基于em-mael的電機(jī)裝配流水線仿真分析

基于em-mael的電機(jī)裝配流水線仿真分析

對(duì)于一家電機(jī)廠已經(jīng)建成兩年，但生產(chǎn)能力還不夠，因此分析了電機(jī)安裝線中生產(chǎn)能力低、制造成本高、生產(chǎn)流程中產(chǎn)品多、材料運(yùn)輸有交叉期的現(xiàn)象。流水線是大批量生產(chǎn)的一種高效組織方式,其管理的目標(biāo)是在生產(chǎn)線上保持一種均衡、連續(xù)的流動(dòng)狀態(tài),從而獲得所期望的產(chǎn)出。實(shí)踐表明:大部分工廠雖然只有極少的瓶頸工作,但這些瓶頸工作卻是制約生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素,因?yàn)閱挝划a(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間是由流水線上的瓶頸時(shí)間所決定。因此,降低瓶頸時(shí)間、各工位生產(chǎn)同期化是提高流水線平衡率的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)流程中的生產(chǎn)工藝、作業(yè)方案進(jìn)行全面研究,制定合理化工序結(jié)構(gòu),確定標(biāo)準(zhǔn)的工作方法;運(yùn)用“人—機(jī)”聯(lián)合作業(yè)尋求合理的操作方法,使人和機(jī)器的配合更加協(xié)調(diào),以充分發(fā)揮人和機(jī)器的效率;對(duì)物流過(guò)程進(jìn)行分析,排除其中交叉和重復(fù)的路徑,優(yōu)化物流運(yùn)作方式;按照整體優(yōu)化的原則,根據(jù)工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和作業(yè)流程,采用仿真軟件建立生產(chǎn)線數(shù)字模型,進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程仿真,最終實(shí)現(xiàn)預(yù)期的流水線平衡目標(biāo)。2機(jī)嵌線后續(xù)流程的參生產(chǎn)線布局與流程規(guī)劃是運(yùn)作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化要素,是系統(tǒng)運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ),其決策一旦作出,要調(diào)整和改變都會(huì)涉及費(fèi)用增加的問(wèn)題,因此必須權(quán)衡利弊。某企業(yè)電機(jī)采用單品種大批量生產(chǎn)方式,該裝配線包括機(jī)嵌、轉(zhuǎn)子、總裝三大單元。三者間的生產(chǎn)節(jié)拍比為2:1:1,機(jī)嵌流水線流程的順暢與否,直接影響到后續(xù)流程的有效進(jìn)行?，F(xiàn)行機(jī)嵌線方案采用流水線串聯(lián)方式,如圖1所示。在數(shù)據(jù)搜集過(guò)程中,采用誤差界限法確定觀測(cè)次數(shù),通過(guò)歸零測(cè)時(shí)法,得到裝配線統(tǒng)計(jì)和仿真所需的數(shù)據(jù)。經(jīng)三倍標(biāo)準(zhǔn)差法剔除異常數(shù)據(jù)后,計(jì)算平均值得到觀測(cè)時(shí)間,經(jīng)過(guò)評(píng)比和寬放,最終得到正常時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,整合后數(shù)據(jù),如表1所示。根據(jù)產(chǎn)線平衡率計(jì)算公式:式中:W—產(chǎn)線平衡率;ti—第i工位作業(yè)時(shí)間;si—第i工位的定員數(shù);t0—裝配線的節(jié)拍;a—裝配線的定員數(shù)。輸入各工位的數(shù)據(jù),用eM-plant對(duì)機(jī)嵌線的生產(chǎn)流程進(jìn)行仿真,可以得到各工序工作負(fù)荷,統(tǒng)計(jì)結(jié)果,如圖2所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)診斷分析和eM-plant仿真,機(jī)嵌裝配線主要存在問(wèn)題如下:(1)綁線/精整型工序是目前流水線的瓶頸,在其限制之下,生產(chǎn)節(jié)拍為28s;(2)瓶頸工序的上游堵塞嚴(yán)重,而下游則空閑時(shí)間過(guò)長(zhǎng);(3)各工序時(shí)間之間不平滑,人員負(fù)荷極不均勻。(4)工序操作內(nèi)容分配不合理,產(chǎn)線平衡率只有48.54%,時(shí)間利用率太低。