汽车天窗导轨生产线的分析与改善

王昀睿

(西安科技大学 机械工程学院，西安 710054)

0 引言

宝马BMW—I01 天窗导轨主要装配车型为BMW New 3 Series coupe 汽车，天窗导轨属铝件，机加工环节需要依次进行整体冲切、三切口冲切、扩孔、去毛刺和滚弯，最后检验装箱入库。整体冲切是用80t 冲床对铝板材经刀模冲压后得到工件，三切口冲切需对整体冲切后工件冲切端口凹槽和导轨接槽，扩孔是对工件进行定位孔的钻扩，去毛刺时使用打磨机对工件加工断面进行打磨，滚弯要使用自行研发的滚弯设备完成工件的二维弯曲加工，配合曲面车顶装配，最后将制成工件固定在相应检具上，应用止通规、百分表等对工件的面、线弧度、定位孔等指标对照检验基准书进行检验。该产品的生产线目前存在一定问题，根据生产现场状况，对该生产线的现场布局、辅助设施及生产流程进行改善研究，提高生产线各工序工作人员的饱和度，从而达到提高生产率，提高企业经济效益的目的。

1 换模装置的改善

产品型号不同需要使用不同模具，大型冲床加工使用的模具体积和质量都很庞大，表面遍布锋利的棱角和切口，这些直接造成搬运困难、更换复杂，在模具更换转移时也容易造成工人的跌砸伤害。目前生产线和模具放置区单次行程超过30m，工人每次换模用时超过20min，包括将原模具从设备上拆卸转移至换模拖车上，再拖拽拖车至模具放置区，接着操作拖车配合人力将原模具放置在模具架上锁紧，随后将要使用的模具从模具架上拖拽到换模拖车上，再拉着拖车回到生产线，操作拖车将模具安装在生产设备上并调试。整个换模过程中生产线处于停滞状态，每变更一次生产任务，为配合天窗导轨左、右件的两台80t 冲床，换模时间合计超过45min，如此长的停滞时间使生产线造成严重的损失。再者，过长的搬运距离也会产生额外的安全风险，一次换模工作至少需要两个工人完成，在拖拽换模拖车行进过程中，两人操作的不一致极易造成拖车倾倒，模具跌落等严重后果。针对换模环节存在的问题，对该生产线进行基于快速换模的改善。

首先将模具放置区转移到毗邻80t 冲床的位置，减少了换模过程中的搬运距离，另外在换模操作中，采用快速换模装置实现换模过程。快速换模装置如图1所示，其模具架使用60 ×60 ×4mm 方管制作，安装有无动力滚筒，共三层。使用中，升降台车在固定轨道上横向移动，台车载重为1t，表面两侧设置挡墙，防止模具跌落，液压系统为台车升降提供动力，确保台车升降平稳，台车和模具架均装配有无动力滚轮，人力推拉即可实现模具的取用和上架，快速完成对冲床模具的更换［1-2］。

图1 快速换模装置

天窗类产品分左右件，左右件加工流程大致相同，出于对成本的控制，在该天窗生产线实际应用中，只需配备一辆升降台车即可。为实现分别更换左右件加工用冲床模具，升降台车可由过度平移小车实现在左右件冲床配套导轨上的移动。

经测算，每次换模时模具流转位移缩减到4.5m，较之前物流距离缩短85%;升降台车液压系统的引入改善了原先换模拖车手动升降，使改善后的换模平均耗时约为4min，较未改善时节约80%，同时由于实现了模具放置区和机器设备的紧邻布置，不再依靠工人长距离拖拽换模台车转移模具，可以消除在换模过程中的安全隐患。

2 生产线人员饱和度现状分析

人员饱和度是指作业人员在整个生产过程中作业时间所占的比例，根据产品加工的流程，统计各工序操作人员的单位产品加工时间，结合生产节拍计算出每一道工序的人员饱和度［3］。

2.1 初步确定生产节拍

生产节拍又称客户需求周期、产距时间，是指在一定的时间长度内，总有效生产时间，即可用时间与客户需求数量的比值，是客户需求一件产品的市场必要时间。

其中，T—生产节拍;

Ta—可用工作时间;

