基于Flexsim離合器蓋總成裝配線平衡技術

白俊峰, 魏曉燕

(長春工業大學 機電工程學院， 吉林 長春 130012)

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基于Flexsim離合器蓋總成裝配線平衡技術

白俊峰, 魏曉燕*

(長春工業大學 機電工程學院， 吉林 長春 130012)

結合觀測與數據記錄，運用3D仿真軟件Flexsim建立了離合器蓋總成裝配線平衡仿真模型， 找出裝配線的不合理現象和瓶頸工序。利用人機工程原理及生產線平衡原理對裝配線工序進行合并、 重組， 增加輔助設施。經Flexsim驗證，裝配線平衡率和產能均得到了提高。

Flexsim仿真； 生產線平衡； 離合器蓋總成

0 引 言

隨著經濟全球化的發展，企業之間的競爭壓力越來越大，各企業為了提高自己的核心競爭力，必須更加注重生產效率，因此提出了生產線平衡的概念[1]。

生產線平衡(Line Balance)就是對生產線的全部工序平均化，調整作業負荷，以使各工位的作業時間盡可能相近的技術手段和方法[2]。其目的是為了使生產線上的閑置時間最少，提高工人和設備的利用率，從而提高生產線產量和效率。文中主要通過指標評價的方式來衡量裝配線平衡狀態。

為了對實際裝配線進行分析，驗證方案的可行性，降低盲目改善所造成的損失。因此采用Flexsim三維仿真軟件[3]，對車間裝配線進行建模仿真，并能從具體的仿真報告中分析得到系統各對象的運行狀態及瓶頸工序，并驗證優化方案的可行性[4]。

1 研究背景

1.1 企業現行裝配線分析

根據實地調研結果，將某公司的DKS型離合器蓋總成裝配線的測量數據統計分類，做出蓋總成工序工時表，見表1。

該公司計劃每天生產DKS型離合器蓋總成800件，采用8 h工作制，除去裝配線工人休息時間，實際每班工作時間為7.5 h。

1.2 改善前仿真分析

根據A公司車間布局建立模型,并根據實測數據如機床加工時間、預置時間等對模型中各對象進行參數設置，其布局及改善前仿真結果分別如圖1和圖2所示。

圖1 改善前離合器蓋總成裝配線仿真模型

圖2 工位利用率(改善前)

在制品信息(改善前)見表2。

表2 在制品信息(改善前)

由圖2和表2可以看出，改善前由于瓶頸工序的存在和各工序間生產節拍不均衡，每天裝配線的產量為721件，但是卻有479件在制品。可見生產現場庫存浪費嚴重，設備長時間空閑，因此需要對生產線進行分析，并提出改進意見。

1.3 平衡指標評價

為了對生產線平衡進行定量分析，引入生產線平衡率(LB)、平衡損失率(d)和平滑性指數(Smoothness Index， SI)三個指標來評價生產線狀態[5]。

1.3.1 生產線平衡率(LB)的計算公式

(1)

式中：LB----生產線平衡率;

P----生產線工序最長作業時間;

n----工序數目;

Ti----第i個工位的操作時間。

1.3.2 平衡損失率(d)的計算公式

(2)

式中：d----生產線平衡損失率。

對于d的值，一般情況下，根據d值的大小就能給出評價生產線平衡性狀況的結論[6]，具體劃分見表3。

表3 生產線平衡狀態評判標準

1.3.3 平滑性指數(SI)

(3)

式中：SI----工序間平滑性指數;

C.T----生產節拍;

n----工序總數;

Ti----第i個工位的操作時間。

平滑性指數是評價生產線上各個工位在作業時間的分布情況的指標，反映了整條生產線上所有工位之間在操作時間的關系[7]。根據式(1)～式(3)可分別計算出DKS離合器蓋總成裝配線生產線平衡率：

生產線平衡損失率：

平滑性指數：

根據生產線平衡狀態判定標準，該裝配線平衡狀態差。結合生產現場實際，分析得出離合器蓋總成裝配線存在以下問題：

1)存在不必要的搬運動作，尤其是零部件中質量最重的壓盤，搬運次數多。

2)瓶頸工序：工序OP4和OP6周期時間過長，不僅制約裝配線整體生產節拍，而且與相鄰工序節拍差距大，在制品堆積嚴重。

3)缺少必要的輔助設施，料架擺放不合理。

2 生產線平衡改善

2.1 改善方案

根據ECRS原理的改善原則[8]，針對上述問題進行改善。

1)減少不必要的搬運動作。將工序OP2和OP3合并、重排后，將鉚接壓盤放在工序OP3，減少壓盤的不必要搬運。

2)合理安排工序。在不影響產品性能的條件下，調整分離檢測工序，消除重復檢測內容，將工序OP4和OP5合并，合并后工序采用兩個工作站作業，每個工作站由1名操作員操作兩臺機器，通過合理制定人機作業流程，減少作業時間；將瓶頸工序OP6拆分為兩個工序，不增加人員設置，由1人操作兩臺設備。

