考慮屠宰特征的生產(chǎn)效率改善研究*

□ 劉依涵，石 芳，趙凱迪

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，江蘇 南京 210000)

1 引言

我國豬肉消費(fèi)水平穩(wěn)居世界第一，隨著貿(mào)易全球化，國外進(jìn)口生豬的競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)力隨之增強(qiáng)，歷史最高進(jìn)口數(shù)量高達(dá)162萬噸[1]。增加國內(nèi)生豬消費(fèi)比例，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本是關(guān)鍵。屠宰業(yè)是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，勞動(dòng)力成本占生產(chǎn)成本比例較大。伴隨著生產(chǎn)環(huán)節(jié)成本的下降空間越來越小，促使部分企業(yè)已經(jīng)把目光轉(zhuǎn)移到企業(yè)物流的精益化[2]。企業(yè)物流可分為采購物流、廠內(nèi)物流、銷售物流、退貨物流、廢棄物回收物流[3]。廠內(nèi)物流管理是精益生產(chǎn)的重要組成部分,同時(shí)精益思想對(duì)廠內(nèi)物流管理具有指導(dǎo)意義[4]。本文對(duì)某屠宰企業(yè)物流加工中心進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，基于精益生產(chǎn)、廠內(nèi)物流、物流設(shè)備等概念，以低成本、低勞動(dòng)力、高效率生產(chǎn)為目標(biāo)，通過模擬仿真法對(duì)屠宰加工業(yè)廠內(nèi)物流進(jìn)行優(yōu)化研究。

2 模型構(gòu)建

2.1 生產(chǎn)線平衡模型

該企業(yè)的生產(chǎn)線由于各工序作業(yè)時(shí)間不同，導(dǎo)致作業(yè)負(fù)荷不均衡，在制品在生產(chǎn)線上發(fā)生等待，物料流通不順暢，而生產(chǎn)線平衡是一種對(duì)生產(chǎn)線上的全部工序進(jìn)行平均，調(diào)整作業(yè)負(fù)荷，使各作業(yè)時(shí)間盡可能相近的管理手段[5]。

第一步：測(cè)量生產(chǎn)線節(jié)拍

通過對(duì)生豬加工流水線上各工序的作業(yè)時(shí)間進(jìn)行多次測(cè)量取平均值如下圖所示。

圖1 生產(chǎn)節(jié)拍折線圖

第二步：仿真模擬

通過witness仿真軟件從以下兩個(gè)方面進(jìn)行模擬：①縮短瓶頸工序所需時(shí)間，即投入資金購買新設(shè)備，提高在“劈半”工序的作業(yè)能力；②分解瓶頸工序的動(dòng)作，將其部分工作內(nèi)容移至其前后的工序中去執(zhí)行?！芭搿弊鳛樵撋a(chǎn)線的瓶頸工序，該動(dòng)作僅需一步完成，無法對(duì)其進(jìn)行分解，因而嘗試在該環(huán)節(jié)增加一個(gè)工作人員，即增加該工序的冗余。

表1 優(yōu)化各工序繁忙率對(duì)比表

另一方面，從非瓶頸工序耗時(shí)較短的工序入手，用ECRS分析法，通過取消不必要的動(dòng)作、合并可合并的單元格、調(diào)整加工工序的順序。將對(duì)生豬“從下向上”和“從上向下”開膛破肚合并為一個(gè)工序，“胴體檢查”和“復(fù)查”合并為一個(gè)工序，將“去頭”移至“預(yù)摘頭”一次完成。

第三步：結(jié)合人因工程討論

精益生產(chǎn)方式認(rèn)為作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)就像一個(gè)相互影響的系統(tǒng)，環(huán)境會(huì)影響工人的注意力，當(dāng)工人的注意力被外界影響分散時(shí)，將會(huì)引起工人操作的標(biāo)準(zhǔn)程度下降，生產(chǎn)線產(chǎn)生波動(dòng)，從而影響生產(chǎn)線的平衡性。該生產(chǎn)車間存在以下幾個(gè)問題不符合人因作業(yè)：

①噪聲超標(biāo)，通過一段時(shí)間的噪聲測(cè)量，該生產(chǎn)車間為穩(wěn)態(tài)噪聲，平均值達(dá)到89db，作業(yè)人員長期在此環(huán)境下工作會(huì)造成聽閾位移，使得聽力損失；

