1、2009年(第31卷)第8期汽车工程Automotive Engineering工业工程在汽车生产线物料上线运送方式优化中的应用研究王宁，徐雯霞(同济大学汽车学院，上海201804)2009160摘要 利用现场IE方法对物料运输时的运输路线、动作、时间等因素进行标准化模拟分析，研究拖车与铲车上线作业时间与运输距离的关系，从而得出不同运输距离情况下拖车与铲车的运输效率。通过某汽车厂的生产线物流规划进行数值演算和验证，结果表明运输距离73m是选择拖车或铲车上线方式的分界线。关键词：工业工程；汽车生产物流；作业时间；运送距离A Study Oil the Application of Industr
2、ial Engineering to the Optimizationof Material Moving and Loading for Automotive ProductionsWang NingXu WenxiaCollege ofAutomotive Engineering，ro,硒i University，Shanghai 201804Abstract A standardized simulation analysis is performed on the route，motion and time of material mov。ing by utilizing on-spo
3、t industrial engineering techniqueThe relationships between operation time and material mov。ing distance for both cases of using hauler and forklift are studied，and hence the material moving efficiencies forboth cases at different moving distances are obtainedThe scheme is applied to the logistic pl
4、an of a production linein an automotive plant，and the results of calculation and verification show that a distance of 73 m is the demarcationof decision making for choosing hauler or forkliftKeywords：industry engineering；automotive production logistics；operation time；moving distance刖舌随着全球制造和信息技术的发展应
5、用，个性化消费需求日益明显，汽车生产向多品种、小批量方向发展的趋势越来越明确。由于整车价格的不断下降以及原材料价格的上涨，导致汽车制造业越来越重视生产物流的精益化。汽车生产过程的柔性化、交货周期短捷化、产品成本低廉化，已经成为提升汽车产品市场竞争力的重要内容。2 J。从汽车的生产工艺特性来看，生产物流是生产所需物料(原材料、辅助材料、零配件、在制品、成品)经历生产系统各个生产工序阶段全部运动过程形成的。汽车生产过程表现为物料在不停的流动过程中，空间上和时间上的连续性也就成为生产物流的管理范围。4】，汽车生产物流要求生产环节在空间布置上合理，每个工序的生产能力要保证比例协调、紧凑，在短期时点上保
6、持同一生产速度，不能出现时紧时松的情况，在时间上尽量减少物料的等待时间。在生产线物流规划的过程中，由于上线物流量非常大，占用和消耗大量资源，采用铲车、拖车不同的物料运送方式则运输效率不同，并且涉及物流设备的购置及人员的安排，直接关系到汽车产品的生产成本，从而直接影响汽车产品的竞争力，所以对生产物流的优化分析必须考虑汽车的生产因素p。1。奉上海市自然科学基金项目(07zrl4120)、同济大学青年优秀人才培养行动计划项目(1700219043)资助。原稿收到日期为2008年12月11日，修改稿收到日期为2009年2月23日。万方数据汽车美容类型（一） 汽 车 /用 品 配 件 /改 装 摩 托汽
