基于em-mael的电机装配流水线仿真分析

基于em-mael的电机装配流水线仿真分析

对于一家电机厂已经建成两年，但生产能力还不够，因此分析了电机安装线中生产能力低、制造成本高、生产流程中产品多、材料运输有交叉期的现象。流水线是大批量生产的一种高效组织方式,其管理的目标是在生产线上保持一种均衡、连续的流动状态,从而获得所期望的产出。实践表明:大部分工厂虽然只有极少的瓶颈工作,但这些瓶颈工作却是制约生产效率的关键因素,因为单位产品的生产时间是由流水线上的瓶颈时间所决定。因此,降低瓶颈时间、各工位生产同期化是提高流水线平衡率的关键。通过对生产流程中的生产工艺、作业方案进行全面研究,制定合理化工序结构,确定标准的工作方法;运用“人—机”联合作业寻求合理的操作方法,使人和机器的配合更加协调,以充分发挥人和机器的效率;对物流过程进行分析,排除其中交叉和重复的路径,优化物流运作方式;按照整体优化的原则,根据工艺设计系统提供的基础数据和作业流程,采用仿真软件建立生产线数字模型,进行生产过程仿真,最终实现预期的流水线平衡目标。2机嵌线后续流程的参生产线布局与流程规划是运作系统的结构化要素,是系统运行的物质基础,其决策一旦作出,要调整和改变都会涉及费用增加的问题,因此必须权衡利弊。某企业电机采用单品种大批量生产方式,该装配线包括机嵌、转子、总装三大单元。三者间的生产节拍比为2:1:1,机嵌流水线流程的顺畅与否,直接影响到后续流程的有效进行。现行机嵌线方案采用流水线串联方式,如图1所示。在数据搜集过程中,采用误差界限法确定观测次数,通过归零测时法,得到装配线统计和仿真所需的数据。经三倍标准差法剔除异常数据后,计算平均值得到观测时间,经过评比和宽放,最终得到正常时间和标准时间,整合后数据,如表1所示。根据产线平衡率计算公式:式中:W—产线平衡率;ti—第i工位作业时间;si—第i工位的定员数;t0—装配线的节拍;a—装配线的定员数。输入各工位的数据,用eM-plant对机嵌线的生产流程进行仿真,可以得到各工序工作负荷,统计结果,如图2所示。经现场诊断分析和eM-plant仿真,机嵌装配线主要存在问题如下:(1)绑线/精整型工序是目前流水线的瓶颈,在其限制之下,生产节拍为28s;(2)瓶颈工序的上游堵塞严重,而下游则空闲时间过长;(3)各工序时间之间不平滑,人员负荷极不均匀。(4)工序操作内容分配不合理,产线平衡率只有48.54%,时间利用率太低。3生产工序优化工作研究是一种工程与管理相结合的技术,其基本功能是生产系统诊断分块,最终目的是提高生产率。ECRS原则,即取消(Eliminate)、合并(Combine)、调整顺序(Rearrange)、简化(Simplify),通过对生产工序不断优化-实践-分析-优化,来达到更高的生产效率。针对上述问题,结合工艺改进与仿真技术,运用5W1H提问技术和ECRS原则进行分析,对生产工艺、作业流程进行全面研究,提出改善方案。3.1绑线机系统设计现行绑线工艺是通过人机联合操作来保证工艺性能的。对作业要素进行划分,在绑线机上加工时间为14s,是绑线工序的主要时间,可以考虑改善。企业电机的定子线圈端部是采用绝缘带绑扎来固定的,当系统发生短路故障时,定子电流会瞬间增大数倍,定子线棒之间会形成相吸或相斥的电动力,有可能使端部的绑线形成破坏,所以保证绑线工艺性能至关重要。而在绑线工序后,定子经浸绝缘漆烘干后就具有相当机械强度,可以抵抗电机发生短路故障产生的冲击力。绑线机采用的是双面绑线方式,绑线工艺中,对定子绕组的绑线方式采用24绑。现把绑线机绑线方式调整为16绑方式,机器绑线时间可缩短,经分析验证和反复试验,满足安全要求。通过工艺改进,绑线机加工时间由14s降至10s。3.2引端与底端的合并(1)挑槽外线和底端隔纸(包括包胶纸)工序时间分别为9.32s和11.82s,将二者合并,可以平衡人员负荷、减少在制品数量,同时避免工序间和半成品再加工过程中的逆流现象或跳跃交叉现象,并且缩短了流水线内部物流距离。