趙敏杰，孫麗，楊志剛

(大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)①

隨著科技的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展迅速，電子產(chǎn)品代工行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈.環(huán)境及市場(chǎng)的不斷變化，使得手機(jī)代工企業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，如產(chǎn)品更新速度加快、物料供應(yīng)緊張、人工成本上升等.在如此激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線高效運(yùn)轉(zhuǎn)，減少人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率[1]，已成為各企業(yè)急需解決的問(wèn)題.

在流水線平衡方面，藺宇等[2]運(yùn)用精益生產(chǎn)中的作業(yè)山積表、價(jià)值流程圖、看板管理等工具和方法，改善了生產(chǎn)線布局、平衡了生產(chǎn)物流、提高了生產(chǎn)線平衡率.黑偉陽(yáng)[3]通過(guò)精益價(jià)值流分析，找出公司生產(chǎn)線瓶頸，通過(guò)對(duì)瓶頸工位的設(shè)備改良和作業(yè)重排來(lái)降低瓶頸工時(shí)，提高生產(chǎn)線平衡率；同時(shí)通過(guò)5S管理、TPM管理改善了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)面貌,提高了設(shè)備利用效率.王濤[4]以發(fā)動(dòng)機(jī)各裝配線為研究對(duì)象，用工業(yè)工程中的程序分析法對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)細(xì)致分析，并綜合運(yùn)用 5W1H、ECRS 技術(shù)降低瓶頸時(shí)間，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)管理措施保障了生產(chǎn)線平衡率.

針對(duì)簡(jiǎn)單裝配線平衡問(wèn)題, Cerqueus等[5]認(rèn)為在進(jìn)行求解目標(biāo)函數(shù)時(shí)，僅考慮節(jié)拍和工作數(shù)的單一目標(biāo)函數(shù)，不符合企業(yè)實(shí)際情況，因此針對(duì)雙目標(biāo)問(wèn)題提出了一種分支定界方法的精確算法. Sahin等[6]運(yùn)用線性混合整數(shù)規(guī)劃法，研究多工人流水線平衡問(wèn)題，該方法可以減少工人和工作站的數(shù)量，使流水線平衡問(wèn)題得到有效改善.Yadav等[7]在解決混合模型雙面流水線平衡問(wèn)題時(shí)，基于Matlab 開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)模型并運(yùn)用 LINGO 軟件求解，結(jié)果表明該方法可有效減少裝配工人數(shù)量，降低搬運(yùn)成本，提高生產(chǎn)線平衡率.

在手機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)中，F(xiàn)企業(yè)(某手機(jī)產(chǎn)品代生產(chǎn)公司)面臨著諸多問(wèn)題，如：作業(yè)分工不合理，瓶頸工序?qū)е碌纳a(chǎn)線整體效率低下、動(dòng)作浪費(fèi)、產(chǎn)線產(chǎn)能嚴(yán)重滯后等.因此F企業(yè)亟須對(duì)現(xiàn)行生產(chǎn)線問(wèn)題進(jìn)行分析，找出影響產(chǎn)線平衡的因素，盡量使各工位的作業(yè)時(shí)間趨于一致，減少工時(shí)損失，提高設(shè)備和人工利用率.通過(guò)動(dòng)作優(yōu)化減少工人的疲勞強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)線平衡率，以達(dá)到整體狀態(tài)的最優(yōu).

本文針對(duì)F企業(yè)存在的問(wèn)題，利用ECRS技術(shù)及5S方法，采用工業(yè)工程中預(yù)定動(dòng)作時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)(也稱PST法)中的MOD法進(jìn)行時(shí)間測(cè)量，尋找瓶頸時(shí)間；通過(guò)工序重排及合理增加人手等途徑突破瓶頸，達(dá)到較高水平的平衡率.

1 廠區(qū)布局及生產(chǎn)過(guò)程分析

1.1 廠區(qū)布局

F企業(yè)中的一個(gè)廠區(qū)是手機(jī)零部件制造廠，該廠區(qū)的生產(chǎn)工序包括清洗、鍍膜、焊接、組裝等.廠區(qū)(部分)主要進(jìn)行物料表面處理工序，包含機(jī)加工車間(擁有自動(dòng)化機(jī)床等多種自動(dòng)化大型設(shè)備)、退遮蔽車間、HC清洗車間、流水線工作區(qū)等，廠區(qū)各車間布局圖見(jiàn)圖1.根據(jù)實(shí)際研究情況，圖中展示了廠區(qū)的部分布局，其具體改善研究將會(huì)在流水線進(jìn)行.

