一种装配流水线效能评估方法与流程

本发明涉及汽车制造技术领域，更具体地说，涉及一种装配流水线效能评估方法。

背景技术

自汽车出现以来，汽车产业逐渐成为了促进整个社会进步和经济发展的重要角色，同时也带动了各个与汽车相关工业支柱产业的迅速发展。但同时汽车制造业也是能源消耗大户，大量的能源消耗不仅会给企业带来成本负担，还会给环境带来巨大的压力，不符合绿色环保的制造理念。当今世界，各国政府越来越重视环保问题和能源问题，倡导绿色制造、低碳制造。在这种潮流趋势下，汽车制造业也积极采取更加节能、高效的生产策略组织生产，希望在保持生产效益的同时，能够尽可能降低能源消耗。

目前，在汽车制造生产过程中，大量地使用了装配流水线进行零部件组装。利用装配流水线进行生产的过程是否能达到低碳环保要求，需要一种客观、准确、实时的方法对整个装配过程进行效能评估，而目前的评估方法要么是主观判断，评估结果缺乏科学性、稳定性，要么是评估体系不够合理，无法真正反映装配过程的效能变化，评估结果与实际情形偏差较大，无法为后续的工艺改进提供有力的决策基础。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种装配流水线效能评估方法，通过对流水线上的零部件装配过程进行实时数据采集，对流水线装配过程的效能进行科学、准确地评估，从而为流水线生产工艺调整决策提供基础。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种装配流水线效能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于装配流水线的总碳排放、时间消耗和装配体生产效益，建立装配流水线的效能评估模型；

在装配过程中采集评估参数；

将所述评估参数输入评估模型，得到流水线装配效率；

对流水线装配效率进行分析，得到评估结果。

进一步地，所述建立装配流水线的效能评估模型的步骤包括：

建立装配流水线产生的总碳排放模型ea，所述装配流水线产生的总碳排放包括装配工序产生的碳排放和传输产生的碳排放；

建立装配流水线上的时间消耗模型ta，所述装配流水线上的时间消耗包括装配工序时间消耗和传输过程时间消耗；

建立装配体生产效益模型ba；

根据所述碳排放模型、时间消耗模型和装配体生产效益模型，建立装配流水线的效能评估模型，得到流水线装配效率cb函数。

进一步地，所述装配流水线产生的总碳排放cea的计算公式为：

式中，n表示装配过程包含n个装配工序；ti表示第i个工序的装配时间；ρ表示电能的碳排放转换系数；ei表示第i个工序的装配设备的单位电能耗；cetransi表示第i个工序过程中装配传输设备的碳排放；li表示传输到第i个工序的传输距离；pi表示一次传输的零件个数。

进一步地，所述装配过程流水线产生的总碳排放还包括加工工序产生的碳排放和加工传输过程产生的碳排放。

进一步地，所述装配流水线产生的总碳排放cea的计算公式为：

式中，m表示加工过程包含m个加工工序；tj表示第j个工序的加工时间；ρ表示电能的碳排放转换系数；ej表示第j个工序的加工设备的单位电能耗；cetransj表示第j个工序过程中传输设备的碳排放；lj表示传输到第j个工序的传输距离；pj表示一次传输的零件个数。

进一步地，所述装配流水线上的时间消耗ta计算公式如下：

ta＝ttrans+ty，

其中，ty表示瓶颈工序时间消耗，ty＝max{t1，t2，t3，…，tr}，r表示装配流水线上工序的总数；ttrans表示各个工序间的传输总时间。

进一步地，所述装配流水线的效能评估模型函数cb如下：

进一步地，所述对流水线装配效率进行分析，得到评估结果的方法为：将实时获取的装配效率值cb与预设的装配效率阈值cbmin进行比较，当cb-cbmin≤0时，说明装配流水线需要调整；当cb-cbmin＞0时，说明装配流水线不需要调整。

进一步地，所述对流水线装配效率进行分析，得到评估结果的方法还包括：

为流水线上的每台设备设置碳排放约束条件和时间约束条件；

将流水线上每台设备的评估参数输入评估模型，得到每台设备的碳排放和时间消耗；

判断所述每台设备的碳排放和时间消耗是否满足碳排放约束条件和时间约束条件；

选取不满足碳排放约束条件和/或时间约束条件的设备，进行相应的调整。

本发明提供了一种装配流水线效能评估方法，基于装配过程中的碳排放、时间消耗和装配体的生产效益建立装配流水线效能评估模型，将实时采集的流水线生产数据输入评估模型，从而得到流水线装配效率，最后根据流水线装配效率获取流水线的效能评估结果，判断现有的工艺流程是否符合绿色生产的要求，进一步还能根据评估结果推导出哪些工艺流程或设备需要调整，从而为最终的决策提供科学依据。本发明方法从能源、时间的消耗和产品的效益出发，充分考虑了流水线的投入和产出，最终得出整个装配过程的评估结果，该评估结果更加具有实践意义，能够客观、及时、准确地对反映流水线运行状况，为流水线工艺流程调整提供科学的依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种装配流水线效能评估方法的流程图；