7、车美容之车表护理：无水洗车、泡沫精无水洗车 htp:/ l致洗车、全自动电脑洗车、中性环保蜡水精细洗车， 底盘清洗 ， 漆面圬渍处理 、 漆面飞漆处理 、 新车开蜡 、氧化层去除、漆面封蜡、漆面划痕处理、抛光翻新、 金属件增亮、轮胎增亮防滑、玻璃抛光、轮毂清洁处理、外饰条清洗、发动机外部美容、划痕快速修复、 汽车漆表的沥青、焦油的去处、顶蓬去污翻新处理、 汽车玻璃防雨防雾处理 htp:/ l汽车美容之内饰翻新 ： 顶棚清洗 、 车门衬板清洗 、仪表盘清洗护理、桃木清洗、丝绒清洗、地毯除臭、 塑料内饰清洗护理、真皮座椅清洗、全车皮革养护、全车桑拿、空调风口清洗、座套坐垫清洗、行李箱清 洁护理、全
8、车吸尘处理 汽车美容之高级美容：漆面封釉、漆面镀膜 、 汽车桑拿、底盘装甲、臭氧消毒、划痕修复、专业真皮 修护 、 内室干洗等 。 htp:/ l汽车美容类型 （ 二 ） htp:/ l现代汽车美容服务大体上可分为车身美容、内部美容、漆面处理、汽车防护和汽车精品等几部分。 1.车身美容 htp:/ l车身美容主要包括高压洗车 ， 除锈 、 去除沥青 、焦油等污物 ， 上蜡增艳与镜面处理 ， 新车开蜡 ， 钢圈 、轮胎、保险杠翻新与底盘防腐涂胶处理等项目。经常洗车可以清除车表尘土、酸雨、沥青等污染物，防止 漆面及其他车身部件受到腐蚀和损害。适时打蜡不但 能给车身带来光彩亮丽的效果，而且多功能的车
9、蜡能 够无微不至地呵护爱车，可以防紫外线、防酸雨、抗 高温及防静电。 htp:/ l2.内部美容htp:/ l内部美容主要分为车内美容、发动机美容、行李箱清洁等内容。其中车内美容包括仪表台、顶棚、 地毯 、 脚垫 、 座椅 、 座套 、 车门衬里的吸尘清洁保护 ，以及蒸汽杀菌 、 冷暖风口除臭 、 车内空气净化等项目 。发动机美容则包括发动机冲洗清洁、喷上光保护剂、做翻新处理 、 三滤清洁 (指的是燃油滤清器 、 机油滤清器、空气滤清器 )等项目。3.漆面处理 htp:/ l漆面处理服务项目可分为氧化膜处理、飞漆处理、酸雨处理、漆面划痕处理、漆面破损处理及整车 喷漆。漆面处理不仅能使爱车永保
10、“青春 ”。还能复原您不慎造成的划痕及破损。更好地保护车身，使汽车 保值。 htp:/ l4.汽车防护汽车防护的项目包括贴防爆太阳膜 、 安装防盗器 、安装静电放电器、安装汽车语音报警装置等。汽车防 护虽然对汽车的美观不产生直接影响，但却能很好地呵护爱车。 htp:/ l5.汽车精品汽车精品是汽车美容的点睛之处，也是一种汽车生活文化的体现，它致力于把汽车营造成一个流动的生活空间，诸如车用香水、蜡掸、护目镜、把套、坐 垫等。汽车精品带给人们的是一种贴身的关怀。 htp:/ l一分功夫一分精彩。美丽的背后绝不仅仅是追逐时尚的冲动，更多的是对另一种物质文化的把握。 htp:/ l2009(V0131
11、)No8 王宁，等：工业工程在汽车生产线物料上线运送方式优化中的应用研究 783但目前许多研究和规划都是根据经验进行定性分析，还缺乏对两种运送方式作业效率定量研究【7。9 J，所以作者根据精益生产的理念采用工业工程的分析方法，研究其作业时间与上线运送距离的关系，得出不同运送距离下不同方式的作业效率，从而选择合适的物料上线运送方式。1 汽车装配物料上线方法伴随着人们对汽车产品的个性化消费以及产品生命周期的缩短，汽车生产厂的汽车产品多品种小批量需求成为一种明显的趋势，这就需要一种能够进行多品种混合装配的流水线。混流装配线(mixedmodel assembly line，MMAL)有时也特指混合车
