需求波動情況下千斤頂裝配線的設(shè)計及應(yīng)用

呂文元， 余海杰， 劉勤明

（上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

盡管中小制造企業(yè)管理水平已有長足發(fā)展和提高，但是目前這類企業(yè)普遍遇到發(fā)展過程中的管理瓶頸問題：

a. 員工和管理人員都缺乏工作研究意識。一線員工操作不合理，沒有意識進行作業(yè)分析。管理人員也沒有工作研究的意識，不知道如何幫助工人改進操作方法，降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率。

b. 存在吃大鍋飯現(xiàn)象，員工積極性不高。由于對裝配線工人考核采用集體考核辦法，導(dǎo)致技術(shù)水平高、操作速度快的工人其績效無法體現(xiàn)，直接影響了這部分高技能員工的積極性，薪酬管理與獎勵機制有待完善。

c. 管理人員憑經(jīng)驗估計生產(chǎn)產(chǎn)量，并不知道合理的產(chǎn)量是多少，制定的生產(chǎn)計劃有很大的盲目性。由于市場對千斤頂?shù)男枨笥幸欢ǖ募竟?jié)性，有些月份訂單很多，有時訂單很少。對于需求波動情況下，如何根據(jù)需求制定生產(chǎn)計劃、設(shè)計裝配線以及調(diào)配勞動力，這些問題一直困擾管理人員。

本文重點研究第三個問題。目前，國內(nèi)外學(xué)者對生產(chǎn)線的平衡與設(shè)計工作展開了廣泛研究：陸瑤等[1]運用ECRS原則和“一個流”的思想對生產(chǎn)線進行優(yōu)化改善。高廣章等[2]利用動作分析法，減少手工生產(chǎn)線的作業(yè)時間，提高了整條生產(chǎn)線的平衡性。侯琳娜等[3]綜合運用5W1H提問技術(shù)及ECRS原則對生產(chǎn)線進行重新設(shè)計。盧海洋等[4]運用基礎(chǔ)工業(yè)工程方法平衡生產(chǎn)線，大大提高了生產(chǎn)線的平衡率。江志彬等[5]運用ECRS原則對點火器裝配線的生產(chǎn)流程工藝、作業(yè)要素分配等提出改進方案，實施后生產(chǎn)過程中的搬運距離縮短，各種浪費大為減少，裝配線的改善效果顯著。魯建廈等[6]運用方法研究，分析某電能表裝配線，通過找出關(guān)鍵瓶頸工序，提高裝配線效率。岑昊等[7]研究精益生產(chǎn)下的裝配線平衡改善原則與方法，取得了良好的效果。朱煒等[8]運用系統(tǒng)布置（SLP）的方法，對叉車充電器裝配車間內(nèi)相關(guān)要素進行分析，合理劃分作業(yè)單元。通過對比改善前后的車間物流距離變化，驗證了系統(tǒng)布置（SLP）改善方案的有效性。 荊全忠和童華剛等[9-10]應(yīng)用價值流圖優(yōu)化生產(chǎn)線，還有的應(yīng)用仿真技術(shù)進行生產(chǎn)線平衡與優(yōu)化研究[11]，以及應(yīng)用軟件來平衡優(yōu)化生產(chǎn)線[12]。

總之，從平均勞動力利用率角度開展生產(chǎn)線設(shè)計的研究工作較少。根據(jù)訂單大小，調(diào)整裝配線產(chǎn)量和生產(chǎn)人員安排，開展這方面的裝配線設(shè)計研究，對于有效解決市場需求波動與產(chǎn)能平衡的難題，提高企業(yè)生產(chǎn)率具有理論意義和應(yīng)用價值。

1 裝配線生產(chǎn)流程的分析

A公司是一家生產(chǎn)千斤頂?shù)钠髽I(yè)，該公司由家庭小作坊發(fā)展成為年產(chǎn)值過億，有5個生產(chǎn)車間的現(xiàn)代化工廠，說明企業(yè)近十年的發(fā)展非常成功。千斤頂裝配線，從底座總裝到檢驗結(jié)束，共有14個工序，這些工序包括：底座總裝、泵體總裝、油缸總裝、活塞桿總裝、連桿總裝、外套總裝、頂帽總裝、回油閥桿總裝、加油、油塞裝配、檢驗。其中加工作業(yè)有25道，檢驗作業(yè)2道，如圖1所示。

