基于em-mael的電機(jī)裝配流水線(xiàn)仿真分析

基于em-mael的電機(jī)裝配流水線(xiàn)仿真分析

對(duì)于一家電機(jī)廠(chǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(chǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)平衡目標(biāo)。2機(jī)嵌線(xiàn)后續(xù)流程的參生產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)方案采用流水線(xiàn)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(guān)測(cè)次數(shù),通過(guò)歸零測(cè)時(shí)法,得到裝配線(xiàn)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(guān)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(xiàn)平衡率計(jì)算公式:式中:W—產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)的節(jié)拍;a—裝配線(xiàn)的定員數(shù)。輸入各工位的數(shù)據(jù),用eM-plant對(duì)機(jī)嵌線(xiàn)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(xiàn)主要存在問(wèn)題如下:(1)綁線(xiàn)/精整型工序是目前流水線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)行綁線(xiàn)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(xiàn)機(jī)上加工時(shí)間為14s,是綁線(xiàn)工序的主要時(shí)間,可以考慮改善。企業(yè)電機(jī)的定子線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)形成破壞,所以保證綁線(xiàn)工藝性能至關(guān)重要。而在綁線(xiàn)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(xiàn)機(jī)采用的是雙面綁線(xiàn)方式,綁線(xiàn)工藝中,對(duì)定子繞組的綁線(xiàn)方式采用24綁?，F(xiàn)把綁線(xiàn)機(jī)綁線(xiàn)方式調(diào)整為16綁方式,機(jī)器綁線(xiàn)時(shí)間可縮短,經(jīng)分析驗(yàn)證和反復(fù)試驗(yàn),滿(mǎn)足安全要求。通過(guò)工藝改進(jìn),綁線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)內(nèi)部物流距離。(2)隔紙工序是用絕緣錫紙對(duì)主副線(xiàn)圈進(jìn)行隔離,包括引線(xiàn)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(mǎn)足工序質(zhì)量可靠性和工藝要求。(3)修檢外觀(guān)工序和全檢外觀(guān)工序都是用牛角片把引線(xiàn)端上遺漏在絕緣膠紙外的漆包線(xiàn)(包括引線(xiàn))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(xiàn)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(xiàn)瓶頸環(huán)節(jié)。工序要點(diǎn)中,要求操作者配合綁線(xiàn)機(jī),用尼龍線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)員負(fù)荷分配優(yōu)化改進(jìn)前方案中繞線(xiàn)機(jī)的布局過(guò)于分散、采用線(xiàn)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(xiàn)機(jī)集中布局方式、采用AGV(自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē))向掛線(xiàn)工位進(jìn)行線(xiàn)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(xiàn)人員和設(shè)備進(jìn)行重新分配與組合,對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)布局進(jìn)行優(yōu)化,改善后的流水線(xiàn)形式,如圖5所示。改善后,裝配線(xiàn)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(xiàn)工序上分配3個(gè)人員,其中一人兼顧主副掛線(xiàn),其他兩人分別負(fù)責(zé)掛主線(xiàn)圈和掛副線(xiàn)圈,由于掛主線(xiàn)與副線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)平衡率計(jì)算公式,改善后的產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(guān)與層次化思想對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配線(xiàn)平衡優(yōu)化,從宏觀(guān)到微觀(guān)、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(guān)與微觀(guān)兩方面,對(duì)裝配線(xiàn)的改造擴(kuò)建與調(diào)整具有實(shí)際參考價(jià)值,也提