胡凱杰，關(guān)運升，鄧銳苗

(沈陽工業(yè)大學，遼寧 沈陽 110870)

0 引言

近年來，我國家電行業(yè)發(fā)展迅速，家電市場逐漸飽和，企業(yè)之間的競爭進入了白熱化。大連海爾電冰箱有限公司年設計生產(chǎn)能力為106萬臺，擁有來自日本、意大利、德國的一流生產(chǎn)設備。其中節(jié)能型的系列小冰箱為大連冰箱事業(yè)部強勢產(chǎn)品，成為海爾集團走向國際化的又一重要出口產(chǎn)品。

目前越來越多的企業(yè)引入精益生產(chǎn)理念或技術(shù)方法以改進和優(yōu)化生產(chǎn)線，工廠里隱藏的浪費成為制造業(yè)改善的重點，研究企業(yè)生產(chǎn)線及設施規(guī)劃問題是解決生產(chǎn)效率低下行之有效的方法和途徑。本文以海爾公司冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)搬運系統(tǒng)作為研究對象，在對生產(chǎn)線的現(xiàn)狀運用IE相關(guān)方法進行分析的基礎上，根據(jù)車間布置原則并運用GA和Vistable對生產(chǎn)線進行仿真與分析，成功對生產(chǎn)線做出優(yōu)化。

1 冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)線物流路線分析

通過實地考察冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)車間，得到了原生產(chǎn)線線路圖，如圖1所示。相鄰工序之間距離過長，存在一些不必要的暫存，造成員工搬運內(nèi)膽的運輸距離過長且物流路線復雜，容易發(fā)生車間道路擁堵。

圖1 原生產(chǎn)線線路圖

2 生產(chǎn)線布局及物料搬運分析

2.1 生產(chǎn)線布局分析

在海爾公司冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)線現(xiàn)場，吸附機對冰箱內(nèi)膽加工結(jié)束后，需要搬運至緩存區(qū)暫存，然后搬運到?jīng)_孔模區(qū)進行沖孔，沖孔結(jié)束后運輸?shù)筋A裝線旁，最后送至總裝大線進行組裝?；诰嫔a(chǎn)理念對該生產(chǎn)線布局進行分析,發(fā)現(xiàn)其主要存在以下3方面問題：

(1) 物料流的路線太長。內(nèi)膽搬運到?jīng)_孔模區(qū)的運輸路線過長，員工單班走動距離多達2 500 m；吸附機線邊無緩存區(qū)，加工完的內(nèi)膽需要搬運200 m至緩存區(qū)，造成運輸時間和勞動力的浪費。

(2) 銜接過程存在庫存堆積占用資金和生產(chǎn)空間，內(nèi)膽下線后需要在線邊暫存，降低了各工序生產(chǎn)效率，且容易造成車間主通道擁擠。

(3) 生產(chǎn)現(xiàn)場占用面積大，導致車間面積未得到充分有效的利用。

2.2 生產(chǎn)線物料搬運分析

搬運工具是物料搬運的直接載體，穿梭于各物流通道之間。生產(chǎn)線中使用的物料均使用手推車搬運，在調(diào)研中通過詢問搬運工人得知，用手推車將內(nèi)膽搬運至沖孔模區(qū)需要大約10 min，每班需要運送12次。這樣的搬運方式導致工人疲勞程度過大，工時浪費，增加了搬運路線網(wǎng)的密度。

3 基于GA的生產(chǎn)線布局優(yōu)化

3.1 建立布置優(yōu)化數(shù)學模型

車間布局一直以來都是一種復雜的離散作業(yè)單位重新布置優(yōu)化問題，在此引入遺傳算法(GA)進行冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)線的布局改善。參數(shù)與決策變量示意圖如圖2所示。首先對生產(chǎn)車間內(nèi)機器設備布局問題進行建模，使各作業(yè)單位間的產(chǎn)品加工成本和物料搬運成本之和最小化：

圖2 參數(shù)與決策變量示意圖

(1)

約束條件：

(2)

xi≥0i=1,2,…,n.

(3)

其中：n為作業(yè)單位個數(shù)；cij為作業(yè)單位i與作業(yè)單位j間每單位距離的搬運費用；Li為作業(yè)單位i的長度；dij為作業(yè)單位i和作業(yè)單位j之間的最小間距；xi為作業(yè)單位i的中心線相對于參考線距離。

式(1)可使作業(yè)單位間的搬運總費用最少。式(2)確保任何兩個設備都有足夠的空隙，不會發(fā)生重疊的現(xiàn)象。式(3)確保各作業(yè)單位的位置坐標為非負。

3.2 運用GA的布局仿真與分析

3.2.1 布局假設方案的提出

在分析現(xiàn)有問題的基礎上，結(jié)合布置原則對整個冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)搬運系統(tǒng)的布局提出了10種方案的假設。改善的措施包括調(diào)整機器的布局密度、改變機器之間的相對位置、適當增加或減少機器的數(shù)量、引入U形線、在原有車間一樓的基礎上增設二樓、選用不同種運輸設備包括升降機、叉車以及小型牽引車等。

