基于精益線平衡的手工組裝產(chǎn)線設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王卓

摘? 要：隨著我國(guó)制造業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也面臨著新的挑戰(zhàn)。人口紅利的逐漸消失，甚至“人口負(fù)債”的顯現(xiàn)，導(dǎo)致人工成本增加，降本增效、精益生產(chǎn)是亟待解決的問(wèn)題。手工組裝類(lèi)產(chǎn)線由于更大程度上依賴(lài)人力資源以及操作員工的熟練程度、責(zé)任心等個(gè)人綜合素質(zhì)，尤其容易受到?jīng)_擊。以工業(yè)工程及精益生產(chǎn)綜合改善策略為基礎(chǔ)的線平衡給工位設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供了科學(xué)系統(tǒng)的方法。文章以XS公司接觸器的組裝為例，通過(guò)價(jià)值流分析、產(chǎn)線平衡、工位的規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)施等方法，為建立一條手工組裝精益產(chǎn)線提供思路，并通過(guò)最終實(shí)施驗(yàn)證其有效性。

關(guān)鍵詞：價(jià)值流分析;產(chǎn)線平衡;制造業(yè);工位

中圖分類(lèi)號(hào)：F273? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）06-0096-05

Abstract： With the rapid development of China's manufacturing， we are also faced with new challenges. The gradual disappearance of the demographic dividend， or even "population debt"， has led to increase of labor costs. Reducing cost， increasing benefit and lean production is an urgent need to enterprise. Especially， the manual assembly line is vulnerable impacted because of its greater reliance on human resources as well as the operator's personal comprehensive quality， such as proficiency and responsibility. Line balance which based on the comprehensive improvement strategy of Industrial Engineering（IE） and Lean Production provides a scientific and systematic method for the design and optimization of work stations. Taking the assembly of XS contactor as an example， this paper provides an method for building a manual assembly lean production line by means of value flow analysis， production line balance， design and implementation of work stations， etc.，and the effectiveness was verified by the final implementation.

Keywords： value flow analysis; line balance; manufacturing; work station

目前，不少企業(yè)存在生產(chǎn)粗放、交貨延期、庫(kù)存資金占用量大、生產(chǎn)可控性差等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。因此，引入工業(yè)工程及精益生產(chǎn)模式迫在眉睫。精益生產(chǎn)是以通過(guò)降低成本、努力改善現(xiàn)狀的活動(dòng)，適時(shí)適量制造、銷(xiāo)售顧客所需求的產(chǎn)品，達(dá)到提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)。[1]可以有效降低浪費(fèi)，提高產(chǎn)線柔性，加強(qiáng)生產(chǎn)流程控制，提高企業(yè)盈利水平。線平衡是精益生產(chǎn)有效的改善思想與方法，良好的生產(chǎn)線平衡可以減少物質(zhì)、能源、時(shí)間和資金的占用與浪費(fèi)，加速流動(dòng)資金的周轉(zhuǎn)，從而降低生產(chǎn)成本[2];但手工組裝產(chǎn)線往往由于操作人員熟練程度、物料及工具擺放等不確定性很難做到消除浪費(fèi)下穩(wěn)定的線平衡。這就必須對(duì)各工序流程進(jìn)行梳理平衡，結(jié)合人因工程學(xué)及精益的方法，消除或降低浪費(fèi)，維持高程度的生產(chǎn)線平衡，并盡可能的標(biāo)準(zhǔn)化。