12、型组装线，指在一定时间内，在一条生产线上生产出多种不同型号的产品(同一产品族)，既可为同一种产品提供不同的配置，又可在同一时期根据不同的消费需求生产不同的车型0|。 一般而言，整车生产被分为4大工艺：冲压、焊接、涂装、总装。轿车主要由车身、底盘、发动机和电器设备4大部分组成，其装配特点是以车身为装配基体，经焊装及涂装后进入总装车间。承担多种车型装配任务的轿车总装流水线一般由几十个工位和连接这些工位的传动装置组成，主要有底盘线、内饰线、合装线、门分装线及动力总成分装线等5部分。总装配作业过程主要以零部件的安装、紧固为主；其次是联接、压装和加注冷却液、制动液等液体，以及整车质量检测等工序。总装线上
13、的基本单元是工位，工位地址提供物料运送的位置，安排人员并提供服务，同时安排工具和设备。流水线传动装置以一定速度移动，各工位上的作业时间应满足一定的节拍要求，以免某些工位的作业堆积而某些工位又形成工时流失。作业分配量按工位同期化，即要求工位能力均衡，作业时间均衡；产品按一定的速度移动，在移动中装配；线上全体员工同时作业；产品按合理化直线路径向完成方向移动。在总装车间，由于装备不同、品种不同，经常在相同的工位上装配到车身上的零件是不同的，甚至装配时间也不同，为了使每一种不同的产品在规定工位上能完成规定零件的安装，不仅须考虑在有限的工位周围场地上零件怎样堆放，使工人在产品到达工位的时候能取得需要安装
14、的零件，而且还须考虑工人装配时间的搭配。例如将装配时间较长的车型和装配时间较短的车型间隔着排序，以平衡装配时I司。由于生产流水线旁的库存空间有限，只能存放少量的零部件，所以需要经常及时补充物料才能保证装配线的正常运转。总装线生产物流的物料上线要求把所需的物料及时准确地送到所需的装配工位上。车间的面积、物料场地和物流通道不可能有很大的变化。为了实现混线的有序生产，在选择工艺生产模式上采用模块化生产方式即总成供货方式，并采用与实际需求相适应的物料配送方式【l卜13 J。目前轿车总装线上物料分类和配送方法可大致分为：直接上线、大箱换小箱、补料、排序、台套供应等。上线运送的主要运输工具是拖车和铲车。拖
15、车是一种较新型的运输工具，每个托盘可以放置一物料箱，每辆车后拖挂的托盘数量也可根据每条生产线的生产节拍和人工等因素有所增减。托盘数量原则上不宜过多，否则不易转弯，增加工人操作难度。拖车没有铲子，因而较为安全，也不会造成地面损坏；操作时噪声小，可以给工人创造一个相对舒适的工作环境；比铲车更经济便宜，减少企业前期投入成本；托盘车具有一定高度，工人操作时可减少弯腰的程度，相对改善了人机工程性。不过拖车对料箱的要求较高，因为托盘的面积有限，当料箱的尺寸过大超出托盘时，将无法使用拖车运输。铲车是物料搬运设备较为常见的传统搬运工具。操作时工人根据料箱的大小不同，可调节铲子，并利用铲子的高低变化进行铲起和放
16、下料箱，以达到运送的目的。铲车虽然在实际生产中运用时间较长，具有短距离运输时速度快和无需辅助工具的优点。但是在实际操作时，工人需要调节铲子的高低，铲起料箱时需要对准铲起部位，增加了工人的劳动强度和难度；并且铲子也容易碰伤人员，不够安全；容易弄坏地面；人机工程性差。2汽车生产物流物料上线运送方式分析现场IE(industry engineering)是工业工程用于生产作业现场系统分析的简称。它是运用系统论的思想、工程分析的方法和现场管理手段，通过对现场的人(管理者，操纵者)、机(设备，工装与计量器具)、物料(原材料，在制品，半成品)、法(工艺规程，规章制度)、信(原始记录，指令等各种信息)和环(
17、工作环境)等生产要素进行合理调配和优化组合，以及通过计划、组织、协调与控制，使整个生产物流过程达到良好的运行状态，从而实现赢利、效率、效万方数据784 汽车工程 2009年(第3l卷)第8期益、适宜性、责任、质量、产品与服务的连续改善。为了达到物流作业效率最高、作业时间最短等目的，在对生产物流进行前期规划时，还需要对物料运输的作业内容、时间、动作、方法进行标准化研究。利用现场IE技术结合现有机械设备、人以及管理现状，对物流作业的内容进行分析，对物流作业时间进行观测，对整个作业过程作业人员的眼、手以及身体的动作进行分解研究，消除因无用的内容、时间、动作导致的浪费，从而找到改善的亮点，最终确立一个
