基于整流化的某發(fā)動機生產(chǎn)線作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化與排產(chǎn)設(shè)計

牛占文

,郭夢真,楊福東,路振中

(天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟學(xué)部,天津 300072)

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基于整流化的某發(fā)動機生產(chǎn)線作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化與排產(chǎn)設(shè)計

,郭夢真,楊福東,路振中

(天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟學(xué)部,天津 300072)

選取以工程機械行業(yè)極具代表性的某發(fā)動機制造企業(yè)生產(chǎn)線為案例,進行作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化和排產(chǎn)設(shè)計研究。針對生產(chǎn)線作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計不合理的現(xiàn)狀,按照產(chǎn)品原則進行生產(chǎn)線功能重組,實現(xiàn)發(fā)動機“整流化”生產(chǎn);針對輔助人員冗余的情況,利用標(biāo)準(zhǔn)工時測定的方法,進行輔助人員定編,使其得到合理配置,并減少了30%的輔助人員。在此基礎(chǔ)上,以生產(chǎn)線加工能力為指導(dǎo)進行排產(chǎn)方法設(shè)計,全面實現(xiàn)了生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置。

作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化;整流化;輔助人員;定崗定編;生產(chǎn)排產(chǎn)

目前,我國經(jīng)濟增長速度出現(xiàn)放緩趨勢,開始進入“新常態(tài)”階段,與國民經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)的工程機械行業(yè)也受到了比較明顯的影響,加之工程機械行業(yè)日趨激烈的市場競爭情況,許多企業(yè)的銷售額均呈現(xiàn)下降趨勢,未來發(fā)展面臨著嚴峻考驗。面臨這種挑戰(zhàn),眾多企業(yè)紛紛采取措施尋求新的發(fā)展機遇,其中,高效率的生產(chǎn)系統(tǒng)作為企業(yè)改革與發(fā)展的重要條件得到了眾多企業(yè)的關(guān)注。作業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)化、良好的排產(chǎn)方式、有效的作業(yè)人工配置可以大量減少企業(yè)內(nèi)部浪費,有效地控制企業(yè)成本,同時有助于各企業(yè)理順內(nèi)部體制機制,形成有利于企業(yè)改革與發(fā)展的良好環(huán)境。

在作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化方面,王志國等[1]以車間制造元素的工作量為決策變量,以產(chǎn)量、質(zhì)量、成本、交貨周期等指標(biāo)微動態(tài)約束條件構(gòu)建生產(chǎn)系統(tǒng)運作優(yōu)化模型,并用“串式調(diào)優(yōu)法”對其求解;倪稷子等[2]采取價值流圖技術(shù)對所提生產(chǎn)系統(tǒng)進行優(yōu)化,確定了以生產(chǎn)鏈方式的價值流動生產(chǎn)方式,并對生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)線平衡等方面進行了優(yōu)化和改進;劉光富等[3]從物流效率、空間利用率、管理方便性等方面進行廠房布置設(shè)計,從而達到生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化的目的。徐文杰等[4]通過整流化生產(chǎn)、生產(chǎn)線布局調(diào)整、全工序流動等方法解決了生產(chǎn)線物流路徑復(fù)雜、生產(chǎn)線不平衡,操作人員疲勞強度高等問題;在企業(yè)人力資源合理配置方面,陳旭[5]、云紹輝等[6]從企業(yè)員工的作業(yè)時間和素質(zhì)測評方式等入手,通過建立模型來進行生產(chǎn)線人力資源的優(yōu)化配置,同時提出合理的人力資源配置是企業(yè)資源優(yōu)化配置的基礎(chǔ);Lin等[7]提出了解決人力資源配置的多目標(biāo)混合遺傳算法,Chung-HsingYeh等[8]提出建立企業(yè)的資源配置矩陣的方法,為人力資源配置提供了新思路,但是已有研究對企業(yè)各序列人員尤其是目前日益重要的生產(chǎn)輔助人員的優(yōu)化配置尚未提出比較合理的方法。在企業(yè)排產(chǎn)計劃方面,于乃功等[9]提出主生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)作業(yè)計劃綜合排產(chǎn)、生產(chǎn)計劃排產(chǎn)與車間實時監(jiān)控集成的思想,并設(shè)計了生產(chǎn)計劃動態(tài)排產(chǎn)軟件;薄洪光等[10]對并行流水線的排產(chǎn)等企業(yè)生產(chǎn)資源優(yōu)化配置方法進行了研究,表明生產(chǎn)線排產(chǎn)在企業(yè)的生產(chǎn)資源優(yōu)化配置方面具有非常重要的作用。

