桥梁球型支座生产线作业单元产线平衡探讨_柳胜.pdf

高速铁路新材料Advanced Materials of High Speed Railway第 2 卷 第 2 期2 0 2 3 年 4 月Vol.2 No.2April 2 0 2 3桥梁球型支座生产线作业单元产线平衡探讨柳胜，赵连刚，黎明智，梁旭，何巍（中船双瑞（洛阳）特种装备股份有限公司 武汉分公司，武汉 430084）摘要：根据桥梁球型支座的结构特点和生产工艺流程，采用精益生产理念对桥梁球型支座生产线动作和时间进行探讨，结合桥梁球型支座生产线时间研究表，通过去除非增值作业、消除瓶颈工序以及优化重组作业内容等方式基本实现了桥梁球型支座各作业单元的产线平衡，达到生产线少人化、效率最大化的目的，提高了桥梁球型支座生产线的效率和作业连贯性。关键词：桥梁球型支座；产线平衡；精益生产中图分类号：U443.36 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.2097-0846.2023.02.012桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件，是实现桥梁位移和转动、关系桥梁安全的重要装备。桥梁支座按照结构形式可分为：弧形支座、摇轴支座、辊轴支座、板式橡胶支座、四氟板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球型支座等。其中，球型支座具有传力效果好、水平位移量大、转动灵活、施工方便等优点，广泛应用于我国铁路桥梁中。目前，常规球型支座的市场需求量较大，为保证生产效率和产品质量，支座生产厂家一般建造专用生产线用于生产桥梁球型支座。桥梁球型支座生产线一般按除油/除水、抛丸、焊接、喷漆、烘干、装配等工艺流程进行生产，由于现有的桥梁球型支座生产线采用传统工艺流程布局，严重影响生产线节拍的稳定和产能的提高，在生产过程中不可避免地产生了人员、时间、库存的浪费1。因此有必要采用精益生产理念2对桥梁球型支座生产线进行动作和时间研究，同时优化桥梁球型支座生产线工艺流程，以期达到桥梁球型支座各作业单元产线平衡、降低生产成本、提高生产效率的目的。1 桥梁球型支座的结构及工艺流程 1.1桥梁球型支座的结构桥梁球型支座根据结构形式分为固定型、单向型、多向型，根据竖向承载力可从1 000 kN到100 000 kN，超大吨位还可特殊设计。如图1所示，单向球型支座主要由上支座板组件、密封环、平面滑板、下支座板、球冠组件、球面滑板、锚栓组件、导向滑板、连接钢板、防尘围板、标识（铭牌、指针、刻度尺）等部分组成3-4，可适应梁体的单向水平位移和转动。固定球型支座限制梁体的水平位移，多向球型支座可实现梁体水平双向位移，其结构构造略有差异，但生产流程及工艺基本一致。本文以5 000 kN桥梁球型支座为研究对象开展支座生产线产线平衡相关问题的探讨。图1单向球型支座结构示意图文章编号：2097-0846（2023）02006405收稿日期：20221106；修回日期：20230129第一作者：柳胜（1987），男，高级工程师，硕士。E-mail：第 2 期柳胜等：桥梁球型支座生产线作业单元产线平衡探讨1.2桥梁球型支座工艺流程桥梁球型支座生产线集除油、抛丸、焊接、喷漆、烘干、装配于一体5，可分为4大区域：（1）前处理区，包括上件、除油/除水、抛丸等工序；（2）焊接区，主要工序为不锈钢焊接；（3）涂装区，包括预加热、调漆、喷涂、流平、烘干、冷却等工序；（4）装配区，包括下件、装配、包装等工序。桥梁球型支座生产线工艺流程为：上件除油/除水抛丸清理、吹灰不锈钢板焊接上线预热喷底漆流平底漆烘干强冷喷中间漆流平中间漆烘干强冷打磨喷面漆流平面漆烘干强冷下件装配包装。2 生产线动作和时间研究 根据桥梁球型支座生产工艺，对5 000 kN球型支座生产线各作业单元的动作和时间进行分析，旨在收集和分析各作业单元当前生产产品的时间现状，形成单向球型支座生产线时间研究表，见表1。