18、经济、快捷高效的动作顺序组合，实现可能达到的最高水准的作业方法，使作业人员在正确标准的作业方法动作下进行物流作业。在进行分析时需要注意从工人操作的角度来看待问题，动作要能自然并最大限度减少无谓的动作；工人的动作流畅是核心，围绕工人操作流程设计其他设备和辅助生产装置；消除浪费是关键，可以通过使用“一个”工人模拟做完操作来检验流畅性和浪费。通常的分析方法为：把一个完整的产品分解为部件，把工作拆分为一系列动作元素，根据计划生产节拍，尽量消除动作与动作间的浪费，调整动作元素，进一步分解，合并组合出合理的操作单元。在此过程中须注意：尽量使用“单点触发”的自动操作，尽量做到“做完走开”的操作(无需人监控观
19、察)，先不考虑全自动的工序，尽量把操作整合到一个流程里(如确实无法整合的操作则单列出去)，不考虑走路或等待的时间。一般一个操作单元，即一个设计出的工位的操作时间为计划生产节拍的80一85。据此可以设计出工位的功能以及节拍时间，原则上自动工艺程序时间应该更快，以便消除工人的等待时间，同时应尽量分解设备，使得功能单一化、易换型、易维护、稳定和廉价。3 物料上线运送工艺流程分析目前汽车生产物流物料上线采取的主要是拖车上线(图1)或铲车上线(图2)两种方式。拖车上线主要分为两大步骤：先由铲车把料箱装到拖车上，再由拖车运送到生产线旁。铲车上线步骤：铲车工人按照看板指示把满料箱送到线上，最后把换回的空料箱
20、送回堆放区。根据现场IE方法，拖车上线物流活动标准化分解为2个步骤。(1)把料箱装到拖车上 工人通过看板上的指示用铲车拿取满料箱，然后把它装到拖车上并把换圈圃手=手“手苛 通道囹圃手苛“手奇 回国园圃囤物 ，蚂县县龇一銮流堆放 区 固固固回固通道图1拖车上线运送方式圃圈 通道圈圈 园圃的圆圆物 r一 、流 、国当髓 囊堆放 线区 醴囵固回国通道图2铲车上线运送方式下的空箱放回空箱堆放区。工艺流程标准化分解为：拿起看板、依照看板确认库房、驶向堆放区、确认库房、铲起大料箱、到托盘车边、放大料箱到托盘车上、贴看板标识在车上、上车、驶向空箱小车、铲起空箱、驶向空箱场地、放下空箱。(2)拖车送货到线旁拖
21、车驶向生产线，在驶到指定工位后，先脱开满箱，把满箱放到线上。要运回的空箱先暂时放在原处，等一辆拖车上的满箱全运送到线上后，在返回时沿途把暂放的空箱依次挂回拖车，最后拖车把空箱运回堆放区。工艺流程标准化分解为：驶向空箱堆放区、放下拖车上的空箱、上车+下车、驶向满箱堆放区、满箱挂上、上车+下车、走到满箱、驶向道路、驶向生产线、上车+下车、满料箱脱挂、放满料箱到线上、驶向生产线、取出空箱、放空箱到拖车上、上车+下车、走到空箱、驶向大料箱拖车车站。铲车1-_线从工人拿到看板起，按照看板指示把满料箱送到线上，最后把换回的空料箱送回堆放区后整个行程结束。工艺流程标准化分解为：拿起看板、通过看板确认仓库、驶
22、向堆放区、确认仓库、铲起大料箱、下铲车、贴看板标识在车上、驶向道路、放下满箱、驶向空箱、拿起空箱、开到外面、放下空箱、驶向满箱、拿起满箱、驶向生产线、从车上放下、拿起空箱、驶向堆放区、放下空箱。在掌握用拖车或铲车进行运输时所需的动作步万方数据2009(V0131)No8 王宁，等：工业工程在汽车生产线物料上线运送方式优化中的应用研究 785骤的情况下，对每个动作所需时间由标准时间单元(TMU)计算(见表1、表2和表3)。其中TMU的数值根据现场IE方法由生产物流规划部门计算分析得出；在此基础上对搬运的料箱数、动作次数等进行分析，最后得出用拖车或铲车搬运每个料箱所需要的时间。时间箱=每个动作的时
