城軌轉向架組裝流水線節拍設計

宋玉奇 孫玥玥

摘 要：介紹了應用于客車轉向架組裝流水線的節拍設計過程，分析了技術經濟性和運用成效。

關鍵詞：客車轉向架;流水線;節拍;成本;經濟

隨著軌道交通行業的快速發展，城軌轉向架的生產方式由粗放型的集中式生產逐漸向節拍化流水線生產轉變，如何設計出既能適應大批量、多品種生產要求，又可以合理利用資源、節約成本的生產節拍，是擺在工藝設計人員面前的首要課題。

生產節拍（Cycle Time，CT）是指生產出連續兩件成品的時間差。是流水線生產效率的重要指標，生產節拍的制定和工作站數目的多少有之間關系，二者的確定又直接影響單位時間的產品生產率。因此如何找到一種合理的生產節拍計算方法是我們需要認真研究的。在這里我們采用一種通用的計算方法來設計轉向架組裝流水線的節拍：

1 單臺相關制造成本計算[1]

為便于比較分析，在相關產品核算上采用了單臺相關制造成本核算。計算產品單臺相關制造成本的過程如下。

（1）預測產品的生命周期。根據設備一次性投入成本，計算設備的折舊分攤費H為：

H=ZR/D （1）

其中，ZR為設備工具投入費用（元）;D為設備和工具的折舊月份標準（月）。

（2）參照當地標準及企業的標準給出每小時的人力成本C（元/h）。企業標準的每日工作時數為F、每月標準工作天數為S。

（3）流水線上產品的制造成本由2部分組成：第1部分為固定成本A（元/月），不管工作站數量的多少，這些費用都是要發生的，且固定不變;第2部分為變化成本Bj（元/月），j∈[1，2，3，…，Smax]，其值隨著工作站數量的多少而變化。其中，j為工作站數目;Smax為工作站數目的最大值。因此在工作站數目不同的前提下，按成本計算步驟第（1）、（2）步，計算出相應的每月制造成本為：

Hj=A+Bj j∈[1，2，3，…，Smax] （2）

而單臺設備成本zj為：

hj=Hj×CTj/3 600×Z×S

j∈[1，2，3，…，Smax] （3）

（4）計算單臺平衡率損失費用lj為：

lj=（1-bj）×CTj×j×y×C/3 600

j∈[1，2，3，…，Smax] （4）

其中，bj為工作站數目為j時線平衡率;CTj為工作站數目為j時的生產節拍（s）;y為產品良率，通常由產品工程師根據實際情況確定此標準值。

（5）計算單臺人員薪資費用sj為：

sj=C×P×CTj3 600 j∈[1，2，3，…，Smax]（5）

其中，P為編制人數（人），單臺相關制造成本cj為：

cj=zj+lj+sj j∈[1，2，3，…，Smax] （6）

2 最佳生產節拍選擇

一般結合供需平衡，以利潤最大化為目標進行流水線節拍設計。流水線生產節拍CT初為：

CT初=3 600×y×T初/Q初 （7）

其中，T初為產品生命周期內實際生產時間（h）;Q初為產量（臺）。假設CTl為工作站數目為l時的生產節拍，其中l為流水線設計階段可供選擇的工作站數目的下限值。為滿足Q初，要求CT初>CTl。市場需求量是一個定值的時候，可以選擇不同工作站數目的流水線。為便于比較流水線利用程度不同時的相關制造成本，假設流水線設計階段的相關制造成本c初j，其計算方式為：

c初j=Z初jQ初+s初j+l初j j∈[1，2，3，…，Smax]（8）

式中，在流水線設計階段，以產量為Q初、工作站數目為j進行生產時，s初j為每月單臺人員薪資費用（元/臺）;l初j為每月平衡率損失費用（元/臺）;Z初j為每月設備工具折舊分攤費用（元）。流水線設計階段，以Q初產量進行生產時的利潤為：

B初j=Q初×（X-c初j） （9）

其中，X為產品在流水線上的生產增值（元），其中包含流水線生產活動所消耗的成本總和，以及在市場中獲得的純利潤。最佳的生產節拍為B初j取最大值時對應的生產節拍。

3 應用分析

以本公司轉向架需求情況，需求量Q初為160臺，S為每月工作20 d，每天工作8 h，y根據生產實際情況設定為98%。根據公式（7），計算出組裝流水線設計階段節拍CT初為58.8 min，為滿足每月160臺，要求CT初>CTl，其中l為組裝流水線在該階段可供選擇的臺位數目的下限值，故l=2。根據轉向架制造成本和工序要求，臺位數最多可為20。根據公式（8）、（9）計算需求量為160時，不同臺位數目對應的制造成本和相應的利潤。計算結果顯示6臺位滿足本條組裝流水線節拍需求并能夠有較高的利潤，故本條流水線選擇6臺位，節拍時間為1小時。

4 技術經濟評價

通過流水線節拍設計，顯著提高了生產效率，達到了節拍清晰，產能提升的目的。組裝流水線節拍設計效果可以用流水線效率指標來衡量，計算公式如下：

E={T/（S*R）}*100%

其中：E為流水線效率，T為流水線各工序作業時間之和，S為流水線實際工作場地數，R為流水線實際生產節拍[2]。

根據生產寫實，傳統工作方式各工序時間總和為2小時，1天工作8小時，時間利用系數為0.9，生產線最大日產量為4臺轉向架，設計工位為2個，各工序時間不均衡，有的工序時間為1小時左右，有的工序只有半小時。工序負荷率最高位90%，最低為30%，根據計算得出效率僅為50%。

節拍優化后，各工序時間總和為6小時，一天工作8小時，工序負荷率最高為94%，最低為75%，根據計算得出效率為85.7%。生產節拍為1小時，單班日產量8臺。

通過計算我們看到，通過節拍設計，轉向架組裝流水線在生產線完成產品所有裝配工序，各工位劃分更合理，減少了大量輔助時間，有效作業時間占比大幅提升，產量大幅提升。

經過一段時間的運用，生產節拍實施后所取得的成效非常明顯，數據對比見表1。

5 結束語

綜上所述，應用該設計方法計算出的轉向架組裝流水線節拍能夠顯著提高生產效率，在有限生產條件下大幅度提高產能，是一種行之有效的節拍設計方法，在軌道交通乃至其它制造業領域均具有廣泛的應用和推廣價值。

參考文獻：

[1]葛安華，等.基于市場需求變化的流水線最佳生產節拍選擇[J].工業工程，2011，14（1）：96-100.

[2]呂冬梅.制造業車間生產節拍平衡與物流優化研究[D].合肥工業大學，2006.

[3]吳曉艷.裝配生產線平衡的研究[D].上海交通大學，2007.