1 價(jià)值流分析

在企業(yè)實(shí)施系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)改善一般按照?qǐng)D1流程執(zhí)行[3]。在建立接觸器精益組裝線前，首先通過(guò)ABC分析法，結(jié)合銷(xiāo)售數(shù)量、銷(xiāo)售額、產(chǎn)品利潤(rùn)對(duì)XS公司接觸器進(jìn)行分析，選定“核心”產(chǎn)品作為改善實(shí)施的目標(biāo)產(chǎn)品族。然后通過(guò)價(jià)值流分析發(fā)現(xiàn)改善點(diǎn)及實(shí)施目標(biāo)。價(jià)值流分析是精益生產(chǎn)的主要工具，可以系統(tǒng)的梳理公司物流、工序流、信息流等，著力發(fā)掘各流程中增值及非增值因素?，F(xiàn)狀價(jià)值流圖可以系統(tǒng)、快速有效的識(shí)別浪費(fèi)，確定改善點(diǎn)及改善目標(biāo)，見(jiàn)圖2;然后繪制未來(lái)價(jià)值流圖，為流程改善提供依據(jù)與指導(dǎo)，見(jiàn)圖3。經(jīng)收集公司年度市場(chǎng)需求、各工序流程及加工時(shí)間、人員配置、在制品數(shù)量等信息，繪制價(jià)值流圖。

繪制價(jià)值流圖過(guò)程中的跟蹤分析、交流調(diào)研，發(fā)現(xiàn)主要存在的問(wèn)題有：（1）由推式生產(chǎn)造成的零件庫(kù)存、在制品庫(kù)存過(guò)大，造成資源占用，生產(chǎn)秩序混亂，交期過(guò)長(zhǎng)等;（2）5S較差引起的頻繁找工具、找物料、查找文件，走動(dòng)等;（3）傳統(tǒng)工作臺(tái)的生產(chǎn)模式甚至沒(méi)有明確的工位配置，即人因工程差導(dǎo)致的過(guò)多的動(dòng)作浪費(fèi)、員工疲勞;（4）產(chǎn)線平衡較差，導(dǎo)致過(guò)長(zhǎng)的等待;（5）大型集中式生產(chǎn)、測(cè)試設(shè)備，阻礙流動(dòng)，造成在制品積壓及等待;（6）“多件生產(chǎn)”導(dǎo)致組裝故障難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，引起批量返工或報(bào)廢;（7）缺件導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，造成延期交付或在制品堆積。

產(chǎn)品組裝工序主要有：滅弧罩組件組裝、磁路組件組裝、總組裝、功能測(cè)試、絕緣耐壓試驗(yàn)、包裝，見(jiàn)圖4。對(duì)各工序進(jìn)行影像法工時(shí)測(cè)定，并綜合運(yùn)用工業(yè)工程“七大手法”、ECRS分析法（取消、合并、調(diào)整順序、簡(jiǎn)化）、操作分析、動(dòng)作分析、Layout分析等手法消除浪費(fèi)，擠出生產(chǎn)過(guò)程中“非增值水分”，形成較為穩(wěn)定的流程后再進(jìn)行充分的線平衡，改善后單極產(chǎn)品產(chǎn)線平衡率根據(jù)工作站的分配類(lèi)別可達(dá)97.9%，見(jiàn)圖5。表1主要羅列了流程改善過(guò)程中采取的方法及達(dá)到的效果。改善前原產(chǎn)線前單極單臺(tái)組裝工時(shí)為65min，而改善后為23.5min，組裝工時(shí)減少63.8%?？梢?jiàn)，迫切需要設(shè)計(jì)并建造科學(xué)的精益組裝線以支撐未來(lái)價(jià)值流的實(shí)現(xiàn)。

2 產(chǎn)線規(guī)劃、設(shè)計(jì)

為滿足產(chǎn)品組裝流程要求，產(chǎn)線主要有以下特點(diǎn)：（1）存在并行工位;滅弧罩組件組裝工位與磁路組件組裝工位為并行工位，均向總裝工位傳遞;解決方案為：將滅弧罩組件組裝完成后向后半轉(zhuǎn)身放于中轉(zhuǎn)小車(chē)，總裝工位半轉(zhuǎn)身拿取，其余工位均為直線傳遞在制品，見(jiàn)圖6。（2）混線生產(chǎn);根據(jù)滅弧罩組件的數(shù)量分為單極、雙極、三極（以單極為主），其余構(gòu)造相同，故可單獨(dú)增加滅弧罩組件組裝工位以適應(yīng)雙極、三極產(chǎn)品，提高生產(chǎn)線柔性。表2表示了主要幾種產(chǎn)品在組裝時(shí)工作站分配信息表。

