基于對象專業(yè)化生產(chǎn)組織方式的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方法

姚欽 金濤 廖旭

摘 要：文章介紹復(fù)雜電子產(chǎn)品企業(yè)在選擇對象專業(yè)化生產(chǎn)組織模式應(yīng)對復(fù)雜產(chǎn)品成批生產(chǎn)時(shí)，如何基于對象專業(yè)化生產(chǎn)組織方式設(shè)計(jì)生產(chǎn)線。

關(guān)鍵詞：對象專業(yè)化；生產(chǎn)線；設(shè)計(jì)方法

中圖分類號：TH166 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0080-04

Abstract： This paper introduces how to design production line based on object specialized production organization mode in complex electronic product enterprises when they choose object specialized production organization mode to deal with mass production of complex products.

Keywords： object specialization； production line； design method

1 概述

生產(chǎn)組織形式一般有兩種專業(yè)化形式，工藝專業(yè)化和對象專業(yè)化。工藝專業(yè)化形式，是按工藝階段或工藝設(shè)備的相同性原則來建立生產(chǎn)組織。這種生產(chǎn)組織方式的優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)多種產(chǎn)品，工人也具備較高的技能水平。缺點(diǎn)是加工對象需要多個(gè)工位間反復(fù)才能實(shí)現(xiàn)全部生產(chǎn)，裝配工藝路線長，產(chǎn)品物流迂回反復(fù)，在制品積壓較嚴(yán)重。

隨著產(chǎn)品平臺化的研發(fā)模式落地，生產(chǎn)由小批量多品種逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌膳a(chǎn)。根據(jù)企業(yè)實(shí)踐，應(yīng)用對象專業(yè)化的生產(chǎn)組織模式，可以顯著提高生產(chǎn)效率。本文針對生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)方法展開探討。

2 對象專業(yè)化生產(chǎn)線特點(diǎn)

對象專業(yè)化生產(chǎn)組織形式是以加工對象作為劃分生產(chǎn)線（工段）的原則，在一個(gè)生產(chǎn)線上完成該對象加工的全部或大部分工藝過程。這種生產(chǎn)組織方式的優(yōu)點(diǎn)是各工位高度專業(yè)化，操作簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，減少在制品的占用量；加工過程單向流動，減少物料的迂回反復(fù)。

流水生產(chǎn)是指勞動對象按照一定的工藝過程順利地通過各個(gè)工作地，并按照統(tǒng)一的生產(chǎn)速度連續(xù)完成工序作業(yè)的生產(chǎn)過程。在生產(chǎn)過程的空間組織上采用了對象專業(yè)化形式，時(shí)間組織上采用平行或平行順序移動方式，就形成了流水生產(chǎn)。流水生產(chǎn)組織方式具備較高的連續(xù)性、比例性、平行性、節(jié)奏性和封閉性，是一種較先進(jìn)的生產(chǎn)組織方式。但是要充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益，需要滿足產(chǎn)品產(chǎn)量足夠大、工藝相當(dāng)穩(wěn)定、工序可同期化等要求。針對某類型復(fù)雜電子產(chǎn)品，目前還存在單種產(chǎn)品產(chǎn)量不夠大、一條生產(chǎn)線需要滿足多種產(chǎn)品生產(chǎn)、多種產(chǎn)品成組難度大等困難，因此生產(chǎn)線設(shè)計(jì)及運(yùn)行按間斷流水線進(jìn)行。

3 生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方法

3.1 生產(chǎn)線設(shè)計(jì)流程

明確了生產(chǎn)線場地、生產(chǎn)過程的時(shí)間、空間組織方式后，根據(jù)計(jì)劃需求確定生產(chǎn)線設(shè)計(jì)產(chǎn)能，開始進(jìn)行生產(chǎn)線設(shè)計(jì)。本文以設(shè)計(jì)產(chǎn)能5000件/年進(jìn)行生產(chǎn)線設(shè)計(jì)。

對象專業(yè)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的流程如圖1。

3.2 產(chǎn)品特點(diǎn)分析

生產(chǎn)線設(shè)計(jì)之初，首先應(yīng)對生產(chǎn)對象進(jìn)行分析，主要要素應(yīng)包括以下：

3.2.1 產(chǎn)能需求

根據(jù)外部對產(chǎn)品的需求量，制定或預(yù)測產(chǎn)品產(chǎn)量（包括年產(chǎn)量及最高月產(chǎn)量），作為生產(chǎn)線設(shè)計(jì)產(chǎn)能。本文以設(shè)計(jì)產(chǎn)能5000件/年進(jìn)行生產(chǎn)線設(shè)計(jì)。

3.2.2 產(chǎn)品分類、構(gòu)成及特點(diǎn)