基于上述分析,可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有研究往往以某一個生產(chǎn)管理問題為研究對象進行生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化研究,鮮有研究從分析作業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系出發(fā),將生產(chǎn)線作業(yè)優(yōu)化與生產(chǎn)排產(chǎn)相結(jié)合實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)資源的優(yōu)化配置。因此,研究選取工程機械行業(yè)極具代表性的某發(fā)動機制造企業(yè)的案例,通過生產(chǎn)線按照產(chǎn)品原則進行生產(chǎn)線功能重組,對其進行作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化;針對輔助人員冗余的情況,利用標(biāo)準(zhǔn)工時測定的方法,進行輔助人員定編,使其得到合理配置;在此基礎(chǔ)上,進行排產(chǎn)方法設(shè)計,從而實現(xiàn)生產(chǎn)資源的全面優(yōu)化配置。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及問題描述

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

某發(fā)動機制造企業(yè)有一號和二號兩個工廠,一號工廠主要生產(chǎn)A、C兩種型號的發(fā)動機,二號工廠主要生產(chǎn)B型號的發(fā)動機,兩個工廠均由機加工車間、裝配車間、試車車間和成套車間組成。其中,機加工車間由機體線與缸蓋線組成,機體線進行發(fā)動機機體毛坯的切削、鉆孔加工,缸蓋線進行發(fā)動機缸蓋毛坯的切削、鉆孔加工;裝配車間將機體、缸蓋及其他外協(xié)零部件進行組裝;試車車間對組裝的發(fā)動機進行調(diào)試與檢測;成套車間將試車車間檢測合格的產(chǎn)品包裝。在生產(chǎn)過程中,缸蓋與機體的毛坯分別進入機加工車間的缸蓋加工線與機體加工線進行加工,然后依次進入裝配車間、試車車間與成套車間,最終以成品形式出廠。其中,機加工線不可混線生產(chǎn),裝配車間、試車車間與成套車間可混線生產(chǎn)。此外,由于在試車車間檢驗不合格進行返修的發(fā)動機數(shù)量非常小,故在研究中不做考慮。兩個工廠生產(chǎn)線的生產(chǎn)關(guān)系見圖1。

圖1 某發(fā)動機制造企業(yè)生產(chǎn)線關(guān)系圖Fig.1 Production line diagram of an engine manufacturing enterprise

1.2 問題分析

根據(jù)上述現(xiàn)狀描述,結(jié)合工業(yè)工程相關(guān)理論可以發(fā)現(xiàn)目前該企業(yè)的發(fā)動機生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)存在以下三方面問題:

(1)生產(chǎn)線功能設(shè)計混亂。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研,A產(chǎn)品和C產(chǎn)品在一號工廠加工,A產(chǎn)品的缸蓋和機體在機加一車間和機加三車間均有生產(chǎn);C產(chǎn)品的缸蓋和機體在機加二車間、三車間和五車間均有生產(chǎn)。因為每個車間既生產(chǎn)缸蓋,也生產(chǎn)機體,生產(chǎn)完成后均送往裝配車間進行組裝,導(dǎo)致物流路徑混亂,同一產(chǎn)品分布于不同車間增大管理難度。以A產(chǎn)品為例,物與信息流動圖如圖2所示。

圖2 物與信息流動圖現(xiàn)狀Fig.2 Current situation of material and information flow diagram

