基于IE方法的自行車車身生產(chǎn)線平衡優(yōu)化研究

徐 成

(安徽理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院， 安徽 淮南 232001)

隨著政府和社會(huì)低碳、綠色出行健康理念的不斷倡導(dǎo)，以及共享單車的出現(xiàn)[1]，越來越多的人將自行車作為交通工具，從而帶動(dòng)了自行車在工藝、質(zhì)量等方面的全面提升。但在生產(chǎn)線平衡方面還存在一些問題急需改善，基于此，文章以昆山某公司的自行車生產(chǎn)線為研究對(duì)象，運(yùn)用IE的相關(guān)手法來解決企業(yè)生產(chǎn)線平衡存在的諸多問題[2]。

1 工業(yè)工程和生產(chǎn)線平衡概述

1.1 工業(yè)工程概述

工業(yè)工程(Industrial Engineering， IE)是一門集工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)管理和人文科學(xué)相結(jié)合的交叉型科學(xué)[3]。IE的基本思想最早是由泰勒在《科學(xué)管理原理》一書中提出的，被認(rèn)為是IE的開端。吉爾布雷斯是IE學(xué)科的又一位先驅(qū)，其創(chuàng)立的“動(dòng)作研究”是IE的又一關(guān)鍵手法[4]。在IE發(fā)展的不同時(shí)期，對(duì)其定義也不盡相同，但其表達(dá)的內(nèi)涵都基本相同，都表明IE是這樣的一種活動(dòng)：它是以科學(xué)的方法為基礎(chǔ)，有效地利用人、才、物、時(shí)間、信息等資源，及時(shí)的提供市場(chǎng)所需的商品和服務(wù)。這表明IE是一門方法學(xué)，它能指導(dǎo)人們?yōu)榘讶?、物料、設(shè)備等組成一個(gè)綜合的系統(tǒng)，要學(xué)習(xí)并運(yùn)用哪些專業(yè)技能和知識(shí)，掌握何種方法去研究以及如何解決這些問題。

1.2 生產(chǎn)線平衡概述

現(xiàn)代企業(yè)大多采用作業(yè)細(xì)分化的多工序流水作業(yè)[5]，生產(chǎn)線上各個(gè)工序的作業(yè)時(shí)間在生產(chǎn)操作中也有所差異[6]。因此，需要對(duì)各個(gè)工序的作業(yè)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到均衡化，同時(shí)還要對(duì)作業(yè)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，使生產(chǎn)線能夠平順生產(chǎn)。通常用生產(chǎn)線平衡率、平衡損失率和平滑指數(shù)來評(píng)價(jià)一條生產(chǎn)線的平衡狀態(tài)[7]。

生產(chǎn)線平衡損失率d=1-平衡率

(2)

其中，W表示所有工作地時(shí)間之和；CT表示節(jié)拍；n表示工位數(shù)；Ti表示各工序時(shí)間。

2 生產(chǎn)線平衡的現(xiàn)狀分析

2.1 工時(shí)測(cè)定

首先，選用秒表法進(jìn)行工時(shí)測(cè)定，然后再確定觀測(cè)次數(shù)。秒表法測(cè)時(shí)，觀測(cè)次數(shù)越多，測(cè)定的結(jié)果也就越準(zhǔn)確[8]。但隨著觀測(cè)次數(shù)的增多，工作量也相應(yīng)的增加。因此，可采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定觀測(cè)次數(shù)。本文用秒表法對(duì)各個(gè)工序?qū)嵉赜^測(cè)15次，用三倍標(biāo)準(zhǔn)差法剔除異常值，處理后所得的數(shù)據(jù)即為正常工作時(shí)間。此外，還要計(jì)算私事、延遲、政策和疲勞等寬放時(shí)間[9]。

標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間=正常時(shí)間+寬放時(shí)間=正常時(shí)間×(1+寬放率).

(4)

正常時(shí)間=平均作業(yè)時(shí)間×評(píng)比系數(shù)

(5)

其中，平均作業(yè)時(shí)間是剔除異常值后的觀測(cè)時(shí)間的算術(shù)平均值，一般情況下，員工的操作比較熟練，所以選擇評(píng)比系數(shù)為1。另外，選擇私事寬放率為3%,延遲寬放率為4%，疲勞寬放率為5%，從而可以求出其標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，如表1所示。

2.2 生產(chǎn)線平衡分析

通過以上對(duì)每個(gè)工序的測(cè)時(shí)得到生產(chǎn)線作業(yè)時(shí)間圖，如圖1所示。

表1 作業(yè)工時(shí)測(cè)定表(時(shí)間/min)

圖1各工序的工作時(shí)間和空閑時(shí)間圖

由圖1可知，該生產(chǎn)線的節(jié)拍是10.3min。由式(1)可得到：改善前的平衡率為52.23%，由式(2)和(3)可得到生產(chǎn)線平衡損失率=1-52.23%=47.77%，平滑指數(shù)SI=5.13。當(dāng)生產(chǎn)線的平衡率在50%～60%時(shí)，通常認(rèn)為該生產(chǎn)線不存在科學(xué)管理的意識(shí)，生產(chǎn)線基本上能夠運(yùn)行，屬于粗放式的生產(chǎn)管理[10]。

