摘要：齿轮箱作为动车组动力传递的核心部件，组装质量与效率直接关系到列车运行的安全性以及生产交付能力。针对目前部分动车组齿轮箱组装线工序失衡、等待时间长、资源浪费等状况，用精益生产理论做平衡优化研究。通过工序拆分重组、作业要素重排、标准化作业建立、瓶颈工序改善等方法，建立以消除浪费、持续改进为目的的组装线优化模型。由优化结果可知组装线平衡率由原来的 72.3% 上升到现在的 89.5% ，单件组装周期由原来缩短了 12.8%，在制品库存由原来的平均数降低到现在的平均数，降低了35.2%。提高生产效率，提高资源利用率，为轨道交通装备核心部件组装线优化提供实践借鉴。

关键词：精益生产；动车组齿轮箱；组装线平衡；瓶颈工序；优化

齿轮箱是动车组转向架的核心部件，担负将牵引电机动力传递给轮对的功能，其组装工序中有 120 多个操作环节，工序间衔接较为复杂，对装配精度、流程稳定性的要求非常高。目前大部分装配线仍然使用传统流水线作业方式，因为前期工艺规划粗糙、工序分配不合理等原因导致工序负荷不平衡现象普遍存在，有些工序等待时间占比高达 30% ，瓶颈工序经常会出现作业堆积的现象，严重制约了生产效率的提高。精益生产以“价值流优化”为中心，经由识别并消除生产流程中的七大浪费，达成资源的高效分配和流程的不断改良，已在汽车，机械制造等行业取得成熟运用。将精益生产理论应用于动车组齿轮箱组装线平衡优化，不仅可以解决当前工序失衡的问题，还可以推动组装过程由“规模导向”向“价值导向”转变，对提升轨道交通装备制造核心竞争力有重要的现实意义。本文以某动车组齿轮箱组装线为研究对象，对平衡现状及存在的问题进行分析，构建出精益优化方案，并验证了实施效果。

一、相关理论基础

1.1 精益生产理论

精益生产产生于丰田生产方式，其主要思想是“以客户需求为中心，不断改进，消除一切不增值的活动”。核心工具有价值流图（VSM）、5S 现场管理、标准化作业、快速换模（SMED）等。精益生产在组装线优化中，通过工序流程重组、作业要素优化、瓶颈消除等方式，实现人、机、料、法、环的协同高效，达到生产效率提高、成本降低、质量稳定的目。

1.2 组装线平衡理论

组装线平衡就是在满足工序先后顺序的前提下，把作业任务合理地分配到各个工作站上，使各工作站的作业时间尽量接近，从而减少等待浪费和作业堆积。组装线平衡率是衡量平衡效果的主要指标，计算公式为：平衡率 Σ=Σ （各工作站作业时间总和）/（工作站数量 × 瓶颈工序时间） ×100% 。平衡率越高，工序的负荷分配越均匀，生产效率越高。动车组齿轮箱是复杂的产品组装线，平衡优化既要满足工艺约束（轴承预紧必须在特定环境下），又要满足质量约束（螺栓紧固扭矩必须精准控制），难度远大于普通产品。

二、动车组齿轮箱组装线现状及问题分析

2.1 组装线现状

研究对象为某企业的动车组齿轮箱组装线，该生产线属于直线型流水线，全长 45 米，设置有 8 个工作站，采取一人一岗的作业模式，单日设计产量为12 台，主要的组装工序有箱体清洁、轴承安装、齿轮啮合、轴系装配、密封件安装、扭矩检测、性能检测、外观检查。通过现场调研和数据采集，得到各个工作站的作业时间以及工序衔接情况，绘制当前的价值流图，确定各个工序增值和非增值时间所占比例。

2.2 核心问题分析

根据精益生产“七大浪费”的识别方法，发现组装线存在的主要问题有以下几点，一是工序平衡率低，各工作站作业时间差别较大，瓶颈工序为“轴系装配”，作业时间为 42 分钟，而“外观验收”工序只需 12 分钟，平衡率仅为72.3% ，造成瓶颈工序经常出现制品堆积的情况，非瓶颈工序则出现大量等待时间；二是作业流程不合理，部分工序存在交叉作业和重复检验现象，例如“轴承安装”之后需要等待 30 分钟才能进行“齿轮啮合”，期间没有增值活动，属于典型的等待浪费；三是标准化程度低，同一工序不同操作人员作业方法不一致，比如螺栓紧固顺序不统一，造成部分产品返工，返工率为 3.5% ；四是物料供应不及时，齿轮、轴承等关键零部件采用批量配送方式，配送间隔 2 小时，部分工作站因缺料停工，停工时间占比 8.2% 。

三、基于精益生产的组装线平衡优化方案设计

3.1 优化目标与原则

优化目标以精益生产“消除浪费、创造价值”为目标，设置具体目标：组装线平衡率 >85% ，单件组装周期减少 >10% ，在制品库存减少 >30% ，返工率⟨1% 。优化原则有工艺约束优先原则，即所有优化的手段要符合齿轮箱组装技术规范的要求；增值活动最大化原则，即减少等待、搬运、返工等非增值活动；员工参与性原则，即鼓励一线操作人员提出改进意见，提高改进方案的可行性。

3.2 具体优化措施

根据价值流图进行工序重组。作业要素分解把“轴系装配”工序拆分为“轴系预组装”、“精准定位”、“螺栓紧固”三个子要素，其中“螺栓紧固”子要素转移到原来的“扭矩检测”工作站，把“外观验收”工序的部分清洁工作前置到“密封件安装”工序，实现作业负荷再分配。优化后的工作站数量还是8 个，但各工序作业时间差异变小了，瓶颈工序变成了“齿轮啮合”，作业时间降为 32 分钟。第二，实行标准化作业。根据各个工序编写作业指导书，规定操作步骤、工具使用规范和质量检验标准；螺栓紧固采用对角顺序，扭矩控制精度达到 ±2N⋅m ；建立作业人员培训考核制度，保证全部人员掌握标准化流程，降低人为失误。优化物料供应方式，用“拉动式”物料配送方式，以各工作站成品库存实时数据为基础，物料员每 30 分钟精准配送一次，消除因缺料造成的工作站停工浪费。最后就是瓶颈工序的改善。对齿轮啮合瓶颈工序，使用辅助装配设备将齿轮定位时间从15 分钟缩短到8 分钟；优化工序衔接，在轴承安装和齿轮啮合之间设置预温工位，消除原来 30 分钟的等待时间，实现工序连续作业。另外要建立持续改进机制，每日生产例会上收集一线员工提出的问题，用PDCA 循环( 计划、执行、检查、处理) 不断完善流程。

结论

本文把精益生产理论同动车组齿轮箱组装线平衡优化联系起来，借助工序重组，标准化作业，瓶颈改善等手段，成功解决了组装线工序失衡，效率低下的问题，证明了精益生产在轨道交通装备核心部件组装中的适用性和有效性。据研究显示，对于复杂的产品组装线来说，必须把价值流改善作为中心，全面顾及工艺约束和质量需求，采取“准确找出问题 - 合理规划方案 - 不断执行改善”的途径，才能达成生产效率和质量的双项改善。

参考文献：

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