(2)設(shè)備利用率低,排產(chǎn)計劃不合理。由于同一產(chǎn)品可在多個車間同時生產(chǎn),生產(chǎn)管理部門在下發(fā)生產(chǎn)計劃時,將生產(chǎn)計劃均分給各個車間,并未考慮到生產(chǎn)線的產(chǎn)能是否飽和,故經(jīng)常造成車間有效工作時間遠少于規(guī)定工作時間,同時造成人力、設(shè)備等的浪費。以一號工廠為例,機加工一車間機體線與機加工三車間的機體線均可加工A型發(fā)動機的機體,兩條線的日最大產(chǎn)量分別為200臺和100臺,某個工作日A型發(fā)動機日排產(chǎn)量為200臺,生產(chǎn)計劃部門安排兩條生產(chǎn)線同時開線。但由于機加工一車間的最大日產(chǎn)量為200臺,因此只開機加工一車間的機體線,機加工三車間休班就可完成當(dāng)日產(chǎn)量。若機加工三車間機體線開線,則需配備機加工機體線上的14名一線人員與機加工三車間的全部11名輔助人員,造成人力資源的浪費;物料分散配送到兩個機加工車間增加了物料的搬運距離,造成搬運的浪費;開線消耗電力、造成設(shè)備損耗。在生產(chǎn)過程中,如果以上情況經(jīng)常出現(xiàn),勢必會造成該企業(yè)生產(chǎn)資源的大量浪費,提高企業(yè)成本。

(3) 車間輔助工人工作等待過多,工作范圍與工作職責(zé)不明確。目前,企業(yè)已進行多次生產(chǎn)線改善,主生產(chǎn)線員工配置已經(jīng)處于相對合理的水平,幾乎不存在人員冗余的現(xiàn)象。但是,由于忽略了輔助人員的優(yōu)化配置,該企業(yè)目前的輔助人員配置不合理,需進行優(yōu)化。以叉車工為例,即使在產(chǎn)量比較大的情況下,叉車工在每次搬運之間仍然經(jīng)常出現(xiàn)長時間的等待,同時工人出現(xiàn)互相推脫工作的現(xiàn)象,不僅導(dǎo)致工作無法正常完成,同時對工人的情緒造成負面的影響。

2 改善方案

2.1 生產(chǎn)線“整流化”優(yōu)化

由圖2知,生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)多個“分歧合流”現(xiàn)象,同一產(chǎn)品分布于不同車間生產(chǎn),生產(chǎn)線關(guān)系不明確,物流路徑復(fù)雜,物流距離遠,因此根據(jù)整流化思想[4],將車間按照產(chǎn)品種類進行劃分并進行作業(yè)單元重組,劃分后的生產(chǎn)線打破了車間的界限,完全按照產(chǎn)品進行分組,生產(chǎn)線關(guān)系更加明確,便于物流運輸,分組后的生產(chǎn)線關(guān)系如圖3所示。整流化后的物與信息流動圖如圖4所示。

2.2 生產(chǎn)線加工能力排序

在實際生產(chǎn)中,由于各條生產(chǎn)線設(shè)備配置的不同,因而對不同型號產(chǎn)品的加工能力會有所差異,為更好地制定排產(chǎn)方案,采取德爾菲法確定不同產(chǎn)線的優(yōu)先級。首先為各組內(nèi)的生產(chǎn)線分別設(shè)定了1、2、3、4四個等級,召集生產(chǎn)專家對各條生產(chǎn)線進行打分,分數(shù)越高表示該生產(chǎn)線在本組內(nèi)的生產(chǎn)優(yōu)先級越高。經(jīng)過調(diào)研匯總,剔除班制為0的生產(chǎn)線,得到各生產(chǎn)線的優(yōu)先級順序見表1。

在表1中,同一組組別中各條生產(chǎn)線的班制均相同,以生產(chǎn)線最多的組3為例,該組內(nèi)4條生產(chǎn)線的班制均為2班。此外,在生產(chǎn)中,當(dāng)產(chǎn)量足夠大時,優(yōu)先讓組內(nèi)各條線都開第1班,在各生產(chǎn)線按照生產(chǎn)優(yōu)先級均開滿1班后,再以同樣的優(yōu)先級開始第2班生產(chǎn),不考慮日產(chǎn)量超過所有產(chǎn)線,全部班次的最大產(chǎn)能之和的情況。

在某發(fā)動機制造企業(yè)當(dāng)前的生產(chǎn)狀況下,各個組別之間在生產(chǎn)上互不干擾,因此只需將各個組別內(nèi)的生產(chǎn)線排產(chǎn)方案確定好,最后進行匯總即可。