圖1 廠區(qū)各車間布局圖

1.2 工作地點(diǎn)布置

對(duì)流水線工作區(qū)進(jìn)行工作研究，工作地點(diǎn)選定在整個(gè)廠區(qū)——圖1右下角的車間中，工作地點(diǎn)布置見(jiàn)圖2.

圖2 工作地點(diǎn)布置

圖中的成品區(qū)為流水線生產(chǎn)過(guò)后進(jìn)行下一步工序前的貨物暫存區(qū)；貨物存放區(qū)存放來(lái)自庫(kù)存的物料，通常通過(guò)叉車用棧板放置，物料量巨大；簽收區(qū)主要是向別的流水線供應(yīng)簽收完成的物料，或者處理簽收異常的物料；簽收存放區(qū)放置簽收好的物料；雜物區(qū)主要放置以下物品：拆下包裝后的包裝材料，不能使用的掛框以及包裝完成的垃圾箱.

1.3 生產(chǎn)過(guò)程描述

整個(gè)廠區(qū)的生產(chǎn)過(guò)程流程圖見(jiàn)圖3.物料從庫(kù)存開(kāi)始經(jīng)掃描產(chǎn)品上的二維碼簽收之后，經(jīng)過(guò)第一次類別檢驗(yàn)區(qū)分出物料來(lái)源，區(qū)分之后通過(guò)流水線進(jìn)行檢料，有些可以跳過(guò)檢料直接安裝掛枝(一種固定設(shè)備的夾具)，最后在流水線的末端掃描設(shè)備上的二維碼后放入清洗框架.清洗框架裝滿后運(yùn)送到HC清洗車間進(jìn)行高溫清洗，結(jié)束后通過(guò)運(yùn)輸放入進(jìn)料口，經(jīng)過(guò)進(jìn)料口的加工，返回定位物料的掛枝，然后繼續(xù)用返回的掛枝進(jìn)行物料清洗前的定位安裝.

圖3 生產(chǎn)過(guò)程流程圖

2 案例中生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題描述

2.1 流水線概況

F企業(yè)多年來(lái)一直開(kāi)展實(shí)施精益生產(chǎn)，車間自動(dòng)化水平很高，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了流水線作業(yè)、過(guò)程信息追蹤、物料溯源以及人機(jī)交互作業(yè)等.本文研究的流水線是物料清洗前的工序流水線.盡管流水線上已經(jīng)達(dá)到了高效、整潔、紀(jì)律等良好的工作氛圍，但是經(jīng)仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)仍存在一些問(wèn)題.其中最主要的就是由于缺少掛枝而導(dǎo)致流水線停線，從而造成預(yù)定計(jì)劃產(chǎn)量沒(méi)有達(dá)到要求，致使企業(yè)預(yù)期訂單無(wú)法完成.

目前流水線各工位作業(yè)內(nèi)容見(jiàn)圖4.

圖4 流水線各工位作業(yè)內(nèi)容圖

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)產(chǎn)品的情況進(jìn)行記錄，目前流水線的產(chǎn)能在750件/h以內(nèi).在2 h內(nèi)出現(xiàn)掛枝不足的情況多達(dá)10次以上，這種情況直接導(dǎo)致流水線無(wú)法正常流動(dòng)，工人無(wú)法正常工作.在2 h的記錄中，工人無(wú)法正常工作的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40 min以上，相當(dāng)于近一半的時(shí)間沒(méi)有正常工作，產(chǎn)能浪費(fèi)嚴(yán)重.與此同時(shí)，在訂單旺季由于需要加大生產(chǎn)，企業(yè)臨時(shí)招募大量未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期固定從事此勞動(dòng)的人員參加勞動(dòng)生產(chǎn)，致使生產(chǎn)節(jié)奏在流水線上的分布情況有快有慢，十分不平衡，這同樣也是導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下的一個(gè)因素.

2.2 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析

調(diào)查研究分析可知，生產(chǎn)中出現(xiàn)掛枝短缺是由下面幾個(gè)原因造成的：①生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備的損耗，儲(chǔ)備不足；②由于負(fù)荷不均衡，造成部分流水線掛枝堆積；③運(yùn)送掛枝人員存在“滯留”現(xiàn)象；④進(jìn)料口輸送掛枝不及時(shí).