2.3 自行車生產(chǎn)車間存在的主要問題

實(shí)地觀察該自行車生產(chǎn)線發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題：(1)機(jī)器作業(yè)不均衡，存在等待、搬運(yùn)等時(shí)間的浪費(fèi)；(2)存在過度生產(chǎn)、加工、存貨等原材料上的浪費(fèi)；(3)生產(chǎn)線在制品堆積較多，造成生產(chǎn)線生產(chǎn)不平衡；(4)次品率高，造成原材料的浪費(fèi)。

3 基于IE方法的生產(chǎn)線平衡改善

3.1 設(shè)備布局的改善

對(duì)于生產(chǎn)線而言，設(shè)備布局不同也會(huì)影響到生產(chǎn)線的均衡化生產(chǎn)[11]。實(shí)地觀察發(fā)現(xiàn)，該公司的生產(chǎn)線采用的是傳統(tǒng)的直線型布局，員工作業(yè)時(shí)要來回往復(fù)的走動(dòng)，不僅造成時(shí)間的浪費(fèi)，也使得生產(chǎn)效率低。另外，由于每臺(tái)設(shè)備作業(yè)量的不同，生產(chǎn)作業(yè)的時(shí)間也存在差異，造成生產(chǎn)線各個(gè)工序生產(chǎn)的不均衡，有的工序在制品堆積許多，有的工序則產(chǎn)能不足，影響生產(chǎn)線的平衡。針對(duì)這種情況，設(shè)備應(yīng)采用“U”型布局，這樣一名作業(yè)人員就能同時(shí)操作多臺(tái)設(shè)備，不僅沒有了不必要的來回走動(dòng)，而且使生產(chǎn)線也能夠?qū)崿F(xiàn)均衡生產(chǎn)。

3.2 生產(chǎn)線物流的改善

生產(chǎn)線物流主要體現(xiàn)在作業(yè)人員的走動(dòng)以及加工產(chǎn)品的流通方面，對(duì)生產(chǎn)線物流的改善主要也是針對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行改善。首先，由于該公司的生產(chǎn)線是根據(jù)產(chǎn)品加工工藝的原則布局，即將加工功能相同或相近的設(shè)備放在一起進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，這就容易造成作業(yè)人員往返的走動(dòng)，影響生產(chǎn)線的均衡化生產(chǎn)。針對(duì)這種情況應(yīng)采用按照產(chǎn)品的加工過程來布置設(shè)備，即采用產(chǎn)品加工原則布置設(shè)備。這樣可以有效減少作業(yè)人員來回走動(dòng)、搬運(yùn)，生產(chǎn)線在制品的數(shù)量也大大減少，使生產(chǎn)線平衡得到改善。

3.3 實(shí)施6S管理

6S管理是在5S管理的基礎(chǔ)上引進(jìn)“安全”要素演變而來的一種現(xiàn)場(chǎng)管理方法，都是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中對(duì)人、現(xiàn)場(chǎng)、現(xiàn)物、方法等進(jìn)行規(guī)范，營(yíng)造一目了然的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的生產(chǎn)要素進(jìn)行合理有效的管理。為了配合公司生產(chǎn)線物流的改善，有必要實(shí)施6S管理。除了有必要的物品留下來，其他的統(tǒng)統(tǒng)清除掉。如用剩的原材料、垃圾、多余的工裝夾具等都要清理出工作地。再將留下來的物品按要求的位置合理擺放，做到物品放置整齊并加以標(biāo)識(shí)，使工作場(chǎng)所盡收眼底，做到目視管理。將工作場(chǎng)所都清掃干凈，時(shí)刻保持干凈、整潔，創(chuàng)造一個(gè)良好的工作環(huán)境，使員工能夠輕松、愉快的工作。

4 改善后的生產(chǎn)線平衡效果分析

結(jié)合ECRS改善原則對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行取消、合并、重排和簡(jiǎn)化，重新劃分工位并測(cè)定各個(gè)加工工序的作業(yè)時(shí)間，運(yùn)用啟發(fā)式平衡算法分配作業(yè)，得到具體的作業(yè)時(shí)間表。如表2所示。

表2 改善后的作業(yè)時(shí)間表

根據(jù)表2可繪制出改善后的時(shí)間圖，如圖3所示。

圖3 改善后的作業(yè)時(shí)間圖

由圖3可得，改善后的生產(chǎn)節(jié)拍C.T=10.3min，工序減少到15個(gè)；由式(1)和(2)可以得到改善后的平衡率和平衡損失率分別為89.51%和10.49%。平衡率提高了37.28%，平滑指數(shù)減為1.23，可知改善后該生產(chǎn)線平衡已經(jīng)比較理想。

為了驗(yàn)證該方案的有效性，運(yùn)用Flexsim軟件對(duì)改善后的生產(chǎn)線進(jìn)行建模和仿真，經(jīng)Flexsim仿真得到該生產(chǎn)線有效作業(yè)時(shí)間為89.51%，寬放時(shí)間為10.49%，證明該方案是合理的。

5 結(jié) 論

文章運(yùn)用IE方法并結(jié)合公司生產(chǎn)線的特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行平衡分析。發(fā)現(xiàn)平衡率低的主要因素有：設(shè)備布局、生產(chǎn)線物流以及現(xiàn)場(chǎng)管理等方面。針對(duì)這些因素進(jìn)行優(yōu)化改善，制定了標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，對(duì)生產(chǎn)線物流進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施6S管理，使平衡率由52.23%提高到89.51%，實(shí)現(xiàn)了“一個(gè)流”生產(chǎn)。最后，運(yùn)用Flexsim軟件進(jìn)行仿真，驗(yàn)證該改善方案是合理可行的。