3 工位設(shè)計(jì)、模擬及實(shí)施

產(chǎn)線平衡設(shè)計(jì)完善后，緊接著需要設(shè)計(jì)支撐其實(shí)現(xiàn)的工位;工位在考慮滿足線平衡的同時(shí)還應(yīng)考慮作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、人因工程學(xué)、5S管理及目視化管理等要求。在工位設(shè)計(jì)初步完成后，充分采用軟件、紙板模擬、沙盤(pán)模擬、搬運(yùn)測(cè)試等方式，呈現(xiàn)最終布局，發(fā)現(xiàn)不合理的地方，不斷完善布局規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容，見(jiàn)圖7。在本例精益生產(chǎn)組裝線實(shí)施過(guò)程中，主要?dú)w納并總結(jié)了以下設(shè)計(jì)策略：

（1）物料分析：根據(jù)產(chǎn)品PFEP分析設(shè)置合理的線邊BIN位及超市，一般采用2-BIN（雙箱系統(tǒng)：1位消耗完，拿走空料盒后，2位自動(dòng)補(bǔ)充），實(shí)現(xiàn)“召喚”式的拉動(dòng)補(bǔ)料;此過(guò)程應(yīng)根據(jù)物料的大小選用合適的料盒，最大程度精簡(jiǎn)工位空間，實(shí)現(xiàn)最小拿取空間?？勺畲蟪潭葴p少操作人員的動(dòng)作浪費(fèi)。

（2）人因工程學(xué)：人因工程學(xué)主要是為減輕作業(yè)負(fù)擔(dān)而對(duì)作業(yè)方式的改善和研究開(kāi)發(fā);為防止單調(diào)勞動(dòng)而對(duì)作業(yè)進(jìn)行合理安排;為提高產(chǎn)品操作性能、舒適性及安全性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改善[5];工位設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)充分考慮作業(yè)者的生理特點(diǎn)和動(dòng)作的經(jīng)濟(jì)性原則，通常采用立姿作業(yè)，使操作者在作業(yè)中變換體位，避免由于身體長(zhǎng)時(shí)間處于一種體位而引起肌肉疲勞;例如本例中，在各工位桌面上安裝可升降并固定的平臺(tái)機(jī)構(gòu)，可有效兼容員工身高及各工位內(nèi)容對(duì)工作臺(tái)高度的不同要求;電動(dòng)螺絲刀采用平衡器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回位。

（3）連續(xù)拉動(dòng)的單件流：可以縮短交付時(shí)間、釋放資源，限制過(guò)量生產(chǎn)和庫(kù)存，增加現(xiàn)金流;在保證線平衡的前提下，提高各工位的“獨(dú)立性”是保證單價(jià)流的有效方法。例如，將需要集中作業(yè)的大型設(shè)備改為小型的設(shè)備，避免因設(shè)備而引起的集中加工;節(jié)拍工位應(yīng)按照不產(chǎn)生相互干擾而設(shè)計(jì)，避免因工具配備不合理導(dǎo)致的操作人員竄位，從而導(dǎo)致物流浪費(fèi)、等待浪費(fèi)等;若因無(wú)法避免的導(dǎo)致的集中生產(chǎn)嚴(yán)重影響線平衡時(shí)，可設(shè)置“迷你超市”用作緩沖。

（4）可視化管理：各工位裝有安燈（Andon）系統(tǒng)，用于顯示該工位運(yùn)行狀態(tài)（正常、故障、缺料等），使得生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題得到及時(shí)處理。同時(shí)，工位均配有一體機(jī)觸摸屏，便于工藝文件、圖紙、配置管理等信息的讀寫(xiě)，使作業(yè)指導(dǎo)書(shū)可視化，符合生產(chǎn)實(shí)際，切實(shí)起到指導(dǎo)操作，以確保作業(yè)人員的工作質(zhì)量;設(shè)置線邊看板，用于展示該產(chǎn)線人員技能及去向信息、生產(chǎn)計(jì)劃完成情況、物料異常情況等基本信息?？傊?，應(yīng)該讓管理、控制的項(xiàng)目眾所周知，讓人人都是監(jiān)督檢查員，提高質(zhì)量及效率的同時(shí)，也都知道如何做，則全員能正確執(zhí)行。