對產(chǎn)品的類型、物料清單、裝配調(diào)試特點(diǎn)進(jìn)行分析，分門別類，為產(chǎn)品典型工藝流程分析做準(zhǔn)備。

依據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)及制造流程，生產(chǎn)線典型產(chǎn)品主要由結(jié)構(gòu)件、微波件、印制板、低頻導(dǎo)線、射頻電纜、連接器幾部分組成。

3.2.3 產(chǎn)品典型工藝流程

梳理每一種生產(chǎn)對象的工藝流程，梳理出產(chǎn)品的典型工藝流程。模塊的工藝流程如圖2所示。

3.3 生產(chǎn)線業(yè)務(wù)流程制定

在生產(chǎn)線詳細(xì)設(shè)計(jì)前，首先需要制定生產(chǎn)線業(yè)務(wù)流程。生產(chǎn)線業(yè)務(wù)流程是規(guī)定了生產(chǎn)過程的信息流及產(chǎn)品的物流流向，是生產(chǎn)線平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障。一般具備條件，應(yīng)將生產(chǎn)線業(yè)務(wù)流程固化在生產(chǎn)線管理的信息系統(tǒng)中。

生產(chǎn)線業(yè)務(wù)流程一般從產(chǎn)生生產(chǎn)訂單開始，到產(chǎn)品完工入庫截止，主要涉及到計(jì)劃、庫房、調(diào)度、制造團(tuán)隊(duì)（裝配、測試）四類角色及其對應(yīng)的業(yè)務(wù)過程，生產(chǎn)線角色主要業(yè)務(wù)活動見表1。

針對比較復(fù)雜的、相對獨(dú)立的，還需要制定其專項(xiàng)子流程，如齊套備料子流程、過程問題處理子流程等。

其中生產(chǎn)線的主業(yè)務(wù)流程從產(chǎn)生生產(chǎn)訂單開始，到產(chǎn)品完工入庫截止，主要涉及到計(jì)劃組、庫房、調(diào)度、制造團(tuán)隊(duì)（裝配、測試）四個(gè)環(huán)節(jié)。主業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

其他業(yè)務(wù)流程仍然基于角色、活動、輸入、輸出進(jìn)行梳理，在此文中不再贅述。

3.4 平均節(jié)拍計(jì)算

平均節(jié)拍試制流水線上連續(xù)產(chǎn)出兩件制品的時(shí)間間隔，計(jì)算公式為：

r=

其中，r為流水線平均節(jié)拍；F為計(jì)劃期有效工作時(shí)間；Q為計(jì)劃期制品產(chǎn)量。

在計(jì)算F時(shí)，F(xiàn)=F制×K

其中，F(xiàn)制為計(jì)劃期制度工作時(shí)間；K為時(shí)間利用系數(shù)。

F制按年工作時(shí)間251天，人員效率每天按7小時(shí)計(jì)算；K值按設(shè)備檢修（6%），返修率（5%），物資齊套和計(jì)劃不均衡影響10%計(jì)算，全年的有效工作時(shí)間如下：

有效工作時(shí)間F=251×7×0.94×0.95×0.9=1412小時(shí)

r===0.28小時(shí)，約17分鐘。

3.5 工序同期化及工位數(shù)量計(jì)算

工序同期化的目的是使各工序時(shí)間與平均節(jié)拍相等或成整數(shù)倍關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每道工序單件時(shí)間與節(jié)拍的差額，在正（10%～15%）到負(fù)（5%～10%）之間。工序同期化有多種措施，如改變加工方法、提高工序生產(chǎn)效率、減少輔助操作時(shí)間、提高工人熟練程度、進(jìn)行工序合并與分解等。

針對生產(chǎn)線產(chǎn)品，在進(jìn)行工序同期化時(shí)主要采用了兩項(xiàng)措施：一方面通過工裝、設(shè)備提高工序生產(chǎn)效率；另一方面通過工序重組，合并與分解工序使其接近平均節(jié)拍。針對生產(chǎn)線產(chǎn)品特點(diǎn)，裝配環(huán)節(jié)以手工裝配為主，可以通過培養(yǎng)多能工對工序工步進(jìn)行拆分整合，滿足工序同期化要求。

在工裝、設(shè)備提高生產(chǎn)效率方面，策劃并部分完成了工位工裝的開發(fā)，并在現(xiàn)場使用，使得工序效率提升，達(dá)到工序同期化的要求。

對工序進(jìn)行分解時(shí)要考慮分解到每個(gè)工位的工作量與生產(chǎn)線的平均節(jié)拍匹配，及每個(gè)工位的工作量接近r（平均節(jié)拍）或r的整數(shù)倍。

射頻類模塊和數(shù)字類模塊各工位的耗時(shí)對比見下表。

每道工序的工作地（工位）數(shù)需求量可用下式計(jì)算：

S計(jì)i=

其中S計(jì)i為流水線第i工序計(jì)算所需工位數(shù)，ti為同期化后第i工序單件工時(shí)定額。當(dāng)計(jì)算出的S計(jì)i不是整數(shù)時(shí)，取大于計(jì)算數(shù)的整數(shù)值。