23、间(min)动作次数(或距离)(搬运料箱数过程部分) (1)由于相应的时间箱的数值随距离X的不同会发生变化，所以其初始值均是X=0时搬运每个料箱所需要的时间。由此可以得出从堆放区到生产线的距离是自变量x，根据距离的远近得到的搬运每箱料箱所需要的时间就是应变量l，。从而得到拖车和铲车的经济适用性曲线为Y=o+扳 (2)式中n与b值通过时间箱的计算得到。通过这2种曲线的走向可得到2种上线方式运输工具作业效率随距离变化的特征，从而针对不同的情况选择不同的运送方式，有效地降低了物流运作成本。表1拖车上线步骤l：运送过程模拟过程 动作 TMU 时lhJmin 距离m 次数次 搬运料箱数 过程部分 时间箱
24、(min箱)1 拿起看板 60 0033 3 l 5 l O006 72 依照看板确认库房 2lO 0116 5 1 l l O116 53 驶向堆放区 23 0012 8 20 1 l 0255 24 确认库房 2lO 0116 5 1 l l O116 55 铲起大料箱 390 O216 4 1 1 l O216 46 到托盘车边 23 0012 8 20 1 l 0255 27 放大料箱到托楹车卜 390 0216 4 l l l O216 48 在车上贴看板标识 120 O066 6 l l 1 O066 69 卜车 320 O177 5 l 4 l 0044 4lO 驶向空箱小车 2
25、3 0012 8 20 l l l 0255 211 铲起空箱 390 O216 4 l 1 l O216 412 驶向卒箱场地 23 O012 8 20 l l l 0255 213 放卜空箱 390 O216 4 1 l 1 O216 4结果 2236 9表2拖车上线步骤2：运送过程模拟过程 动作 TMU Ij,lhlmin 距离m 次数次 搬运料箱数 过程部分 时II】箱(rain箱)l 驶向卒箱堆放区 23 O012 8 10 4 O5 0015 92 放卜J拖车上的空箱 220 O122 l 4 4 l O122 l3 上车+下车 320 0177 5 l 4 l 0044 44 驶
26、向满箱堆放区 23 O012 8 10 4 1 O03l 95 满箱挂卜 350 0194 2 4 4 1 0194 26 上车+下车 320 O177 5 l 4 1 0044 47 走到满箱 50 0027 7 2 1 l l 0055 48 驶向道路 23 O012 8 X 4 1 0Ooo O9 驶向乍产线 23 OO】2 8 10 1 l 1 O127 610 上车+下车 320 0177 5 l l l O177 5ll 满料箱脱挂 220 0122 l l l l 0122 l12 放满料箱到线上 700 0388 3 1 l l 0388 313 驶向生产线 23 O012 8
27、 10 1 1 l O127 614 取出空箱 700 0388 3 l l l 0388 315 放窄箱到拖车上 350 O194 2 1 l l 0194 216 上车+r车 320 O177 5 l l 1 0177 517 走到窄箱 50 O027 7 200 1oo l l 0055 418 驶向大料箱拖车车站 23 O012 8 X 4 1 0000 0结果 2266 8万方数据786 汽车工程 2009年(第3l卷)第8期表3铲车上线运送过程模拟过程 动作 TMU 时间min 距离m 次数次 搬运料箱数 过程部分 时|HJ箱(rain箱)l 拿起看板 60 0033 3 l 5
28、1 0006 72 通过看板确认仓库 2lO 0116 5 1 1 l O116 53 驶向堆放区 23 O012 8 30 1 l 0382 84 确认仓库 210 O116 5 l l l O116 55 铲起大料箱 390 O216 4 l l 1 O216 46 F铲车 320 O177 5 1 1 1 0177 57 贴看板标识在车上 120 O066 6 1 l l O066 68 驶向道路 23 O012 8 X l 1 OooO O放卜满箱 390 O216 4 l l l O216 4驶向窄箱 23 O012 8 10 1 1 O127 6拿起空箱 390 O216 4 1