生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備損耗是因?yàn)殚L(zhǎng)期生產(chǎn)中頻繁取放掛枝造成的.首先，一些技能不熟練的操作者沒(méi)有按照作業(yè)指導(dǎo)就進(jìn)行操作，導(dǎo)致掛枝出現(xiàn)“失靈”“變形”等現(xiàn)象，不能再繼續(xù)使用.其次，在沒(méi)有外來(lái)人員補(bǔ)充的基礎(chǔ)上就進(jìn)行大量生產(chǎn)，導(dǎo)致停線情況.負(fù)荷不均衡是造成停線的重要因素.生產(chǎn)管理人員為了達(dá)到既定目標(biāo)的產(chǎn)量，不顧大局，“多吃多占”的行為屢禁不止；更有甚者竟調(diào)用流水線上的員工去供料區(qū)搶掛枝.這種情況既耽誤了生產(chǎn)，又影響了生產(chǎn)企業(yè)的形象.為了能夠滿足每條流水線的需求，進(jìn)料口運(yùn)送掛枝的員工只有等到滿足需求才開(kāi)始運(yùn)送，使得生產(chǎn)線上的工人物料短缺，無(wú)法持續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)線無(wú)法流通，造成產(chǎn)線員工長(zhǎng)時(shí)間等待.清洗過(guò)后的物料通過(guò)進(jìn)料口，由內(nèi)部操作人員取下物料并且返回掛枝.掛枝輸送情況參差不齊，使得下游生產(chǎn)單位的人員無(wú)法正常工作.例如員工運(yùn)送少量掛枝會(huì)引起其他無(wú)掛枝可用的流水線不滿；運(yùn)送量多則等待時(shí)間變長(zhǎng)，產(chǎn)線停線風(fēng)險(xiǎn)就更高，停線的時(shí)間隨之增加，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃滯后.

3 生產(chǎn)線平衡的實(shí)現(xiàn)

3.1 物料穩(wěn)定供應(yīng)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述問(wèn)題分析，該生產(chǎn)廠家存在工業(yè)工程七大浪費(fèi)中的等待浪費(fèi)以及員工的素養(yǎng)問(wèn)題，這些問(wèn)題亟待解決.一方面，工序來(lái)料不充足；另一方面，在流水線生產(chǎn)過(guò)程中還存在著生產(chǎn)負(fù)荷不均衡的情況.工序來(lái)料不充足，主要是缺少必要的掛枝和掛框的問(wèn)題，需要通過(guò)合理的物流規(guī)劃，達(dá)到最低限度增加掛枝，并且保證流水線正常生產(chǎn)的目標(biāo)；除了正常休息之外，不產(chǎn)生多余的等待時(shí)間浪費(fèi)以及停線情況.對(duì)于生產(chǎn)負(fù)荷不均衡的情況，根據(jù)流水線的工作負(fù)荷情況合理調(diào)整工位順序或者增加工作人員，使流水線的節(jié)拍達(dá)到均勻一致.

根據(jù)基礎(chǔ)工業(yè)工程中素養(yǎng)管理及現(xiàn)場(chǎng)管理中的物流分析研究，從5S方法中的培養(yǎng)員工素養(yǎng)入手，制定規(guī)范的規(guī)章制度以及掛枝取用標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)決杜絕無(wú)關(guān)人員隨意取用掛枝的現(xiàn)象.為保證供料持續(xù)充足，對(duì)供料區(qū)的出料標(biāo)準(zhǔn)也需要指定，杜絕出料出現(xiàn)“忽多忽少”的現(xiàn)象，可以保持框內(nèi)“一半”或者“全滿”的狀態(tài).保證供料區(qū)掛枝穩(wěn)定之后繼續(xù)解決掛枝分配問(wèn)題，針對(duì)每條生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況供應(yīng)相應(yīng)的物料.例如需要檢料的生產(chǎn)線對(duì)掛枝的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及不需要檢料的生產(chǎn)線，因此物料供應(yīng)可按照相應(yīng)的比例進(jìn)行分配.通過(guò)這樣定量的分配即可確定需要補(bǔ)充貨物的最小量[8-9].

假設(shè)初始貨物量為n，補(bǔ)充貨物的最小量為m，檢料線單次消耗量為u，分配比例為1∶x，則搬運(yùn)中的物流量為3u.根據(jù)調(diào)查，供料區(qū)供應(yīng)掛枝是清洗之后的物料經(jīng)過(guò)記錄下載具之后重新裝框輸出，所以假設(shè)供料區(qū)的暫存物流量為v.

根據(jù)總物流量公式：

(1)

式中：W為企業(yè)總物流量；wi為第i個(gè)部門的物流量.

根據(jù)式(1)計(jì)算出需要補(bǔ)充的貨物最小量為：

m=2(x+1)u+v-n

(2)

式中：m為最小貨物補(bǔ)充量；u為檢料線單次消耗量；v為貨物暫存量；n為初始貨物量.

由此可計(jì)算出需要補(bǔ)充貨物的最小量.且同時(shí)保證了物料及時(shí)供應(yīng)不斷，解決了物流方面的等待問(wèn)題.