为实现产线平衡，提高生产效率，需要对表 1中的非增值作业（不产生效益、非必要的额外作业）进行区分，便于平衡表1单向球型支座生产线时间研究表生产区域前处理区焊接区涂装区合计作业单元1234567891011121314151617181920212223242526作业内容走动、寻找防护螺钉零件防护走动、寻找零件零件上辊道线零件除油/除水零件抛丸零件除尘零件清砂分流走动、寻找不锈钢板不锈钢板定位焊平面不锈钢板焊接平面不锈钢条焊接走动、寻找球面不锈钢板球面不锈钢板定位球面不锈钢板焊接焊后处理及防护零件上悬挂线零件打磨除锈底漆喷涂1底漆喷涂2流平烘干强冷中间漆喷涂1中间漆喷涂2流平作业时间平均值/s30.0150.074.249.0300.0480.0120.075.028.0154.0151.6154.428.083.2150.052.059.852.051.851.4600.04 320.0720.049.649.2600.0人数1112211111111生产区域涂装区装配区作业单元27282930313233343536373839404142434445464748495051作业内容烘干强冷中间漆抛光1中间漆抛光2面漆喷涂1面漆喷涂2流平烘干强冷工件清理零件下悬挂线零件攻丝走动、寻找耐磨条和连接板耐磨条和连接板安装走动、寻找密封环、球面耐磨板、刻度尺密封环、球面耐磨板、刻度尺安装球冠吊装于下支座板上球冠安装（5 t压力）走动、寻找平面耐磨板平面耐磨板安装上支座板安装连接板固定调平支座下线防尘围板安装支座打包作业时间平均值/s4 320.0720.048.648.852.452.6600.04 320.0720.051.051.452.050.090.056.4156.047.8154.0112.0104.056.8153.4151.2151.4153.621 106.6人数111111111111111131注：“”表示设备自动完成，根据生产需要调节链速即可。65高速铁路新材料第 2 卷优化，研究发现作业单元1、3、9、13、18、38、39、41、45的作业内容为走动、寻找材料、配件等，将此9项划分为非增值作业。3 作业单元的产线平衡 3.1去除非增值作业任何涉及走动、寻找、交付等非增值作业的过程都需从时间研究表中去除，因此剔除表1中9项非增值作业内容后，作业内容由51项变为42项，表2给出了每一个非增值作业内容被剔除的原因。这些非增值作业内容被剔除后，桥梁球型支座生产线从作业开始到结束，整个过程全部按增值作业流动，避免了生产过程中等待、多余动作和搬运的时间浪费。3.2依据节拍的产线平衡3.2.1生产线的节拍节拍时间6是产线平衡研究中的一个非常重要的参数，节拍时间是指单个作业单元或者工序对应的生产完成时间，用于平衡作业人员的工作负荷量。根据支座产能和生产线现状，5 000 kN桥梁球型支座的节拍见表3。3.2.2瓶颈工序的消除桥梁球型支座主要由上支座板、球冠、下支座板组成。由表3可知，桥梁球型支座的生产节拍为150.0 s/套，从作业内容分析，焊接区和装配区不存在重复作业，其生产节拍为150.0 s/套；而在前处理区和涂装区，上支座板、球冠、下支座板只能依次上线作业，为保证前后区域节拍一致，则在前处理区和涂装区，生产节拍为150.0 s/3件=50.0 s/件。分析表1可以发现整条生产线存在2个瓶颈工序：（1）表1中作业单元2零件防护时间为150.0 s，远大于节拍 50.0 s/件。因此需在生产线开机前提前完成作业单元2的作业内容，使防护好的工件作为配套件直接进行生产，消除该瓶颈，避免生产过程中等待时间。（2）表1中作业单元17工件上悬挂线时间为59.8 s，大于节拍50.0 s/件，因此通过更换提升机齿轮传动比，升降速度可节省10.0 s，见表4。通过优化确保了涂装生产线节拍的平衡。3.3依据作业内容的产线平衡根据作业内容的难易程度，通过转换作业单元顺序或者重组作业内容使各作业单元更接近节拍时间，以期达到更优的产线平衡方案，产线平衡后的作业单元时间见表5。