汽车行业一汽大众奥迪车仪表盘分装线平衡与优化研究.docx
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汽车行业一汽大众奥迪车仪表盘分装线平衡与优化研究
（汽车行业）一汽大众奥迪车仪表盘分装线平衡与优化研究
摘要
本文基于工业工程的方法和理念，针对一汽大众仪表盘分装线中存在的问题，着重探讨了工业工程技术和方法在生产型企业中的应用。
本文首先利用MOD法得到各个工位的标准时间，并计算产能；其次利用生产线平衡率的方法对奥迪车仪表盘分装线进行评定，确定该分装线是否需要改进；再次应用“ECRS”原则和“5W1H”提问法分析未达到平衡的奥迪车仪表盘分装线上所存在的问题并找到解决方法，并对奥迪车仪表盘分装线改造，从而平衡优化奥迪车仪表盘分装线；最后借助于仿真软件flexsim，对设计出来的奥迪车仪表盘分装线进行快速仿真，通过各个工位的工作时间占整个工作时间的百分比，来反映各个工位的工作状况，从而找出在生产线运行过程中存在的瓶颈问题并对此进行了分析并提出改进方案，以辅助企业管理者进行正确决策。
关键字：
生产线平衡MOD法ECRS原则仿真软件flexsim优化
DashboardpackaginglinebalanceandoptimizationresearchofFawVolkswagenofaudi
Abstract
ThispaperbasedonthetechniquesandmethodsofindustrialengineeringconceptsfortheproblemsofThefawVolkswagendashboardpackagingline.focusesonthemethodsofindustrialengineeringandproductionenterpriseapplication.Firstofall.makinguseoftheMODtogeteachworkstation'sstandardtime.andcalculationproductioncapacity.Secondly，usingthemethodofproductionlinebalancingtoevaluatedFawVolkswagenAudi’sdashboard'sassemblyline.determinewhethertherepackinglineneedstobeimproved.Again.Putingintousethe"ECRS"principleand"5W1H"questionmethodtoanalysistheexistingproblemsoftheFawvolkswagenaudi'sdashboard'sassemblylinewhichfailstoachievebalanced.andfindasolutionofthisproblem.finally，UsingsimulationsoftwareflexsimtodesignoutFawVolkswagenanaudidashboardassemblylineforrapidsimulation.Toanalyzetheutilizationrateofworkers，OutputcontrolandFactorymanagementandsoonsituations.Soastofindoutthebottleneckinlinerunningprocess.Andcarriesontheanalysisandputforwardtheimprovementplan，Tohelpenterprisemanagersmakecorrectdecisions.
Keyword:
