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基于平衡的拖拉机变速器生产线节拍研究


第 36卷第 3期 2009 年 6 月

拖拉机与 农用运 输车 T racto r& F ar T ransporter m

V o.l 36 N o 3 . June 20 09 ,

基于平衡的拖拉机变速器生产线节拍研究
马洪新
( 德州学院 汽车工程系, 山东 德州 253000 )

摘要: 结合企业生产实际采用因素分析与定量测算的方法研究生 产线节拍 问题, 提出 生产线优 化方案。着 重研究了节 拍平衡 及制约生产能力关键原因, 提出了一种实施效果评价方法 关键词: 生产线平衡; 工序节拍; 生产管理 中图分类号: TP278 S219. 06 ; 文献标识码: B 文章编号: 1006 0006 ( 2009) 03 0101 02 生产线 平衡率方 法。方法应 用于拖拉 机变速器 装配线中, 得 到了较 好的试验结果。研究证明, 生产线节拍确定及工序均衡有助于生产线实现科学管理。

Rhythm S tudy on P roduction Line of T ractor T rans ission m Based on Balanc ing
MA H ong x in
( D epartm ent o f Au tom ob ile Eng ineer ing D ezhou U niversity D ezhou 253000 Ch ina) , , ,

Abstrac: Based on actua l production, th is paper studies the problem of production line s rhy thm s w ith factor ana lysis t
and quantitative deter ination methods F ocusing on the rhy thm s ba lance and the key reasons for restr icting produc tion m . capac ity a m ethod of evalua tion resu lts , m anag e ent of production lines. m line balanc ing rate is proposed M ethods used in tracto r transm iss ion asse bly line . m , get a bette r results Th is study sho s that rhy thm s established and processes balance contribute to ach iev ing sc ientific , w

Key wo rds P roduction line ba lancing; P ro cess rhy thm; P roduction m anagem ent :
流水生产线是一种高效率 的生产组 织方式, 为 了让流水 线发挥 出最大的效能, 必须使流 水线各 工序 ( 工位 ) 的 生产能 力均衡 一致, 也就是使流水线达到平衡 [ 1] 。 福田重工德州好帮手工厂的小型轮式拖拉机变速器 轴承对压装 配线采用自由滚道 + 随行 小车式 非同步 装配线, 其基本 结构 如图 1 所示。采用大批量流水生产方式, 设计 生产纲领 8 万台 /年 ( 单班 ) , 设计生产节拍 1. 5 m in 能够满足 18 37 101 (标准机型 ) 与 20. 37 101 , . . . ( 加宽变速箱机型 ) 两种变速箱的压装作业。 量, 出现严重 的压线现象, 而 有些工序生产 能力还相对富余; 工序节 拍不均衡, 特 别是存在瓶颈 工序, 使班产量 无法进一步提高; 变速器 日需求量进一步增加时, 不得不靠大量延长工作时间完成 任务, 员工 工作热情受到极大伤害, 造成生产管理难度加大。 本文分析变速器生产线的基本形式、 特点及运行状况, 确定生产 线工序节拍不均衡是影响生产线 能力不足 的主要影 响因素; 然后利 用生产线平衡理论, 确定合理的生产组织方式和生产节拍, 重新分配 工序内容, 使生产线效率和生产能力得到提高。

1 生产线节拍确定
1 1 生产线平衡方法 . 生产线的平衡 ( Production lin e Balancing) 是 将所 有作 业任 务分 派到生产线各个工作站 (工位 ) , 使每个 工作站在工 作周期内 都处于 繁忙状态, 以完成最多 的操作 量, 并 有相 同或近 似相 等的 总作 业时 间, 从而使各工作站闲置时间最少 且生产线上不 会出现 ! 等 待 ?或传 送过程中零件的 ! 堆积 ?失衡。它不仅要 满足工序 循环时间 的限制, 还要满足工序先后顺序的要求 [ 2] 。 对于产品相对固定 的装 配生 产线, 产品装 配工 艺、 序作 业内 工 容、 时间基本不变, 可按照较为简便的步骤进行生产线的平衡: 1 ) 制定装配流程图, 用以表示作业的先后顺序。
1 随行小车 . 2 小车滚轮 . 3 轻轨 .