3生產(chǎn)工序優(yōu)化工作研究是一種工程與管理相結(jié)合的技術(shù),其基本功能是生產(chǎn)系統(tǒng)診斷分塊,最終目的是提高生產(chǎn)率。ECRS原則,即取消(Eliminate)、合并(Combine)、調(diào)整順序(Rearrange)、簡(jiǎn)化(Simplify),通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工序不斷優(yōu)化-實(shí)踐-分析-優(yōu)化,來(lái)達(dá)到更高的生產(chǎn)效率。針對(duì)上述問(wèn)題,結(jié)合工藝改進(jìn)與仿真技術(shù),運(yùn)用5W1H提問(wèn)技術(shù)和ECRS原則進(jìn)行分析,對(duì)生產(chǎn)工藝、作業(yè)流程進(jìn)行全面研究,提出改善方案。3.1綁線機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)行綁線工藝是通過(guò)人機(jī)聯(lián)合操作來(lái)保證工藝性能的。對(duì)作業(yè)要素進(jìn)行劃分,在綁線機(jī)上加工時(shí)間為14s,是綁線工序的主要時(shí)間,可以考慮改善。企業(yè)電機(jī)的定子線圈端部是采用絕緣帶綁扎來(lái)固定的,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),定子電流會(huì)瞬間增大數(shù)倍,定子線棒之間會(huì)形成相吸或相斥的電動(dòng)力,有可能使端部的綁線形成破壞,所以保證綁線工藝性能至關(guān)重要。而在綁線工序后,定子經(jīng)浸絕緣漆烘干后就具有相當(dāng)機(jī)械強(qiáng)度,可以抵抗電機(jī)發(fā)生短路故障產(chǎn)生的沖擊力。綁線機(jī)采用的是雙面綁線方式,綁線工藝中,對(duì)定子繞組的綁線方式采用24綁?，F(xiàn)把綁線機(jī)綁線方式調(diào)整為16綁方式,機(jī)器綁線時(shí)間可縮短,經(jīng)分析驗(yàn)證和反復(fù)試驗(yàn),滿足安全要求。通過(guò)工藝改進(jìn),綁線機(jī)加工時(shí)間由14s降至10s。3.2引端與底端的合并(1)挑槽外線和底端隔紙(包括包膠紙)工序時(shí)間分別為9.32s和11.82s,將二者合并,可以平衡人員負(fù)荷、減少在制品數(shù)量,同時(shí)避免工序間和半成品再加工過(guò)程中的逆流現(xiàn)象或跳躍交叉現(xiàn)象,并且縮短了流水線內(nèi)部物流距離。(2)隔紙工序是用絕緣錫紙對(duì)主副線圈進(jìn)行隔離,包括引線端和底端(包括包膠紙)兩道工序。由于二者操作內(nèi)容及質(zhì)量要求存在很大差異,若將其合并,難以滿足工序質(zhì)量可靠性和工藝要求。(3)修檢外觀工序和全檢外觀工序都是用牛角片把引線端上遺漏在絕緣膠紙外的漆包線(包括引線)卡入繞組中,并用絕緣膠紙包扎,從而保證定子繞組的絕緣性。兩道工序都涉及到操作與檢查方式。將這二者合并,工序時(shí)間得以縮減,各單元的工作負(fù)荷平整化程度更高,降低工位布置成本的同時(shí)也縮短物流距離。(4)現(xiàn)行方案中綁線和精整形工序只分配一名操作者,該工作單元是機(jī)嵌流水線瓶頸環(huán)節(jié)。工序要點(diǎn)中,要求操作者配合綁線機(jī),用尼龍線把主副繞組綁緊固定,然后在精整機(jī)上精細(xì)塑形。操作工兼顧前后兩道獨(dú)立工序,不符合流水作業(yè)的簡(jiǎn)化操作和決策權(quán)盡量減少的原則。將其拆分為兩道獨(dú)立工序,一方面,瓶頸單元得以轉(zhuǎn)移,時(shí)間由28s降到16.736s,降幅為40.14%;另一方面,工序加工過(guò)程的質(zhì)量可靠性程度得以提升。3.3綁線工序作業(yè)仿真分析人—機(jī)作業(yè)分析是用于機(jī)械作業(yè)的一種分析技術(shù),其目的是尋求合理的操作方法,使人和機(jī)器的配合更加協(xié)調(diào),充分發(fā)揮人和機(jī)器的效率。經(jīng)考察,綁線和精整形工序符合人機(jī)聯(lián)合作業(yè)形式。通過(guò)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的綁線工序在同一時(shí)間內(nèi)操作者和機(jī)器的工作情況的記錄與分析,得到進(jìn)行人—機(jī)作業(yè)分析圖。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)機(jī)器和人員空閑時(shí)間較大。結(jié)合ECRS中工作簡(jiǎn)化與合并交叉原則,在分析閑余能力基礎(chǔ)上,添加一臺(tái)綁線機(jī),可以得到改進(jìn)后的人—機(jī)作業(yè)圖,如圖3所示。