宋玉奇 孙玥玥

摘 要：介绍了应用于客车转向架组装流水线的节拍设计过程，分析了技术经济性和运用成效。

关键词：客车转向架;流水线;节拍;成本;经济

随着轨道交通行业的快速发展，城轨转向架的生产方式由粗放型的集中式生产逐渐向节拍化流水线生产转变，如何设计出既能适应大批量、多品种生产要求，又可以合理利用资源、节约成本的生产节拍，是摆在工艺设计人员面前的首要课题。

生产节拍（Cycle Time，CT）是指生产出连续两件成品的时间差。是流水线生产效率的重要指标，生产节拍的制定和工作站数目的多少有之间关系，二者的确定又直接影响单位时间的产品生产率。因此如何找到一种合理的生产节拍计算方法是我们需要认真研究的。在这里我们采用一种通用的计算方法来设计转向架组装流水线的节拍：

1 单台相关制造成本计算[1]

为便于比较分析，在相关产品核算上采用了单台相关制造成本核算。计算产品单台相关制造成本的过程如下。

（1）预测产品的生命周期。根据设备一次性投入成本，计算设备的折旧分摊费H为：

H=ZR/D （1）

其中，ZR为设备工具投入费用（元）;D为设备和工具的折旧月份标准（月）。

（2）参照当地标准及企业的标准给出每小时的人力成本C（元/h）。企业标准的每日工作时数为F、每月标准工作天数为S。

（3）流水线上产品的制造成本由2部分组成：第1部分为固定成本A（元/月），不管工作站数量的多少，这些费用都是要发生的，且固定不变;第2部分为变化成本Bj（元/月），j∈[1，2，3，…，Smax]，其值随着工作站数量的多少而变化。其中，j为工作站数目;Smax为工作站数目的最大值。因此在工作站数目不同的前提下，按成本计算步骤第（1）、（2）步，计算出相应的每月制造成本为：

Hj=A+Bj j∈[1，2，3，…，Smax] （2）

而單台设备成本zj为：

hj=Hj×CTj/3 600×Z×S

j∈[1，2，3，…，Smax] （3）

（4）计算单台平衡率损失费用lj为：

lj=（1-bj）×CTj×j×y×C/3 600

j∈[1，2，3，…，Smax] （4）

其中，bj为工作站数目为j时线平衡率;CTj为工作站数目为j时的生产节拍（s）;y为产品良率，通常由产品工程师根据实际情况确定此标准值。

（5）计算单台人员薪资费用sj为：

sj=C×P×CTj3 600 j∈[1，2，3，…，Smax]（5）

其中，P为编制人数（人），单台相关制造成本cj为：

cj=zj+lj+sj j∈[1，2，3，…，Smax] （6）

2 最佳生产节拍选择

一般结合供需平衡，以利润最大化为目标进行流水线节拍设计。流水线生产节拍CT初为：

CT初=3 600×y×T初/Q初 （7）

其中，T初为产品生命周期内实际生产时间（h）;Q初为产量（台）。假设CTl为工作站数目为l时的生产节拍，其中l为流水线设计阶段可供选择的工作站数目的下限值。为满足Q初，要求CT初>CTl。市场需求量是一个定值的时候，可以选择不同工作站数目的流水线。为便于比较流水线利用程度不同时的相关制造成本，假设流水线设计阶段的相关制造成本c初j，其计算方式为：

c初j=Z初jQ初+s初j+l初j j∈[1，2，3，…，Smax]（8）

式中，在流水线设计阶段，以产量为Q初、工作站数目为j进行生产时，s初j为每月单台人员薪资费用（元/台）;l初j为每月平衡率损失费用（元/台）;Z初j为每月设备工具折旧分摊费用（元）。流水线设计阶段，以Q初产量进行生产时的利润为：

B初j=Q初×（X-c初j） （9）

其中，X为产品在流水线上的生产增值（元），其中包含流水线生产活动所消耗的成本总和，以及在市场中获得的纯利润。最佳的生产节拍为B初j取最大值时对应的生产节拍。

3 应用分析

以本公司转向架需求情况，需求量Q初为160台，S为每月工作20 d，每天工作8 h，y根据生产实际情况设定为98%。根据公式（7），计算出组装流水线设计阶段节拍CT初为58.8 min，为满足每月160台，要求CT初>CTl，其中l为组装流水线在该阶段可供选择的台位数目的下限值，故l=2。根据转向架制造成本和工序要求，台位数最多可为20。根据公式（8）、（9）计算需求量为160时，不同台位数目对应的制造成本和相应的利润。计算结果显示6台位满足本条组装流水线节拍需求并能够有较高的利润，故本条流水线选择6台位，节拍时间为1小时。

4 技术经济评价

通过流水线节拍设计，显著提高了生产效率，达到了节拍清晰，产能提升的目的。组装流水线节拍设计效果可以用流水线效率指标来衡量，计算公式如下：

E={T/（S*R）}*100%

其中：E为流水线效率，T为流水线各工序作业时间之和，S为流水线实际工作场地数，R为流水线实际生产节拍[2]。

根据生产写实，传统工作方式各工序时间总和为2小时，1天工作8小时，时间利用系数为0.9，生产线最大日产量为4台转向架，设计工位为2个，各工序时间不均衡，有的工序时间为1小时左右，有的工序只有半小时。工序负荷率最高位90%，最低为30%，根据计算得出效率仅为50%。

节拍优化后，各工序时间总和为6小时，一天工作8小时，工序负荷率最高为94%，最低为75%，根据计算得出效率为85.7%。生产节拍为1小时，单班日产量8台。

通过计算我们看到，通过节拍设计，转向架组装流水线在生产线完成产品所有装配工序，各工位划分更合理，减少了大量辅助时间，有效作业时间占比大幅提升，产量大幅提升。

经过一段时间的运用，生产节拍实施后所取得的成效非常明显，数据对比见表1。

5 结束语

综上所述，应用该设计方法计算出的转向架组装流水线节拍能够显著提高生产效率，在有限生产条件下大幅度提高产能，是一种行之有效的节拍设计方法，在轨道交通乃至其它制造业领域均具有广泛的应用和推广价值。

参考文献：

[1]葛安华，等.基于市场需求变化的流水线最佳生产节拍选择[J].工业工程，2011，14（1）：96-100.

[2]吕冬梅.制造业车间生产节拍平衡与物流优化研究[D].合肥工业大学，2006.

[3]吴晓艳.装配生产线平衡的研究[D].上海交通大学，2007.