直線遞進(jìn)式服裝吊掛生產(chǎn)流水線優(yōu)化設(shè)計(jì)

閆亦農(nóng)， 劉立枝， 崔慧榮

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 輕工與紡織學(xué)院，呼和浩特 010080)

服裝吊掛生產(chǎn)線是一種柔性生產(chǎn)線，由于其在生產(chǎn)加工過程中傳遞方式靈活，已被越來越多的企業(yè)所使用。如何充分利用吊掛系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化生產(chǎn)，解決生產(chǎn)流水線的平衡問題，是服裝生產(chǎn)中的一個(gè)關(guān)鍵問題[1]。

據(jù)查閱資料發(fā)現(xiàn)，CHEN J C等[2]提出一種分組遺傳算法(GGA)，并將其運(yùn)用到不同的勞動技能水平的服裝吊掛生產(chǎn)線上。MOK P Y等[3]也提出了基于RFID資源分配系統(tǒng)下服裝制造的優(yōu)化算法，并實(shí)現(xiàn)資源有效利用。此外，LEE C K H等[4]基于智能規(guī)劃算法、遺傳算法，提出了單個(gè)運(yùn)行和多個(gè)運(yùn)行遺傳算法，從而對服裝的智能生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。李玉玲[5]和王道良[1]在服裝縫紉吊掛生產(chǎn)線的研究中，分別運(yùn)用遺傳算法求得服裝吊掛生產(chǎn)線的優(yōu)化調(diào)度及基于遺傳算法模型編寫了可應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的軟件。雖然借助算法對流水線的優(yōu)化研究已有很多，但是在直線遞進(jìn)式流水線優(yōu)化方面研究尚不充分。本文針對A公司的實(shí)際生產(chǎn)狀況，將直線遞進(jìn)式方法與吊掛流水系統(tǒng)相結(jié)合，并運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中。

1 流水線平衡的評價(jià)指標(biāo)

平均流水節(jié)拍、工位數(shù)、編制效率和均衡指數(shù)是流水線平衡的四項(xiàng)重要評價(jià)指標(biāo)[7]，是生產(chǎn)工序和人員重組是否達(dá)到最優(yōu)的有效衡量值。同時(shí)，流水線平衡評價(jià)指標(biāo)是評價(jià)服裝企業(yè)生產(chǎn)流水線生產(chǎn)工序是否達(dá)到優(yōu)化[8]，人員是否得到最佳配置的重要指標(biāo)。本文通過對其內(nèi)容的具體分析，列出了評價(jià)指標(biāo)的公式及衡量內(nèi)容，如表1所示。

表1 流水線平衡評價(jià)指標(biāo)Tab.1 Evaluation index of production line balance

注:T為一天的作業(yè)時(shí)間；Q為目標(biāo)日產(chǎn)量；T’為單件流水作業(yè)的總時(shí)間；τ為瓶頸節(jié)拍。

2 A公司生產(chǎn)作業(yè)分析

A公司引進(jìn)的是大型的ETON服裝吊掛系統(tǒng)，這種服裝吊掛系統(tǒng)不但能大幅提高生產(chǎn)效率，而且它是體現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)能力的表征。本文通過調(diào)研法、數(shù)據(jù)分析法等對職業(yè)上裝流水線進(jìn)行研究分析。

2.1 制服上裝作業(yè)現(xiàn)狀分析

A公司職業(yè)上裝的生產(chǎn)流程，如圖1所示。

根據(jù)圖1，A公司目前職業(yè)上裝流水線縫制工序編制如表2所示。

表2 優(yōu)化前A公司職業(yè)上裝流水線縫制工序編制Tab.2 The sewing process of uniform top of company A before optimization

注：S為手工作業(yè)；P為平縫作業(yè)；T為特殊作業(yè)。

2.2 優(yōu)化前生產(chǎn)流水線的作業(yè)評價(jià)指標(biāo)

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可以看到，A公司車間的工位數(shù)是56位，10號瓶頸工位的用時(shí)是284 s，日工作時(shí)間為8 h，日產(chǎn)量為220件。根據(jù)式(1)(3)(4)，結(jié)合表2中的數(shù)據(jù)，計(jì)算出優(yōu)化前A公司職業(yè)上裝吊掛流水線的平均節(jié)拍S.P.T.為131 s，編制效率η為46%和均衡指數(shù)SI為425.7。

