輪軸檢修工藝布局優化

李紅宇

摘 ?要：該文在輪軸檢修線擴能改造前，擬定了輪軸二、三級修工藝布局方案，并運用Plant Simulation軟件對2個檢修工藝布局方案進行了系統仿真。找到了影響生產線平衡的因素并進行了多因子兩水平、多因子多水平試驗，優化了緩存區設置及瓶頸工序工藝，最終獲得了優化方案。

關鍵詞：輪軸檢修線;Plant Simulation仿真軟件;工藝優化設計

中圖分類號：U279.3 ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 背景

隨著國家推進“一帶一路”發展戰略及地方社會、經濟的發展需要，鐵路運營里程不斷增加，這對鐵路車輛的檢修能力提出了更高的要求。在該背景下某鐵路貨車檢修企業車輛輪軸檢修線需要進行擴能改造，如果前期規劃不合理，在擴能改造過程中反復的調整設備位置，會導致大量人、財、物損失，特別是會對新購的設備造成不可逆轉的損壞。因此對擬定的輪軸二、三級修工藝布局方案，先采用計算機仿真技術對其進行仿真優化后，再付諸實施。

1 方案一建模分析

1.1 建立模型

1.1.1 基礎數據收集

方案一共計19個工位，與原工藝一致的工位，根據現場調研、實際測算得出檢修時間。通過新購設備改進后的工位，根據廠家提供的資料以及走訪使用設備的兄弟單位得出檢修時間。

1.1.2 建立模型

由于輪軸二、三級修是按照固定的檢修技術規程進行生產組織的，具有一個流生產的特征，因此設備布局宜采用產品原則布置，并將收入和支出工位設置在同側，據此提出輪軸二、三級修方案一。

1.2 仿真運行分析

以一個工作日8 h來對單條輪軸檢修線的日檢修能力進行仿真，仿真運行結束后，查看物料終結統計信息，單條輪軸檢修線日檢修量為21對/日，按近期到2022年段修達到32輛/日計算，加上站修用輪15對/日，輪軸檢修能力應達到143對/日。按方案一檢修線產能計算，需要設置近7條檢修線才能滿足需要，現有的產地與人員配置明顯不符合改造要求。需要分析在滿足TG/CL224—2016版《貨輪規》要求的前提下，進一步對工藝進行優化。

通過工具欄中的圖標工具得到各工位資源統計信息。工位工作時間M101（收入鑒定）為13.75%、M102（輻板孔打磨）為13.33%、M103（自動測量）為25.83%、M104（軸承診斷）為12.50、M105（軸承開蓋）為12.08%、M106（軸承退卸）為11.67%、M 107（輪對除銹）為16.88%、M108（磁探）為16.25%、M109（微超）為26.04%、M110（人工超探）為20.00%、M111（輪對鏇修）為93.96%、M112（軸承選配）為33.33%、M113（軸承壓裝）為10.42%、M114（刻標志）為9.17%、M115（關蓋）為9.17%、M116（磨合實驗）為20.63%、M117（涂漆）為9.17%、M118（修竣測量檢查）為17.60%、M119（存放）為21.88%。

2 方案一工藝優化

2.1 車輪鏇修工藝優化

針對方案一仿真運行的分析，M111工位為輪對鏇修，需使用數控車輪車床對車輪踏面進行鏇修。平均每對車輪加工需要20 min ，M111工位工作時間高達93.96%，為整個輪軸檢修線的瓶頸工序，由于其堵塞嚴重，因此對其工藝進行優化改進成了提高產能的關鍵。經過現場工藝實驗結果表明，優化后加工時間從20 min/對降至10 min/對，同時為了改善檢修線的平衡增加了一臺數控車輪車床。

2.2 耗時較長工序分析優化

根據模型仿真結果，除去車輪鏇修工位其余工作時間超過20%的工位包括M103為25.83%、M109為26.04%、M110為20.00%、M112為33.33%、M116為20.63%、M119為21.88%。在對這6個工序進行分析后發現主要有2種情況。1）按照最新的《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則》工序內容無法再進行簡化的如：M109、M110分別是輪對微機控制超聲波及人工超聲波探傷，需要對輪軸進行全軸穿透和軸頸根部（卸荷槽）手工超聲波復探，以及需要對輪對進行全軸穿透手工超聲波復探。M116為磨合實驗，要求軸承須進行轉速不低于200 r/min，時間不少于5min的磨合測試[1]。2）通過更新檢修設備，實現自動化、智能化檢修，時間已沒有壓縮空間了。

只有考慮在這些工位前增加檢修緩存區，以此來減小對后續工位的堵塞，然而由于車間物理空間有限，緩存區又會增加在制品的數量，所以需要對緩沖區設置的位置及容量進行研究。

3 方案二建模分析

根據方案一的仿真結果分析，提出了對部分工藝的優化。為了檢驗優化后的輪軸檢修線是否能滿足需求，并找出檢修線中緩沖區設置的最佳方案，利用Plant Simulation仿真軟件建立輪軸二、三級修工藝布局方案二。

3.1 數據收集

數據收集包括2個方面的內容。1）通過對部分檢修工藝進行優化，壓縮了工序檢修時間。2）方案二單線設備為輪對自動測量機1臺、軸承診斷儀1臺、雙頭軸承退卸機1臺、輪對除銹沖洗機1臺、輪對熒光磁粉探傷機1臺、微控超聲波自動探傷機1臺、超探滾輪器1臺、多通道超聲波探傷儀1臺、數控車輪車床2臺、軸承智能庫1套、軸承壓裝機1臺和軸承標志牌打號機1臺、雙輪軸磨合機1臺。