productionlinebalancingMOD"ECRS"principlesimulationsoftwareflexsimoptimization
1.绪论1
1.1论文的研究背景与意义1
1.2国内外研究现状1
1.3论文的研究思路2
2.理论概述3
2.1生产线理论3
2.2生产线平衡理论3
2.3IE的方法理论4
2.3.1工作研究4
2.3.2工时测定—MOD法6
2.3.3现场管理7
3.仪表盘分装线设计8
3.1一汽奥迪车仪表盘分装线装配过程分析8
3.2仪表盘分装线节拍的确定35
3.3基于MOD法对仪表盘分装线进行作业分析36
3.4生产线平衡率的计算47
3.5仪表盘分装线存在的问题47
3.6仪表盘分装线的优化48
3.6.1工位器具的合理摆放48
3.6.2制定标准工时49
3.6.3不合理工位的改进49
3.7仪表盘分装线的布局设计51
4.基于Flexsim的仪表盘分装线的仿真53
4.1仿真概述53
4.2Flexsim的简介53
4.2.1Flexsim的功能53
4.2.2使用Flexsim可以达到的效果54
4.2.3Flexsim的仿真步骤54
4.3基于Flexsim的奥迪车仪表盘分装线模型的建立于实现55
4.4分装线仿真结果分析及改善后的仿真结果分析61
5.总结63
致谢64
参考文献65
1.绪论
1.1论文的研究背景与意义
改革开放之后，中国汽车工业发生了翻天覆地变化。
据数据显示，1978年，中国全年共生产汽车14万辆，生产轿车2，650辆，汽车生产总值大概60亿圆整。
2007年，中国共生产汽车总计888万辆，其中轿车大概有490万辆，汽车工业总产值已经超过了2万亿。
通过改革开放中对外的合资、合作和引进技术，中国汽车工业已经成为世界汽车工业的重要组成部分，中国也成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。
但随着经济的发展，尤其是中国加入WTO以后，国内外的市场竞争的不断加剧，为了满足汽车产品更新换代周期短、产品需求多样化、个性化、安全性能保障等新特点，汽车产品的开发、生产也面临着新的机遇与挑战。
而汽车仪表盘分装线作为汽车装配中不可或缺的组成部分，那么，如何能在现有基础上提高仪表盘分装线的产量、更好的保证企业产出产品的质量、降低产品的成本等都成为企业赢得更高经济效益的关键所在。
现在的问题是怎样根据实际情况改进现有的生产线、生产布局等使得公司能如期保质保量的完成订单任务。
本课题的主要研究一汽奥迪车仪表盘分装线的主要组成，通过改进现有的生产线布局来获得符合要求的装配线，并对其进行理论分析与建模仿真。
现在的主要任务是根据实际情况改进生产线布局以减少不合理现象；另外一个研究任务就是如何使用工业工程理论对现有方案及改进后方案进行分析，并利用Flexsim软件对生产线进行建模仿真，并找出仪表盘装配线在运行过程中存在的问题，以便对其进行改进和平衡分析。
1.2国内外研究现状
国内外基本研究方法有以下几种：
①将一个实际的流水生产线以一定方式进行简化，来建立一个可以模拟实际流水线情况的数学模型，然后采用适当的方法对这个数学模型进行求解，以得出若干个理论上的可行解供流水线的设计者参考。
②运用运筹学中的各种算法，如线性规划法、整数规划法、动态规划法、分枝定界法等；
③各种启发式算法，如Kilbridge-Wester法、MOODIE-YOUNG法、以及Thomopoulos平衡搜寻法等；
④计算机仿真法；
⑤运用IT算法解决装配线平衡问题，如遗传算法、禁忌搜索法、枚举树搜索法、粒子群算法、蚁群算法等。
1.3论文的研究思路
我国的汽车行业面临着严峻的考验，为了提高我国汽车行业的竞争力，为了降低成本，提高质量和生产效率。
本文结合一汽大众奥迪车Q5仪表盘分装线，探讨如何针对一汽奥迪车仪表盘装配线进行平衡与优化研究，进而对仪表盘分装线进行仿真和优化。
