工业工程和D公司生产线平衡研究论文
摘要：本文通过对D公司发动机内装线的生产线平衡问题进行研究，将工业工程改善的相关理论知识与Arena仿真模拟相结合，不仅仅针对目前D公司内装线的生产现状提出了优化方案，而且利用仿真模拟的方法对其改善方案进行实际的模拟运行，更加直观的对优化前后的效果进行比对，验证改善方案的可行性。
近年来我国汽车制造业在国内外需求高速增长的带动背景下，进入高速发展的轨道，产销量方面连续6年占据世界龙头位置。因此，为满足我国汽车制造业快速发展的基本需求，必须在生产的根源入手，提高生产车间的生产效率，提高平衡率，以供应更多的市场需求。随着汽车制造业越来越快的发展，中国汽车零配件的制造企业同样到了极大的增速阶段。根据市场调研可发现，在目前的零部件企业生产的过程中，流水线式的生产模式依旧是制造业的首选[1]。因此，流水线生产过程中的问题分析及平衡率改善，对我国汽车行业的发展起着关键性的作用。装配生产线平衡的问题伴随着流水线的产生而一直存在，在更多的装配线中，由于每个工位的操作时间做不到完全一致，势必会造成装配线某些工位堵塞的后果，而我们需要做的就是对这种问题进行解决，也就是装配线的平衡优化[2]。目前来讲，在对装配线平衡问题的研究过程中，用到的方法主要有数学算法、工业工程方法和仿真验证方法，不同的方法有着不同的擅长点，同样也有着各自的缺点。本论文将工业工程方法和Arena仿真验证方法结合在一起用来对D公司内装线平衡率进行改善。
1D公司内装线现状
发动机装配二线位于D公司东边，装配车间位于楼层的第一层，车间内设有一条总装线，一个材料库房，成品放置区，休息区，工人物品放置区。总装配生产线分为三部分，即内装线，外装线，喷漆、装电子元件及测试线，发动机装配二线生产三种不同型号的发动机，有EQ6100，EQ6102，EQ6105，因此这是一条混流生产线。本论文中，选择内装线作为研究对象来具体分析，内装生产线虽然可以装配不同型号的发动机，但由于机体的整体结构是差不多的，所以工序上也是大体一致的。因此，本论文以产品EQ6100汽油机作为主要研究案例，进行重点研究。内装线属于装配线的前段，总共有17个工序，因为内装线存在一人或两人控制多个工序的现象存在，如果将该情况转化为一个工位进行研究能够更加形象的对其分析。经过转化后的工位详细操作信息和人员配比如表1所示。对D公司内装线进行作业测定，得出各工位的标准作业时间如表2所示。根据对各工位标准时间的计算可以得出，A9位瓶颈工序，瓶颈工序的时间为381秒，因此内装线的平衡率为：平衡率=（∑ti/（工站数×CT））×100%=3098/（13×381）×100%=62.5%。
2D公司内装生产线的仿真建模
2.1仿真建模条件设定
当利用Arena仿真软件对内装线进行建模之前，需要对模型运行的相关参数以及前提条件进行确定[3]，这样才能确保建模的相似性和真实性。下面设定其条件如下：①D公司发动机内装线的操作员工每天工作时间为8小时，每周工作5天；②生产线的生产流程保持稳定不变状态；③不考虑生产过程中设备故障等突发事件；④对D公司内装线上的在制品或原材料在各工位之间的运输时间予以忽略。
2.2各工序标准作业时间数据的分布拟合
在利用拟合分布对内装线各工位的标准时间进行处理时，既可以自行选择某种分布类型，通过输入分析器获取对应的分布函数，也可以利用内部提供的功能对其进行多种类型的分布，选择最优解。在本论文中，我们选择后者作为使用的方法。在对内装线各工位标准操作时间进行拟合时，输入分析器会对其时间数据的分布情况进行估计，同时生成一个测度值用以表明得出的分布函数与时间数据之间的拟合是否相似，我们就可以根据这个测度值来选择最合适的分布函数作为模型的参数进行设置。作为Arena仿真软件内部自带的`一个工具，输入分析器主要的功能是用以对数据进行拟合，生成一个分布的参数估计数值，同时对数据拟合的程度进行比对[4]。使用此功能进行数据拟合时有以下4个步骤：①建立一个对应测量数据的文件并修改格式；②对测量数据进行拟合分布；③选择合适使用的分布；④将选择的最佳函数表达式设置为对应模型中的参数。在数据拟合的过程中，需要设置其直方图分组数（K值），它对于整体的拟合结果起着关键性的作用。K值过大或者过小都不利于数据分布的准确性和真实性。此处采用数学家史特吉斯提出的公式计算分组数，其计算方法见式（1）。K=1+3.32×logN（1）由于上面对内装线各工位操作时间所测量的数据在20组左右，因此取K值为5最合适。在拟合过程中，为保证拟合函数最优需要有两个要求，其一是要求Correspondingp-value>0.15，其二是选择拟合表达式中方差最小的函数[5]。通过FitAllSummary功能将不同拟合函数的方差值汇总，每个工位的最优拟合函数如表3所示。