2 ) 确定生产线节拍 生产线节拍 = 3 ) 确定工作站的数量。 4 ) 向各工作站分配作业内容。 根据生产节拍和工艺内容及顺序, 组合工序分配给各工作站, 保 每天的生产时间 每天的计划产量

图 1 自由滚道 + 随行小车式装配线结构示意图 F ig 1 S tructu re o f Free Racew ay+ Accompanying Ca r Assem b l L i e . y n

生产线进入批量生产以后, 经过最初几个月调整, 多 数工序节拍 已接近一致, 但仍有一 些工序 的工 序节 拍差 别较大; 当班 产量 接近 300台, 生产线节拍达到一定速度时, 有些工序根本无 法完成计划产

收稿日期: 2008 07 23 - -

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拖拉机与农用运输车
证达到充分均衡的负荷。要求 每个工序 时间不超 过生产线 节拍, 又 不违反工序的先后顺序, 并且使工序的数目尽可能减少。 5) 生产线平衡后的评价。 通过生产线平衡后的实际 效率与目 标效率比 较, 可确定作 业内 容分配 的 有 效 合 理 性。本 文 研 究 的 生 产 线 可 用 生 产 线 平 衡 率 ( B alan cing R ate) 来评价 [ 3] 。 生产线平衡率 = 各工序的时间总和 ? 100 % 人或机器的数目 ? C T . ( 1)

第 3期 2009年 6月

从上式可以看出, 虽然各个工序时间对平衡率都有 影响, 但决定 生产线作业周期的工序时间只有一个, 即最长 工序的作业 时间 P itch T i e, 也就是说周程时间 ( C ycle T i e, 简写为 C T ) 等于 Pitch T i e。 m m . m 分析可知, 在企业生产纲领和生产组织方式确定后, 科学进行工 位布置, 合理分配工序内 容, 减少瓶颈工 序的作业时间, 成为生产线 平衡和从根本上解决生产能力不足问题的关键技术。 1. 2 生产线节拍确定 本文所研究的小型拖拉机变速器轴承对压线在设计 生产线时已 确定了工作站的数量, 经过试运行, 从已达到 的班产量 ( 200 台 ) 与设 计班产量 ( 270台 ) 比较并 考虑操作 人员的熟 练程度, 说 明大部 分的 作业内容分配是合 理的。但 由于没 有对 各工 序的 作业时 间进 行测 定, 无法 评定当前生产线 的效率, 而且随 着班产量的提高, 工序节拍 不均衡的矛盾越来越突出, 因此, 需要按新的生产线节拍 对其重新进 行平衡, 以实现高的生产线效率。 按照小型拖拉机变速器压 装方案和 主要技术 参数要求, 生 产节 拍为 1 5 ~ 2 m in。试运行期间受各种因素影响, 当日产需求超过 240 . 台时, 平均工作时间在 9 h以上, 有时由 于物料供应或设 备原因工作 时间达 12 h 再增加班产能力 就显得很 困难。考虑 到不断增 长的市 , 场订单需要, 我们决定以生产线期望的班产量确定生产线节拍 [ 4] 。 生产节拍 = 年工作日 ?日工作时间 ?装配线开动率 生产纲领
1 变速箱壳体 . 2 离合器总成 . 3 右端盖 . 4 差速器总成 . 5 左端盖 . 图 2 轮式拖拉机传动箱 F i . 2 T rans issi n Gearbox o fW hee led T racto r g m o

