基于生產(chǎn)線平衡的多士爐生產(chǎn)線的優(yōu)化設(shè)計

黃誠盛，楊維平

(昆明理工大學(xué) 機電工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

基于生產(chǎn)線平衡的多士爐生產(chǎn)線的優(yōu)化設(shè)計

黃誠盛，楊維平

(昆明理工大學(xué) 機電工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

將生產(chǎn)線平衡理論運用到多士爐的生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計中，運用生產(chǎn)線平衡理論對多士爐底座進行了重點分析，對多士爐底座工序進行了動作分解、作業(yè)分析和時間分析，采用ECRS原則進行改善，最終達到了優(yōu)化整條多士爐生產(chǎn)線的目的。通過改善前后的工序分析、作業(yè)飽和度以及相關(guān)參數(shù)的對比來衡量，以解決裝配生產(chǎn)線平衡的問題，提高生產(chǎn)線的平衡率和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，并在生產(chǎn)線平衡的基礎(chǔ)上，對裝配生產(chǎn)線進行設(shè)計，使生產(chǎn)線平衡率達到了78.74%。

多士爐；作業(yè)飽和度；生產(chǎn)線平衡；生產(chǎn)線設(shè)計

隨著全球化的發(fā)展和市場需求的不斷變化，制造業(yè)的競爭重點已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)門QCSE的競爭，即開發(fā)時間短、質(zhì)量高、成本低、服務(wù)良好和環(huán)境污染程度小的競爭。在流水線生產(chǎn)的模式下，如何提高生產(chǎn)線的整體效率，減少工序間的在制品，以及追求同步化生產(chǎn)越來越受到重視，企業(yè)生產(chǎn)中通常用平衡率這一量化指標來評價一條流水線平衡性的高低，它在某種程度上決定著企業(yè)設(shè)備的利用率，并限制著生產(chǎn)線生產(chǎn)能力的提高[1]。

無論是設(shè)計一條全新的裝配生產(chǎn)線，還是對舊的裝配線進行改裝，都應(yīng)進行生產(chǎn)線的設(shè)計規(guī)劃[2]。生產(chǎn)線的優(yōu)化與設(shè)計又應(yīng)以生產(chǎn)線的平衡為基礎(chǔ)，所以首要問題是應(yīng)解決生產(chǎn)線平衡的問題。目前，國內(nèi)外有很多對生產(chǎn)線平衡、布局和設(shè)計的研究[3-5],但對在生產(chǎn)線平衡的基礎(chǔ)上進行規(guī)劃設(shè)計甚少，本文在生產(chǎn)線平衡的基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)線進行了優(yōu)化設(shè)計。

1 生產(chǎn)線平衡

一般采用生產(chǎn)線平衡率這個指標衡量生產(chǎn)線的平衡狀態(tài)。

式中，C.T是生產(chǎn)線中作業(yè)時間最長的工序。由于在一定周期內(nèi)，完成一個產(chǎn)品的時間是由生產(chǎn)線上作業(yè)時間最長的工序的時間決定的，即節(jié)拍，所以降低瓶頸工序的節(jié)拍值，使生產(chǎn)線各工序生產(chǎn)負荷平均化是提高生產(chǎn)線平衡率的關(guān)鍵。生產(chǎn)線平衡率越高，生產(chǎn)線的工時損失就越少，生產(chǎn)線在制品的工序就越少，生產(chǎn)線整體效率就越高[6]。

生產(chǎn)線工藝平衡即是對生產(chǎn)的全部工序進行平均化，調(diào)整各作業(yè)負荷，以使各作業(yè)時間盡可能相近，是生產(chǎn)流程設(shè)計與作業(yè)標準化應(yīng)考慮的最重要的問題。

生產(chǎn)線工藝平衡的改善原則方法如下：應(yīng)考慮對瓶頸工序進行作業(yè)改善，作業(yè)改善的方法可參照程序分析的改善方法及動作分析和工裝自動化等IE方法與手段；將瓶頸工序的作業(yè)內(nèi)容分擔(dān)給其他工序；增加各作業(yè)員，只要平衡率提高了，人均產(chǎn)量就提高了，單位產(chǎn)品成本也隨之下降；合并相關(guān)工序，重新排布生產(chǎn)工序，相對來講，在作業(yè)內(nèi)容較多的情況下容易拉平衡；分解作業(yè)時間較短的工序，把該工序安排到其他工序當(dāng)中去。

2 實例分析

本文以M公司多士爐裝配生產(chǎn)線為例，通過生產(chǎn)線平衡有關(guān)理論的運用，對該裝配生產(chǎn)線進行優(yōu)化與設(shè)計。