2.3模型运行结果分析
对模型进行参数设置后进行仿真运行，其仿真结果输出报告中能够体现出周期内的产品装配数量、系统逗留时间、队列等待时间、排队装配数量以及资源均态利用率，等具体数值指标[6]，具体结果如表4所示。对仿真结果进行分析可知，D公司发动机内装线中的工位A9的各项指标远大于其他工位，这样导致的结果是不仅对其他工位的生产能力产生限制，同时也影响了生产线的生产效率。而内装线的A5、A7、A8工位也存在优化的空间。
3D公司内装生产线平衡率的改善及仿真验证
3.1瓶颈工序的优化
3.1.1瓶颈工序分析根据仿真结果可知，A9工位的装活塞连杆总成为整条生产线的瓶颈工序。在对A9工位进行优化之前，我们首先对该工位的具体工作内容进行分析。A9-装活塞连杆总成的具体操作内容为：①用清水对活塞环、连杆等零件进行冲洗；②使用压缩空气对清洗之后零件进行吹净处理；③用活塞梢将连杆安装到活塞的稍孔中；④在活塞上的环槽中安装活塞环；⑤润滑活塞裙部、活塞梢，并且将其均匀处理；⑥清洁气缸表面、汽缸壁、连杆轴颈、并用压缩空气吹净；⑦润滑汽缸壁、连杆轴颈，并且将其均匀处理；⑧将连杆、活塞总成从缸筒上方，连杆大头向下插入气缸中；⑨通过使用活塞环安装需要的专用卡具，将活塞环箍紧至与缸套内直径保持同样尺寸；⑩在活塞环处涂抹机油润滑；輥輯訛将活塞环推入缸套中；輥輰訛在连杆轴颈上安装连杆瓦；輥輱訛检查连杆瓦的两颗紧固螺栓方向是否正确。3.1.25W1H技术和ECRS原则的运用通过“5W1H”、“ECRS四原则”对该工序进行分析优化：①在将活塞环安装到活塞上的环槽中，将活塞钳的位置从工具台改进为悬挂于工人身前，这样既减少了工人的疲劳强度，也缩短了操作时间。在现场利用秒表对其进行多次测量发现，此方案可为A9工序整体节约7秒的操作时间。②将清洗活塞环、连杆等零部件并吹净的操作改进为在工序之前完成。在现场利用秒表对其进行多次测量发现，此方案可为A9工序整体节约10秒的操作时间。③取消清洁气缸表面、汽缸壁，并用压缩空气吹净的操作。在现场利用秒表对其进行多次测量发现，此方案可为A9工序整体节约15秒的操作时间。④在将活塞环箍紧的过程中，将手钳改进为电动钳，并与专用卡具固定在一起，此改进方案能够减少工人的操作强度，并且可以减少操作时间。在现场利用秒表对其进行多次测量发现，此方案可为A9工序整体节约8秒的操作时间。3.1.3双手作业分析为更进一步的对其进行改善，采用双手作业分析的方法对操作者在一整套操作中出现的双手操作不平衡、效果不佳等进行分析，在操作方面做出更深层次的改善。其改善前后的各操作次数如表5所示。改善后，左右手的动作均从30次将至21次，减少了30%。利用秒表对其进行多次测量发现，此改善方案可为A9工序整体节约21秒的操作时间。
3.2其他工序的优化
通过“5W1H”、“ECRS四原则”对其进行分析优化：①将工序A5的操作并入工序A4；②将工序A7和A8合并为一个工序。3.3优化结果的验证计算改善之后的生产线平衡率如下：平衡率=（∑ti/（工站数*CT））*100%=3037/（11*320）*100%=86.3%对优化后的模型进行仿真并将前后结果进行对比如表6所示。由表可知，改善之后的产品输出数量增幅达到14个，产出率提高了14%，内装线的平衡率提高了23.8%。内装线经过优化之后，无论从生产能力、生产效率，还是生产成本和生产周期等各个方面，都得到了很好的提升效果。
4结论
总结来看，本论文完成的主要工作如下：①对D公司发动机内装线各工位的操作时间进行实际测量，分析生产线中存在的瓶颈工序和其他问题；②利用Arena内部的输入分析器功能对测量的数据进行拟合分布，得出各工位最优的分布函数，并建立内装线的对应模型进行仿真运行，挖掘出内装线存在瓶颈工序、可合并工序等问题；③通过各种优化方法对D公司内装线进行优化改善，不仅消除了瓶颈工序，而且将其他工序进行二次优化，将内装线的平衡率提高了23.8%，不仅有利于内装线生产水平的提高，而且对D公司效益的提升有着直接影响。
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