数字化工厂仿真技术削减重劳岗位探索

2022-09-21 16:46:28 来源:写作指导

摘要:随着虚拟技术发展及人力资源需求的改变,目前汽车企业都在积极构建数字化工厂,开展仿真技术研究,减少实体后期的设变。在数字化工厂环境中,基于DELMIA软件,应用仿真工艺技术对汽车企业重劳岗位进行分析改善,开展与设计同步的工艺开发。结合企业自身特点,建立适应企业岗位分析的重劳岗位人体模型、评价基准、仿真模型,通过对新产品装配典型工位进行工艺仿真,识别判断重劳作业岗位,并通过与设计同步开发,在产品概念阶段推动解决重劳问题。运用仿真工艺对典型工位进行仿真分析,并制定了对应的改善对策。实践表明,通过仿真工艺可以有效削减重劳岗位,并减少后期产品实物变更,降低产品成本,取得很好的经济效益。

关键词:数字化工厂;仿真;重劳岗位;DELMIA软件

1引言

进入21世纪以来,制造企业招工难的问题日益突出。同时伴随00后进入劳动力大军,新兴的求职人员对工作岗位的选择,不再局限于薪资,而更多关注岗位的发展前景及岗位的劳动强度。舒适轻松的作业强度,现在已经成为新兴求职人员的首要考虑条件之一。因此,怎样改善重劳岗位,降低员工的作业强度,成为先进汽车制造企业主要研究目标之一。数字化工厂借助信息化与数字化技术,通过集成、仿真分析、控制等手段,可为制造工厂生产全程提供全面管控的一种整体解决方案。以航空、汽车、造船为代表的大型企业,都基本实现了数字化工厂建模。上汽公司、东风日产、奇瑞公司等企业也实现了汽车设计和制造的数字化工厂模拟,并且取得了很好的效果。在这样的背景下,很多汽车企业都在逐步建立数字化工厂模型,同时利用仿真技术,实现对作业岗位模拟,实现作业岗位劳动强度的定量分析判断,从而降低劳动强度。本研究主要是基于数字化工厂建模,探讨工艺仿真技术在汽车总装车间重劳岗位分析领域的应用,聚焦于员工的重劳操作分析。结合公司应用实例,全面分析重劳岗位仿真模型的建模思路、模型表达方式、软件应用等,结合应用案例分析出重劳岗位仿真技术的价值。

2基于DELMIA的重劳岗位分析方法

2.1仿真软件介绍

目前针对装配重劳岗位主流分析软件分为2种,一个是西门子数字化软件Tecnomatix,具备工厂、生产线及生产物流过程仿真与优化功能;一个是达索公司的DELMIA,优势在于软件对于仿真结果的渲染效果较为美观,可以不需进行二次渲染处理。DELMIA软件包含3个板块的子软件:DPE(DigitalProcessEngineer)、DPM(DigitalProcessManufacture)以及QUEST(物流分析工具)。DPE主要是提供集成产品、资源、工艺管理平台,实现产品、工艺、资源的匹配仿真软件环境;DPM主要是提供工艺细节、规划、验证仿真软件环境;QUEST主要是提供生产工艺流程和生产效率仿真的软件环境。

2.2重劳岗位分析现状

以国内某汽车企业为例,重劳岗位分析主要经历了3个阶段:(1)第1个阶段,基于量产阶段的问题解决。在量产线体试生产阶段的评估判断,结合员工的实际操作反馈,推进问题的改善解决。主要是基于工艺方法、工装、设备的调整改善。(2)第2个阶段,试制阶段的验证改善。在试制阶段,基于实车评估重劳作业问题,联合设计推动重劳岗位改善。除了工艺领域改善以外,结合产品结构,推动设计进行重劳作业改善,从产品设计角度改善重劳作业。在产品试制阶段可消除大部分重劳作业问题。(3)第3阶段,在设计阶段的仿真改善。在产品概念阶段,工艺与设计实施同步分析,采用仿真分析软件评价重劳作业岗位。结合企业人体模型及生产线的重劳岗位判断标准,在DELMIA软件的基础上,开发重劳岗位仿真模型,自动判断重劳作业评价效果。在产品概念阶段就考虑优化设计方案,改善消除重劳作业岗位。

2.3重劳岗位工艺仿真分析

本研究是在数字化工厂建立的基础上,进行重劳岗位的仿真分析。

2.3.1数字化工厂建模

基于实体工厂,构建数字化虚拟工厂。含总装2个线体、设备250多套,工位器具150多套,工具800多套等三维建模,将实体工厂建立成三维模型工厂。如图1所示。

2.3.2人体模型建立

根据工厂作业员工身高数据统计分析表,制定每个操作岗位平均身高模型,具体见装配岗位身高数据统计表,见表1所示。工艺仿真分析时,结合企业作业岗位身高数据库,选择匹配的人体模型进行工艺仿真。