圖 1 千斤頂裝配的生產(chǎn)流程Fig.1 Production process of the jack assembly

上述工序在7個工位完成，每個工位完成的 工序內(nèi)容、作業(yè)名稱、工序時間如表1所示。

表 1 各工位的作業(yè)內(nèi)容及工序時間Tab.1 Work content and working procedure time of each station

2 產(chǎn)能計算

2.1 最低產(chǎn)量計算

根據(jù)表1，繪制出各工位的作業(yè)時間，見圖2。從圖2可看出，工位1為裝配線的瓶頸。因此，當(dāng)加工節(jié)拍r=25 s/件時，即為裝配線的最低產(chǎn)量。

圖 2 工位-時間關(guān)系表Fig.2 Relationship table of station and time

假設(shè)r=25 s/件（瓶頸工位1），每天工作9 h，工作效率為90%，則每天最低的產(chǎn)量為

2.2 正常產(chǎn)量的計算

對裝配線進行平衡，即對瓶頸工位增加2個工人，工位7增加輔助工人1名，使工位1和工位7的工序時間均減少到12 s。裝配線平衡后，節(jié)拍r=12 s/件，每天的產(chǎn)量為

目前管理人員估算的產(chǎn)量為1 600件?？梢娭灰鶕?jù)各工位的標(biāo)準(zhǔn)時間，合理分配勞動力，通過裝配線的平衡，即可取得良好的效果。

通過裝配線平衡，節(jié)拍25 s/件改進為12 s/件后，則產(chǎn)量提高比率為

假設(shè)每件產(chǎn)品利潤為10元，每個工人每天的工資為200元，則每天增加的產(chǎn)量為

扣除增加的人力成本之后，每天增加的利潤為

2.3 最大產(chǎn)量的計算

進一步分析裝配線，發(fā)現(xiàn)工位2、工位3、工位5是機器裝配（泵體固定3 s、油缸固定6 s、頂帽固定5 s），除了這3個工序無法增加人員之外，其他工序都可增加工人。

因此裝配線最大流程能力為[13]

當(dāng)r=6 s/件，工位數(shù)發(fā)生了變化，各工位作業(yè)也重新分配，相應(yīng)各工位的作業(yè)時間、人員數(shù)也都發(fā)生了變化，如表2所示。這時工位數(shù)為16個，所需要的人員數(shù)為26人。

表 2 不同節(jié)拍裝配線各工位分配的作業(yè)以及工序時間Tab.2 Work and working process time of each station in different beat assembly lines

r=6 s/件時，每天的最高產(chǎn)量為

與原方案相比（r=25 s/件），每天增加的產(chǎn)量為：4 860-1 166=3 694件；

扣除增加的人力成本后，每天增加的利潤為

計算結(jié)果最低日產(chǎn)量為1 166件，正常日產(chǎn)量為2 430件，最高日產(chǎn)量為4 860件。而管理人員估計每天的產(chǎn)量約為1 600件?？梢姡芾砣藛T估計的產(chǎn)量偏保守；另一方面也證實“吃大鍋飯，員工積極性不高而導(dǎo)致產(chǎn)量低”這一問題比較突出。利用這些數(shù)據(jù)，管理人員不僅可以設(shè)定合理的產(chǎn)量目標(biāo)，而且也為生產(chǎn)計劃制定提供科學(xué)依據(jù)。

3 需求量波動下產(chǎn)能調(diào)整方案的設(shè)計

根據(jù)銷售部統(tǒng)計的訂單情況，訂單有些月份多，有些月份少，訂單多的時候每天需求量為4 800件，少的時候大概為2 400件。該企業(yè)目前正考慮是否再建一條裝配線，針對這一問題，本文對比分析了4種方案，如圖3所示（見下頁）。

方案I（原方案）：原來的裝配線7個工位，節(jié)拍 r=25 s/件，共 10 人，見圖 3（a）。

方案II-1：仍然7個工位，但是，通過工作研究，縮短有些工位的作業(yè)時間，并增加3名工人，節(jié)拍r=12 s/件，該裝配線共有13人，見圖3（b）。