3.2.2 最優(yōu)布局方案的確定

將10種假設方案作為初始種群，通過遺傳算法，得到了各種布局方案作業(yè)單位間的搬運總費用的適應度函數(shù)。收斂過程就是最優(yōu)方案的生成過程，各種布局方案的收斂過程如圖3所示。由此，我們得到最優(yōu)物流路線以及改善后的內(nèi)膽生產(chǎn)搬運系統(tǒng)一樓的布局方案，如圖4所示。

圖3 布局方案收斂過程圖

圖4 內(nèi)膽搬運系統(tǒng)一樓布局

在改善前的布局中，內(nèi)膽下線后搬運至沖孔模區(qū)的距離過長，內(nèi)膽下線后需要在線邊暫存，線邊緩存滿8車再運往下一環(huán)節(jié)，這一情況嚴重影響價值流增值率。為了有效利用生產(chǎn)車間的空間，盡量使空閑面積縮小，在一樓的部分區(qū)域上方搭建了二樓平臺。

將原來放置在一樓的部分沖孔模區(qū)和預裝線區(qū)域搬運到二樓平臺，采用星型生產(chǎn)線，把沖孔模區(qū)放置在傳送帶邊，員工直接拿去沖孔，取消線邊緩存6車；內(nèi)膽在平臺上沖孔后直接運輸?shù)筋A裝線邊，減少緩存區(qū)存放數(shù)量15%。內(nèi)膽生產(chǎn)搬運系統(tǒng)二樓布局如圖5所示。

圖5 內(nèi)膽生產(chǎn)搬運系統(tǒng)二樓布局

4 物料搬運方式的改變

4.1 搬運工具分析與確定

搭建平臺后需要員工將內(nèi)膽搬運至二樓進行加工，新方案將原本水平方向上的搬運改為垂直方向上的搬運，加裝三臺升降機。升降機A和升降機B將未沖孔的內(nèi)膽從一樓提升至二樓平臺進行沖孔；升降機C將預裝結(jié)束的內(nèi)膽從二樓平臺運至一樓的總裝線邊。在安裝升降機后，吸附成型后的內(nèi)膽可直接由升降機升至二樓平臺，提升過程用時5 s，取消了手推車的搬運過程；在二樓平臺預裝結(jié)束的內(nèi)膽也可以直接由升降機降至一樓的總裝大線旁。改進后的內(nèi)膽生產(chǎn)線線路圖如圖6所示。

圖6 改進后的內(nèi)膽生產(chǎn)線線路圖

4.2 搬運系統(tǒng)模型建立與仿真

利用Vistable仿真真實的內(nèi)膽搬運流程。先鋪設原先的內(nèi)膽搬運道路，海爾一年內(nèi)膽產(chǎn)出量約為45萬件，單次運送60件，將物流量輸入后得出山積圖，如圖7所示。圖8為改善前的F-D圖，縱坐標是物流量(件)，橫坐標是對應物流量走的距離(m)。每個點代表一個路徑，畫在田字格中，處在右上角的圓點是最不合理的路徑。

圖7 改善前山積圖

圖8 改善前F-D圖

再鋪設改善后的搬運路線，由于鋪設了二樓，冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)線分為兩條，物流量減小，搬運距離縮短。改善后的山積圖如圖9所示，提高了生產(chǎn)效率，減少了工人的勞動量。圖10為改善后的F-D圖，可以看出改善后路徑處于左下角，搬運效率明顯提高。

圖9 改善后山積圖

圖10 改善后F-D圖

5 結(jié)論

針對遼寧大連海爾公司冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)搬運系統(tǒng)的問題，結(jié)合具體生產(chǎn)線中存在的問題，運用IE的一些方法進行改善。主要基于現(xiàn)場以及內(nèi)部人士提供的數(shù)據(jù)，結(jié)合IE的知識，發(fā)現(xiàn)問題，改善優(yōu)化，進而解決問題。

(1) 通過實地調(diào)研和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的主要問題有車間布局不合理以及物料搬運方式不恰當?shù)取?/p>

(2) 根據(jù)車間布置原則，引入遺傳算法，得出了最優(yōu)車間布局方案。將原來的一個樓層布局改為一樓與二樓結(jié)合的立體布局，調(diào)整部分機器的擺放位置，將冰箱內(nèi)膽的搬運距離由單班走動2 500 m優(yōu)化至利用升降機豎直方向上提升4 m，在制品線邊緩存由8車減少為2車。

(3) 對現(xiàn)有生產(chǎn)搬運系統(tǒng)的搬運設備進行了仔細的分析，查找出問題的所在，把使用手推車搬運冰箱內(nèi)膽改善為通過升降機搬運內(nèi)膽，為工廠形狀不規(guī)則產(chǎn)品的搬運提供了新思路。

通過此次課題的研究可以看出，關(guān)注現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題，采用IE手段消除浪費是流水線型生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)能力切實可行的方法。