2.1 生產(chǎn)線現(xiàn)狀

某款多士爐現(xiàn)有的生產(chǎn)線是由爐膽組裝(多士爐附件)、底座組裝和爐身組裝3條生產(chǎn)線組成的。其生產(chǎn)線是由3條平行的“非”字拉流水線組成的，如圖1所示。多士爐生產(chǎn)線的特點是多士爐的整個生產(chǎn)都是從生產(chǎn)線的一端進，另一端出。具體表現(xiàn)為從多士爐附件1線的一端投入原料，另一端流出加工之后的半成品；通過長距離的搬運，送至多士爐 底座生產(chǎn)線的拉頭(見圖1中生產(chǎn)線的左端)， 經(jīng)過加工之后，在另一端流出半成品；再把半成品通過長距離的搬運，送至多士爐爐身生產(chǎn)線的一端進行生產(chǎn)，再從另一端流出成品。

圖1 某款多士爐生產(chǎn)線現(xiàn)狀

其中，多士爐生產(chǎn)線改善前各工序作業(yè)時間以及工序的作業(yè)飽和度(工序的作業(yè)時間占節(jié)拍的比值，可以用來衡量工時的利用情況，節(jié)拍為30.17 s)見表1。

表1 多士爐改善前各工序作業(yè)時間及作業(yè)飽和度

注：總時間為1 047.13 s，飽和度的平均值為56.90%。

多士爐生產(chǎn)線改善前的工藝流程圖如圖2所示。其中，工序1～工序14是多士爐附件線，工序15～工序31是多士爐底座線，工序32～工序60是多士爐爐身線。

通過表1的各工序的作業(yè)時間表，畫出了改善前各工序的工時平衡圖，如圖3所示。

從生產(chǎn)線現(xiàn)狀可知，線體規(guī)劃不合理，原材料庫存大，沒有物料規(guī)劃區(qū)，物料擺放零亂，操作員取放物料不方便，制造周期長，生產(chǎn)線上作業(yè)工時不平衡，作業(yè)飽和度不高，堆積現(xiàn)象嚴重，品質(zhì)存在隱患，生產(chǎn)線平衡率低，生產(chǎn)效率不高。

圖2 多士爐生產(chǎn)線改善前的工藝流程圖

圖3 改善前工時平衡圖

2.2 改善的對策和實施

通過運用生產(chǎn)線平衡的理論與方法來解決和分析生產(chǎn)線平衡的問題，本文重點以生產(chǎn)線平衡的理論與方法對多士爐底座的組裝來進行分析，進而用生產(chǎn)線平衡的理論與方法來推導(dǎo)整條多士爐生產(chǎn)線。

通過上述分析可知，多士爐生產(chǎn)線的平衡率=各工序時間總和/(人數(shù)×節(jié)拍)×100%=56.90%，節(jié)拍為30.17 s，可以提出該裝配生產(chǎn)線的目標：節(jié)拍為40 s(在保持改善前后產(chǎn)量不變的情況下)，減少人員，提高人均單產(chǎn)，提高平衡率，降低成本。多士爐底座組裝改善對策表見表2。表2中，多士爐底座的組裝由原來的7個人，減少為4個人，人均單產(chǎn)及生產(chǎn)線的平衡率都提高了，其中19.2表示改善前第19道工序的第2個動作。

表2 多士爐底座組裝改善對策表

針對生產(chǎn)線存在的問題，本文采用生產(chǎn)線平衡的理論，同時通過對多士爐底座組裝的工序進行動作分解、作業(yè)分析和時間分析，采用ECRS原則進行改善，得到了多士爐底座組裝的改善對策表，得到了多士爐底座的工藝流程(見表3)。

表3 改善后多士爐底座的工藝流程

通過同樣的生產(chǎn)線平衡的理論、方法得到了改善后的整個多士爐生產(chǎn)線各工序作業(yè)時間及作業(yè)飽和度，見表4。

表4 改善后多士爐各工序作業(yè)時間及作業(yè)飽和度

改善后多士爐生產(chǎn)線的工藝流程圖如圖4所示。其中，工序13和工序14是多士爐底座組裝，工序23～工序30是多士爐爐身組裝。

圖4 改善后多士爐生產(chǎn)線的工藝流程圖

通過表4的各工序作業(yè)時間表，畫出了改善后各工序的工時平衡圖，如圖5所示。

圖5 改善后的工時平衡圖

改善后的生產(chǎn)線平衡率=各工序時間總和/(人數(shù)×節(jié)拍)×100%=78.74%。工序的飽和度顯著提高，生產(chǎn)線的平衡率顯著提高。

