高空作业平台动力电池装配线效率提升

李飞 LI Fei

（山东建筑大学，济南 250101）

0 引言

近年来，制造业企业“用工荒”、招人难日益突出，同时，“用工成本居高不下”也成为制造业企业面临的一大难题[1]，基于此，制造业企业提升生产效率势在必行。

精益生产是目前国内广泛推行的先进生产管理模式，广泛应用于汽车、化工、电子和机械等行业，在降成本和提效率方面效果显著。众多研究者对精益生产在制造业的应用进行了研究。于如月，徐志宏，郭紫雪[2]等运用线平衡的方法对汽车座椅装配线进行优化，产线节拍降低了16%，提升了生产效率，满足了客户需求。邱德元，贾华东[3]等运用ECRS原则对托轮装配线进行线平衡优化，产线节拍下降5min，产能提升45%。庞诗宁[4]变速器总装配线平衡分析与改善中将线平衡方法与数学模型相结合，优化后总装配线的平衡效率由70.77%提升到86.2%。张力，张晓玲，蒋建军[5]等将ECRS原则与启发式算法相结合，对涡轮增压器装配线进行线平衡优化，使装配线的平衡率由49.5%提升到了78.6%，使得劳动强度降低和运行时间最小化，提高了装配线的的作业绩效。徐杰[6]运用ECRS原则对聚乙烯纤维企业牵伸线进行优化，线体平衡率提升了11.58%，年度节约费用28800元。陈淋君[7]、马银忠[7]通过流程与动作分析和线平衡优化，将接触器生产效率提升了36%。李必敏[8]运用5W1H和ECRS原则等工具对S公司编织袋生产线进行优化，生产线平衡率由72.2%提升到88.31%。黄云笑[9]基于线平衡方法，结合ECRS原则对某企业生产线进行优化，实现线平衡率从67.5%提升到91.7%，大大降低了由于工序不平衡导致的浪费，提高了生产线效率并节约了人力成本。赵培杰[10]，降皓鉴[10]通过线平衡改善，实现某车型电动座椅滑轨装配生产线平衡率提高7.5%，投料工时降低87.5%，达到降低生产成本、提高生产效率的目的。

E公司作为新能源行业的一家新兴企业，以储能产品和动力电池产品的研发、销售与生产为主营业务，规划年产能7.2Gwh，目前已投产储能产品和工程机械动力电池产品。本文针对E公司高空作业平台280动力电池（以下简称“高机280PACK”）装配线产能不足的问题进行研究，按照精益生产的“流动”原则，运用“单件流”、ECRS原则和线平衡方法，对高机PACK生产进行流程分析、方法研究、工位细分和作业测定，平衡工位间作业时间，消除等待、动作等浪费，实现生产效率提升。

1 现状分析

1.1 产品介绍

高机280PACK主要构成部分包括箱体、模组、电器件、线束、铜排等，产品结构见图1。

图1 280PACK产品结构示意图

1.2 生产现状及问题分析

1.2.1 生产工艺

高机280PACK装配作业内容主要包括箱体预制、FAKRA连接器安装、高压连接器底座安装、模组吊装与固定、电器件安装、线束绑扎、铜排安装、EOL测试、上盖安装、气密测试和动态测试等，工艺流程见图2。

图2 280PACK装配工艺流程

1.2.2 问题分析

①产能不足：根据年度计划预测，每日产品需求120台，计算出需求节拍（TT）为300s（按每日有效工作时间10h计），由装配线各工位作业时间和人员配置（图3）可知，目前产线实际节拍为425s，单班次（10h）产出85台，无法满足客户需求。②线平衡率低：由图3数据计算可知，装配线平衡率为71%，工位之间不平衡，瓶颈工位（线束绑扎）作业时间长，存在较多等待浪费。③人均效率低：单班次（10h）产出85台，人员配置13人，每人每小时产出（UPPH）为0.65。

图3 改善前各工位作业时间和人员配置图

1.3 改善点分析

①瓶颈工位：工位1作业内容为箱体预制和FAKRA连接器安装，其中箱体预制包括贴底部保温棉、支撑泡棉以及箱体外侧防水标贴等作业内容，连接器安装包括连接器线束整理、连接器固定等作业内容。此工位作业内容多、操作时间长。②作业时间超出需求节拍的其他工位：工位2作业内容为模组吊装、固定和高压连接器安装，其中模组吊装需使用框架吊、电葫芦和吊具工装，需谨慎操作，防止模组与箱体发生碰撞；模组进入箱体后，需将模组四角的长螺钉孔与箱体底部孔位对准，高压连接器底座安装需要使用电动螺丝刀进行紧固。此工位作业内容复杂、用时较长。工位4的作业内容为线束对接、整理与绑扎，共需绑扎20个扎带，数量较多，同时，2名员工操作时存在部分干涉。工位5的作业内容为铝排安装，2人作业，每人安装2个铝排，共安装4个铝排，2人需交叉复检，然后在记录表上记录检验结果，复检和记录结果影响了该工位节拍。工位6的作业内容为EOL测试，人工作业主要是把3根线束分别插接到设备和产品，线束上没有明显的标识进行区分，接线和切换产品类型时需要仔细对比才能区分，此部分操作存在优化空间。工位9的作业内容为动态测试，该设备目前可同时测试6台PACK包，需40分钟才能测试完毕，设备测试能力无法满足需求。

2 方案制定

2.1 改善方法

针对瓶颈工位和作业时间超出需求节拍的工位，基于线平衡方法，应用5W1H分析法[11]对各工位作业内容进行分析，明确改善方向、挖掘改善空间。运用“ECRS”四原则[11]（即“消除、合并、重排、简化”，首先考虑取消该工序，对不能取消的工序再考虑进行合并、重排和简化），以缩短作业时间、提升产线平衡率、效率和产能为目标制定改善方案。

2.2 改善方案

运用5W1H分析法和ECRS四原则对瓶颈工位（工位1）和作业时间超出需求节拍的其他非瓶颈工位（以工位4为例）进行分析、改善，详情见表1和表2。

表1 瓶颈工位分析表

表2 非瓶颈工位分析表（以工位4为例）

经过系统分析与改善，具体改善方案见表3。

表3 280PACK装配线改善方案

3 改善效果

通过对瓶颈工位及其他工位进行作业分析，对瓶颈工位进行作业内容重排、增设工位，对其他工位分别进行了作业内容消除、操作方法简化以及设备能力提升等改善，瓶颈工位即工位1箱体预制作业时间由425s下降至282s，其他改善工位作业时间均下降至需求节拍以下，改善后装配线各工位作业时间和人员配置见图4。

图4 改善后各工位作业时间和人员配置图

方案实施后，无论是从节拍、单班次产能，还是从每人每小时产出（UPPH）和线平衡率等方面各项指标均比之前有了明显改善，如表4所示。

表4 改善前后指标对比

4 结语

本文选择高空作业平台动力电池装配线为研究对象，针对生产过程中存在的线体不平衡、产能不足等问题，运用基础工业工程中的线平衡、ECRS原则等方法，分析产线各工位间不均衡的影响因素，并制定针对性的改善方案，消除不均衡产生的等待浪费，实现产线平衡率提升了22%，单班次产能提升了50.6%，最终达到均衡各工位作业时间、提高生产效率和满足客户需求的目的。