探讨摩托车发动机生产线现场改善及仿真优化

引言

随着客户对产品个性化和交货周期的高要求，制造系统也由原来的大批量生产逐渐被多品种、小批量的柔性制造方式所代替[1-3]。这一趋势要求企业能够快速、灵活地制定标准时间，频繁地进行现场改善，并对改善方案模拟，验证改善方法。例如，文献 [4]运用模特法及秒表测时法测定发动机关键零件—凸轮轴的生产线作业时间，找出瓶颈问题，根据生产线平衡理论平整生产线，并应用Flexsim 进行模拟以评价改进方案的可行性与正确性。文献[5]应用秒表测时法测定压缩机缸体生产线各工位作业时间，找出瓶颈问题，平衡生产线，从而提高生产线产能。文献[6-8]对汽车发动机生产线规划、再造进行仿真，优化生产线的配置。文献[9-11]应用各种仿真软件对汽车、液压生产线进行仿真验证，以确定改善评价效果。然而以上研究中，都需要手工采集数据，再进行仿真研究，根据仿真结果确定改善方案。由于前期数据收集工作量大，传统的手工处理方法周期长、数据质量难以保证，因此难以适应多品种小批量生产模式的需求。本文应用Timer Pro 软件对某摩托车发动机生产线进行时间研究与现场改善，并采用Flexsim 仿真软件对改善效果进行分析、评价，从而探索利用先进的软件工具提高时间研究与现场改善速度和效果的有效方法。

1 基于 Timer Pro 的作业分析、仿真和评价

1.1 基于 Timer Pro 的作业分析

作业分析通过研究生产系统中的人、作业对象和操作工具三者之间的合理安排布置，达到提高生产效率，为标准时间的制定提供依据[12]。Timer Pro 将现场录像转换成计算机可识别的格式后，利用计算机进行动作分析和改进研究，可有效地提升作业分析的效率。利用Timer Pro 划分各个操作单元，反复观看动画，发现问题，并改善。从而使时间测定、采集工作简单化，简化标准作业时间设定的繁琐过程，有效地提高分析准确度。

制造系统具有系统性、复杂性的特点，然而作业分析的改善往往在局部进行，改善方案是否对于生产线整线有效则需要进一步进行分析。因此，接下来需要利用系统仿真的方法对作业分析的改善方案进行评价。本文应用Flexsim 对生产线进行仿真，从而评价改善方案对整线性能的影响。

1.3 评价指标

本文针对摩托车发动机生产线的特点对其制造生产线进行评价，选取设备综合利用率[13]和工人综合利用率作为关键性能指标。

单台设备时间利用率：是设备有效工作时间和设备最大可能利用时间之比，它反映对设备最大可能时间的利用程度，一般用S 表示。

2 某摩托车发动机生产线的现场改善

2.1 生产现场

某摩托车生产公司的某型号发动机生产线加工零件种类多，换线频繁，并同时加工两种以上零件，是典型的小批量混流生产模式。

据资料统计和现场观察， M4 和M5 机床工人等待时间长，加工效率低，故只列出M4和M5 的Timer Pro 分析过程，生产线其它机床分析在此不列出。

其中 M4 和M5 的加工时间分别为7 分30 秒和7 分33 秒，一个加工周期为524.97 秒。

2.2 基于 Timer Pro 的分析

对某摩托车发动机生产线的机床M

4、M5 使用Timer Pro 进行分析如下：

(1) 现场录像，再将现场录像导入Timer Pro。

(2) 划分生产步骤，确定每个操作动作。利用慢速重复观看划分的操作，找出其中的问题，并标记。

(3) 输出分析结果，图为各个操作时间的甘特图，其中，虚线框内对应的操作为必须的操作，实线框内对应的操作为多余的操作，其余的时间为操作工等待。

从图中可清晰地看出，操作工等待时间较长。操作工等待率=等待时间/ 加工时间=228.77/524.97=0.4358，即意味着操作工待工率较高。

2.3 现场改善

针对上述问题，首先提出如下的改进措施：

(1)重新放置临时检测台B。将其从现在的位置移动到缸头压床M4 和Ｍ5 之间，减少操作工的移动距离。

(2)去除第18 步操作。

(3)对未加工的零件1 重复气吹，属于动作重复浪费，因此去除操作15。

(4)重新放置暂存区D，紧挨C，去除操作23。

(5)加高暂存区D 和盛切削液的容器C，使其适合人体的尺寸，去除弯腰动作。

(6)第26 步每次只标记一个零件。

应用 Timer Pro 中的Process Analysis 改进生产。改善后，输出结果如所示。中虚线框对应的操作是必须的操作，其它则为操作工等待。

3 仿真分析及验证

传统的现场改善效果通过工序时间的缩短和人机比来评价，然而企业的生产管理更关注改善方案为车间或生产线所带来的整体效果。为评价上述现场改善方案的整体效果，本文接下来将改善前和改善后的生产线整体性能进行了仿真研究。

采用 Flexsim 仿真软件分别建立生产线仿真模型，将改善前、后的作业方案分别输入仿真模型。每天工作8 小时，二班倒，每班中途休息一小时，在Flexsim 中仿真运行30 天。

加工任务设置中，把机床加工前的操作设置为预操作，去毛刺、漂洗、气吹设置为在各个传送带或容器的操作，加工时间为Timer Pro 改善前后各个操作时间，如表1 所示。

4 结论

追求生产率是企业生产的核心。因此，对生产现场进行改善，制定标准时间，提高工人的利用率，提升企业生产线整体产能是企业重点关注的问题。企业必须寻找一种快速制定标准时间的方法来提升生产线整体生产效率。本文提出了应用工具软件Timer Pro 进行时间研究，制定标准时间，并应用Flexsim 进行整线效果验证的技术方案。通过这一方法，企业可快速、灵活、经常地应用先进软件工具进行时间研究和现场改善，确定最佳人机比、平衡生产线，从而提高生产线整体生产率。

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