2.3 優(yōu)化前生產(chǎn)流水線的作業(yè)結(jié)果分析

從計(jì)算結(jié)果可以看出，優(yōu)化前的編制效率為46%，遠(yuǎn)低于85%，嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)效率。此外，通過計(jì)算分析，優(yōu)化前的偏差范圍是[124,138]，結(jié)合表1和圖2可以看出，大多數(shù)的作業(yè)時(shí)間都在節(jié)拍偏差范圍之外，與平均節(jié)拍數(shù)值偏離較大，而且均衡指數(shù)高達(dá)425.7，嚴(yán)重影響生產(chǎn)流水線的平衡。

圖2 優(yōu)化前的工位節(jié)拍Fig.2 Beat of each station before optimization

3 生產(chǎn)線優(yōu)化

3.1 工序優(yōu)化編排的原則

本文通過對優(yōu)化原則及過程的理論研究，在求出最小工位數(shù)和平均節(jié)拍后，運(yùn)用直線遞進(jìn)式優(yōu)化方法，結(jié)合A公司的實(shí)際生產(chǎn)狀況，對A公司職業(yè)上裝的生產(chǎn)流水線進(jìn)行優(yōu)化。在進(jìn)行優(yōu)化過程中，有以下四個(gè)約束條件:

1)工位中作業(yè)工序的時(shí)間總和要和整件服裝作業(yè)的總時(shí)間一致；

2)對生產(chǎn)工序進(jìn)行優(yōu)化重組時(shí)，每個(gè)工位中的工序總時(shí)間應(yīng)在[(2S.P.T-U.P.T),(S.P.T/0.95)]內(nèi)；

3)一個(gè)工位內(nèi)的作業(yè)工序之間、各個(gè)工位之間要滿足圖1所示的先后加工順序關(guān)系；

4)盡量將作業(yè)性質(zhì)相近的工序交給一個(gè)工位的作業(yè)員完成。

3.2 最小工位數(shù)及有效節(jié)拍的確定

最小工位數(shù)可以合理地安排相同作業(yè)工序，提高生產(chǎn)設(shè)備的利用率，理論上最小工位的計(jì)算如式(2)所示。已知產(chǎn)品一天的作業(yè)時(shí)間T是6 396 s，通過式(2)可以求出職業(yè)上裝流水線的最小工位數(shù)N是50。

根據(jù)最小工位數(shù)來確定平均節(jié)拍，根據(jù)式(1)(2)計(jì)算可得有效平均節(jié)拍128 s。依據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可得出每個(gè)工作地的作業(yè)時(shí)間應(yīng)該控制在[121,135]內(nèi)。

3.3 工序等級的劃分

A公司的職業(yè)上裝一共有92道工序，并按照一定的順序組成，本職業(yè)上裝生產(chǎn)線一共包含13條并行路徑，分別是1-2；3-7；8-11；29；30-34；36-39；44-47；52-55；57-58；59-62；64-67；70；74-77。

但是，如果按照這樣的原則對工序依次進(jìn)行排序，有很大的隨機(jī)性，不能很快地對工序進(jìn)行優(yōu)化和重組。本文結(jié)合實(shí)際情況，提出了工序高度的概念，即在遵循以上劃分原則的前提下，給予每條并行工序一個(gè)高度順序，在分配工序時(shí)，只要各工序符合高度順序即可。但在分配工序時(shí)，必須保證同一路徑的工序有先后關(guān)系。本文列出6個(gè)等級的工序組，如表3所示。

3.4 工序分配

劃分工序等級之后，就要對各個(gè)等級的工序進(jìn)行重新編排和重組，然后編制流水線。

表3 進(jìn)行優(yōu)化組合的工序組等級Tab.3 The optimum combination of the process group grade

首先，將同一等級中的工序進(jìn)行排序，排序時(shí)應(yīng)遵循兩個(gè)原則：一是排序必須符合工序先后的加工順序，二是盡量將作業(yè)性質(zhì)相同的工序安排在一起。這樣一方面可以將兩種作業(yè)工序進(jìn)行結(jié)合[9]；另一方面可以將同一等級中雖然序號是前后關(guān)系，但工序性質(zhì)屬于并列性質(zhì)的工序在加工順序上可以略作調(diào)整。