本文大体研究步骤如下：
（1）规划生产线，确定节拍，利用MOD法对工人进行动作分析，然后确定工位数目，人员数目，辅助设施及工位器具。
（2）利用工业工程的理论和方法对生产线进行平衡和优化。
（3）对生产线进行布局设计，辅助设施及器具的设计。
（4）利用Flexsim仿真软件对进行生产线仿真，进行仿真结果分析。
2.理论概述
2.1生产线理论
生产线是指配置着操作工人或工业机器人的机械系统，按顺序完成设定的生产流程的作业线。
与生产线相关的名词定义如下：
1）总作业时间：
从产品的整个装配流程来说，装配出一个产品所需要的时间，即装配一个产品的所有作业单元的作业时间总和。
2）空闲时间：
指工作时间内没有执行有效工作任务的那段时间，可以指设备或人的时间。
当在一个流程中各个工序的节拍是不一致的时候，瓶颈工序以外的其它工序就会产生空闲时间。
3）装配负荷率：
又称平衡效率，指装配作业分配给各个工作站的平均程度，一般用来作为直接衡量装配线平衡好坏的标准。
4）节拍[1]就是指各工序完成分配给它的作业，指导工作可以往下进行所容许的最大时间。
节拍决定一个生产线一定时间内的产量，从作业时间可知此装配线的工序最大值，它决定了可能的产量范围。
节拍的公式定义如下：
CT=F/Q（1-1）
式中：
CT一一流水线节拍（s/件）；
F--计划期有效工作时间（s）；
Q--计划期内产品产量（件）；
2.2生产线平衡理论
生产线平衡[2]即是对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使整个作业时间尽可能的相近，它是生产流程设计与作业标准化必须考虑的重要的问题。
生产线平衡的目的是通过平衡生产线使得现场更加容易理解“一个流”的必要性以及“单元生产”的编制方法，它是一切新理论、新方法的基础。
生产线平衡率=（各工序时间总和÷（工位数×CT））×100%
=（∑ti÷（工位数×CT））×100%（1-2）
CT：
生产线工序中最大标准工时，即生产线节拍。
根据定义可以看出，生产线平衡需满足以下两个条件：
1）生产线节拍≧工序时间。
2）Σ（生产线节拍-工序时间）最小。
生产线平衡原则[3]主要包括以下两点：
（1）调整作业元素组成各工序的作业时间不超过生产线节拍，又不违反工序先后顺序，并使工序数目尽可能减少。
（2）各工序损失时间尽可能少，且较均匀，使装配时间损失率最小。
生产线平衡改善主要以下四个方面作为改善方向[4]：
1）改进工艺设备与操作设备方面。
2）改进工艺方面。
3）改善产品本身的设计。
4）改进节拍计算方法。
2.3IE的方法理论
工业工程[5]（IndustrialEngineering，简称IE）思想最早是由科学管理之父泰勒在20世纪初提出的，它是以人、物料、设备或设施、能源和信息组成的集成系统为主要研究对象。
综合应用工程技术，管理科学和社会科学等知识，使其达到降低成本，提高质量和效益的目的，同时为科学管理提高决策依据[4]。
现代IE是以大规模工业生产及社会经济系统为研究对象，在制造工程学，管理科学和系统工程学科基础上逐步形成和发展起来的一门交叉的工程学科。
它是将人、机、料、法及环境等生产系统要素进行优化配置，对工业等生产过程进行系统规划与设计、评价与创新，从而提高工业生产效率和社会经济效益的专门化的技术，且内容日益广泛。
新时期的IE是一个以制造为中心，基于现代科学技术，特别是信息、网络和计算机应用的综合技术。
它是利用人因学、社会科学、自然科学、管理科学、行为学、组织学和伦理学的观念以及高度发达的通讯与效能技术和方法交互渗透来实现基本目标。
其特征是实践性、工程性、社会性、创新性[6]。
2.3.1工作研究
2.3.1.1工作研究概述
工作研究[7][8]的对象是作业系统。