2.3 生產(chǎn)線輔助人員定編

生產(chǎn)線輔助人員存在冗余與作業(yè)職責(zé)不明確的問題,因此在制定排產(chǎn)計劃前,將生產(chǎn)線輔助人員進行定崗定編。向輔助人員發(fā)放工作寫實表,記錄輔助人員正常作業(yè)與非作業(yè)的全部內(nèi)容,并對其進行分析,計算輔助人員作業(yè)時間和人數(shù),確定輔助人員的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。其計算過程如下:

假設(shè)第i個崗位的第j項作業(yè)的單次正常工作時間為tij,一個班次內(nèi)的工作頻次為pij,則可得第i個崗位一個班次內(nèi)的正常工作總時間為

(1)

同時可得標(biāo)準(zhǔn)工作總時間為

(2)

圖3 分組后某發(fā)動機制造企業(yè)生產(chǎn)線關(guān)系Fig.3 Production line diagram of an engine manufacturing enterprise after grouped

圖4 整流化后物與信息流動圖Fig.4 Material and information flow diagram of streamlined

工廠序號功能組別生產(chǎn)線優(yōu)先級順序一號廠1A產(chǎn)品機體加工機加工一機體線-機加工三機體線2A產(chǎn)品缸蓋加工機加工一缸蓋線-機加工三缸蓋線-機加工一缸蓋L線3C產(chǎn)品機體加工機加工二機體線-機加工四機體線-機加工四機體L線-機加工五機體線4C產(chǎn)品缸蓋加工機加工二缸蓋線-機加工五缸蓋線-機加工五缸蓋線F線5A、C產(chǎn)品裝配裝配線6A、C產(chǎn)品試車試車線7A、C產(chǎn)品成套成套線二號廠8B產(chǎn)品機體加工加工一機體線-加工三機體B線9B產(chǎn)品缸蓋加工加工二缸蓋A線-加工二缸蓋B線-加工二缸蓋線10B產(chǎn)品裝配裝配一車間裝配線-裝配二車間裝配線11B產(chǎn)品試車托盤線試車車間試車托盤線12B產(chǎn)品試車座臺試車車間試車座臺13B產(chǎn)品成套成套車間成套線注：生產(chǎn)線優(yōu)先級順序中從左向右優(yōu)先順序依次降低。

其中:a為寬放率,該寬放率是該企業(yè)考慮私事寬放、疲勞寬放、延遲寬放、偶發(fā)寬放、政策寬放等多方面因素后確定的綜合系數(shù)。

以每個輔助工人每班工作時間為8 h計算,可得第i個崗位所需人數(shù):

(3)

通過輔助人員定編,某發(fā)動機制造企業(yè)輔助人員總數(shù)從改善前的261人減少到184人,幅度達到29.5%,不僅大幅度降低了人力資源成本,也使各輔助工人的工作職責(zé)更加清晰,生產(chǎn)有序性與產(chǎn)品質(zhì)量均得到保證。

2.4 排產(chǎn)方案設(shè)計

圖5 排產(chǎn)方案計算過程Fig.5 Calculation procedure of production scheduling scheme

企業(yè)按照圖5的計算過程制作了輔助生產(chǎn)線排產(chǎn)的軟件,從而使該排產(chǎn)方案得以實現(xiàn)。該排產(chǎn)方案為該企業(yè)在當(dāng)前環(huán)境下合理配置生產(chǎn)資源,減少企業(yè)浪費提供了幫助(見圖6)。

圖6 生產(chǎn)排程軟件運行圖Fig.6 Production scheduling software operation diagram

3 改善結(jié)果

通過生產(chǎn)線“整流化”消除了“分歧合流”現(xiàn)象,使企業(yè)的物流路徑更加清晰,減少了物流距離。此外,合理投入生產(chǎn)人員與輔助支持人員,實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的少人化;合理提升了輔助工人的工作負荷度,這對提升輔助工人操作技能,保證輔助崗位工作質(zhì)量起到了促進作用;根據(jù)定崗定編,生產(chǎn)線輔助人員總數(shù)從改善前的261人減少到184人,幅度達到29.5%,具體人員配置情況如表2所列。

