基于工業(yè)工程的生產(chǎn)線平衡與優(yōu)化

邵仁玉

(南通職業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南通 226007)

基于工業(yè)工程的生產(chǎn)線平衡與優(yōu)化

邵仁玉

(南通職業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南通 226007)

以生產(chǎn)線某工作段為研究對(duì)象，對(duì)其生產(chǎn)工序進(jìn)行工作研究。首先對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行程序分析，然后針對(duì)每個(gè)工序進(jìn)行時(shí)間測(cè)定，得出它們的循環(huán)時(shí)間(CT)。在此基礎(chǔ)上，分析了工作段的生產(chǎn)線平衡率和損失率，探討生產(chǎn)線存在的問(wèn)題。最后，基于工業(yè)工程的程序改善對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行了優(yōu)化。

工業(yè)工程；工作研究；生產(chǎn)線平衡；生產(chǎn)線優(yōu)化

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)全球化的大背景下，電子制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈。為了在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中更好地生存與發(fā)展，有效途徑是有效改善現(xiàn)有的生產(chǎn)線，努力提高生產(chǎn)線運(yùn)行效率。目前，生產(chǎn)線平衡已被公認(rèn)為生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)及作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化中最重要的方法之一[1-2]。企業(yè)實(shí)現(xiàn)均衡生產(chǎn)不僅有利于保證設(shè)備、人力的負(fù)荷平衡，提高設(shè)備和工時(shí)的利用率，同時(shí)還有利于建立正常的生產(chǎn)秩序和管理秩序，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)。通過(guò)平衡生產(chǎn)線，綜合運(yùn)用7大手法(防錯(cuò)法、動(dòng)改法、流程法、五五法、人機(jī)法、雙手法、抽查法)、5W1H(What、Why 、When、Where 、Who和How)、布局分析與優(yōu)化等傳統(tǒng)工業(yè)工程手法，能提高企業(yè)管理層與基層操作工人的綜合素質(zhì)[3]?？傊?，現(xiàn)代企業(yè)若能科學(xué)、合理地研究與應(yīng)用現(xiàn)代工業(yè)工程技術(shù)與方法，必能起到事半功倍的作用[4-5]。

本文選擇企業(yè)生產(chǎn)中的一條生產(chǎn)線作為研究對(duì)象，以某一特定工作段為切入點(diǎn)，對(duì)該工作段進(jìn)行詳細(xì)的分析與計(jì)算，并綜合應(yīng)用現(xiàn)代工業(yè)工程手法對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行了分析與改善，提高了該生產(chǎn)線的運(yùn)作效率。

1 產(chǎn)品工藝流程分析

生產(chǎn)線的平衡分析和改善必須建立在具體的產(chǎn)品上，因?yàn)橹挥屑庸ぎa(chǎn)品時(shí)，才會(huì)有相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，而數(shù)據(jù)是研究的基礎(chǔ)。本文以某PCB主板為研究對(duì)象，該P(yáng)CB主板分為雙面，即BOT面和TOP面。BOT面的元件較小、較輕，TOP面的元件較多、較大，因此在加工過(guò)程中，往往先加工BOT面，然后再完成TOP面的加工。其工藝流程如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品工藝流程圖

本文基于現(xiàn)代工業(yè)工程手法以及生產(chǎn)線平衡與分析技術(shù)，重點(diǎn)研究工序中的WAVE(波峰焊工藝)段，該工段主要是插裝一些穿孔元件，而且多數(shù)加工的是TOP面。

2 基于工作研究的WAVE工序分析

WAVE段包括波峰焊前道工序——手工插件H/L、波峰焊工序以及目檢PWI和手工焊接工序T/U。波峰焊與SMT段的回流焊工藝過(guò)程存在很大的區(qū)別，回流焊接工序是先經(jīng)過(guò)焊膏印刷、貼片，然后再通過(guò)熱風(fēng)對(duì)流加熱焊膏，使其充滿活性，融化焊接貼片元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的；而波峰焊是先進(jìn)行手工插件，穿孔元件都羅列在主板上，然后焊條融化為焊水，通過(guò)錫紙形成波峰，與主板直接接觸，焊接而成。WAVE段對(duì)爐溫、板間距離、ROHS等參數(shù)要求較高。

a.H/L、WAVE——手工插件、波峰焊接工序。

如圖2所示，該工序總共3名操作人員，工人的平均工作時(shí)間為50.99s，機(jī)器加工時(shí)間為69.00s，考慮寬放時(shí)間，工人工作的總時(shí)間比機(jī)器加工時(shí)間短，因此該工序的組裝操作部分暫時(shí)不用改善。而機(jī)器的加工時(shí)間較長(zhǎng)，可以適當(dāng)改善，主要通過(guò)適當(dāng)縮短每塊主板之間的擺放距離，同時(shí)適當(dāng)提高爐溫，這樣便可以縮短整個(gè)機(jī)器的單件加工時(shí)間。

圖2 H/L工作研究

b.Touch Up——人工焊接工序。

如圖3所示，Touch Up工序主要是針對(duì)WAVE工序之后，手工焊接一些無(wú)法用機(jī)器焊接的元件或者焊點(diǎn)，同時(shí)在目檢中出現(xiàn)簡(jiǎn)單的漏焊問(wèn)題時(shí)，可以人工返修。該工序比較簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，人為因素較多，暫時(shí)不考慮進(jìn)一步改善。

圖3 Touch Up工作研究

c.PWI——目檢工序。

如圖4所示，該工序總加工時(shí)間(即左右手累計(jì)耗時(shí)最長(zhǎng)時(shí)間)為65.75s，目前沒(méi)有成為瓶頸，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的加工時(shí)間沒(méi)有制約，暫時(shí)不考慮改善。

