電視機(jī)裝配流水線的平衡分析與改進(jìn)

林群陽

摘要： 以電視機(jī)裝配流水線為研究對(duì)象，運(yùn)用作業(yè)測(cè)定技術(shù)中的時(shí)間研究方法，測(cè)定了裝配流水線各工位的作業(yè)時(shí)間，找出了影響流水線生產(chǎn)能力的瓶頸工位。運(yùn)用“5W1H”提問技術(shù)分析裝配流水線存在的問題；利用啟發(fā)式算法對(duì)裝配流水線的作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行重新安排，達(dá)到流程優(yōu)化的效果。通過平衡前與平衡后的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，裝配流水線平衡取得了明顯的改善效果。裝配線負(fù)荷系數(shù)提高到86.4%，產(chǎn)能提高到339臺(tái)，平均工位加工率提高到58.4%。

Abstract： Aiming at the assembly line of TV set， this paper applies the stop watch-time study of work measurement technology to determine operation time of every station and finds out bottle-neck stations. The existing problems of assembly line are analyzed by using 5W1H inquiry technology. In order to optimize the assembly line， Heuristic algorithm and Branch and bound analysis are used to reschedule job content of assembly line. By analyzing the data between the old line and the new line，the balance of assembly line is improved obviously. Load coefficient of the assembly line increased to 86.4%， production capacity increased to 339 units， the average processing rate of stations increased to 58.4%.

關(guān)鍵詞： 裝配流水線；時(shí)間研究；流程優(yōu)化；裝配線平衡

Key words： assembly line；time study；process optimization；assembly line balance

中圖分類號(hào)：TB491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）06-0239-03

0 引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越來越大，所受到的競(jìng)爭(zhēng)壓力也越來越大。在產(chǎn)品需要大批量生產(chǎn)的情況下，裝配流水線是作為一種高效率、高產(chǎn)量的生產(chǎn)方式，能夠有效提高裝配質(zhì)量和效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。目前該生產(chǎn)方式在很多行業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用。但有的裝配流水線總會(huì)看到材料堆積，流水線停滯等現(xiàn)象。這些都會(huì)導(dǎo)致企業(yè)效率低，生產(chǎn)力下降，降低競(jìng)爭(zhēng)力。如何提高裝配線的整體效率，減少工序間的在制品，以及追求同步化生產(chǎn)越來越受到人們的重視。采用合適的方法對(duì)裝配線進(jìn)行平衡優(yōu)化[1-2]成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要手段之一。

以臺(tái)州當(dāng)?shù)仄髽I(yè)電視機(jī)生產(chǎn)線為例，由于其電視機(jī)裝配流水線工位能力不均衡，致使裝配流水線生產(chǎn)效率較低，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力下降。通過對(duì)某電視機(jī)后蓋裝配流水線的調(diào)研，利用作業(yè)測(cè)定中的時(shí)間研究[3]及實(shí)地測(cè)量采集數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)分析得出影響裝配流水線平衡的相關(guān)問題。利用分析得到的數(shù)據(jù)，通過啟發(fā)式平衡法對(duì)裝配流水線進(jìn)行優(yōu)化改[4-5]。

1 裝配流水線工藝分析

1.1 裝配線現(xiàn)狀描述

文章以電視機(jī)后蓋裝配流水線為研究對(duì)象。裝配線的工序?yàn)椋簷z查背板—貼側(cè)面雙面膠—貼側(cè)面雙面膠—組裝燈條—裝燈條線—整理燈條線—鎖燈條螺絲—放反射紙—放反射板—放反射片—卡中框—貼膠布—檢查背光—組裝玻璃—貼膠布、撕前膜—貼膠布—貼導(dǎo)電布—卡前框、翻轉(zhuǎn)電視機(jī)—鎖背板螺絲—固定T-con板—貼條形碼。其各工位與各工序的工作時(shí)間如表1所示。

1.2 現(xiàn)狀分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋的信息，電視機(jī)裝配流水線主要存在以下幾個(gè)主要問題：

①生產(chǎn)效率低，達(dá)不到指標(biāo)；

②裝配線質(zhì)量不高，返工頻繁；

③員工分工不均，心理不平衡。

上述裝配流水線出現(xiàn)的主要問題是由于企業(yè)管理和裝配流水線的不合理安排造成的，我們主要從裝配流水線的技術(shù)層面加以研究。根據(jù)實(shí)際狀況，運(yùn)用“5WIH”提問技術(shù)[6]，對(duì)各工位完成任務(wù)的目的、方法、人員、時(shí)間、地點(diǎn)及原因等方面進(jìn)行提問，逐項(xiàng)進(jìn)行分析[7]。根據(jù)表1可以得出各工位的生產(chǎn)節(jié)拍。其中工位4耗費(fèi)117秒，是最大的工位時(shí)間（瓶頸工位）。工位4與工位3的時(shí)間差過大，造成生產(chǎn)堆積，不利于提高裝配線的生產(chǎn)效率。且員工工作時(shí)間差距過大容易造成心理不平衡，為追求速度而忽略工作質(zhì)量。