作业系统是为了实现预定的功能，达成系统的目标，有许多相互联系的因素所形成的有机整体。
作业系统的目标表现为输出一定的产品和服务。
作业系统主要有材料、设备、能源、方法、和人员等五个方面的因素组成。
为了使作业系统达成预定目标，在系统转换过程中需要经常检查测定作业活动的时间、质量、成本、柔性。
时间包括作业活动的进度，消耗的人工数及交货期等方面；质量既包括成品的质量，也包括转换过程的质量；成本是指变换过程中各项消耗的总和，它反应出作业系统运行的经济性。
作业活动的时间、质量、成本和柔性根据检测结果再反馈到作业系统，进行控制和调整，使作业活动按预定目标进行。
柔性是指企业具备的为顾客提供多种类型产品的能力，以及对需求变化的应变的能力。
工作研究包括方法研究与作业测定两大技术。
方法研究在于寻求经济有效的工作方法，主要包括程序分析、作业分析和动作分析。
程序分析通常运用对整体制造程序或工序的分析、对产品或材料的流程进行分析、移动流线分析、管理实务分析等分析手段。
而移动路线分析即布置和经路分析是以作业现场为分析对象，对产品、零件的现场布置或作业者的移动路线进行的分析。
重点对搬运和移动的路线进行分析。
通过布置和经路分析可以更详细的了解产品或工人在现场的实际流通线路或移动线路。
目的在于通过分析与优化设施布置，改变不合理的流向，减少移动距离，达到减少运输成本，获得更大的效益。
作业测定是确定各项作业科学合理的工时定额，主要包括秒表测时，工作抽样，预定动作时间标准法和标准资料法。
运用这些技术来考查生产和管理工作，系统地调查研究影响生产效率和成本的各种因素，寻找最令人愉快的工作方法和最科学、最合理的工作时间，不断改进和完善，保证人员、物料等资源的有效运作，达到提高生产率，降低成本的目的。
2.3.1.2工作研究的分析技术
工作研究常用的分析技术是“5W1H”，“ECRS”四大原则和“加一表”。
“5W1H”提问技术是指对研究工作及每项活动从目的、原因、时间、地点、人员、方法上进行提问，具体内容如表2-1所示：
表2-1“5W1H”提问技术
考察点
第一次提问
第二次提问
第三次提问
目的
做什么（what）
是否必要
有无其他更适合的对象
原因
为何做（why）
为什么要这样做
是否不需要做
时间
何时做（when）
为何需要此时做
有无其他更合适的时间
地点
何处做（where）
为何需要此处做
有无其他更合适的地点
人员
何人做（who）
为何需要此人做
有无其他更合适的人
方法
如何做（how）
为何需要这样做
有无其他更合适的方法和工具
“ECRS”四大原则为删减（Eliminate），合并（Combine），重组（Rearrange），简化（Simplify），简称ECRS，用于对生产过程进行优化。
删减（Eliminate），合并（Combine），重组（Rearrange），简化（Simplify），简称“ECRS”原则，用于对生产过程进行优化。
删减（Eliminate）的目的是排除浪费，排除不必要的作业，一般采取的方法是①合理布置，减少搬运。
②取消不必要的外观检查。
合并（Combine）的目的是配合作业，同时进行，合并作业。
一般采取的方法是①把几个印章合并一起盖。
②一边加工一边检查。
③使用同一种设备的工作，集中在一起。
重组（Rearrange）的目的是改变次序，改用其他方法，改用别的东西。
一般采取的方法是①把检查工程移到前面。
②用台车搬运代替徒手搬运。
更换材料。
简化（Simplify）的目的是使连接更合理，使连接更简单，去除多余动作。
一般采取的方法是①改变布置，使动作更顺畅。
②使机器操作更简单。
使零件标准化，减少材料种类。
“一表”也称为检查分析表、动作改善检查表、物流改善检查表等。
2.3.2工时测定—MOD法
MOD法是澳大利亚的海德（G．C．Heyde）在动作研究和人类工效学研究的基础上创立的。