(2)隔纸工序是用绝缘锡纸对主副线圈进行隔离,包括引线端和底端(包括包胶纸)两道工序。由于二者操作内容及质量要求存在很大差异,若将其合并,难以满足工序质量可靠性和工艺要求。(3)修检外观工序和全检外观工序都是用牛角片把引线端上遗漏在绝缘胶纸外的漆包线(包括引线)卡入绕组中,并用绝缘胶纸包扎,从而保证定子绕组的绝缘性。两道工序都涉及到操作与检查方式。将这二者合并,工序时间得以缩减,各单元的工作负荷平整化程度更高,降低工位布置成本的同时也缩短物流距离。(4)现行方案中绑线和精整形工序只分配一名操作者,该工作单元是机嵌流水线瓶颈环节。工序要点中,要求操作者配合绑线机,用尼龙线把主副绕组绑紧固定,然后在精整机上精细塑形。操作工兼顾前后两道独立工序,不符合流水作业的简化操作和决策权尽量减少的原则。将其拆分为两道独立工序,一方面,瓶颈单元得以转移,时间由28s降到16.736s,降幅为40.14%;另一方面,工序加工过程的质量可靠性程度得以提升。3.3绑线工序作业仿真分析人—机作业分析是用于机械作业的一种分析技术,其目的是寻求合理的操作方法,使人和机器的配合更加协调,充分发挥人和机器的效率。经考察,绑线和精整形工序符合人机联合作业形式。通过对作业现场的绑线工序在同一时间内操作者和机器的工作情况的记录与分析,得到进行人—机作业分析图。经过分析发现机器和人员空闲时间较大。结合ECRS中工作简化与合并交叉原则,在分析闲余能力基础上,添加一台绑线机,可以得到改进后的人—机作业图,如图3所示。通过对比改进前后人和机器等待和空闲情况可知,单位产品工序操作时间缩短了近50%,操作者的利用率从改进前的60%提高到76.5%,空闲时间大大缩短、作业结构更加合理、作业效率大幅提升。通过分析精整工序,把剪线头这一操作并入精整工序中。通过对比可知,操作者和机器联合作业进行协调,人的利用率从62.5%提高到87.5%。3.4装配线员负荷分配优化改进前方案中绕线机的布局过于分散、采用线圈人工的运输方式且物流路径存在迂回交叉情况。改进后,如图4所示,对绕线机集中布局方式、采用AGV(自动导引小车)向挂线工位进行线圈原料的供应,物流路径大大缩短、用自动化装备替换人工运输方式劳动成本大幅降低。现行方案中采用串型连接形式,存在人员负荷不均衡与物流路径迂回交叉现象。通过对比分析,对机嵌线人员和设备进行重新分配与组合,对生产线布局进行优化,改善后的流水线形式,如图5所示。改善后,装配线人员负荷更加均衡化与物流路径趋于合理。对人员进行重组,在挂线工序上分配3个人员,其中一人兼顾主副挂线,其他两人分别负责挂主线圈和挂副线圈,由于挂主线与副线工艺上有差别,通过归零测时法得到二者平均时间为11.8s。其他工作单元人员分配情况,如表2所示。3.5年生产线平衡率明显提升(1)瓶颈时间由最初的28s减少到了10.5s,减幅为62.5%,线平衡率由48.54%提高至85.49%,生产能力大幅提升。根据产线平衡率计算公式,改善后的产线平衡率计算如下:(2)通过eM-plant软件对该电机生产线进行仿真。通过统计分析,人均产能由7.22台/h提高到13.08台/h,企业产能得到大幅度提升。对改进前后各工序时间利用率统计图2和图6的对比可以看出,改善后各个工序的平衡率基本达到了80%以上,各工序时间平滑度较好,操作员负荷程度基本合理。4装配线平衡优化离散型生产物流系统是一个高度动态、高度变化的复杂系统,对其整个系统进行优化是非常困难的。当前,应用计算机仿真技术是研究生产系统的一种十分有效的手段,是对生产系统分析实验和评价的最简单、最经济的方法。以电机制造中的一段流程为例,分析时,首先考虑各工序间能力配置存在的不合理问题;其次考虑工序内部人员、设备和工具等配合问题;对工序操作动作进行划分,分析动作要素是否合理,是否有改善空间。结合系统观与层次化思想对作业现场进行装配线平衡优化,从宏观到微观、逐步推进、分层次地对研究对象进行分析和研究。此方法应用时兼顾了宏观与微观两方面,对装配线的改造扩建与调整具有实际参考价值,也提