方案II-2：復(fù)制一條方案II-1的裝配線，即2條7工位，13人，r=12 s/件的裝配線，見圖3（c）。

方案III：將原來7個工位拆分為16個，節(jié)拍r=6 s/件，另增加16名工人，共26人的裝配線，見圖 3（d）。

為了滿足不同節(jié)拍時間的要求，表2進一步重新分配了方案II-1和方案III的各工位作業(yè)以及工序時間，以便對比各個方案的實施效果。諸如：方案I（原方案）的第一個工位為底座總裝，人數(shù)為2人，工序時間為25 s；方案II-1的第一個工位同樣是底座總裝，而人數(shù)為4人，工序時間減少為12 s。

根據(jù)表2，計算各種方案的閑置時間、各工位的利用率、平均勞動力利用率[11]，如表3所示（見下頁），具體計算見式（9）和式（10）。

圖 3 4種不同方案的裝配線Fig.3 Assembly lines of four different schemes

表 3 不同節(jié)拍裝配線平均利用率Tab.3 Average utilization rate of different beat assembly lines

例如，方案I：r=25 s/件，工位2的工序時間為12 s，得工位2的閑置時間為25-12=13 s。

計算結(jié)果如表4所示。

表 4 4種方案對比Tab.4 Comparison of four schemes

由表4可知，當(dāng)需求量增大時，有兩種方案可供選擇：一種方案是將r=12 s/件的裝配線再建一條，其最高產(chǎn)量為每天4 860件，平均勞動力利用率為94%；另一種方案是將作業(yè)進行進一步的細(xì)分，r=6 s/件，同時增加工人數(shù)，雖然產(chǎn)量也能達到每天4 860件，但平均勞動力利用率僅為82%。

方案III隨著工位數(shù)增多，平均勞動力利用率反而下降，其原因可以反過來推理，如果一個工人完成生產(chǎn)流程中的所有任務(wù)，相應(yīng)的勞動力利用率達到100%。這給我們的啟示是作業(yè)分得過細(xì)不利于裝配線的平衡工作，因此，方案II-2是比較好的方案。

如何解決企業(yè)訂單隨客戶不同需求而波動的問題，上述計算結(jié)果表明：當(dāng)訂單少時，即需求量每天小于2 430件時，只開一條線；當(dāng)訂單增多時，企業(yè)可考慮新建另一條7個工位，r=12 s/件的裝配線，也可考慮方案III，即通過增加勞動人數(shù)來增加產(chǎn)量。這兩種方案裝配線的產(chǎn)量都是每天4 860件。但是，筆者建議采用新建另一條7個工位，r=12 s/件的裝配線方案。理由有兩個：一是前者的平均勞動力利用率為94%，遠大于后者方案的82%；二是新建一條線的投資成本并不高。

4 結(jié) 論

通過分析千斤頂裝配線的生產(chǎn)流程，測定各工位的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間，開展了裝配線平衡與優(yōu)化設(shè)計工作，得出以下結(jié)論：

a. 改善前裝配線節(jié)拍為25 s/件，產(chǎn)量為每天1 166件，改善后的裝配線，節(jié)拍提高到12 s/件，相應(yīng)的產(chǎn)量提高到每天2 430件，該值遠大于管理人員憑經(jīng)驗估算的產(chǎn)量1 600件。

b. 每天產(chǎn)量小于2 430件時，只開一條裝配線，7個工位，r=12 s/件，工人數(shù)13人，平均勞動利用率為94%。當(dāng)訂單多時，即需求量每天大于2 430件時，建議再開一條相同的裝配線，最高產(chǎn)量可達到每天4 860件。

上述的研究結(jié)果不僅能夠幫助管理人員解決產(chǎn)能計算的難題，而且為需求季節(jié)性波動情況下生產(chǎn)線設(shè)計與生產(chǎn)安排提出了合理化建議。研究結(jié)果對裝配線平衡及響應(yīng)需求波動的研究具有借鑒意義，同時還有較好的應(yīng)用價值，已得到了企業(yè)的認(rèn)可。