3)生產線輔助設施設計[9]。增加專用料架和操作臺，將小型料架緊密排布在操作臺周圍，減少走動、彎腰等不必要動作，降低作業時間。

根據上述措施調整后的工序內容、人員設施配置及作業時間見表4。

表4 DKS型離合器蓋總成工序工時表(改善后)

由表4及式(1)～式(3)計算生產線平衡指標如下：

生產線平衡率(改善后)：

生產線平衡損失率(改善后)：

d=1-LB=7.14%

平滑性指數(改善后)：

SI≈2.63

通過以上生產線平衡指標可以看出，改善后的裝配線平衡率有了很大提高，生產線狀態良好，各工序間節拍差距減小，銜接更加流暢。

2.2 改善后仿真分析

根據改善后離合器蓋總成裝配線的工藝流程及工序時間設置軟件相關系數，并對其結果進行比較分析，改善后的裝配線布局及仿真結果分別如圖3和圖4所示。

圖3 改善后離合器蓋總成裝配線仿真模型

圖4 工位利用率(改善后)

在制品信息(改善后)見表5。

表5 在制品信息(改善后)

由圖4和表5可以看出，改善后各工序間生產節拍基本平衡，一條裝配線每日的產量可達1 058件，滿足顧客需求，在制品總數為313件，工位利用率均在82%以上，生產效率有了明顯提高。

3 結 語

通過Flexsim仿真軟件對實際裝配線進行建模仿真，其仿真結果指明了需要對裝配線進行改進的方向，根據人機工程學原理及生產線平衡原理，采用ECRS原則對工序進行合并、重組，增加必要的輔助設施等方法對裝配線進行了優化，最后用仿真軟件對優化方案進行驗證。結果表明，生產線平衡方法與Flexsim仿真技術相結合能有效地解決裝配線不平衡問題。

[1] 許永華.ZJKJ公司裝配線生產效率改善研究[D].沈陽:東北大學,2010.

[2] 魏海靈.海科公司的生產線制程改善研究[D].青島:山東科技大學,2006.

[3] James P W, Daniel T J, Daniel R. The machine that changed the world[M]. Beijing: The Commercial Press，1999.

[4] 蔣南云,葛紅玉,方葉祥,等.基于Flexsim的隨機混流裝配線平衡設計與仿真[J].組合機床與自動化加工技術,2014(12):128-130,134.

[5] 信恒保.汽車白車身焊裝車間混流生產線平衡研究[D].沈陽:沈陽大學,2015.

[6] 宋小雙.基于IE理論的LY公司生產線平衡改善研究[D].成都：西南交通大學,2012.

[7] 顧濤.壓縮機缸體生產線平衡改善[D].上海:上海交通大學,2009.

[8] 張琳娜,程君鳳,李躍宇.基于現場IE的平衡生產線研究[J].商場現代化,2009(4):168.

[9] 牛占文,吳秀婷,岳樓,等.基于精益生產的某離合器公司裝配車間優化[J].工業工程與管理,2015,20(2):1-6,32.

Balancing technique for clutch cover assembly line based on Flexsim simulation

BAI Junfeng, WEI Xiaoyan*

(School of Mechatronic Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130012, China)

Based on Flexsim, model for clutch CAP assembly line is established with observation and date set, to locate the irrational or bottleneck points on the assembly line. The assembly process is combined, reorganized and auxiliary facilities increased according to human-mechanics engineering and assembly line principles. Flexsim verifies the improvement of equilibrium rate and capacity.

Flexsim simulation； line balance； clutch CAP assembly.

2017-02-22

長春市財政局項目(20150326ma)

白俊峰(1975-)，男，漢族，吉林磐石人，長春工業大學副教授，博士，主要從事項目管理、項目評價、生產運作與管理方向研究,E-mail:baijunfeng@ccut.deu.cn. *通訊作者：魏曉燕(1990-)，女，漢族，河北邢臺人，長春工業大學碩士研究生，主要從事生產運作與管理方向研究,E-mail:641225316@qq.com.

10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2017.3.09

TH 186

A

1674-1374(2017)03-0260-05