將工作時(shí)間平均分配到各個(gè)工位的方式，可以最大程度地消除各工位的不平衡。在此需要在不影響產(chǎn)出率及作業(yè)優(yōu)先順序條件約束下，對(duì)各個(gè)工位的工作量重新分配，以期達(dá)到各個(gè)工位工作量的平衡。在此引入評(píng)價(jià)裝配線負(fù)荷的評(píng)價(jià)函數(shù)η，裝配線負(fù)荷系數(shù)η的可用式（1）表示為：

裝配線的負(fù)荷系數(shù)越大，說明流水線的生產(chǎn)效率越高，它反映裝配線人力、物力資源利用率的指標(biāo)，同時(shí)也反映了裝配線組織和設(shè)計(jì)的合理程度。一般合理的裝配線負(fù)荷系數(shù)在80%以上。

2 裝配流水線平衡改善

2.1 理想節(jié)拍

電視機(jī)裝配流水線的平衡調(diào)節(jié)主要要求使每個(gè)工位的操作時(shí)間盡可能同步化，各工位在節(jié)拍內(nèi)都處于繁忙狀態(tài)，完成最多的操作量，從而使裝配線的效率最高。電視機(jī)裝配線平衡前為10個(gè)工位，其中工位4的時(shí)間明顯不合理，工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)117秒。經(jīng)過仔細(xì)考慮，工位4分為2個(gè)工位更為合理。最后理想的工作中心為11個(gè)。理想節(jié)拍=產(chǎn)品總裝配時(shí)間/實(shí)際工作中心數(shù)=656/11=60秒。

2.2 啟發(fā)式平衡過程

啟發(fā)式算法在求解裝配線平衡問題[8]時(shí)，不采用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，而是主要通過擬定的選擇規(guī)則進(jìn)行求解，因此該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，得到了廣泛的應(yīng)用。啟發(fā)式算法主要研究動(dòng)作和時(shí)間兩方面，所以文章主要通過這兩方面來優(yōu)化解決實(shí)際問題[9]。

首先各工位優(yōu)化必須滿足幾個(gè)約束條件：①各個(gè)作業(yè)單位的優(yōu)化調(diào)整必須滿足裝配線生產(chǎn)的有限順序。②在作業(yè)單元任務(wù)分配完后，最終的工位時(shí)間不得超過產(chǎn)生節(jié)拍。

裝配線操作是從將電視機(jī)背板搬上流水線開始，所以作業(yè)單位1作為第一工位的第一工序。因?yàn)槔硐牍?jié)拍為60秒，安排作業(yè)單位1、2后，剩余時(shí)間不足以安排3，但2與3間的生產(chǎn)關(guān)聯(lián)性較大，考慮生產(chǎn)流程的連續(xù)性，作業(yè)單位3安排在本工位。后續(xù)的工位安排同理，先安排在理想節(jié)拍內(nèi)的作業(yè)單位，再考慮作業(yè)單位的關(guān)聯(lián)性、合理性。二號(hào)工位安排作業(yè)單位4，5。三號(hào)工位安排作業(yè)單位6，7，8。四號(hào)工位安排作業(yè)單位9，10。五號(hào)工位安排作業(yè)單位11，六號(hào)工位安排作業(yè)單位12，13，七號(hào)工位安排作業(yè)單位14，15。八號(hào)工位安排作業(yè)單位16，17。九號(hào)工位安排作業(yè)單位18，19。十號(hào)工位安排作業(yè)單位20，21。十一號(hào)工位安排作業(yè)單位22，23，24。剩余時(shí)間不足以進(jìn)行下一作業(yè)單位，但由于本工位為最后一個(gè)工位，因此將最后的作業(yè)單位25放入本工位。改善后的結(jié)果具體參見表2。

2.3 裝配線平衡后數(shù)據(jù)分析

計(jì)算每班的生產(chǎn)產(chǎn)能的時(shí)候，計(jì)劃有效工作時(shí)間按6.5小時(shí)（總時(shí)間8小時(shí)，其中1.5小時(shí)休息）計(jì)算。計(jì)劃產(chǎn)量包括計(jì)劃出廠量和預(yù)定不合格的量。生產(chǎn)節(jié)拍直接使用所實(shí)測(cè)的瓶頸操作時(shí)間作為我們的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拍。裝配線改善前后的平衡變化如表3和圖1所示。