图2为本发明装配流水线效能评估模型建立方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提出一种装配流水线的效能评估方法，该方法基于装配过程中的碳排放、时间效率和产品的生产效益对整个流水线的效能进行评估，决策者可以根据评估结果对流水线的工艺流程进行调整。具体包括以下步骤：

s10，装配流水线的效能评估模型建立。

如图2所示，为了对装配体整体工艺方案进行决策分析，综合考虑装配体产品的装配时间、生产效益和碳排放量，建立流水线的整体效能评估模型。

s11，建立装配过程产生的碳排放模型。装配过程的碳排放是指待装配的各个零部件组合成最终的装配体过程中所产生的碳排放。装配流水线一般都包含两个以上的组装工序，各个组装工序间还需要将组装中间体由上一个工作站传输到下一个工作站。因此，装配过程的碳排放包括各个装配工序的碳排放和传输过程产生的碳排放。

装配过程的总碳排放cea(单位为kgco2eq)可以由以下公式(1)表示：

其中，n表示装配过程包含n个工序；ti表示第i个工序的装配时间；ceαi表示第i个工序的单位碳排放，单位为kgco2eq；ceβi表示传输到第i个工序过程中的碳排放，单位为kgco2eq。

第i个工序的单位碳排放ceαi为第i个工序的装配设备的能耗转换成的碳排放，由以下公式(2)表示：

ceαi＝ρei(2)

其中，ρ表示电能的碳排放转换系数，一般取2.41kgco2eq/kwh；ei表示第i个工序的装配设备的单位电能耗，单位为kwh。

传输到第i个工序过程中的碳排放ceβi通过公式(3)得到：

其中，cetransi表示第i个工序过程中装配传输设备的碳排放；li表示传输到第i个工序的传输距离，单位为m；pi表示一次传输的零件个数。同理，第i个工序过程中装配传输设备的碳排放cetransi可以先计量传输时间内的耗电量，然后再将耗电量转换为碳排放。

由以上论述可得，装配过程的总碳排放cea最终由公式(4)计算得到：

进一步地，有些工厂的装配流水线除了具有将零部件组装的工序外，还有些对零部件进行加工的工序。为了更加全面地对装配流水线整个过程进行效能评估，装配流产线的碳排放除了包括装配过程的碳排放外，还可以包括待装配的各个零部件加工过程所产生的碳排放。

同理，加工过程的碳排放包括各个加工工序的碳排放和传输过程产生的碳排放。所以，零部件加工过程的碳排放ce′(单位为kgco2eq)可以由以下公式(5)得到：

其中，m表示零部件加工过程包含m个工序；tj表示第j个工序的加工时间；ceηj表示第j个工序的单位碳排放，单位为kgco2eq；ceμj表示传输到第j个工序过程中的碳排放，单位为kgco2eq。

第j个工序的单位碳排放ceηj可以由耗电量转换计算得到：

ceηj＝ρej(6)

其中，ρ表示电能的碳排放转换系数，该系数表示消耗一度电所产生的二氧化碳当量的温室气体的量，根据电力生产方式和电力生产过程的不同，该系数存在一定的波动，实际生产中可以根据实际情况自行设置。一般的，中国电力电网中电能的碳排放转换系数约为0.96kgco2eq/kwh；ej表示第j个工序的加工设备的单位电能耗，单位为kwh。

传输到第j个加工工序过程中的碳排放ceμj通过公式(7)得到：

其中，cetransj表示第j个加工工序过程中传输设备的碳排放；lj表示传输到第j个工序的传输距离，单位为m；pj表示一次传输的零件个数。同理，第j个加工工序过程中传输设备的碳排放cetransj可以先计量传输时间内的耗电量，然后再将耗电量转换为碳排放。

综上所述，零部件加工过程的碳排放ce2最终由公式(8)计算得到：

因此，当装配流水线上还存在加工工序的情况下，整个装配流水线的总碳排放cea可由公式(9)表示：

s12，建立装配过程时间消耗模型。装配体的装配时间是指装配体从开始组装到完成的全部时间。装配时间的长短主要取决于设备及工艺流程的设计，状态良好的设备以及合理的工艺设计能够大大缩减整个装配时间。

装配总时间包括零部件组装时间和各个工序间的传输时间。可以用公式(10)表示：

ta＝tz+ttrans(10)