3.2 模型建立

建模思路如下：為了找到輪軸檢修線緩存區設置的最佳方案，在模型中建立2條檢修線分別為Line1和Line2，假設Line1為理想狀態下的檢修線，即設備無故障、加工時間為常數、無其他波動。Line2的MTBF（平均故障間隔時間）可以簡單的用設備可用率表示，設為95%、加工時間符合正態分布。用Line2和Line1的產量比值作為Line2檢修線的產出率，利用Plant Simulation中的實驗管理工具，觀察因子實驗研究緩存區設置與產出率間的關系。

3.3 運行仿真

3.3.1 檢修量統計

方案二單線檢修輪對量由方案一的21對/日提高到了72對/日，如果設置3條這樣的輪軸檢修線，產量可以達到216對/日，既能滿足近期143對/日的需求也能滿足遠期209對/日的檢修需求。

3.3.2 生產線平衡情況

方案二各工位的資源信息統計如下：工位工作時間M1011（收入鑒定）為47.10%、M1021（輻板孔打磨）為46.71%、M1031（自動測量）為57.83%、M1041（軸承診斷）為45.75%、M1051（軸承開蓋）為45.40%、M1061（軸承退卸）為44.66%、M1071（輪對除銹）為66.72%、M1081（磁探）為66.11%、M1091（微超）為82.01%、M1101（人工超探）為81.17%、M1111（輪對鏇修）為77.37%、M1121（軸承選配）為61.08%、M1131（軸承壓裝）為59.45%、M1141（刻標志）為35.42%、M1151（關蓋）為35.19%、M1161（磨合實驗）為52.55%、M1171（涂漆）為34.82%、M1181（修竣測量檢查）為67.74%、M1191（存放）為80.06%。

由統計數據可知，方案二檢修線平衡率較方案一相比有了明顯的改善，由于行業標準對整個檢修工藝有較為嚴格及詳細的規定，所以工藝優化改進的空間不大。因此應通過合理地設置緩存區減少工位間的堵塞，盡可能地提高產出率。

4 緩存區設置

在仿真模型檢修線Line2中，選取工作時間較長的M1031、M1091、M1101、M1121、M1161、M1191 ?6個工位前增加Buffer對象。使用Plant Simulation軟件中的Experiment對象，在方案二模型中進行析因試驗設計。首先進行多因素兩水平試驗設計，找到影響指標的主要因子及交互作用，其次進行主要因子的多水平試驗設計，找到最佳緩存區設置方案。

4.1 26因子試驗設計

試驗指標確定為Line2檢修線的產出率，影響因子為6個瓶頸工位前緩存區的容量，重復試驗次數設為5次，置信水平為95。試驗參數設置完成后，在Experiment對象中選擇兩水平試驗設計，假設6個因素高低水平均為2和8。系統將進行64次配比，每次配比作5次重復試驗，共計320次。運行試驗后將得到試驗結果，查看因子分析表。其給出了析因涉及的統計數據H1=1.886、H2=0、H3=2.942、H4=1.716、H5=1.646、H6=0.357，它們分別是各因子的主效應，這個值的絕對值越大，說明該因子對結果的影響越大。我們可以看出緩存區3容量的大小對檢修線的產出率影響最大，緩存區6容量對產出率的影響最小，緩存區2的設置是沒有必要的。

4.2 多因子多水平因子試驗設計

根據兩水平試驗結果，選取對產出率影響較高的緩存區1、3、4、5容量作為4個輸入變量進行配比試驗。在Experiment對象中選擇多水平試驗設計，假設4個緩存區的容量大小從2變化到12并且每次遞增2。

運行仿真試驗，得到緩存區多水平試驗結果，打開試驗結果表，對產出率進行排序，產出率最大值為81.23，最小值為68.67，極差為12.56。最小配比2/2/2/2的產出率為72.62，并不是最小值，說明盲目加大緩存區容量并不能提高產出。最大配比12/12/12/12的產出率為79.26，也不是大值，說明各個緩存區全部采用大容量的做法是不合理的。在試驗結果中找到幾組低配高產的配比見表1。

5 結語

該文在對鐵路貨車輪軸檢修工藝進行分析和研究的基礎上，提出了輪軸二、三級修檢修線工藝布局方案一。通過Plant Simulation軟件對方案一進行建模和仿真運行，分析仿真結果找出檢修線中的瓶頸工序，對其進行分析和優化。為了找出檢修線緩存區的最佳設置，在對方案一進行優化的基礎上提出了方案二。仿真結果表明生產線平衡情況得到了較大改善，產量得到了較大提高，可以滿足檢修需求。并使用Plant Simulation軟件中的Experiment對象對緩存區的容量大小進行了析因試驗設計，先進行了兩水平試驗，找到了對檢修線產出率影響較大的4個因子，再用這4個顯著影響因進行了多水平試驗，得到了幾組低配高產的配比。通過輪軸二、三級檢修工藝的優化設計、生產線的設計構建，生產輔助時間的優化，輪軸檢修能力由原來的85對/日提高到216對/日，并能滿足《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則》（TG/CL224—2016）的相關技術要求，基本達到了預期效果。

參考文獻

[1]中國鐵路總公司.TG/CL224—2016，鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則[S].北京，中國鐵道出版社，2016：13-14.