通過(guò)對(duì)比改進(jìn)前后人和機(jī)器等待和空閑情況可知,單位產(chǎn)品工序操作時(shí)間縮短了近50%,操作者的利用率從改進(jìn)前的60%提高到76.5%,空閑時(shí)間大大縮短、作業(yè)結(jié)構(gòu)更加合理、作業(yè)效率大幅提升。通過(guò)分析精整工序,把剪線頭這一操作并入精整工序中。通過(guò)對(duì)比可知,操作者和機(jī)器聯(lián)合作業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào),人的利用率從62.5%提高到87.5%。3.4裝配線員負(fù)荷分配優(yōu)化改進(jìn)前方案中繞線機(jī)的布局過(guò)于分散、采用線圈人工的運(yùn)輸方式且物流路徑存在迂回交叉情況。改進(jìn)后,如圖4所示,對(duì)繞線機(jī)集中布局方式、采用AGV(自動(dòng)導(dǎo)引小車)向掛線工位進(jìn)行線圈原料的供應(yīng),物流路徑大大縮短、用自動(dòng)化裝備替換人工運(yùn)輸方式勞動(dòng)成本大幅降低?，F(xiàn)行方案中采用串型連接形式,存在人員負(fù)荷不均衡與物流路徑迂回交叉現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)比分析,對(duì)機(jī)嵌線人員和設(shè)備進(jìn)行重新分配與組合,對(duì)生產(chǎn)線布局進(jìn)行優(yōu)化,改善后的流水線形式,如圖5所示。改善后,裝配線人員負(fù)荷更加均衡化與物流路徑趨于合理。對(duì)人員進(jìn)行重組,在掛線工序上分配3個(gè)人員,其中一人兼顧主副掛線,其他兩人分別負(fù)責(zé)掛主線圈和掛副線圈,由于掛主線與副線工藝上有差別,通過(guò)歸零測(cè)時(shí)法得到二者平均時(shí)間為11.8s。其他工作單元人員分配情況,如表2所示。3.5年生產(chǎn)線平衡率明顯提升(1)瓶頸時(shí)間由最初的28s減少到了10.5s,減幅為62.5%,線平衡率由48.54%提高至85.49%,生產(chǎn)能力大幅提升。根據(jù)產(chǎn)線平衡率計(jì)算公式,改善后的產(chǎn)線平衡率計(jì)算如下:(2)通過(guò)eM-plant軟件對(duì)該電機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行仿真。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析,人均產(chǎn)能由7.22臺(tái)/h提高到13.08臺(tái)/h,企業(yè)產(chǎn)能得到大幅度提升。對(duì)改進(jìn)前后各工序時(shí)間利用率統(tǒng)計(jì)圖2和圖6的對(duì)比可以看出,改善后各個(gè)工序的平衡率基本達(dá)到了80%以上,各工序時(shí)間平滑度較好,操作員負(fù)荷程度基本合理。4裝配線平衡優(yōu)化離散型生產(chǎn)物流系統(tǒng)是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)、高度變化的復(fù)雜系統(tǒng),對(duì)其整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化是非常困難的。當(dāng)前,應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是研究生產(chǎn)系統(tǒng)的一種十分有效的手段,是對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)的最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的方法。以電機(jī)制造中的一段流程為例,分析時(shí),首先考慮各工序間能力配置存在的不合理問(wèn)題;其次考慮工序內(nèi)部人員、設(shè)備和工具等配合問(wèn)題;對(duì)工序操作動(dòng)作進(jìn)行劃分,分析動(dòng)作要素是否合理,是否有改善空間。結(jié)合系統(tǒng)觀與層次化思想對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配線平衡優(yōu)化,從宏觀到微觀、逐步推進(jìn)、分層次地對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分析和研究。此方法應(yīng)用時(shí)兼顧了宏觀與微觀兩方面,對(duì)裝配線的改造擴(kuò)建與調(diào)整具有實(shí)際參考價(jià)值,也提