玉米收获机装配线平衡优化研究

贾智慧 高波 李华 胡宏达 杨大壮

摘要：企业自行设计的装配线存在着一些固有问题，通过现场作业时间测试计算平衡率发现装配线平衡存在较大问题，通过仿真分析找出空闲率过高的主要工位;经过工位分析后采用合并、拆分部分工位、调整工位作业人员数量、改善生产现场等措施实现装配线平衡优化，优化方案效果明显，其研究成果在行业内也具备一定的推广价值。

Abstract： There are some inherent problems in the assembly line designed by the enterprise. The balance of the assembly line is calculated by the on-site operation time test. There is a big problem in the assembly line balance. The main station with too high idle rate is found through simulation analysis. After the station analysis， the merger and demolition are adopted. Part of the station， the number of operators in the adjustment station， and the improvement of the production site to achieve the optimization of the assembly line balance， the optimization program has obvious effects， and its research results also have certain promotion value in the industry.

关键词：装配线平衡;仿真分析;空闲率;平衡优化

Key words： assembly line balance;simulation analysis;idle rate;balance optimization

中圖分类号：F273                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）21-0287-02

0  引言

目前许多具有一定生产规模的农机制造企业借鉴了工业制造业的手法，自行设计装配线，将生产作业进行流水化分解。但这种自行设计的装配线由于缺乏系统科学的分析与设计过程，往往在生产过程中出现过多的等待情况，导致生产周期延长，影响交货时间[1]。因此，此类装配线若能得到改善，将对企业提高生产率、增加利润产生积极贡献。本文通过对某农机制造企业现场调查，针对其产品玉米收获机装配线运行情况进行分析和测试，将工业工程方法和Flexsim仿真模拟手段相结合，对其现有总装线工位设计方案进行优化改善。

1  现行装配线分析

该装配线采用直线式布置，共15个工位，分别是①车架安装、②动力输出系统安装、③发动机安装、④制动系统安装、⑤整车线路安装、⑥液压系统安装、⑦液压油管系统安装、⑧气泵系统安装、⑨剥皮机和粮仓安装、⑩割台系统安装、{11}散热器安装、{12}护罩系统安装、{13}割台罩子安装、{14}驾驶室安装、{15}轮胎安装。目前装配线为手工操作结合吊装工具，整条线共有19名操作工人，每天运行10小时，集中生产期间无假期，日产量12台。

对产品装配线进行工时测定，得出各工位的平均循环作业周期时间，并以此作为标准作业时间（见表1）。

2  装配线分析

2.1 装配线平衡分析

生产线平衡分析是对生产线各个工序的标准作业时间进行测定，计算得出生产线平衡率，来了解生产线工序安排合理性问题。其表达式为一件产品的生产总时间，与该产品生产过程中最长生产工序时间乘以该产品生产工序总数后所得到的时间数据之比值。公式中，决定最终比值数据的关键变量因素是最长生产工序时间，通常将其称为瓶颈作业工序[2]。目前生产线的瓶颈工位是{14}驾驶室安装工位，单位作业时间45.2分钟，总装配时间为4468.6分钟。经过计算得出生产线平衡率如下：

平滑性指数SI反映了生产线各工序作业时间的偏差程度。平滑性指数值越小，说明各工位之间作业分配越均匀，平衡性也就越好。

根据生产线平衡率判定标准，由于P<80%，说明生产线的平衡率较小;总装线平滑性指数较大，作业内容分配不均匀。

2.2 装配线仿真模拟分析

总装线全部工序为人员手工操作，无机器设备。将工位数量用机器数量来代替表示进行仿真模型的建立。从对象库中拾取发生器等建模构件，然后按照工位之间的顺序关系将端口进行连接，定义仿真模型的逻辑流程，最后在每个发生器上设置好函数，调好运行时间。模型如图1所示。

选择模型运行的函数为均匀分布函数。设置模型运行时间为36000s，点击“Run”运行模型，并生成仿真数据。由仿真结果可知，空闲率最高的工位达到了85.58%，有一半的工位在50%左右，空闲率整体偏高。

3  装配线改善

3.1 装配线分析

生产线的改善要针对瓶颈工序，因为只有对瓶颈工序的改善，才能使整个流水线的速度得到提高[3]。运用 5W1H提问技术，结合ECRS原则对部分子工序进行合理拆分与合并，以实现均衡生产[4]。

3.1.1 调整生产单元

将驾驶室安装和轮胎安装合并为一个工序，三名工人同时操作。轮胎安装需要20分钟，在20分钟后则为3人共同操作原装配线工序14的作业。据现场访问工人得知，驾驶室在线下的预安装需耗费15分钟左右，合并后由轮胎安装操作工对驾驶室进行预安装，预计可将工作节拍缩短至32分钟，并无需增加工人，且总装线工资采取计件制，合并工位不会造成成本的增加。

将第一个工序车架安装拆解为两个工序。车架安装位的工人需安装车架、转向轴和转向轮。据测量，转向轴和转向轮的安装需19分钟左右，车架安装需20分钟左右。将目前车架工位的两名工人分派到两个工位，分别进行车架、转向轴和转向轮的安装，预计拆分后的两个工位安装节拍大约为30分钟。

3.1.2 合理安排工位的工人数量

通过对割台罩子安装的工作分析，该工位物料的搬运存在较大的问题。该工件较重且需安装在较高位置，高度超过人体舒适作业高度。目前安装方式为工人将机壳双手抬起放至支撑架上，此动作会对工人的安全作业造成威胁。且工作安装内容较多，一人作业在不停歇的情况下要作业37分钟，应在该工位设置两名工人协同作业，缩短时间的同时在物料搬运时也会更加安全。增加一名工人预计可将工作节拍缩短至28分钟左右。

3.1.3 改善生产现场

遵循“5S”原则对生产现场进行优化管理[5]。将所使用的零件规整放置在货物架上，为每个工序制定零件使用数量清单，在装配前将一辆车所需所有的零部件按清单拿取放置在操作工具盒中。此方式既使现场整洁又将物品进行了清晰的记录，减少了时间和物料浪费同时提高了安装的准确度。

3.2 优化方案仿真模拟

根据上述提出的优化方案在Flexsim上进行仿真模拟，图2为优化方案运行效果分析。

4   改善效果分析

经过优化改善后，通过计算分析，总装线得到了以下改进（见表2）。改进后的日产能由原来的12件提高至17件，可充分满足客户的需求;总装线平衡率由64.98%增至82.05%，有了明顯的提升，不平衡率也降至20%以下，生产线评判结果为良好;平滑性指数由17.26降至6.99，说明工位工时差别不大，作业内容分配更加均匀。

参考文献：

[1]王红印.GX公司BT型产品生产线平衡优化[D].北京：北京交通大学，2018，6.

[2]申家恺.基于工业工程的H公司整装生产线改进研究[D].西安：西安工程大学，2015，3.

[3]杨洁丹，李伟荣.生产线平衡的手段与方法研究[J].绿水科技，2011（03）：180-183.

[4]张峰，殷秀清.基于价值流分析的Kitting仓作业流程优化[J].山东理工大学学报（自然科学版），2014，28（5）：49-56.

[5]易树平，郭伏.基础工业工程[M].北京：机械工业出版社，2017：280-281.