第一、 二工位由于各自实际作业 时间短 ( 都在 30 s 以内 ) , 工序 作业内容不够饱满, 为了提高效率, 比较后决定将其作业内 容合并由 一人完成。调整后实测工序时间为 57 s 。 三到五工位属于单独工序, 工序作业内容不能调整, 实 际作业时 间接近生产线节拍, 考虑到 工位 六内容 ( 予放差 速器总 成 ) 单 一, 要 求低, 在不 违背工艺要求的 情况下将其按 比例分配到第三、 五工位, 既平衡了物流 又使 节拍 更接 近生 产 线节 拍, 实 测工 序时 间 分别 为 52 s 59 s 49 s 加之准备和结束时间 ( 包括布置生产线、 , , 。 休息和生理 需要时间、 设备停工维修以及打扫工作 地的时间 ) 约为 15 s 可见以 , 上工序安排基本合理。 同样, ?轴、 轴压装工位 ( 未作调整 ) 工序节拍为 51 s和 55 s + 。 半轴套管压装尽管原设计配 有 2 名强壮 的操作工 人完成, 由于 作业内容多, 劳动强度较 大 ( 需一 人单手 提拉差 速器 总成 ) , 且 二人 协作要求高, 加上零件质量、 体积较大, 周转零件需用时间 长, 整个装 配过程用时 75 s 加上准备和结束时间等, 工序节拍达到 1 5 m in, 大 , . 于生产节拍, 说明该工序达不到生产线节拍要求, 属于关 键工序。因 该工序是半自动作业, 经技术部门研究, 准备在产量增加时 增加一台 吊装设备和一名操作人员, 可做些替换或干一些辅助的工 作, 届时将 能保证生产线节拍的要求。 而对于半轴压装工位尽管作 业内容也 较丰富, 但 考虑到其 为生 产线上的末尾工序, 除必须利用压力机的压装项目外, 其余 可移到线 外完成, 可基本消除负面影响, 因此对工序内容未作大的调整。 2 ) 提高工人的操作技能。 在作业内容分配合理的情况 下, 操作工 人的操作 技能决定 了生 产线的生产能力。为了提高线上 所有工人 的操作技 能, 公司首 先对 新工人进行基本理论培训, 重点学习变速器的结构、 生产线 基本知识 及质量和安全教育。考核合格后, 再组织其到生产线操作 实习, 然后 对能独立操作的人员进行实际操 作考核, 合格的人 员发给临 时上岗 操作证。对取得上岗操作证的见 习人员, 如 果操作速 度能达到 生产 线节拍要求, 就可以正式上线操作, 并按其完成的工作量给 予一定的 奖金; 对操作速度不能达到生产线节拍要求的人员, 既使是 转正的也 只给安排一些辅助性的工作, 享受基本 工资。通过竞 争机制大 大提 高了操作人员技能水平。 3 ) 关键工序配备合适的操作人员。 对作业内容不能进行分解的 关键工序 如半轴套 管、 左右半 轴压 装, 只能是通过提高工人的操 作技能来 提高工序 节拍。为此公 司选 拔调配技术熟练操作工人, 提高 这些岗位 工资标准 并给予荣 誉称号 加以鼓励。 另外还采取了诸如 提高瓶 颈工 序的 设备完 好率 和加 强生 产计 划、 加强产品的物流管理等措施。 2 2 实施效果评价 . 考虑到第一、 第二工位 及半轴压装工 位的部分项目作 业对生产

根据中华人民共和国行业标 准 %机 械工 厂年时 基数 设计 标准 & ( JB JZ- 95 ) 的 要 求及 福田 公 司的 技 术协 议: 变速 箱 年生 产 纲领 9 万 /年 ( 300 天、 单班制、 每班实做 7 5 h、 . 设备利用率 85 ) 。所以 % 生产节拍 = 300 ? 7 5 ? 85% . = 0. 0214 90 000 ( h) = 1 3 . ( m in )

