鐵皮文件柜生產(chǎn)線平衡及改善研究

岳志春，郭冉冉

（河北工程大學 管理工程與商學院，河北 邯鄲 056038）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速增長，國內(nèi)制造業(yè)面臨的壓力越來越大，從一開始企業(yè)只重視擴大生產(chǎn)規(guī)模，到現(xiàn)在開始重視提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低浪費[1]。在某種程度上，生產(chǎn)線平衡直接決定了人機利用率和產(chǎn)能高低，因此越來越多的企業(yè)開始注重生產(chǎn)線平衡。

J 公司是一家主要生產(chǎn)文件柜的公司，其主要產(chǎn)品有4 種：鐵皮文件柜、板式文件柜、鋼制文件柜、實木文件柜。對于處在穩(wěn)定期的J 企業(yè)來說，產(chǎn)品銷量的多少受市場的影響很大，因此如果繼續(xù)投入資金，就會出現(xiàn)生產(chǎn)過剩的問題，因此，對于該企業(yè)而言，提高生產(chǎn)效率是最優(yōu)選擇。本文以J 企業(yè)鐵皮文件柜生產(chǎn)線為研究對象，采用作業(yè)測定法測量各個工序工時并繪制山積表找到瓶頸工位，利用IE 相關理論分析生產(chǎn)線因布局不當?shù)仍斐傻臏艉偷却龁栴}[2]。通過對比改善前后生產(chǎn)線平衡率、損失率等指標，發(fā)現(xiàn)提高了生產(chǎn)效率[3]。此外，企業(yè)也可以將學習到的生產(chǎn)線平衡理念為其他有類似問題的企業(yè)提供一定的參考和借鑒。

2 文獻回顧

2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

起初是由美國人J.Bryton[4]提出生產(chǎn)線平衡問題，此后國內(nèi)外學者在此基礎上進行研究，以期通過科學的方法來尋找最佳平衡方案。目前，生產(chǎn)線平衡優(yōu)化方法主要有數(shù)學最優(yōu)化法、啟發(fā)式法、三維仿真和基礎工業(yè)工程法4 種[5-8]。譚岐鈺等[9]運用粒子群算法優(yōu)化了混流單頭電纜生產(chǎn)線平衡。Trebuna 等[10]采用的是Siemens Plm Software 仿真模擬軟件對Tecnomatix 工廠的瓶頸工序進行仿真優(yōu)化。姜晨光等[11]運用價值流圖識別并分析問題產(chǎn)生的原因，以ECRS 為工具進行改善優(yōu)化，從而實現(xiàn)各個工位負荷均衡和一個流生產(chǎn)，改善效果顯著。Manuel Chica 等[12]主要是運用多目標和進化算法對生產(chǎn)線平衡進行優(yōu)化。

2.2 相關理論基礎

“瓶頸工位”（Bottleneck Station），是生產(chǎn)過程中工序時間最長的工位，它直接影響生產(chǎn)線的效率。作業(yè)測定是測定合格工人按照規(guī)定的作業(yè)標完成某項工作所需時間的過程。生產(chǎn)節(jié)拍（Cycle Time）是在流水生產(chǎn)線的環(huán)境下，完整生產(chǎn)出一個產(chǎn)品所需要的時間，即連續(xù)產(chǎn)出兩個相同產(chǎn)品之間的時間間隔[13]。在生產(chǎn)過程中，若產(chǎn)能一定，那么生產(chǎn)節(jié)拍的速度將會影響該產(chǎn)能高低。

生產(chǎn)節(jié)拍計算公式如下：

式中，CT 為流水線的生產(chǎn)節(jié)拍。

Ta（Time Available）為流水線的有效工作時間。

Td（Time Demanded）為客戶訂單量。

3 生產(chǎn)平衡的相關計算方法

①生產(chǎn)線的平衡率（LB）：

式中，LB 為生產(chǎn)線平衡率，Ti為各工序時間，CT 為瓶頸工序時間，N 為工位數(shù)。

②生產(chǎn)線平衡損失率（d）：

式中，W 為各工序時間總和。

4 J 公司鐵皮文件柜的生產(chǎn)線現(xiàn)狀分析

4.1 改善前的生產(chǎn)線現(xiàn)狀分析

鐵皮文件柜生產(chǎn)線分為8 個工位進行，分別為線工藝制程包括剪板、沖壓、折彎、點焊、噴粉、包裝、檢測、合格品出庫，其中剪板、沖壓、折彎、點焊、噴粉為主要工序。

4.2 J 公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線作業(yè)測定

考慮J 企業(yè)實際情況，本文作業(yè)測定選擇秒表計時法。其作業(yè)測定步驟為：

①確定測定目標群體。

作業(yè)測定是為了制定標準作業(yè)時間，因此在這選擇“中等熟練操作水平”員工。

②劃分作業(yè)單元。

在進行作業(yè)測定前，測量人員需要了解生產(chǎn)線上各個工序，使得作業(yè)單元能被均勻劃分。

③準備觀測工具。

通常觀測工具為鉛筆、計算尺、秒表等。

④觀測次數(shù)確定。

觀測次數(shù)常用的方法是誤差界限法、d2 值法和作業(yè)周期。秒表法往往通過擴大樣本容量來提高準確性，但根據(jù)以往經(jīng)驗來看，通常不會進行大量數(shù)據(jù)測量。因此本文選擇相對科學的統(tǒng)計方法，即誤差界限法。