其次，將工序進(jìn)行重組，組合起來的工序時(shí)間應(yīng)盡量接近有效平均節(jié)拍，且必須控制在節(jié)拍界限范圍內(nèi)。

再次，如果工序不能完整分配一個(gè)工作地，就依次取其2/3、1/2、1/3的作業(yè)時(shí)間分配到工作地。

最后，如果作業(yè)工序復(fù)雜、節(jié)拍太大或太小，又受到前后加工順序的限定，不容易按比例進(jìn)行分配時(shí)，可以將多個(gè)工序組合后基本接近有效節(jié)拍的倍數(shù)，將其分給2～4個(gè)工位協(xié)作完成，組內(nèi)分配任務(wù)，以便每個(gè)工位基本在節(jié)拍界限[121,135]內(nèi)。這種方法一般是在以上3種方法都無效的情況下才使用[10]。

本文按照以上方法依次進(jìn)行工序分配，重組結(jié)果如表4所示。

表4 優(yōu)化后A公司職業(yè)上裝流水線縫制工序時(shí)間安排Tab.4 Sewing process schedule for uniform top of company A after optimization

續(xù)表4

注：S為手工作業(yè)；P為平縫作業(yè)；T為特殊作業(yè)。

3.5 優(yōu)化后的平衡指數(shù)評價(jià)

圖3為優(yōu)化后的工位節(jié)拍。

圖3 優(yōu)化后的工位節(jié)拍Fig.3 Optimized station beats after optimization

從圖3可以看出，經(jīng)過優(yōu)化后，每個(gè)工位的作業(yè)時(shí)間基本都接近有效平均節(jié)拍127.9 s，且都在節(jié)拍界限[121,135]內(nèi)，說明每個(gè)工位之間的工序波動趨于平穩(wěn)。工作地個(gè)數(shù)為50，大幅節(jié)約了生產(chǎn)資本和人力資本。此外，根據(jù)式(3)(4)，結(jié)合表3中的數(shù)據(jù)，計(jì)算出優(yōu)化后A公司職業(yè)上裝吊掛流水線平衡的評價(jià)指數(shù)編制效率η為94.8%和均衡指數(shù)SI為34.34。同時(shí)，優(yōu)化后的流水線編制在實(shí)際運(yùn)用中效果較好，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，符合服裝企業(yè)精益化生產(chǎn)要求。

3.6 優(yōu)化前后流水線平衡性對比

根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，本文將優(yōu)化先后的平衡指標(biāo)做了對比，對A公司職業(yè)上裝的生產(chǎn)流水線平衡度進(jìn)行判斷，優(yōu)化前的編制效率為46%，優(yōu)化后為94.8%；優(yōu)化前均衡指數(shù)SI為425.7，而優(yōu)化后為34.34；工位數(shù)N由原來的56變?yōu)?0。此外，優(yōu)化后的工位工序時(shí)間都在節(jié)拍界限內(nèi)，每個(gè)工位之間的工序波動趨于平穩(wěn)。

4 結(jié) 論

本文主要通過對A公司職業(yè)上裝的流水線進(jìn)行分析，并對其優(yōu)化，主要得出以下結(jié)論：

1)經(jīng)過優(yōu)化，職業(yè)上裝流水線不僅生產(chǎn)工序得到了優(yōu)化，工位數(shù)也得到了優(yōu)化，由原來的56位減少為50位，節(jié)約了生產(chǎn)成本。此外，工位生產(chǎn)節(jié)拍都在節(jié)拍界限范圍，生產(chǎn)線達(dá)到基本平衡。

2)通過優(yōu)化，編制效率η達(dá)到了94.8%，遠(yuǎn)超過85%，均衡指數(shù)SI降低到34.34，負(fù)荷平衡得到很大的改善，有利于企業(yè)生產(chǎn)效率的提高。

3)優(yōu)化方法的總結(jié)和運(yùn)用對其他服裝品種生產(chǎn)流水線的優(yōu)化也具有一定的啟發(fā)和借鑒。