即: 有效生产节拍控制在 1. 3 m in /台, 每天可实现产量 350台。

2 均衡工序节拍措施及实施效果评 价
2. 1 生产线平衡措施 由于本生产线是非同步的 输送线, 在个 别作业内 容不能进 行分 解的、 劳动强度较大的工位进行压装操作时, 工位前后可 能会停留较 多的随行小车, 所以生产线总体 布置时在 这些地方 相应地保 留了较 多的线体空隙, 如半轴 套管对 压机与 一轴 压机 间线 体长度 为 3 400 mm, 半轴压装前线体长为 1 700 mm, 其他部分长度多为 1 450 mm, 这 样在操作空间上为实际加工操作时人员、 设备、 物流的合 理调配提供 了基础保证。 通过现场实际测量 ( 主 要使 用的是 秒表法 测定 ) 得 到各个 工位 压合作业时间, 对作业时间接 近甚 至超出 生产节 拍的 1 3 m in 的严 . 重影响生产能力的瓶颈工序, 采取平衡措施予以解决。 1) 根据生产节拍调整工序作业 内容, 使各工序 ( 工 位 ) 的作业时 间趋于一致。 轮式拖拉机变速器结构如 图 2 所示, 原 生产线工 位布置及 内容 为: 清洗变速器壳体 ) 轴合件 半轴套管 装螺 栓吊转 装 ? 轴合 件 装 ( 轴合件 装 预放差速器总成 装左右半轴。 装 ?轴合件 装 + 轴 及附件 装左右

(下转第 105页 )

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王志超等: 东方红- C502型履带拖拉机 3 整机概述
东方红- C502拖拉机设计 时采用现 代化 的设计 理念, 以 使其功 能齐全、 设计合理。整机牵引力大, 结构紧凑, 具有良好 的变型能力。 燃油箱容量大, 加一次油可连续工作 10 h 。结构特点如下。 3. 1 离合器 采用独立操纵的双作用离合器, 由主离合器、 动力输 出离合器与 操纵机构组成。其中主离合 器为干式、 单片、 碟簧 压紧、 踏板操 纵经 常结合式; 动力输出离合器为干式、 单片、 同一碟簧压紧、 杠杆操纵经 常结合全独立式。动力输出离合器通过软轴手操纵。 3. 2 变速箱 主副变速箱均采用啮合套换挡, 机械组合式。操纵 轻便灵活, 不 脱挡。 3. 3 后桥 中央传动为一对螺旋锥齿 轮, 转向离 合器为多 片、 干式, 常 啮合 式。制动器为双端拉紧带式制动器。 3. 4 最终传动 最终传动采用一对圆柱直齿轮, 传动比为 5 5 . 。 3. 5 动力输出装置 540 r/m in 和 720 r /m in双转速动力输出轴。 3. 6 牵引装置 牵引装置为固定式牵引装置。 3. 7 液压系统 采用 D F250型多路阀, 用于后悬挂液压输出作业及推土作业; 采 用 FP 75A- 001Y 型分配器, 用于后悬挂农具提升或者压降作业。 3. 8 悬挂装置 采用 ) 类三点悬挂装置与农具挂 接。悬挂系 统最大提 升力 ( 在 驱动轮后 1 280 mm 处 ) 大于 14 kN。工作装置主要技术参数见表 8 。 3. 9 电气系统 电气系统采用 12 V 启动机直接 电启动, 系 统电压 12 V, 单线制 负极搭铁。 要由蓄 电池 、 流发 电机 、 动机 、 主 交 启 点火 开关 、 照明 前
悬挂 机构

灯、 后工作灯、 组合仪表及传感器和连接导线组成。
表 8 工作装置主要技术参数 T ab 8 M a i Specifica ti ns of Operating Devices . n o 项 目 参 数 液压悬挂系型式 开心、 半分置式 多路阀调定压力 /M Pa 分配器安全阀开启压力 /M Pa 最大提升力 (驱动轮后 1 280 mm 处 ) /kN 悬挂装置型式 输出流量 / ( L# m in- 1 ) 动力输出轴型式 动力输出轴转速 / ( r# m in - 1 ) 动力输出轴 牵引销直径 /mm 牵引销离地高度 /mm 推土铲型式 推土铲高 ?宽 / ( mm ? mm ) 推土铲入土深度 /mm 推土铲最大提升高度 /mm 型式 联接三角形高度 /mm 两个下悬挂点之间的距离 /mm 纵拉杆横向移动量 /mm 下悬挂点行程 /mm 下悬挂点距地面的最大高度 /mm 16 , 0 5 . 13 , 0 5 . 14 后置三点悬挂 )类 32 后置, 独立式 540, 720 + 型 ( GB 1592 1989) 34 350 , 75 固定式直铲 850 ? 2 462 ? 290 ? 625 铰链杠杆式, 三点悬挂 610 870 , 100 600 960