3.2 流水線節(jié)拍平衡的實(shí)現(xiàn)

在流水線的改善方面主要是生產(chǎn)負(fù)荷不均衡，導(dǎo)致生產(chǎn)節(jié)拍不平衡[10]，需要通過(guò)MTM法，即模特排時(shí)法對(duì)操作時(shí)間進(jìn)行測(cè)定[11].根據(jù)表1的MTM時(shí)間表進(jìn)行分析，可以看出MOD值最大 的 是 撕 膜，因此在原有工序環(huán)節(jié)必然造成在制品堆積，是嚴(yán)重的等待浪費(fèi).需要平衡該流水線的生產(chǎn)節(jié)拍.

表1 動(dòng)作因素分析表

節(jié)拍調(diào)節(jié)前工序時(shí)間情況見(jiàn)圖5.

圖5 流水線節(jié)拍圖

計(jì)算節(jié)拍平衡率[12]：

(3)

由式(3)計(jì)算出的平衡率為60%，平衡率低于85%屬于較差平衡.

根據(jù)實(shí)際工作情況可以看出，投料、錄入信息以及裝入掛框都是動(dòng)作較快的工序，撕膜無(wú)法用動(dòng)作分析進(jìn)行優(yōu)化，且訂單量巨大，由此可見(jiàn)需要增加人員.由于生產(chǎn)順序是由投料到裝入掛框，在這之間的工序中，錄入信息工序可以適當(dāng)向前調(diào)整.與此同時(shí)，工序中可以用雙手作業(yè)的有投料和裝入掛框.

利用ECRS原則[13-14]對(duì)原有工序進(jìn)行取消、合并、調(diào)整和簡(jiǎn)化.綜合后對(duì)流水線的節(jié)拍改善做出以下建議：①調(diào)整工序，將錄入信息作為工序起始.增加1名撕膜員工.②將撕膜工序的部分作業(yè)分配到投料工序的部分.③增加1名安裝掛枝員工.④投料與撕膜工序作業(yè)均改為雙手作業(yè).

改善之后工序時(shí)間情況見(jiàn)圖6.

圖6 改善后節(jié)拍圖

3.3 流水線改善評(píng)估

從上述分析可以看出，經(jīng)改善后最大的瓶頸由21個(gè)工序降至8個(gè)，且每個(gè)工序之間基本達(dá)到時(shí)間相同.平均每個(gè)零件生產(chǎn)時(shí)間降低62%，相當(dāng)于改善后加工單件零件的時(shí)間是原來(lái)的38%，生產(chǎn)效率大大提高.在保證掛枝運(yùn)送量不短缺前提下，計(jì)算生產(chǎn)線的節(jié)拍平衡率為88.4%，在85%～90%之間，平衡率良好.

在實(shí)際改善中該廠區(qū)也是按照此工序進(jìn)行改善的，改善情況較之前有很大提高.按照改善前的生產(chǎn)情況，兩條線加工24框/h， 10 h可以加工約15 000個(gè)零件，訂單旺季時(shí)每天最低生產(chǎn)訂單量為18 000～30 000 件且逐天增加，明顯看出每天產(chǎn)量未能達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn).然而經(jīng)過(guò)工序改善后，單條流水線可加工25～27框/h，加工工件數(shù)量完全滿足每日任務(wù)定額.生產(chǎn)量提高為原來(lái)的225%，提高效果顯著，工序改善后帶來(lái)的改善效能十分明顯.

4 結(jié)論

(1)生產(chǎn)線平衡是精益生產(chǎn)追求的理想境界.在精益生產(chǎn)介紹的七大浪費(fèi)中，等待浪費(fèi)是不可避免且難以消除的一種隱性浪費(fèi).該浪費(fèi)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，從而影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益.

(2)通過(guò)應(yīng)用 IE 理論改進(jìn)F企業(yè)手機(jī)產(chǎn)線的瓶頸問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)低投入提高產(chǎn)線平衡率，可以明顯看出應(yīng)用工業(yè)工程相關(guān)理論改進(jìn)優(yōu)化生產(chǎn)線、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要意義.相較追加資本投入，擴(kuò)大勞動(dòng)力或擴(kuò)大規(guī)模等外部方式來(lái)提高企業(yè)整體效率與收益，遵循工業(yè)工程的相關(guān)原則，通過(guò)將生產(chǎn)要素進(jìn)行必要的重新組合、最大限度地優(yōu)化整體作業(yè)過(guò)程、合理研究與改進(jìn)生產(chǎn)制造過(guò)程的操作方法等方法，在消除各種不必要浪費(fèi)、節(jié)約實(shí)際操作時(shí)間和生產(chǎn)資源、增加經(jīng)濟(jì)效益、提高整體生產(chǎn)率等方面效果顯著.