它以作业者最简单的手指动作所需要的时间作为单位动作时间，定为1MOD（1MOD＝0．129s），人体其它有形动作都可以计算为手指动作的整数倍，即若干MOD，进而可以计算出一个工序、一条作业线、一种产品的生产所需时间。
模特法把人体所有有形动作划分为21种，每种动作都确定出所需要模特数（即时间值），这样只要知道人体动作的部位，即不必测量也不用查表，就能立即确定动作所需的时间。
使用模特法最重要的是正确掌握单元动作。
模特法的动作分类如图2-1所示。
图2-1MOD法分析
图中字母表示活动类别，如M——移动，G一抓取．P——定位等；字母后的数字表示该活动所需时间值，单位为MOD（模数），如Ml表手指移动，所需时间为1MOD=0.129s。
同时，还可在运用中根据企业的实际情况，决定MOD的单位时间值大小。
如：
MOD=0.1s高效值，熟练工人的高水平动作时间值；
MOD=0.12s快速值，比正常值快7%左右；
MOD=0.143s包括恢复疲劳时间的10.75%在内的动作时间。
2.3.3现场管理
现场管理[8]是对生产现场进行综合治理，运用科学的管理思想、方法和管理手段，对现场的各种生产要素如人、机、物、方法、环境、资金、能源、信息等，进行合理的配置和优化组合，通过计划、控制、协调和激励等管理职能，保证现场预定的企业经营目标，实现优质、高效、低耗、安全的生产。
具有基础性、目的性、整体性、群众性、动态性的特征。
生产现场是员工直接从事生产活动，创造价值和使用价值的场所，现场管理水平的高低直接影响到产品质量的好坏、消耗与效益的高低以及企业在市场竞争中的适应能力与竞争能力。
生产现场管理的根本目的[9]是以顾客需求为到导向，保证生产活动的顺利展开，最终应该反映在产品质量、交货期、成本等三个主要指标上面，实现现场管理围绕生产展开、为生产服务，使现场管理活动同生产管理有机结合起来。
在企业中，生产现场管理是通过对人、物料、设备、及其操作方法的管理来实现的。
通过现场组织体系的科学化和高效化来优化生产劳动组织，充分发挥现场操作人员的能动性，提高劳动生产效率。
物料整洁有序，分类明晰，控制适度，既保证生产的顺利进行，又不造成库存压力。
设备的使用条件和环境符合技术的要求，定期进行维护和清洗，及时发现问题，有效预防故障的出现。
建立科学合理的工艺流程和规范的操作方法，加强对现场操作人员的培训，使各个工位均有方法可循。
3.仪表盘分装线设计
3.1一汽奥迪车仪表盘分装线装配过程分析
一汽大众奥迪车仪表盘分装线的是由十七个工位组成，各个工位如下：
工位一：
仪表骨架定位。
工位二：
仪表线束连接。
工位三：
脚踏板总成。
工位四：
转向柱总成。
工位五：
空调总成。
工位六：
仪表总成。
工位七：
大灯转向开关总成。
工位八：
副司机气囊。
工位九：
出风口总成。
工位十：
扬声器总成。
工位十一：
杂物箱总成。
工位十二：
转向开关总成。
工位十三：
转向柱护套。
工位十四：
脚踏板骨架安装。
工位十五：
离合器安装。
工位十六：
上车灯总成。
工位十七：
QRK整体检验。
每个工位由若干个工步组成，现将一汽大众奥迪车仪表盘装配线的装配过程进行详细介绍。
工位一：
仪表骨架定位。
它是由15个工步组成，主要的工作是安装仪表骨架并定位，每个工步的具体工作过程如下：
1）从收集箱取出装配指令单。
2）将装配指令单放在工作台上，按照打印纸的折叠线撕下，按流水号排列好，检查装配指令单流水号是否排列正确，有无缺少，如有缺少打电话给中控室将却少的装配指令单补全。
3）行走3米到打印机前取装配指令单和随车卡，查看装配指令单上底盘号是否和随车卡一致，如不一致检查是否上一辆车挂错或丢失，丢失了就用一张空的随车卡在底盘号位置填写上底盘号。
将装配指令单挂在吊具左侧夹子上。
向右跨1.5米将随车卡悬挂在仪表吊具右侧的夹子上。