由于現(xiàn)實情況中總體標準差σ 很難計算，因此總體標準差σ 往往會用樣本的標準差S 來代替。計算公式如下：

誤差范圍為±5%內(nèi)，可信度95%時，其觀測次數(shù)公式如下：

式中：n 為作業(yè)單元的觀測總次數(shù)。

xi為第i 次秒表測量值。

因此，經(jīng)計算將對鐵皮文件柜產(chǎn)品生產(chǎn)線各個作業(yè)單元進行5 次觀測。

⑤測量時間。

結(jié)合J 企業(yè)鐵皮文件柜生產(chǎn)線實際情況，運用歸零測時法測量，得到的數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 測得的操作單元數(shù)據(jù)

⑥剔除異常值。

將測量生產(chǎn)線獲得的數(shù)據(jù)進行分析計算，排除其他因素形成的異常值。本文采用3σ 法排除異常值。

如果某一個作業(yè)操作單元n 次的觀測數(shù)據(jù)為x1，x2，x3，…，xn，則平均觀測值計算公式如下：

標準差計算公式如下：

⑦計算工位標準時間。

一般來說，通過作業(yè)測定求平均值得到的工時需要進行“再加工”才能得到“正常時間”。由于各個公司工作強度和工作內(nèi)容不同，這里將評比系數(shù)取為1，寬放率取10%。因此，鐵皮文件柜各作業(yè)單元的標準時間如表2 所示。

表2 作業(yè)標準時間匯總

4.3 J 公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線平衡現(xiàn)狀分析

①生產(chǎn)線的平衡率（LB）。

經(jīng)計算平衡率為71.46%。

②生產(chǎn)線的平衡損失率。

經(jīng)計算平衡損失率為28.54%。

4.4 J 公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線主要問題分析

4.4.1 生產(chǎn)線不平衡

J 公司鐵皮生產(chǎn)線各個操作時間呈現(xiàn)分布不均勻現(xiàn)象。結(jié)合J 公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線分析得到，生產(chǎn)線平衡率為71.46%，平衡損失率為28.54%，依據(jù)損失率優(yōu)劣評判標準得到結(jié)果為差，進而得到J 公司的生產(chǎn)效能較低。

4.4.2 瓶頸明顯

由表2 可知，J 公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線噴粉工序工時最長，因此噴粉為瓶頸。優(yōu)化瓶頸不僅可以提高生產(chǎn)線平衡率，而且使生產(chǎn)效率得到提高。

4.4.3 生產(chǎn)設備布局不合理

J 公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線是類似直線的生產(chǎn)設施布局，人員搬運時間過長且易滯留。除此之外，員工存在隨意堆積在制品、亂放工具現(xiàn)象，會使得生產(chǎn)車間容易出現(xiàn)混亂，造成產(chǎn)品品質(zhì)出現(xiàn)問題，改善前的生產(chǎn)布局如圖1 所示。

圖1 改善前的生產(chǎn)布局圖

5 生產(chǎn)線平衡改進

5.1 生產(chǎn)線布局優(yōu)化

生產(chǎn)布局合理性在于將工作關聯(lián)度高的工序安置在一起，盡可能減少工人在各個工序之間的走動和員工雙手遠距離拿取動作。優(yōu)化后的生產(chǎn)布局如圖2 所示，優(yōu)化后的生產(chǎn)布局簡便了生產(chǎn)線流程，改善前后的生產(chǎn)線流程如圖3所示。

圖2 優(yōu)化后的生產(chǎn)布局圖

圖3 生產(chǎn)線流程圖改善前后

5.2 噴粉線的工位改善

改善后的噴粉線放置物品區(qū)分為正品區(qū)和次品區(qū)，為了挑揀出次品，減少取件人數(shù)，分別在兩區(qū)設置檢查人員和取件員各1 人。

5.3 鐵皮文件柜生產(chǎn)線平衡改善后分析

改善前后生產(chǎn)線工序標準時間對比如表3 所示。

表3 改善前后生產(chǎn)線工序標準時間對比

其中對比結(jié)果小于0，說明改善效果為不好，反之說明改善效果為良好。

經(jīng)計算優(yōu)化后的生產(chǎn)線平衡率LB=84.64%，平衡損失率為15.36%。采用IE 法對生產(chǎn)線平衡進行改善后，生產(chǎn)線平衡率提高了13.18%，生產(chǎn)線損失率降低了10.18%，說明優(yōu)化具有有效性。下面繪制柱狀圖清晰展示改善效果，如圖4 所示。

圖4 數(shù)值優(yōu)化前后對比

6 結(jié)論

本文以J 企業(yè)鐵皮文件柜生產(chǎn)線為例，通過對比改善前后生產(chǎn)線平衡率（LB）、生產(chǎn)線平衡損失率（d）來評價改善效果，發(fā)現(xiàn)該方案實施后，檢查次數(shù)減少1 次，等待時間減少3次，搬運距離大幅度降低，從原來的150 m 遞減到50 m，生產(chǎn)線平衡率從71.46%變?yōu)?4.64%，提高了13.18%，生產(chǎn)線損失率降低了13.18%，生產(chǎn)效率顯著提高，單日最大產(chǎn)量Q 由160 套提升為270 套，處于比較理想的生產(chǎn)狀態(tài)，這說明均衡生產(chǎn)有助于企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)線平衡，降低成本，提高效率，使企業(yè)產(chǎn)能達到事半功倍的效果?？傊?，優(yōu)化生產(chǎn)線來提高效率、降低成本是企業(yè)所希望的目標。