浩豐噴涂車間裝配線優化研究

張文華++宋運芝++趙文燕

[摘要]隨著企業的發展及市場需求的快速變化，如何提高生產線的作業效率越來越受到企業的重視，降低成本、保證產品質量成為現代制造的主要目標之一。文章以浩豐公司噴涂車間為研究對象，先通過實驗設計對裝配線人員配置進行初步優化，再結合裝配線平衡方法與工業工程理論對整條裝配線進行分析和改善，并對改善后的效果進行評價。

[關鍵詞]裝配線；實驗設計；作業測定；生產線平衡

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.23.067

當今，手機是世界上最普通的通信工具之一，隨著時代的發展，人們越來越熱衷于輕便、個性化的手機。制造技術的發達，使得我們對手機外觀裝飾技術的要求也越來越高。近幾年手機外殼大部分都是采用塑料注塑成型再進行噴涂的方法，外殼裝飾技術直接關系到手機外觀及其使用性能，所以手機注塑件噴涂受到該行業的重視。

噴涂工藝是在需要噴涂的外殼表面噴涂油漆得到有保護、修飾及特定功能的，而且能夠牢固附著的連續涂層的表面加工工藝。[1]文中主要應用實驗設計和作業測定兩大方法對浩豐公司噴涂車間裝配線進行改善。實驗設計的思想最開始是費歇爾 R.A.費希爾為實現農業實驗合理化，在20世紀 20 年代提出的可以用來安排實驗并研究實驗數據的方法。[2]姜宏在噴涂色差的評定實驗中利用了正交試驗的方法，通過分析提高了手機的噴涂質量。[3]魯建廈、蘭秀菊和陳勇等人以電能表裝配線為研究對象，通過操作分析、動作分析和作業測定對工序、工位進行研究，改進其中不合理的操作和動作。[4]

1問題描述

浩豐公司主要進行各種精密模具和機器零部件的加工制造以及注塑件的噴涂。該公司分四大部門，分別是模具部、注塑部、噴涂部和組裝部，主要產品為手機外殼。手機外殼的噴涂工藝流程為：手動靜電除塵—無塵布擦拭—裝配噴涂治具—上件—自動靜電除塵—底漆噴涂—烘干—色漆噴涂—烘干—UV噴涂—烘干—下件。該流程又可分為兩大工序：前處理工序和噴涂工序。前處理工序包含手動靜電除塵、無塵布擦拭以及裝配噴涂治具三大工步。其中，手動靜電除塵工步包含對注塑件和夾具的靜電除塵，無塵布擦拭工步包括對夾具和產品的擦拭，裝配噴涂治具工步包括夾具上蓋、下蓋和七爪輪的組裝，本工序均在裝配線上進行。噴涂工序主要包含上件、底漆噴涂、色漆噴涂、UV漆噴涂和下件，該工序是在噴涂線上進行。

計劃部門根據訂單下達噴涂計劃，按照計劃噴涂部門需每天產出 10000pcs。但就目前的情況來看，噴涂車間每天的產量維持在 8000pcs 左右（按 10H 計算），遠遠低于計劃產量，必須每天都安排加班才能完成計劃。所以裝配效率是影響噴涂車間生產效率的關鍵，影響裝配線效率的原因主要有以下兩點：

（1）前期處理工序所在裝配線中，無塵布擦拭產品工步的人員安排不固定。生產組長往往根據作業員人數的多少隨意進行人員和作業安排，經常在擦拭1次、2次、3次和不擦拭之間變化。這不僅會影響裝配效率，還可能影響到裝配產品的除靜電和除雜質效果。

（2）前處理工序所在裝配線各工步，作業時間不均衡。裝配過程中有些工位一直在不停的作業，有些工位卻干干停停，等待現象比較嚴重，裝配線效率低。

如何對裝配線進行優化，達到提高裝配線裝配效率，滿足客戶需求成為噴涂車間內部急需解決的一個問題。

2無塵布擦拭作業員配置優化

2.1實驗設計

單因素多水平設計即在實驗中只涉及一個含n 個水平（n≥3）的實驗因素，而其他的因素維持不變。[5]

（1）實驗目的和響應

裝配作業指導書要求：產品除塵后必須干凈，不得有顆粒、毛絲、油污，同時達到除靜電要求（靜電值小于 1KV）。所以本文實驗過程中的響應有兩個，即靜電值和不良品率。

（2）實驗因子確定。裝配線人員配置方案的不同體現在進行產品擦拭作業的人員安排上，選定裝配人員配置方案為因子A，現有的四種不同的人員配置方案，作為因子 A 的四個水平，分別記為A1 不安排作業員用無塵布對注塑件進行擦拭；A2 安排一個作業員用無塵布對注塑件擦拭一次；A3 安排兩個作業員用無塵布各對注塑件擦拭一次；A4 安排三個作業員用無塵布各對注塑件擦拭一次。

（3）實驗過程。運用單因素實驗設計的方法進行實驗，為保證實驗條件的一致性，采用同一批產品進行實驗。另外，實驗過程中無塵室的條件設定為：無塵室潔凈度為一萬級無塵室，溫度為23℃，濕度為50%。

