基于仿真分析發動機裝配生產線平衡問題研究

農永新

摘 要：在裝配線規劃過程中裝配生產線平衡問題是重要的構成部分。本文主要對發動機裝配生產線出現不平衡現象和原因、類型進行分析。并結合實例探討裝配生產線平衡問題的具體解決方法，為今后在實際工作中的具體應用奠定基礎。

關鍵詞：發動機裝配生產線；平衡問題；研究

中圖分類號：U468 文獻標識碼：A

流水線生產在現如今的生產組裝線中屬于較為先進的生產方式，不僅能夠提高生產組裝效率，而且還可以減少因為時間差帶來的停滯或等待問題。生產線達到平衡的明顯表現就是工作站間負荷的差距最小。工作站一般包含多個工序或者一個工序的物理區域。

1.生產線平衡相關分析具體研究

1.1 生產線平衡常見措施分析

在生產線平衡問題的研究過程中，具體可以采取以下措施：（1）對一個生產節拍進行漁鼓計算，然后再將整個加工需要使用的時間和工作站的數量相除，每個工作時間都應該最大限度地接近預估時間。（2）對于沒有標記加工順序的生產工序可以根據實際情況進行針對性的調整。（3）在生產過程中必然會遇見明顯比預定加工節拍高出很多的生產工序，對于這個問題可以采用分散工序的方法解決，也就是將其分解為不同的工作站完成，這樣生產工序的時間就會成倍減少。（4）為了確保工人能夠熟練地開展操作過程，每個工作站中包含的工序數目都應該控制在合理范圍內。（5）可以選擇多個規劃方案，再進行計算權衡之后選擇一個最好的方案。

1.2 生產線平衡問題評價指標

在生產線平衡問題的研究過程中，平衡率是最常見的評價因素，也是對生產線平衡情況進行描述的重要目標。平衡率和CT值之間具備明顯的聯系。生產線平衡率的計算公式如下：

生產線平衡率=各工序時間總和/（工作站數*CT）*100%

CT：工作站中最常生產周期。生產線平衡問題的解決需要降低工作站時間較長的工序，盡可能做到平均，平衡。實際上就是使工作站中各個具體的工作站時間盡可能地接近，讓產品的加工時間最大限度的平均分配到每個工作站當中。

日產量Y是衡量生產線生產能力的指標，公式如下：

T代表1天之內的有效工作時間。

2.minCk代表生產線平衡率

以仿真為基礎分析發動機裝配生產線平衡相關問題——以某廠發動機裝配線為例

某工廠中存在一條因為產品類型更改需要進行重新規劃的裝配線。經過實地研究和探討，準備打算采用人工平衡方法進行解決。主要內容如下所示：

2.1 具體生產工序及所需時間比較

整個發動機裝配生產線包含諸多工序，而且每個工序所占據的時間也不同。從表1中的數據可以看出，總裝配時間為2275s。最后一道裝配工序在整個發動機生產工序中對裝配的過程不會產生影響。所以并沒有將其算在裝配過程中。

生產節拍也是解決生產線平衡問題的重要指標。生產節拍就是兩件產品在生產線上所間隔的時間。本次生產線的工作站數量為15，因此最終計算出的預估生產節拍P值為T/N=152s。

2.2 重新規劃原有工位

在規劃的過程中要使得每個工作站的時間最大限度的接近152s。在規劃之后將一些工作時間比較長的工序分開，分到兩個工作站當中。本次規劃分別設置了兩種方案，一種是表1的規劃方案，另一種則是表2的規劃方案。兩者在工序時間的設置上存在不少差異。為了選擇最佳方案，分別對兩種規劃方案進行計算。

首先第一種生產線平衡率計算得到數值為85.0%；第二種計算得出的生產線平衡率為94.3%。在經過特定的仿真軟件進行分析之后，能夠對每個工作站的具體情況進行明確。其中方案一具體情況為：工作站生產效率最低為71.8%；等待時間和產品加工周期所需要的時間分別為420s和2700s。在所有的工作站當中，生產效率少于85%以下的數量有10個左右。因此可以發現此種方案產品加工過程中的生產浪費現象十分嚴重。方案二當中的產品加工周期少于方案一，時間和等待時間分別為2500s和120s。工作站效率最低的數值為87.0%，在所有的工作站當中，生產效率少于90%的工作站只有幾個，生產浪費現象明顯更少。在比較了兩個優化方案結果之后，可以發現在生產線平衡率以及每個工作站的工作效率改善上，通過方案二的效果都明顯比方案一更加優越，和最佳水平更加接近。

3.發動機裝配生產線可視化仿真建模及結果

特定的仿真步驟是當前衡量研究項目是否仿真成功的重要標志。為了使本次的研究結果得到實例驗證分析，特別選擇AutoMod仿真模型作為仿真平臺對整個裝配線進行動態仿真分析。具體開展仿真的過程和結果如下所示：

（1）設定方針目標，目標的設定需要以已有的資源條件為根本，最大限度的實現三維模式呈現。工作站以及內部的負荷分布情況需要進行平衡，展最終使整個裝配線的平衡性得到維持，使整個生產線的生產率得到提高。

（2）調研工作。建立發動機裝配線可視化仿真系統。現場布局的內容包含人員、工作站、產品裝配和產品類型、工作站等。

（3）構建仿真模型，圖1為發動機裝配生產線的仿真模型，其中最長的為Conveyor，是總裝線，其余為分裝線。

（4）仿真規劃后數據輸出

圖2和圖3分別為進行優化規劃前后該生產前的日產量，從圖中發現，優化規劃之后的生產前日產量明顯增加。這主要是因為采取了優化措施：工序分拆，常見的瓶頸工序包含活塞連桿總成裝配，氣門間隙調整以及搖臂總成裝配。因此需要分拆工序，可以通過提高工人操作技術的熟練程度，或者增加工作人員的數量來實現，也可以增加自動化設備投入量，分解瓶頸工序，讓一些瓶頸工序的工作拆分到不同的工位上完成，合理化布局生產線中的設備。總之這個生產裝配線的生產周期也需要進行相應的優化調整，使每道工序所用的生產時間盡可能接近，減少瓶頸工序占用的時間。

結語

實際生產的過程中廣泛存在安裝時間平衡和生產線設計等平衡問題，但是與這些問題相關的研究總體上比較少。因此本文對生產線平衡中容易出現的問題以及導致平衡問題出現的原因和解決措施等進行仿真，證明解決生產線平衡問題的可行性和有效性。

參考文獻

[1]李保東.裝配生產線平衡分析與應用研究[D].重慶交通大學，2013.

[2]陳維余.DYC公司總裝生產線平衡問題研究[D].山東大學，2012.

[3]楊召凱，劉德忠，李志強.發動機裝配生產線平衡問題研究[J].機械設計與制造，2008（1）：215-217.endprint