2.3.3重劳岗位标准重建

结合企业已经明确的重劳岗位判断标准,含姿势重劳岗位判断标准和负荷重劳岗位判断标准。将公司重劳岗位判断标准重建到DELMIA软件中,生成企业自身的重劳岗位仿真判断标准。此方式可保证重劳岗位评判一致性及相对合理性,避免人为的主观因素及经验、能力干扰。姿势重劳岗位判断标准示例见表2所示。

2.3.4仿真逻辑分析

工艺仿真时根据岗位布置位置,选择对应岗位的人体模型;同时基于企业重劳岗位判断标准参数,根据具体作业内容对人体负荷及姿势进行判断。从身体模型各关节参数及负荷参数进行仿真,通过仿真数据与企业标准参数进行比对,最终输出评价结果。

3实例分析

3.1仿真过程分析

以某新产品前保险杠总成装配进行仿真分析,建立仿真模型:(1)按照50JPH线体产能进行核算,前保险杠总成两侧采用螺栓固定到车身上;(2)结合企业岗位人体模型库,应采用1690mm身高的男性人体;(3)结合岗位工具数据库,采型号为BOSC12N.m电枪紧固;(4)模拟现场作业顺序及姿势,以目视看到螺栓,调整人体模型关节参数,确保人体模型手持工具接触到装配螺栓;(5)软件自动输出人体模型各部位关节(含头、颈、背、手、手臂、腿、脚等)角度参数;(6)仿真软件自动与重劳岗位判断标准进行比对,结合生产线体岗位作业频次,综合评定后输出仿真结果。前保险杠总成装配仿真结果为姿势重劳岗位,其中:姿势评价评分为4+;负荷评价为3分;综合评价等级为B(属于较高等级)。具体输出结果见图2所示。

3.2改善方案分析

通过仿真工艺分析,前保险杠总成装配姿势重劳岗位主要体现在:(1)身体需要下蹲和屈膝;(2)需要抬手进行作业;这两点导致作业姿势恶化,需重点进行作业改善。姿势改善方案分析:(1)工艺方面:增加辅助支撑靠背(或是移动小车),员工坐在靠背上可以垂直进行作业,减少下蹲;抬手角度减小。采用此方案,前保险杠左侧(相对车辆前进方向)装配可行;右侧装配需要采用左手装配,需要匹配特殊装配人员,要设为特殊岗。特殊岗技能要求高,不利于岗位人员招聘,结论不可行。(2)设计结构方面:螺栓紧固方式改为卡扣紧固方式,此结构在其他零部件已经采用,结构成熟。同时增加导向结构,员工站立时直接用手拍紧装配。身体无需下蹲和屈膝,同时无需目视。结构分析可实现,方案可行。产品结构改善后,重新进行仿真分析。姿势评价评分为3;负荷评价为3分;综合评价等级为C,岗位作业姿势效果改善明显,重劳岗位降低为一般岗位。仿真结果如图3所示。

3.3仿真技术应用

通过重劳岗位工艺仿真的运用,建立了与企业作业环境匹配并且独有的人体模型装配姿态3XX个。方便后续产品的快速引用,提高工作效率。对国内某企业总装车间的26个典型装配岗位进行仿真分析,仿真分析见表3所示。在产品概念阶段就改善了13个重劳岗位,其中设计结构优化的岗位5个,避免了后续的实物变更,效益核算见表4所示。通过重劳岗位工艺仿真分析,对某企业总装车间装配岗位进行仿真分析,13个岗位实现了改善,重劳岗位降低50%,重劳岗位指标达到合资企业标杆水平。同时,在产品概念阶段就实现改善,避免在实物阶段进行产品变更,修改模具,评估可以减少97万元。

4结语

本研究分析了重劳岗位工艺仿真逻辑及特点,在DELMIA软件模型基础上,结合企业特点创建适合自身的人体模型及重劳判断标准,实现仿真软件与实际业务的有机结合。通过重劳岗位工艺仿真可以在产品概念阶段有效削减重劳岗位,减少后期产品的设变,降低产品成本,缩短产品量产周期,获得了明显经济效益。需要指出的是,仿真过程中人体模型的操作,需要仿真人员的工作经验和能力相匹配,这样仿真的结果才能较真实反映装配过程。结合装配不同的场景,创建特定的人体模型是后续装配仿真的重点研究方向,值得共同研究与提高。

作者:覃荣 聂道俊 蒋华格 唐飞燕 单位:东风柳州汽车有限公司