表2 輔助人員定編后生產(chǎn)線人員配置情況

通過設(shè)計排產(chǎn)方案不僅實現(xiàn)了以較少的生產(chǎn)線高效地完成生產(chǎn)任務(wù)的效果,避免了重復(fù)開線的情況,減少了生產(chǎn)資源的浪費,還實現(xiàn)了某一班次開班時間較短時通過合并這些零散的班次來提高生產(chǎn)資源的利用率的效果,這樣在維持產(chǎn)量不變的情況下減少了總的開線班次,生產(chǎn)資源利用率大大提高,減少了物料搬運、電力消耗、設(shè)備損耗、人力資源等方面的浪費。

4 結(jié)論

從生產(chǎn)線“整流化”功能重組、輔助人員定編和生產(chǎn)線排產(chǎn)等環(huán)節(jié)對某發(fā)動機制造企業(yè)的生產(chǎn)資源優(yōu)化配置過程進行分析,通過分析得到如下結(jié)論:(1)將車間按照產(chǎn)品原則進行劃分并進行作業(yè)單元重組,同時將生產(chǎn)線進行“整流化”排布,不僅消除了“分歧合流”現(xiàn)象,同時使物流路徑更加合理,物流距離減少,此外整流化便于企業(yè)迅速發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)問題,提高企業(yè)的競爭力;(2)以輔助工人的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)為基礎(chǔ),通過計算各輔助崗位的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間得到其合理配置,企業(yè)可以進行輔助人員定編,從而實現(xiàn)各生產(chǎn)線輔助人員配置的最優(yōu),該做法不僅可以降低工廠的人力成本,也可以為為企業(yè)進行生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置提供基礎(chǔ)條件;(3)在輔助人員定編的基礎(chǔ)上,通過考慮各生產(chǎn)線的生產(chǎn)優(yōu)先級和約束條件,制定出的排產(chǎn)方案更符合企業(yè)實際,該方案可以通過編制輔助排產(chǎn)軟件實現(xiàn),排產(chǎn)方案的應(yīng)用可以使企業(yè)避免浪費不必要的人力資源和設(shè)備,從而實現(xiàn)生產(chǎn)資源的最優(yōu)使用。

研究對某發(fā)動機作業(yè)系統(tǒng)進行優(yōu)化,對排產(chǎn)進行設(shè)計,這對國內(nèi)制造業(yè)如何在當(dāng)前經(jīng)濟形勢下有效地利用生產(chǎn)資源,降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率等具有參考意義,但是對生產(chǎn)多樣化的研究還存在不足,需要進行進一步研究。

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EngineProductionLineOperatingSystemOptimizationandProductionSchedulingDesignBasedonStreamlining

NiuZhanwen,GuoMengzhen,YangFudong,LuZhenzhong

(CollegeofManagementandEconomics,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

Takeaproductionlineofenginemanufacturingenterprisewhichisahighrepresentativeofconstructionmachineryindustryasexampletoconducttheoperatingsystemoptimizationandproductionschedulingdesignresearch.Targetingatthecurrentsituationofunreasonableproductionlineoperatingsystemdesign,conductproductionlinefunctionalreorganizationaccordingtotheproductprincipleandachievethestreamliningproductionofengine;targetingatthesituationofauxiliarypersonnelredundancy,conductthepersonnelallocationofauxiliarypersonnelbythemeanofstandardworkinghoursdeterminationandmakethemhasreasonableallocationwhichreduce30%auxiliarypersonnel;onthatbasis,conducttheproductionschedulingmethoddesigntakingtheproductionlineprocessingcapabilityastheguidance,completelyachievetheoptimizationarrangementofproductionresource.

Operatingsystemoptimization;Streamlining;Auxiliarypersonnel;Fixedpostandfixedallocation;Productionscheduling

NiuZhanwen,GuoMengzhen,YangFudong,etal.EngineProductionLineOperatingSystemOptimizationandProductionSchedulingDesignBasedonStreamlining[J].JournalofGansuSciences,2016,28(6):116-122.[牛占文,郭夢真,楊福東,等.基于整流化的某發(fā)動機生產(chǎn)線作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化與排產(chǎn)設(shè)計[J].甘肅科學(xué)學(xué)報,2016,28(6):116-122.]

10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.06.023.

2015-04-14;

2016-07-18.

國家自然科學(xué)基金項目(71071107).

牛占文(1966-),男,內(nèi)蒙古赤峰人,博士,教授,研究方向為工業(yè)工程、精益生產(chǎn).E-mail:767338551@qq.com.

F

A