航天電子單機流水線生產模式研究

董 振

（上海交通大學 電子信息與電氣工程學院，中國 上海200240）

1 問題的提出

航天電子產品的生產工藝過程復雜、技術含量高、質量要求高、檢測環節多且所有物料實行批次號、序列號管理。生產現場的自動化水平不高，作業層基本仍以技術工人配以工裝工具手工操作為主，車間調度主要任務是將產品按照模塊進行工作量分解后下發給相應的工人，然后按照以往經驗周期流轉產品進入下一道工序。[1]

這種簡單、粗放的生產模式與當今要求快速響應的科研任務形勢格格不入。如何在工藝路線設計、生產、流轉等環節進行全過程管理，在保證產品質量的前提下盡可能縮短工期，成為企業今后生存發展和爭取更多科研生產任務所必須解決的現實問題。

本文以某單位電裝車間產品流水線生產模式改造為背景。該車間產品主要包括：電纜網、電控機柜和電子單機三大類。其中電子單機由于對人員素質、質量標準和作業工序等方面的要求均遠高于其它兩類產品，故在此以電子單機作為具體研究對象。

通過對傳統生產模式的總結歸納，車間目前存在的主要問題如下：[2-3]

（1）對各工序的作業時間未進行定量采集、整理。因此管理人員無法對產品的生產節拍進行計算并制定車間具體作業計劃；

（2）傳統模式的產品裝配過程存在的等工、工位間流轉和返工等客觀增加產品制造周期及生產成本的環節；

（3）傳統生產線平衡度較低,各工位負荷不均衡，經常出現等工現象，產品生產效率低下。

當然導致車間出現以上問題的因素很多，歸根結底是因為沒有在對生產現狀進行定量信息采集的基礎上進行各工序間的整合管理，從而出現工序、甚至是部套級的作業負荷不均衡，由此造成工作效率低、制造成本高的不利局面。

本文主要目的旨在以單子單機的生產過程為例，運用工業工程相關理論知識，通過分析工序作業時間，實現典型產品的工藝流程標準化、時間標準化、操作標準化，進而為建立高效可靠的電裝生產線提供科學的依據。

2 傳統生產流程分析[4-7]

以某型號天線驅動控制器為例，整個工藝過程包括15道工序：（1）準備；（2）焊接電連接器；（3）焊接轉接插排；（4）整機布排線；（5）準備；（6）元器件預熱；（7）元器件搪錫；（8）元器件成型；（9）印制板焊接；（10）單板調試；（11）整機裝焊；（12）整機調試；（13）粘貼熱敏電阻；（14）整機調整；（15）單機封蓋。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 典型電子單機工藝流程圖

另外根據目前的生產現狀，產品各道工序的質量保證主要依靠技術工人具備相應的技能水平。目前車間工人技能水平與所能從事的產品對應關系如下表1所示。各技能等級人員數量的分布呈金字塔形，即初、中級水平人員數量多，高水平人員數量相對較少。

表1 技術工人等級和產品關系對照表

車間結合以往生產實際經驗，采用若干組合工序作為一個工作站，調度人員負責產品在工作站之間的流轉，形成如表2所示的生產流程。

根據圖1計算單機傳統生產方式作業時間分布如圖2：

圖2 傳統工藝流程時間分布圖

由表2和圖2可以看出該生產模式存在以下不足：

1）計劃調度系統為保證生產計劃節點，將單機的三塊印制板同時分配給三名高級工，每人前期的工具預熱準備和元器件搪錫、成型等準備工步顯得重復。

2）因為三塊印制板裝焊繁瑣程度不同，通常情況下電裝結束的先后順序為切換板——供電板——CPU板，而工作站5的調試順序則是供電板——CPU板——切換板。因此產品會在此工作站出現等工現象，使之前節省出的時間形成浪費。

3）在工序2、3、4、6的工作站均需要配置一名高級工，即使有一人兼崗工序6，單機生產過程中仍然有三名高級工的需求，在發揮人工技能效率方面較顯奢侈。

表2 電子單機傳統生產模式分析表

3 優化流水線生產模式

3.1 優化方案

在通過對傳統單機生產模式進行工步細分和統計測定各工步作業時間的基礎上，根據生產實際對各作業元素可進行必要的簡化重組，本方案優化內容分析如下：

1）由于繼電器焊接與電連接器、轉接插排的焊接方式相似，故將該工步納入工作站1作為非靜電敏感電裝作業工作站。

2）對表2工序2、3、4中的相似工步內容進行合并作為一個獨立工序，安排一名電裝中級工在此工序作業，作為元器件前處理工作站。

3）將三塊印制板的元器件釬焊等工步合并作為一個獨立工序，保持一名電裝高級工的配置，作為靜電敏感元器件裝焊工作站。

優化后的單機流水線生產模式如表3。

根據圖1工藝流程圖計算電子單機優化后的作業時間分布，如圖3。

表3 電子單機優化生產模式分析表

圖3 優化后工藝流程時間分布圖

3.2 優化效果比較

3.2.1 定性比較

首先，從圖2與圖3的工藝流程時間分布圖可以明顯看出，優化剔除了調試環節的等工現象，時間節省3小時。其次，三塊印制板的電裝由3名高級工并行生產變成完成1名高級工和1名中級工的串行生產，減少占用2名高級工。再次，從質量控制角度，將關鍵的印制板電裝相對集中作業有利于保證其品質和原始記錄的一致性。

3.2.2定量比較

計算兩種生產模式的生產線負荷率、平衡延遲率等指標對優化效果進行比較評價。[4]

其中：P表示流水線節拍，Z表示工作站數量，∑t表示總作業時間。

表4 流水線優化前后效果比較

4 結論

在對電子單機生產工藝流程進行工步細化、作業標準化和確定額定工時等工作的基礎上，結合實際生產過程中遇到的等工、產品品質一致性不佳等問題，運用流水線作業思想，對單機電裝調試過程進行了重組優化。優化結果顯示：單件產品工藝流程總時間明顯縮短，消除了過程中的等工現象，提高了高技能人員的勞動效率，使得單機流水線生產模式的實際運用效果得到一定程度的優化和改善。

［1］巴杰，伍書劍.航天型號多項目資源調度方法研究[J].宇航學報，33（10）：1552-1556.

［2］《運籌學》教材編寫組.運籌學[M].3 版.北京：清華大學出版社，2005：213-233.

［3］陳寶林.最優化理論與算法[M].2 版.北京：清華大學出版社，2005：452-459.

［4］樊迅,闞樹林,邊瀟.電抗器裝配生產線的作業分析與平衡研究[J].機械制造,49（557）:83-86.

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［6］劉穎,靳志宏.多品種小批量生產環境下表面貼裝生產線的平衡優化[J].大連海事大學學報，38（2）:87-90.

［7］李同正，楊才君，孫林巖.混流裝配線平衡和排序問題研究綜述[J].河南科學，30（7）:900-906.