②作業(yè)環(huán)境局部的空氣溫度、濕度、氣流速度和設(shè)備構(gòu)成了對(duì)作業(yè)者產(chǎn)生影響的微氣候。作業(yè)環(huán)境潮濕加上夏天溫度較高時(shí)，工人需要長時(shí)間在此高溫高濕的作業(yè)環(huán)境下工作，換氣量不足；

③生產(chǎn)工具、半成品隨意擺放。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工具運(yùn)輸?shù)男≤囯S處亂放，過道兩邊堆滿了空貨架，只留出一個(gè)小車通過的寬度，在100多米長的過道僅支持物料的單向搬運(yùn)。

2.2 物流搬運(yùn)設(shè)備模型

本模型以生產(chǎn)效率、廠內(nèi)設(shè)備現(xiàn)狀、生產(chǎn)規(guī)模為考慮因素，多角度的分析出最優(yōu)優(yōu)化方法，再以材料承載力、豬肉重量、出貨速度等制約因素，探究方案的可行性。本研究主要基于機(jī)械設(shè)計(jì)方法理論，首先列出改進(jìn)計(jì)劃，在考慮廠內(nèi)設(shè)備現(xiàn)狀和生產(chǎn)規(guī)模的前提下，設(shè)計(jì)出合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，再運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析，綜合分析出材料的最大承載力，再結(jié)合豬肉重量與出貨速度，得出總體設(shè)計(jì)方案。

第一步：明確計(jì)劃

在對(duì)目標(biāo)廠內(nèi)生產(chǎn)效率進(jìn)行分析的過程中發(fā)現(xiàn)，有部分問題是由于機(jī)械方面布置不合理所導(dǎo)致。進(jìn)一步調(diào)查與研究發(fā)現(xiàn)，該生產(chǎn)線大部分設(shè)備已經(jīng)更新?lián)Q代為最先進(jìn)的加工設(shè)備，但仍有部分地方由于改進(jìn)難度大，自動(dòng)化設(shè)備費(fèi)用高等原因，沒有最大化提高企業(yè)生產(chǎn)的效率，可從小型機(jī)械入手，以小型機(jī)械來輔助廠內(nèi)綜合設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到提高效率的目的。

在對(duì)各個(gè)階段比較分析后，得到目標(biāo)廠內(nèi)出貨口有進(jìn)行改進(jìn)的必要。其問題主要集中在，豬肉出貨時(shí)需要從廠內(nèi)掛鉤由人工搬運(yùn)到車內(nèi)，再轉(zhuǎn)掛到車內(nèi)掛鉤上，這種純?nèi)斯まD(zhuǎn)掛方法有幾點(diǎn)弊病:①工人勞動(dòng)強(qiáng)度大；②耗用人力；③衛(wèi)生狀況不佳;④裝車效率低。因此，我們將目標(biāo)設(shè)定為設(shè)計(jì)一種可行的小型工具，用以輔助工人裝車，能達(dá)到提高效率，減少人力的目的。該小型工具要求為材料易于獲得，價(jià)格經(jīng)濟(jì)性，耐用且不會(huì)對(duì)酮豬進(jìn)行污染。

第二步：方案設(shè)計(jì)

針對(duì)改進(jìn)目標(biāo)，改進(jìn)方案主要集中在以下兩方面：第一種是對(duì)掛鉤的改進(jìn)。假定掛鉤能承載足夠重量的豬肉，設(shè)計(jì)出一種可用于車內(nèi)與廠內(nèi)的通用掛鉤，嘗試可用該掛鉤直接從廠內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到車內(nèi)，無需進(jìn)行人工搬運(yùn)。第二種是對(duì)軌道進(jìn)行改進(jìn)，軌道的改進(jìn)主要是延長軌道到車內(nèi)，可通過某種方式將廠內(nèi)延伸軌道轉(zhuǎn)掛到車內(nèi)固定軌道，達(dá)到轉(zhuǎn)運(yùn)目的。