Td—客户需求产品量

在天窗生产线的试生产中，客户产品需求为1200pcs/天，生产线排班8h/班，可知单小时需要的产量为:1200/8 =150pcs，由公式(1)确定生产节拍为:

2.2 改善前生产线人员饱和度分析

要分析生产线人员的饱和度，就需要统计出各工序操作人员实际作业时间。目前该生产线共有6 个工位7 名操作人员，检验工序的人员在完成检验工作后需再完成搬运任务，所以在作业测定中该工位人员的作业时间取两项作业时间之和，应用作业测定方法［4］，确定出合理的观测点，借助视频对各工序的熟练操作人员分别测时10 次，求出平均值为作业时间，宽放率取10%［5］，计算改善前各工序人员饱和度如表1所示。

表1 改善前生产线人员饱和度

由表1 可知，在节拍为24s 的情况下，各工序人员的平均饱和度只有55%，尤其是去毛刺工序人员饱和度最低，只有31.1%，造成的直接后果便是生产人员闲置时间过多，从而增加了人员的非必要走动，影响车间其他人员工作及生产线的5S;其次，各工序间人员饱和度差异较大，造成在制品流转不畅，严重破坏整条生产线的均衡。

3 生产线人员饱和度的优化

3.1 应用在线打磨实现工序的合并

在影响整条生产线均衡性的因素中，去毛刺工序影响最大，采用在线打磨将该工序合并到其他工序中［6-7］，即将去毛刺打磨工序合并到冲切和钻扩孔工序中，使用在线打磨周转架完成在制品的打磨和周转。该在线打磨周转架右侧的砂带由内置电机驱动高速转动，当冲切操作员完成整体冲切作业后，将工件轻触砂带进行打磨，经目视检验后放置在台架上部;下道工序操作人员从台架上部拿取工件进行三端口冲切，完成后将工件轻触砂带进行打磨，目视检验后放置在台架上部;扩孔工序的操作也类似，每条生产线配置3 个在线打磨周转架。

3.2 生产线设施规划与改善

该生产线的机器设备U 型布置过于紧凑，加之改善前作业人员多，设置在扩孔和滚弯操作中的打磨操作会集中造成在制品流转不畅;同时生产进行时进料方向背向主物流通道，造成不必要的物流转移。针对以上问题，在削减人员和工序合并后，将生产设备的U型布置进料口面向主物流通道，去除多余的周转架和打磨架，配置在线打磨架实现打磨和在制品周转［8］，改善后布置如图2。

图2 改善后布置图

改善后，快速换模装置设置在80t 冲床邻位，同时去除打磨架和周转台架，削减相应操作人员，设置在线打磨架在整体冲切、三切口冲切以及钻扩孔工序，以便在冲切、钻扩孔后进行打磨去毛刺。最后调整机器设备布置，将在制品物流方向面向主物流通道，在进料区域设置放料区，保证原材料安全库存，降低生产前置时间。

3.3 改善后生产线人员饱和度分析

如图2 所示，改善后生产线削减了去毛刺打磨工序的两个操作人员，使去毛刺打磨在冲切、扩孔工序应用在线打磨架同步进行，在线打磨的应用也明显降低了各工序用于检验的时间，但由于整体生产线人员的削减，使三切口冲切工序人员在作业过程中的移动距离增大，相应增加了备料定位的时间［9-10］，由3. 1s/pcs 增加至4. 6s/pcs，改善后的生产线可满足客户需求产量1440pcs/天，按每天8h生产，得出每班产量为1440/8 =180/h，这时的生产节拍为:

表2 为改善后各工序的作业时间及生产线人员饱和度分析。

由表2 可见，经过改善，该生产线人员从7 人一班缩减为5 人一班，各工序人员平均饱和度达到80.9%，生产节拍从24s 提高至20s。

表2 改善后生产线人员饱和度

4 结论

经过对汽车天窗导轨生产过程的详细分析，基于设施布置理论对现场进行了重新布置，将快速换模装置设置在80T 冲床邻位，根据加工需要对其它的加工设备和人员位置也进行了重新排列，结合现场添加快速换模装置、在线打磨架等，使换模时间和劳动量明显减小，整个生产线的工作人员减少2 人，节拍提高了17%，人员饱和度提高了26%，生产线的均衡性和生产率都得到提高，为企业创造了良好的经济效益。

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