2.3 改善前后對比分析

通過運用生產(chǎn)線平衡理論對多士爐生產(chǎn)線進行優(yōu)化與改善，其生產(chǎn)線平衡率得到了提高，改善前后的相關(guān)參數(shù)見表5。

雖然生產(chǎn)線的平衡率得到了顯著提高，但是現(xiàn)有的改善都不是盡善盡美的，還可以對工藝進行不斷改進和優(yōu)化。在考慮夾具設(shè)備、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改良的基礎(chǔ)上，還可以極大地提高生產(chǎn)線平衡率，提高效率，降低成本。

表5 改善前后相關(guān)參數(shù)對比表

3 多士爐生產(chǎn)線的設(shè)計

在基于生產(chǎn)線的平衡的基礎(chǔ)上，綜合考慮產(chǎn)品、產(chǎn)量、工藝過程、交貨時間、物流、品質(zhì)和設(shè)備的前提下，對某款多士爐產(chǎn)品的生產(chǎn)線進行重新設(shè)計，從3條平行式的“非”字拉，設(shè)計為1條“Y”字拉，該生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)一個流的生產(chǎn)，生產(chǎn)線的布局如圖6所示。

相對改善前的3條平行式的“非”字拉生產(chǎn)線，該多士爐生產(chǎn)線的設(shè)計具有如下優(yōu)點：主副拉線清楚，產(chǎn)品附件同時加工，不用反復(fù)搬運，品質(zhì)有保證；物料區(qū)集中擺放，線體規(guī)劃清晰，物料區(qū)、生產(chǎn)區(qū)和成品區(qū)分開擺放；操作員坐在一方操作，減少了勞動強度，極大地消除了動作的浪費。

圖6 某款多士爐的精益生產(chǎn)線布局

當(dāng)然，現(xiàn)有的生產(chǎn)線布局也不是盡善盡美的，還有待繼續(xù)改進的地方，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行改良、新增夾具設(shè)備的前提下，都可以對生產(chǎn)線進行不斷優(yōu)化與改進。

4 結(jié)語

本文將生產(chǎn)線平衡理論運用到多士爐的生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計中，解決了裝配生產(chǎn)線平衡的問題。利用生產(chǎn)線平衡理論對多士爐底座的組裝進行了詳細的闡述，得到了改善后的多士爐生產(chǎn)線的工藝流程，并在此基礎(chǔ)上對裝配生產(chǎn)線進行了設(shè)計，使生產(chǎn)線平衡率達到了78.74%，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。

[1] 吳曉艷.裝配生產(chǎn)線平衡的研究[D].上海：上海交通大學(xué),2007.

[2] 賈晨輝,李云峰,劉延斌. 基于仿真的裝配生產(chǎn)線規(guī)劃與優(yōu)化[J]. 組合機床與自動化加工技術(shù),2009(3):79-82.

[3] 葉曉素,蔡勇. 精益生產(chǎn)方式下生產(chǎn)線平衡的研究[J]. 機電工程技術(shù),2009,38(11):58-59,94.

[4] 楊如意. N公司裝配生產(chǎn)線布局研究[D].廣州：華南理工大學(xué),2013.

[5] 周虎城. 基于精益生產(chǎn)的發(fā)動機制造規(guī)劃和設(shè)計[D].天津：天津大學(xué),2012.

[6] 岑昊,蔡三發(fā).裝配生產(chǎn)線平衡的改善[J].上海管理科學(xué),2005(5):16-17.

責(zé)任編輯鄭練

OptimizationandDesignoftheToastFurnaceAssemblyLinebasedonProductionLineBalance

HUANG Chengsheng, YANG Weiping

(Mechanical and Electrical Engineering College, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China)

The theory of production line balance is applied to the optimization and design of the toast assembly line. Through the production line balance theory on the base of the toast furnace to analysis, To disintegrates the toast furnace base process movement, makes a job analysis and time analysis, improves the process with the principle of ECRS, optimizes the whole toast furnace production line. And through the analysis of the process with before and after improvement, saturation, and related parameters measured by contrast, to solves the problem of assembly line balance, improves the production line balance rate, the production efficiency and reduce the production cost. Finally on the basis of the production line balance, to designs the assembly line, and makes the production line balance rate get to 78.74%.

toast furnace, saturation, production line balance, production line design

TH 162+.1

：A

黃誠盛(1989-)，男，碩士研究生，主要從事工業(yè)工程等方面的研究。

2014-12-22