每種實驗方案下重復加工21件產品。由同一位檢驗員檢驗所有實驗樣品的合格率，并測量其靜電值，將得到的靜電值結果記錄到表1。表1實驗測得的靜電值數據（單位：kV）重復A1A2A3A410.130.110.320.2120.120.010.240.14..........200.080.120.290.25210.000.140.320.13均值0.0630.1340.2960.119

2.2實驗數據分析

由不良品檢驗結果可知，方案A1中的不良品為8個，不良品率為38.1%，遠遠超出了產品的不良品率要求，直接放棄該方案。另外三種方案的不良品率均0%，在要求范圍之內，因此對方案A2、A3和A4繼續分析。

由表1可知，A2、A3和A4的靜電值都小于1KV，均在要求范圍之內，但是沒有明顯證據表明靜電值相對于均值的變異性依賴于人員配置方案的不同，因此，需要用方差分析來對其進行驗證。目的是研究實驗數據中各種來源的變異對總變異的貢獻大小，確定實驗中的自變量對因變量是否有重要影響。用Minitab統計軟件對所得的靜電值數據進行方差分析，分析結果如表2所示。

3裝配線平衡優化

3.1裝配線現行平衡率

在規范了無塵布擦拭工步的作業人員之后，對整個前處理工序所在的裝配線進行生產線平衡。噴涂車間裝配線的整個周程時間遠遠小于三十分鐘，僅做整個過程的評定即可。為了計算裝配線的平衡率，首先選擇秒表測時法測定裝配線各個工位的基本作業時間，基于此計算各工位的標準作業時間。每個工位預測進行二十次，并記錄，計算均值和標準差，利用誤差界限法獲得需補測的次數。數據測量完成后，根據三倍標準差法去除異常值，獲得每個單元平均值，確定評比系數和寬放率后，通過計算得到每個工位的作業時間。

在整個研究過程中，選擇具有一定作業經驗，能代表正常工作速度的作業人員，因此確定計算正常時間的評比系數是 1。鑒于作業人員的生理需求和疲勞造成的效率降低等諸多方面的影響，把寬放率設為10%。將收集到的數據記錄在表3中，計算觀測時間均值和標準作業時間。

3.2裝配生產線不平衡的原因分析及改善

依照表3可以看出有的工位作業時間相差較大，說明各個工位作業量不平均。其中工位6和工位7用時較短，有大量空閑時間。而工位1與工位2的作業時間較長，工作量較大，這兩個工位即為該裝配線中的瓶頸工位。

首先分析瓶頸工位。以工位1為例，工位1的作業員是對注塑件進行靜電除塵，裝注塑件的周轉箱和靜電除塵柜分別在作業員身體的正右方和正左方，作業員每次作業都需要從周轉箱取出注塑件再轉身至靜電除塵柜對注塑件進行靜電除塵。為了方便作業，將可移動車移至靜電除塵柜和作業員之間，且工位1和工位2的作業員將進行完靜電除塵后的注塑件和夾具按照一定的順序和方向放置在傳送帶上，即按注塑件、夾具上蓋和夾具下蓋的順序擺放。

工作場地進行重新布置后，工位1的作業員作業時減少了轉身和移動動作，降低了作業時的疲勞感。通過標準時間測定，得到工位1和工位2標準作業時間分別是4.12s和4.40 s，較為合理。

有大量空閑時間的工位6和工位7都是對夾具上蓋進行操作，且工位 6 為單手作業，左手一直處于閑置狀態。因此改進時常遵循 ECRS 四大原則[6]，將兩工位合并，合并后的工位是將夾具上蓋與下蓋結合并進行卡和的一種操作。對新工位進行標準時間測定，得到該工位的標準作業時間等于 4.26s。

3.3裝配線平衡優化方案評價

通過線平衡研究，對裝配生產線全面分析和調整后，重新確定了每個工位的標準時間，其中工位3用時最長，時間為4.84秒，工位7用時最短，時間為3.74秒，其余工位的用時均在4秒，每個工位的作業量較之前均衡了很多，7個工位的總時間為 29.83秒。

按照已提出的優化方案進行改善后，裝配生產線的平衡率計算如下：

P=Ti÷（Tmax×N）=88.05%（式2）

即改善后裝配線平衡升高到了 88.05%，相比改善前的線平衡率提高了 19.19%，改善效果明顯。

4結論

本文以浩豐公司噴涂車間為例，分兩個層次對裝配線進行優化。改善后裝配作業流程實現了標準化，固定安排一個作業人員用無塵布擦拭注塑件一次；噴涂車間裝配生產線的平衡率由 68.86% 提高到了 88.05%，在保證產品的裝配質量的同時，也取得了一個較滿意的平衡結果。

參考文獻：

[1]劉國杰，耿耀宗.涂料應用科學與工藝學[M].北京：中國輕工業出版社，1994.

[2]蓋鈞益.實驗統計方法[M].北京：中國農業出版社，2000.

[3]姜宏.正交實驗在改善手機涂裝色差上的應用研究[D].上海：上海交通大學，2007.

[4]魯建廈，蘭秀菊，陳勇，等.工作研究在生產裝配線優化設計中的應用[J].工業工程與管理，2004（1）：83-85.

[5]胡良平.統計學三型理論在試驗設計中的應用[M].北京：人民軍醫出版社，2006（57）：222-224，318-319.

[6]易樹平，郭伏.基礎工業工程[M].北京：機械工業出版社，2006.