圖4 PWI工作研究

3 WAVE段平衡率計(jì)算

通過(guò)對(duì)WAVE段的工作研究，總結(jié)出該段的一些問(wèn)題：

a.WAVE段各個(gè)工序之間的不平衡現(xiàn)象較低，但仍存在工序之間的時(shí)間浪費(fèi)。

b.WAVE段工序較少，以WAVE加工工藝為主，且WAVE工序是決定這個(gè)工段的瓶頸工序。

c.WAVE段的各個(gè)工序可以通過(guò)改變送板之間的間距來(lái)縮短WAVE工序的加工時(shí)間。

d.WAVE段的人員總共配置5人，利用率較高。

下面，根據(jù)WAVE段CT(Cycle Time，節(jié)拍)(如圖5所示)計(jì)算該段生產(chǎn)線的平衡率。

圖5 WAVE段平均作業(yè)時(shí)間圖

圖5所示為WAVE段的各工序平均作業(yè)時(shí)間圖，計(jì)算其生產(chǎn)線平衡率如下：

生產(chǎn)線平衡效率=各工序作業(yè)時(shí)間總和/(最長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間×工序總數(shù))=(56.39+54.86+41.73+69.00+52.70+52.16)/(69.00×6)=78.95%

生產(chǎn)不平衡損失率=1-生產(chǎn)線平衡效率=1-78.95%=21.05%

WAVE段生產(chǎn)線平衡效率為78.95%，損失率為21.05%，大約占總時(shí)間的1/5。相比產(chǎn)品生產(chǎn)線其他工作段，平衡效率較高。原因在于該工段的工序較少，操作人員分工也比較明確，標(biāo)準(zhǔn)化要求比較低。但仍然存在一定的損失率，還需要改善，可以通過(guò)改善WAVE機(jī)器加工中的細(xì)節(jié)，來(lái)平衡生產(chǎn)線。

4 基于工業(yè)工程的WAVE段優(yōu)化

WAVE工序表見(jiàn)表1，由于除去WAVE機(jī)器的加工時(shí)間，其他工序的加工時(shí)間影響不大，因此WAVE段優(yōu)化主要是針對(duì)WAVE的設(shè)備加工過(guò)程優(yōu)化。

表1 WAVE工序表

結(jié)合設(shè)備工程師提供的數(shù)據(jù)和意見(jiàn)，決定將以前生產(chǎn)線上入爐的主板間距從板子距離的1.5倍，改為1塊板子的距離，這樣只要將加工溫度提高5℃左右，依然能很好地滿足焊接的質(zhì)量。重新測(cè)定計(jì)算時(shí)間，WAVE段的加工時(shí)間減至52.22s,這樣就消除了瓶頸環(huán)節(jié)的影響。

通過(guò)改善后，整個(gè)生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)如圖6所示。

根據(jù)圖6的WAVE段優(yōu)化后作業(yè)平均時(shí)間圖，計(jì)算新的生產(chǎn)線平衡率如下：

生產(chǎn)線平衡效率=各工序作業(yè)時(shí)間總和/(最長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間×工序總數(shù))=(56.39+54.86+41.73+52.22+52.70+52.16)/(56.39×6)=91.64%

生產(chǎn)不平衡損失率=1-生產(chǎn)線平衡效率=1-91.64%=8.36%

圖6 優(yōu)化后WAVE段的平均時(shí)間圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了PCB板加工工藝過(guò)程，重點(diǎn)研究了其工藝過(guò)程中的WAVE段，針對(duì)WAVE段工藝分析，提出對(duì)工藝過(guò)程的改善。通過(guò)對(duì)機(jī)器設(shè)備的加工時(shí)間的改善，縮短間隔，使得現(xiàn)在的WAVE段基本趨于平衡狀態(tài)，提高了生產(chǎn)線平衡率，縮短了加工時(shí)間，從而提高了整條生產(chǎn)線的運(yùn)作效率。另外，工序的改善往往需要改進(jìn)車間設(shè)施規(guī)劃布局，這將是本文后續(xù)研究的重點(diǎn)。

[1] 侯蕊,尹紅,胡小星. 基于仿真技術(shù)的電容屏生產(chǎn)線平衡研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程, 2013, 42(9): 22-25.

[2] 段建國(guó),李愛(ài)平,謝楠，等. 基于狀態(tài)熵的制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性建模與評(píng)價(jià)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2012, 48(5): 92-100.

[3] 呂秀杰.程序分析在鍍鋅鋼板生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].工業(yè)工程,2011, 14(1):101-105.

[4] 羅振壁,朱立強(qiáng).工業(yè)工程導(dǎo)論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

[5] 蘭爽,李丹婷. 工作研究在定子裝配線優(yōu)化中的應(yīng)用[J].工業(yè)工程, 2010, 13(3): 126-129.

TheProductionLineBalancing&OptimizationBasedonIndustrialEngineering

SHAO Renyu

(Nantong Vocational University, Jiangsu Nantong, 226007, China)

Taking certain working section of production line as the research object, it analyzes its process. Based on the procedure analysis of each process involved, it defines the work time of each process as well as its CT (cycle time). Then, it analyzes the balancing rate and loss rate of the working section as well as the problems existing in the production line. Finally, it realizes the production line optimization based on procedure improvement.

Industrial Engineering; Work Study; Production Line Balancing; Production Line Optimization

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.08.016

2014-07-08

邵仁玉(1969—)，男，江蘇海安人，南通職業(yè)大學(xué)工程師/講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)、汽車工程。

TB114.1

A

2095-509X(2014)08-0066-03