計(jì)算工位數(shù)量與工序同期化一般是同時(shí)進(jìn)行的工作。由于產(chǎn)品工序前后關(guān)系、物料繼承關(guān)系，在進(jìn)行工序同期化時(shí)，已經(jīng)考慮了工步的拆分和合并，上表中的每一行就對應(yīng)了工位（工作地）。生產(chǎn)線的工位總數(shù)為ΣS計(jì)i，對應(yīng)的工位數(shù)為17。

3.6 工人人數(shù)計(jì)算

在以手工操作為主的流水線上，每道工序的工人人數(shù)按下式計(jì)算：

Pi=Si·Wi·g

其中Pi為第i工序工人人數(shù)，Si為第i工序的工作地?cái)?shù)（工位數(shù)），Wi為第i工序上每一工位同時(shí)工作的人數(shù)；g為每日工作班次。

在以設(shè)備為主的流水線上，計(jì)算工人人數(shù)時(shí)，要考慮工人的設(shè)備看管定額（每個(gè)工人能同時(shí)看管的設(shè)備（工位）數(shù)）。

Pi=

其中S看為該工位的看管定額。

整條流水線的工人人數(shù)，是各工序人數(shù)之和。

針對該生產(chǎn)線，裝配環(huán)節(jié)工序以手工操作為主，測試環(huán)節(jié)工序以設(shè)備為主（1名測試人員可以同時(shí)看管多個(gè)測試工位）。經(jīng)計(jì)算，生產(chǎn)線工人人數(shù)為17人。

生產(chǎn)線設(shè)計(jì)完成后，使用EmPLANT進(jìn)行仿真，驗(yàn)證工位設(shè)計(jì)是否正確。仿真結(jié)論符合設(shè)計(jì)需求，工位配置合理，瓶頸工序與預(yù)計(jì)相同。

3.7 物流及運(yùn)輸裝置選擇

流水線運(yùn)輸裝置有多種，如傳送帶、傳送鏈、滾道、重力滑道、運(yùn)輸車輛等。選取什么類型的運(yùn)輸裝置，要根據(jù)流水線的種類，同時(shí)考慮產(chǎn)品的形狀、尺寸、重量和精度要求等。對于自由節(jié)拍流水線，可選擇滾道、滑道、運(yùn)輸車輛等運(yùn)輸裝置，允許工序間儲存一定量的在制品，用以調(diào)節(jié)節(jié)拍的波動。

生產(chǎn)線綜合考慮產(chǎn)品形態(tài)、訂單數(shù)量、配送頻次及數(shù)量等條件，應(yīng)選用柔性好，靈活性高的運(yùn)輸裝置。通過調(diào)研，AGV是移動的輸送機(jī)，不固定占用地面空間；柔性大，改變運(yùn)行路徑比較容易；具備較高的系統(tǒng)可靠性。AGV比較適合該生產(chǎn)線使用。

3.8 流水線平面布置

生產(chǎn)線的平面布置應(yīng)保證物料的運(yùn)輸路線最短，有利于工人操作方便，工位件緊密銜接及生產(chǎn)面積充分利用等。流水線的形狀一般有直線形、開口形、山字形、環(huán)形、蛇形等。進(jìn)行流水線平面布置時(shí)應(yīng)考慮三個(gè)問題：流水線的形式；流水線內(nèi)工位的排列方法；流水線之間的銜接。

其中直線形多用于工序少、每道工序的工位數(shù)也較少的情況，比較適合該生產(chǎn)線的布局，平面布置圖如圖9。

3.9 生產(chǎn)線其他區(qū)域布置

生產(chǎn)線處完成制品產(chǎn)出的流水線外，還設(shè)計(jì)有庫房、返修區(qū)、試制導(dǎo)入?yún)^(qū)、辦公區(qū)、物流通道等其他區(qū)域。在完成流水線的主要設(shè)計(jì)后，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有條件對其他區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)。

根據(jù)生產(chǎn)區(qū)域基建條件、生產(chǎn)環(huán)境要求等各要素，結(jié)合現(xiàn)有場地條件，最終設(shè)計(jì)生產(chǎn)線區(qū)域布置圖如圖10。

4 結(jié)束語

通過本文總結(jié)的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方法，可以指導(dǎo)對象專業(yè)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)過程及步驟，完成生產(chǎn)線設(shè)計(jì)。生產(chǎn)線完成設(shè)計(jì)后三個(gè)月完成了建設(shè)，經(jīng)過試運(yùn)行測試后正式投入生產(chǎn)運(yùn)行。截至目前，生產(chǎn)線正式運(yùn)行超過18個(gè)月，月度產(chǎn)出達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，年度產(chǎn)出及響應(yīng)速度滿足計(jì)劃要求，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

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