其中，ta表示装配总时间；tz表示零部件各个工序的组装总时间；ttrans表示各个工序间的传输总时间。

进一步地，对于流水线式的大型自动化生产方式，在生产过程中都会存在一个工作负荷最高的工序，这个工序是一个生产流程中最慢的工序，是制约整条流水线生产效率的步骤，这个工序可以成为瓶颈工序。为了简化零部件各个工序的组装总时间的计算，可以用瓶颈工序的时间代替各个工序的组装总时间。瓶颈工序的时间ty由公式(11)得到：

ty＝max{t1,t2,t3,…,tr}，(11)

其中，r代表装配流水线上工序的总数，当装配流水线上不存在加工工序时，r＝n；当装配流水线上还存在加工工序时，r＝n+m。

所以，装配总时间可以由公式(12)表示：

ta＝ttrans+ty。(12)

s13，建立装配体生产效益模型。最终的装配体的效益是评价流水线效能的重要方面，所以装配流水线的效能评估离不开装配体生产效益因素。本发明的方法中装配体生产效益ba的计算方法为：装配体的出场价格减去装配体成本。本发明方法在实际应用中，装配体生产效益ba可以根据实际情形进行设置或调整，该装配体生产效益ba可以是期望生产效益。

s14，效能评估模型的建立。本发明提出的方法中，装配流水线效能基于装配体生产效益、装配时间和碳排放三个方面进行评估。在实际生产实践中，装配体的生产效益越高，则装配流水线的效能越高，表示装配体利润越好；而装配时间越少，则装配流水线的效能越高，表示流水线的效率越高；装配过程中产生的碳排放越少，则装配流水线的效能越高，表示流水线的耗能越少，更符合绿色环保的要求。因此，可以据此建立效能评估函数，得到流水线装配效率cb，如公式(13)所示：

s20，采集装配过程中的评估参数。根据前述效能评估函数，在装配过程中需要采集每个装配工序中设备的单位时间耗电量、每个工序对应消耗的时间、各工序间的传输设备的耗电量、各工序间的传输时间。其中，耗电量可以通过电力检测装置进行实测，也可以根据设备的输出功率进行计算，或者其他已知的手段测量，在此不做赘述。各种耗时可以在流水线上安装相应的传感器进行测量。而传输距离li和一次传输的零件个数pi相对来说比较稳定，可以根据实际情况配置，当重新调整生产工艺流程时，再进行更新。

同理，当装配流水线上还存在加工工序的情况下，还需要进一步采集每个加工工序中设备的单位时间耗电量、每个工序对应消耗的时间、各工序间的传输设备的耗电量、各工序间的传输时间。相应的，传输距离lj和一次传输的零件个数pj相对来说比较稳定，可以根据实际情况配置，当重新调整生产工艺流程时再进行更新。

s30，将流水线装配过程中采集的评估参数输入所述效能评估模型，得到评估结果。

在实际生产中，可以设置流水线装配效率阈值cbmin，实时得到的装配效率值cb与阈值cbmin进行对比，当cb-cbmin≤0时，说明目前的工艺流程已经无法满足生产经营需求，应该尽快做出相应的调整；当cb-cbmin＞0时，说明流水线工艺良好，可以满足需求。

进一步地，可以设置碳排放约束条件和装配时间约束条件，当cb-cbmin≤0时，来判断是否碳排放和/或装配时间超出了预设范围。

碳排放约束条件如式(14)所示：

cea-cemax≤0(14)

其中，cemax表示预设的可接受最大碳排放。

当装配过程的碳排放不满足约束条件时，说明设备的能耗无法满足需要。可能是设备出现了无法察觉的故障或者是设备出现老化使得能耗增加，需要相应地进行故障检查或者更新设备。

装配时间约束条件如式(15)所示：

ta-tmax≤0(15)

其中，tmax表示预设的可接受最大装配时间。

当装配时间不满足约束条件时，在没有故障的情形下，可能说明零部件的输送流程需要进一步优化，或者需要更新传输设备，从而提高传输效率。

更进一步地，还可以在上述基础上，进一步为工序中的每个设备设置相应的碳排放和装配时间约束条件。这样，当cb-cbmin≤0时，可以进一步分析每台设备的碳排放和装配时间是否无法满足约束条件，从而更加精确地找出流水线装配效率下降的原因，进行更加有针对性的调整、处置。具体步骤如下：

为流水线上的每台设备设置碳排放约束条件和时间约束条件；

将流水线上每台设备的评估参数输入评估模型，得到每台设备的碳排放和时间消耗；

判断所述每台设备的碳排放和时间消耗是否满足相应的碳排放约束条件和时间约束条件；

选取不满足碳排放约束条件和/或时间约束条件的设备，进行相应的调整，包括检修设备或者更新零部件等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。