29、l l O216 4丌到外面 23 O012 8 10 l 1 O127 69 放卜空箱 390 O216 4 l 1 l O216 4驶向满箱 23 O012 8 10 1 l 0127 6拿起满箱 390 O216 4 l 1 l 0216 4驶向生产线 23 0012 8 lO 1 l O127 6从车卜放F 390 0216 4 1 l l O216 410 拿起李箱 390 02】6 4 l l l O216 4ll 驶向堆放区 23 O012 8 X l l O000 O12 放下守箱 390 0216 4 I l 1 O216 4结果 3107 94实例分析41生产线介绍某汽车厂
30、根据市场的需求扩大产能，于2008年建造一条新的总装流水线，即二号生产线。此生产线的生产节拍与一号线相同，为每小时生产25辆车(JPH=25)。二号生产线将会实现在同一号生产线上同时混线生产3种不同车型和品种的汽车(OCTAVIA，MODELL S，MODELL K)。二号线的每个工位长为6m，宽为8m。每个工位中间的装配区宽为175m，两侧的物流区宽为22m。装配区是工人进行流水线装配的地方，物流区则用于放置物料。相比一号线，二号线的物流区进行了一定程度的拓宽。由于面积的限制，一号线的物流区每种料箱只能放置1箱，在二号线的设计中考虑到了这一点，加宽了物流区的面积，使得线上每种料箱可以放置2箱
31、，实现空箱和满箱的交替，从而减少料箱运送的次数，降低成本。在实际规划中结合产品的工艺流程，结合不同工位的物料需求就近布置相应的物流区，但由于运送距离的远近不同，应该如何选择相应的上线运送方式还有待于定量计算分析。42运送效率经济性分析(1)拖车上线方式包括2个步骤：料箱装到拖车上，拖车送货到线旁。每个动作的作业内容和时间标准化分解过程见表1和表2。铲车上线方式：具体过程见表3。43结果分析根据式(1)、式(2)与表l、表2、表3的数据进行拟合分析可以计算得出拖车的距离一时问关系为Y=4503 7+0006 4X (3)铲车的距离一时问关系为Y=3107 9+0025 6X (4)由式(3)和式
32、(4)联合求解可得X=73m时相交(图3)。图3拖车一铲车上线运送效率经济性分析曲线此时搬运每箱料箱所需要的时问约为45min。所以当从物流堆放区到生产线的距离X73m，使用拖车则较为经济。当距离X=73m时，因拖车较铲车而言具有安全、无噪声、购置成本低、人机工程性能较优的特点，原则上倾向于使用拖车的运输万方数据2009(V0131)No8 王宁，等：工业工程在汽车生产线物料上线运送方式优化中的应用研究 787方式。在二号生产线中，一工段的生产线与物流区之间的距离X=120m，远大于交点处X=73m的距离，所以规划时决定使用拖车的运输方式。而二工段的生产线离物流区较近，距离X=50m，因此计划
33、使用铲车的运输方式。另外有些零件，所需要的料箱尺寸较大，不能使用拖车进行运输，规划时应尽可能把这些零件的装配工序安排在同一工段，并且所处工段要尽可能靠近物流区，充分利用铲车短距离运输时灵活经济的优点。5 结论混线生产成为汽车生产的普遍趋势，为了最大限度地减少物流输送量，有效地降低生产物流成本。作者利用现场IE方法对物料运输时的运输路线、动作、时间等因素进行标准化模拟分析，研究拖车与铲车上线作业时间与运输距离的关系，从而得出不同的运输距离情况下拖车与铲车的运输效率的高低。对汽车生产物流规划过程中选择一种较经济的上线运送方式，甚至根据所得的经验公式，适当调整车间布局，优化物流结构。参考文献1Ric
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