掌握封閉系統運動狀況，輔助下一步的決策制定[7]，選擇恰當的行動方案。系統運用精益生產理念和價值流工具開展流程梳理、消除“不增值”環節，成為企業提高效率、節約成本的有效途徑[5]。

4 研究過程與應用

4.1 確定研究原理模型

根據PDCA思路制定研究與行動計劃原理模型，確保改進計劃能夠符合預期要求，如圖1所示。

圖1 改進計劃原理模型

4.2 主因確定

4.3 Witness仿真模型繪制與運行

根據現場的設備情況，繪制對應的仿真原理模型，根據主要車型的生產數據統計情況，錄入各工序人數、工序加工時間、工序間轉運時間等主要要素，如圖2所示。通過對仿真模型的運行可知，工序瓶頸主要集中在總拼2號工位和補焊4號工位。

圖2 仿真模型與運行數據

5 確定改進方案與目標制定

5.1 主要問題和改進方案

（1）小時節拍看板目視管理：生產調度管理員當日16點前完成明日計劃排產，夜班班次班后時間根據車型明確各小時產出目標，并通過生產排布圖及時傳達具體房屋員工。

（2）作業內容優化：根據員工作業習慣進行現場觀測和設備、器具臺架的分布情況進行測量，通過標準作業的方法確定最優操作方式，完成工序作業要素的取消合并簡化重組，釋放瓶頸工序的作業壓力，確保上下道工序的作業飽和度，同時優化設備布局情況和工具自動化改造，采用線下輔助的方式，減少瓶頸工序的非必要活動的內容與時間。

（3）內外部物料看板拉動式配送：通過對現場物料配送方式的改進，運用看板拉動減少中間庫存。根據統計情況及排產情況制定各物料安全庫存，將單個器具存放少于30臺的物料運用循環看板（看板環）方式拉動，左右物料在同一個器具中是物料利用組合物料看板方式拉動，對大于單個器具物料超過50件的利用循環看板（累計數）方式拉動。

仿真驗證改進方案。

如圖3所示，當仿真模型運行結果能夠達到滿足平衡率80%的既定目標則轉入方案具體實施。

6 方案實施與效果驗證

6.1 確定工作站最小值

根據前填的要求，實現各作者的C.T統一化。通過對單排車型工時進行測定分析，目前主線整體工序平衡率為77.86%，如果按照日產192臺（雙班）為目標，每小時12臺的目標，300秒為生產節拍，為此通過前填計算公式進行說明：生產節拍（T.T）=300秒，工作總時間（W）=4801.37秒，最小工作站數=【W/C】=16個。

6.2 實施改進行動和價值流圖分析

根據分析結果我們按以下順序安排作業優先級：（1）后續作業數量最多；（2）作業時間最長；該項作業元素時間與后續作業元素時間的總和最大。擬實施以下8項改進措施，如表1所示。

表1 具體改進計劃

對改進前后的現場各工序作業時間、等待時間、庫存量以及人數主要參數統計分析，繪制改進前后的價值流圖進行對比，確定生產線整體價值流的增值比由原先的不到1%提升到3.7%，如圖4所示。

圖4 改進前后價值流圖對比

7 結語

方案改造后，將原有的主線8個工位15個工序數變成11個工位20個工序數，具備日產190臺的目標，通過項目的攻關。1個月后生產線已具備每小時24臺的生產能力，崗位平衡率由68.26%提升到80.20%。通過本文研究，進一步驗證了生產線平衡、價值流圖和標準作業理論在汽車生產環節的可行性，完成STOP觀察、ECRS等技術對瓶頸工序進行分解重組，在此項目中得以充分將理論知識運用到實踐中，為企業創造了一定的經濟效益和改善方法推廣價值。