在焊接区，将表1中作业单元14（球面不锈钢板定位）和作业单元16（焊后处理及防护）合并为表5中作业单元10后，比较接近节拍时间，同时减少1个作业人员。在装配区，将表1中作业单元42（密封环、球面耐磨板、刻度尺安装）提前至表5中作业单元32；表1中作业单元40（耐磨条和连接板安装）和作业单元43（球冠吊装于下支座板上）合并为表5中作业单元33；表1中作业单元46（平面耐磨板安装）和作业单元47（上支座板安装）合并至表5中作业单元35后，较接近节拍时间。经过作业单元顺序转换和作业单元内容优化重组，各工作单元的节拍均控制在 150.0 s左右，各作业单元基本达到了产线平衡的目的，同时作业人数从之前的 31 人减少为 27 人，达到了少人化的目的。表4工件上悬挂线瓶颈工序的消除项目上支座板球冠下支座板提升机行动及挂工件总耗时/s60.052.060.0整改后耗时/s50.042.050.0表35 000 kN桥梁球型支座的节拍指标生产时间产能生产节拍节拍要求7.5 h/d，365 d/a180套/d，年产能6万套150.0 s/套备注去除设备开机、预热等时间一套支座包括上支座板、球冠、下支座板表2非增值作业内容的解释分析作业单元139131838394145作业内容走动、寻找防护螺钉走动、寻找零件走动、寻找不锈钢板走动、寻找球面不锈钢板零件打磨除锈零件攻丝走动、寻找耐磨条和连接板走动、寻找密封环、球面耐磨板、刻度尺走动、寻找平面耐磨板去除原因储存于防护作业单元内储存于上线作业单元内储存于平面不锈钢焊接作业单元内储存于球面不锈钢焊接作业单元内由抛丸保证除锈质量，避免重复打磨作业单元2零件防护时对螺栓孔进行防护，避免对螺纹进行攻丝储存于该装配作业单元内储存于该装配作业单元内储存于该装配作业单元内66第 2 期柳胜等：桥梁球型支座生产线作业单元产线平衡探讨4 结论 采用精益生产理念以5 000 kN桥梁球型支座生产线各作业单元为研究对象，开展了桥梁球型支座生产线作业单元产线平衡研究的探讨，主要结论如下：（1）结合桥梁球型支座的结构和生产工艺，对桥梁球型支座生产线进行了动作和时间研究，形成了桥梁球型支座生产线的作业时间研究表，为生产线作业单元的产线平衡提供了基础数据支撑。（2）依据收集的动作和时间研究表，通过去除非增值作业、消除瓶颈工序以及优化重组作业内容等方式初步实现了桥梁球型支座各作业单元的产线平衡，使整个生产过程全部按增值作业流动，避免了生产过程中等待、多余动作和搬运的时间浪费。（3）通过生产线作业单元的产线平衡研究使现有生产线总人数减少，达到了少人化的目的。平衡后生产线的节拍更均匀稳定，有利于生产效率的提高，同时为其他桥梁支座生产线的生产组织策划及相关生产线的设计提供借鉴。参考文献：1 奥尔蒂斯.单元化生产指南：精益实践者的分步指导 M.黄雷，王满清，译.北京：机械工业出版社，2018.2 朱建军，何沙玮.精益生产与管理 M.北京：科学出版社，2018.3 庄军生.桥梁支座（第四版）M.北京：中国铁道出版社，2015.4 李杨海.公路桥梁支座实用手册 M.北京：人民交通出版社，2009.5 姜川，谢宇蒙，王佳.高铁桥梁支座自动化生产线 J.金属加工（冷加工），2020（3）：66-68.6 蔡啟明，张庆，谢乃明，等.基础工业工程 M.北京：科学出版社，2008.表5平衡后作业单元时间研究表生产区域前处理区焊接区涂装区合计作业单元1234567891011121314151617181920作业内容零件防护零件上辊道线零件除油/除水零件抛丸零件除尘零件清砂分流不锈钢板定位焊平面不锈钢板焊接平面不锈钢条焊接球面不锈钢板定位焊后处理及防护球面不锈钢板焊接零件上悬挂线底漆喷涂1底漆喷涂2流平烘干强冷中间漆喷涂1中间漆喷涂2流平作业时间平均值/s150.049.0300.0480.0120.075.0154.0151.6154.483.252.0150.049.851.851.4600.04 320.0720.049.649.2600.0人数11122111111生产区域