（5）5S及定置管理：5S是可靠流程的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)之初就應(yīng)充分考慮5S要求。例如，不要物料或工具不應(yīng)為其預(yù)留工位空間;必要的工具、物料應(yīng)該定置，減少尋找時(shí)間并便于拿取，可在工位上安裝工具模塊（按照工具形跡刻槽，應(yīng)考慮手指抓取空間），見(jiàn)圖8。

（6）基于工位的物流傳遞：物料、工具布局滿足動(dòng)作經(jīng)濟(jì)性原則;物流路徑最短、單向，避免回流、交叉。因在部件組裝過(guò)程中零件小且輕，傳遞便捷，可采用平臺(tái)桌面;檢測(cè)及包裝工位產(chǎn)品尺寸及重量較大，可采用滾筒桌面，便于半成品向下道工序傳遞。

（7）組裝臺(tái)面與線邊物料架為分離式，可直接將該工位線邊物料架更換;便于后續(xù)換線生產(chǎn)，提高產(chǎn)線柔性。

（8）物料二維碼（條形碼）管理：通過(guò)掃描設(shè)備識(shí)讀以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理，提高物料信息讀寫(xiě)效率與管理質(zhì)量，為工廠信息化奠定基礎(chǔ)。

（9）標(biāo)準(zhǔn)化：通過(guò)制定標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)、線平衡工作規(guī)則、質(zhì)量要求等固化現(xiàn)階段實(shí)施成果，再經(jīng)過(guò)不斷完善標(biāo)準(zhǔn)而持續(xù)改進(jìn)，可以說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)化是持續(xù)改進(jìn)的基礎(chǔ)。

產(chǎn)線設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，影響產(chǎn)線效率及生產(chǎn)秩序的因素方方面面。除以上應(yīng)考慮的設(shè)計(jì)因素外，還應(yīng)根據(jù)組裝需要考慮光照、廢料盒清理便捷性、工位可移動(dòng)性等細(xì)節(jié)問(wèn)題，并在使用過(guò)程中根據(jù)企業(yè)及產(chǎn)品實(shí)際情況積累經(jīng)驗(yàn)，PDCA循環(huán)，不斷完善。建立精益合理化建議平臺(tái)及激勵(lì)機(jī)制，通過(guò)精益思想及方法宣傳，努力形成全員參與，全員都是改善專(zhuān)家的良心循環(huán)，畢竟只有操作人員自己最了解自己的工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)一方面是一般的勞動(dòng)密集性的制造業(yè)生產(chǎn)能力過(guò)剩，另一方面又大量缺乏技術(shù)密集型的制造業(yè)產(chǎn)品，不得不依靠進(jìn)口[6]。隨著我國(guó)人口紅利的消失以及乃至全球?qū)Ω哔|(zhì)量產(chǎn)品的需求導(dǎo)致我國(guó)制造業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型。精益產(chǎn)線的設(shè)計(jì)及實(shí)施，不僅僅需要進(jìn)行流程上的設(shè)計(jì)，支持流程的工位與單元同樣十分關(guān)鍵，只有系統(tǒng)把握“宏觀”與“微觀”，才能使產(chǎn)線系統(tǒng)最優(yōu)。企業(yè)在生產(chǎn)管理過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)價(jià)值流分析、5S管理及人因工程的工位優(yōu)化設(shè)計(jì)、線平衡規(guī)劃設(shè)計(jì)等，綜合運(yùn)用以IE為核心的精益生產(chǎn)思想及方法，持續(xù)改善，提高效率及質(zhì)量，向精益化、智能化邁進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)中國(guó)建成具有全球引領(lǐng)和影響力的制造強(qiáng)國(guó)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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