4）查看装配指令单，查找相关PR号:
8UV/8UM、7Y0/7Y1。
5）行走到备货小车停车位旁推备货小车。
6）将备货小车推到仪表吊具左侧。
将备货小车上的钩子卡在仪表吊具左侧的卡子上。
察看备货小车上的备货清单上边的车身代码是否与装配指令单上的一致。
7）行走2米到仪表骨架器具取骨架并检查骨架是否有损坏或变形。
8）拿好取来的骨架行走2米到仪表吊具旁。
将骨架左上方的孔位对准仪表吊具左边的定位销，骨架右上方的孔位对准仪表吊具右边的定位销，用力向前推动将骨架安装在吊具上。
9）转身行走2米到线束器具旁按照顺序取出线束包，查看线束包外的指令单KIN号是否与装配指令单上的KIN号一致，将线束包扒下放回原来的位置里，如不一致联系现场服务查明。
10）将线束挂在骨架上核对线束KIN号。
将线束中部卡在仪表骨架上，其次安装线束左侧和右侧，安装线束卡扣与骨架孔位吻合（无顺序要求）。
11）取备货小车里的网关。
12）把网管卡在骨架上的定位槽内。
13）行走到标准料架取电枪（3Nm）和螺N10549503。
用电枪紧固网管控制器，电枪上的绿色指示灯亮后紧固成功，将线束上的光纤防尘帽拔下，连接网关插头，安装完成后将防尘帽扔到垃圾箱内。
14）检查螺钉是否打到力矩，打到力矩后网关与骨架紧密接触，并点漆确认。
15）行走2米回到原点。
我们将工位一的十五个工步制作成仪表骨架装配工艺卡如表3-1所示。
表3—1仪表骨架装配工艺卡
工步
作业过程描述
1
撕装配指令单
2
取装配指令单和随车卡
3
行走3米挂装配指令单和随车卡
4
查看装配指令单
5
行走2米取备货小车
6
行走2米挂备货小车
7
行走1米取骨架
8
行走1米安装骨架
9
行走1米取线束
10
行走1米安装线束
11
行走2米取货筐里的网关
12
行走2米安装网关
13
行走2米紧固网关
14
自检
15
行走2米回到原点
我们将工位一的具体工步制作成仪表线束连接行走路线图如图3-1所示：
图3-1仪表线束行走路线图
工位二：
仪表线束连接。
它由14个工步组成，主要是是在仪表骨架上连接空调和蜂鸣器，具体操作步骤如下：
1）查看吊具左侧的装配指令单，查找相关PR号，8UV/8UM、9AK/9AQ、7YO/7Y1、7X0/7X1/7X4/7X8。
2）检查Fis单与随车卡的底盘号衔接，前后车的序列号衔接。
检查骨架安装是否正确，明显区别在右下部。
核对装配指令单上的KIN号与线束上的KIN号是否相符。
核对网关零件号与装配指令单上的PR号：
7Y0/7Y1、8UV/8UM。
3）取备货小车里的吊钩8K1819079。
行走到标准料架取电枪（9±1.35Nm）和两个螺栓N90457003。
4）右手拿着吊钩对准骨架上的空位左手拿着电枪紧固吊钩，电枪指示灯绿色亮后紧固成功。
5）行走到空调总成器具处取空调总成并检查空调来件是否有损坏或缺陷。
并将空调悬挂在仪表骨架上。
6）行走到标准料架取电枪3.6±0.54Nm和4个螺N90808203。
用力矩为3.6±0.54Nm的电枪紧固空调上的4个螺钉，当电枪上的绿色指示灯亮后紧固成功。
7）捏住防尘帽顶部，向左旋转，取下防尘帽。
8）将连接管左端对准出风口安装，向右旋转，将右端的卡子卡上。
9）取备货小车里的右下风道8K1819152A或8K1819152B并检查零件有无损坏。
转身到标准料架取电枪1.5±0.22Nm和1个螺栓N90985501将螺栓安装在磁力枪头上。
10）左手拿着电枪。
右手将风道插接到空调右下方的出风口上，再用右手拿着电枪左手扶着风道使得风道孔与空调连接孔对接，并用电枪紧固风道，零件为8K1819152B时需连接温度传感器并旋转90度。
11）转身
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