①生產(chǎn)節(jié)拍C。

改善前：生產(chǎn)節(jié)拍C=117秒；

改善后：生產(chǎn)節(jié)拍C=69秒。

②生產(chǎn)產(chǎn)能N。

改善前：N=計(jì)劃有效工作時(shí)間/生產(chǎn)節(jié)拍=6.5*60*60/117=200；

改善后：N=計(jì)劃有效工作時(shí)間/生產(chǎn)節(jié)拍=6.5*60*60/69=339。

③裝配線負(fù)荷系數(shù)η。

改善前：η=T/（N*C）=656/（10*117）=56.1%；

改善后：η=T/（N*C）=656/（11*69）=86.4%。

經(jīng)過各工位操作工序重新分配平衡后，生產(chǎn)節(jié)拍由平衡前的117秒減少到平衡后的69秒。生產(chǎn)產(chǎn)能由每班200臺(tái)提高到每班339臺(tái)。裝配線負(fù)荷系數(shù)由平衡前56.1%提高到平衡后86.4%。通過使用改進(jìn)的啟發(fā)式平衡方法對(duì)電視機(jī)裝配線進(jìn)行研究降低了生產(chǎn)節(jié)拍，提高了產(chǎn)能和生產(chǎn)效率。

2.4 人員優(yōu)化

在工位平衡的基礎(chǔ)上必需考慮工人的工作量，工作量的平衡安排有利于提高工人的積極性。原裝配流水線除了作業(yè)單位11、15各安排了兩個(gè)工人，其余每個(gè)作業(yè)單位只安排一個(gè)工人。對(duì)上述已改善的裝配流水線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其中作業(yè)單位22、23作業(yè)時(shí)間都明顯小于其他作業(yè)單位?？紤]工人的公平感和工作積極性，這兩個(gè)作業(yè)單位只安排一個(gè)工人。因此，改善后的裝配流水線工人人數(shù)減少一人。這有利于減少資源的投入，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力[10]。

3 效果評(píng)價(jià)

圖2是裝配流水線的Flexsim仿真模型。通過對(duì)改善前后裝配流水線進(jìn)行仿真，得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)如表4所示。分析表4改善前的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以看出改善前工位4之前的所有工位都出現(xiàn)了嚴(yán)重的堵塞，工作效率低下。因此工位4是瓶頸工位。改善前的空閑率過大，且存在空閑率與加工率分布不均的問題。

通過表4改善前后數(shù)據(jù)對(duì)比，可以直觀看出改善后裝配線的優(yōu)化進(jìn)步。改善后工位的最大堵塞率為7.14%，較改善前的最大堵塞率42.41%，下降了35.27%，整體生產(chǎn)的流暢性得到提高。且改善后除了工位3與工位9略有堵塞外，其余工位基本保持生產(chǎn)平衡。改善前工位平均空閑率為42.9%，且工位8、9、10空閑率明顯過大，利用率不高。改善后的平均空閑率降為29.4%，比之前降低13.5%。改善前的平均加工率為39.4%，前5個(gè)工位的加工率與后五個(gè)工位的加工率相差過大，裝配流水線的生產(chǎn)不平衡。改善后工位的平均加工率為58.4%，較之前提高了19%，且工位間的加工率差距減少，整個(gè)裝配流水線的生產(chǎn)系統(tǒng)更加平衡。

4 結(jié)語

裝配流水線的平衡直接關(guān)系到流水線的生產(chǎn)效率。因此，對(duì)企業(yè)裝配流水線的平衡改進(jìn)是企業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)。本文通過對(duì)某公司電視機(jī)裝配生產(chǎn)線平衡分析，發(fā)現(xiàn)瓶頸環(huán)節(jié)，并應(yīng)用生產(chǎn)節(jié)拍平衡方法給出行之有效的改進(jìn)方案。通過啟發(fā)式算法、分支定界分析對(duì)工序作業(yè)內(nèi)容調(diào)整，盡可能平衡各工位的作業(yè)時(shí)間，減少空余時(shí)間，消除各種浪費(fèi)活動(dòng)，從而使裝配生產(chǎn)線節(jié)拍平衡優(yōu)化，提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。在此過程中，運(yùn)用Flexsim軟件對(duì)改善前后的裝配流水線進(jìn)行仿真，建立三維可視化模型。通過仿真模型的前后數(shù)據(jù)對(duì)比，證明改善方案的有效性。

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