4 结束语
东方红- C502是国内首次开发的中小功率半刚性履带拖拉机, 具 有良好的变型能力, 该机经过国家拖 拉机质量监督 检验中心检验, 明 显表现出了可靠性高、 动力性强、 作业效率高、 油耗低、 噪声低的优点, 各项指标均达到了设计任务书的要求, 符合有关国家标准的规 定。目 前, 东方红- C502拖拉机已经通过河南省科技厅鉴定并开始出口。 参考文献:
[ 1] 机械工业部洛阳拖拉机研究所. 拖拉机设计手册 [M ] . 北京: 机械工业出 版社, 1994 . ( 编辑 姜洪君 )

( 上接第 102页 )
线可相对 独立完成, 可忽 略其对平衡率 的影响, 故将其略 去, 所以采 取平衡措施后实际测得的各个工序作业时间如表 1所示。
表 1 各工序作业时间表 T ab. 1 Ope ra ti g T m e o f Each Process n i 工 位 时间 / s 67 74 64 66 70 85 ?轴压装 (轴压装 )轴压装 ?轴压装 + 轴压装 半轴套管压装

均生产近 400台, 有利地支 持了小型 拖拉机整 车产量猛 增的大 好生 产局面, 进而为公司抓住市场机遇奠定了基础。

3 结论
本文研究和分析了在拖拉机变速器生产线中平衡工序 节拍的应 用, 工序节拍平衡是影响整条 生产线能 力的关键 问题。提出了 基于 平衡的生产线节拍确定方法。平衡工序的作用是用来修正 工序内容 的饱满度, 提高生产线的平衡率, 进而开发生产线的生产 能力。通过 变速器轴承对压装配线试验运行, 效果良好。 参考文献:

由公式 ( 1 )得 各工序的时间总和 426 生产线平衡率 = ? 100% = = 83 5 . % 人或机器的数目 ? C. T 6 ? 85 一般情况下, 当生产线的平衡率在 70% ~ 85 之间的时候, 对生 % 产线的管控基本上是在科学管理的原则下进 行的 [ 5] , 可见经 过生产 线节拍确定及工序均衡后解决 了一些深 层次问题, 收到了好 的管理 效果, 基本上实现了科学管理生产。 在对生产线进行了一系列 的优化改 进后, 班产能 力有了很 大的 提高。没改进前, 当日产需求超过 240台时, 基本就是无 限制的延长 工作时间来完成生产任务, 生产旺季压力几乎难于承受; 改进后生产 线的生产能力大幅度提高, 该装配线 在 2006 年的 9 10 月份生 产旺 , 季时公司采用 8 + 4 h 的生 产组 织 方式 , 月产 量达 到 了 11 000台 , 日

[ 1] [ 2]

刘惟信. 汽车设计 [M ]. 北京: 清华大学出版社, 2001 . 陈万辉. 4G 1发动机装试线均衡工序节拍研究 [ D ]. 哈尔 滨: 哈尔 滨工程 大学, 2004 . 威廉 J史蒂文森. 生产与运作管理 [ M ]. 张群, 张杰, 译. 北京: 机械 工业 出版社, 2000 . 刘再兴. 生产布局学原理 [M ]. 北京: 中国人民大学出版社, 1984 . MODEN Y. T oyota Produc tion Sy stem s[ M ] . 2nded Norcross Industrial En , : g ineering andM anagem en t P ress Institute o f Industrial Eng ineers 1993 159 , , : ~ 179 . ( 编辑 姜洪君 )

[ 3] [ 4] [ 5]

作者简介: 马洪新 ( 1968- ), 男, 山东省德州市人, 副教授, 硕士, 研究方向为机 械制造及自动化。

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