從改進(jìn)目標(biāo)出發(fā)，依據(jù)各項(xiàng)改進(jìn)需求，對(duì)可能的改進(jìn)方案進(jìn)行評(píng)估。第一種改進(jìn)方案，不能滿足需求。原因主要集中在以下兩方面：一方面為該掛鉤既要用于廠內(nèi)生產(chǎn)線懸掛，又要用于車內(nèi)運(yùn)輸懸掛。生產(chǎn)線懸掛的目標(biāo)為足夠牢靠，不易掉落；車內(nèi)運(yùn)輸懸掛目標(biāo)為便于運(yùn)輸，更加穩(wěn)定。兩者需求不同，因此不能使用同一種掛鉤。另一方面為，該掛鉤若要投入使用，則廠內(nèi)所有掛鉤，包括但不局限于軌道都需要改進(jìn)，違背了經(jīng)濟(jì)性原則。綜上，該方案不合理。第二種改進(jìn)方案，符合各項(xiàng)使用要求，且滿足經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，因此該方案初步合理。

本研究方案初步擬定為對(duì)出貨口軌道進(jìn)行改進(jìn)，使軌道可以伸向車內(nèi)，在可能的情況下不消耗人力或減少人力。方案要求設(shè)計(jì)出的軌道能足夠承載生豬的重量，初步設(shè)定使用期限為8～10年。軌道材料依據(jù)現(xiàn)有情況，以廠內(nèi)軌道材料為準(zhǔn)，選用鉻軸承鋼。

第三步：技術(shù)設(shè)計(jì)

本方案對(duì)機(jī)械的設(shè)計(jì)主要為軌道整體布局，軌道具體形狀等細(xì)化結(jié)構(gòu)，已經(jīng)依照廠內(nèi)現(xiàn)有軌道進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下為從整體視角得到的改進(jìn)前后軌道布局。

改進(jìn)前出貨口軌道如圖2所示：出貨口處連接一條廠內(nèi)運(yùn)輸軌道A，運(yùn)輸車內(nèi)有四條掛鉤軌道B、C、D、E,軌道A所在直線處于B、C軌道之間。

圖2

改進(jìn)后出貨口軌道如圖3所示：為了使軌道A上的白條肉能直接掛到軌道B、D上，在軌道A上設(shè)置兩條分流軌道M、N。軌道M、N所在直線分別處于軌道B、D和C、E之間，并將軌道A、M、N延長一米使之能進(jìn)入運(yùn)輸車內(nèi)。

圖3

3 模型驗(yàn)證分析

3.1 生產(chǎn)線優(yōu)化結(jié)果分析

該企業(yè)通過對(duì)加工工序進(jìn)行調(diào)整和作業(yè)環(huán)境的改善，從仿真的結(jié)果看到縮短瓶頸工序的作業(yè)時(shí)間能有效的降低瓶頸工序的繁忙率，同時(shí)提高了非瓶頸工序的繁忙率。通過對(duì)加工工序進(jìn)行合并調(diào)整后，工作人員的數(shù)量發(fā)生變化，工作人員由原來的12人減少為9人，生產(chǎn)平衡率提高到了64.48%，在提高生產(chǎn)率的同時(shí)，優(yōu)化生產(chǎn)線上的人員分配，減少之前由于工序時(shí)長不平衡導(dǎo)致的人力的浪費(fèi)。

對(duì)于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可以采用5S現(xiàn)場(chǎng)管理改善這一現(xiàn)狀：

①整理：撤掉生產(chǎn)過程不需要的東西，將一些暫時(shí)不用的貨架放入倉庫，待需要時(shí)再取出；

②整頓：按使用頻率放置工具，并貼上標(biāo)識(shí)，讓工人能快速的找到需要的東西；

③清掃：經(jīng)常清掃現(xiàn)場(chǎng)的臟物，防止生豬的丟棄物變質(zhì)產(chǎn)生惡臭氣味；

④清潔：定期衛(wèi)生檢查，采取防止污染，降低噪聲，增加車間的通風(fēng)量，使現(xiàn)場(chǎng)整潔明亮為工人提供一個(gè)良好的工作環(huán)境；

⑤素養(yǎng)：對(duì)工作人員進(jìn)行培訓(xùn)，強(qiáng)化他們的工作技能，加強(qiáng)他們對(duì)自我重要性的認(rèn)識(shí)，建立和諧融洽的工作環(huán)境，讓員工擁有歸屬感。

通過對(duì)生產(chǎn)線平衡率對(duì)瓶頸工序的調(diào)整、平衡和從符合人因的角度出發(fā)改善作業(yè)環(huán)境，可以解決瓶頸工序，對(duì)生產(chǎn)線五要素中人、物、環(huán)之間的關(guān)系進(jìn)行改進(jìn)，使各因素能及時(shí)穩(wěn)定的工作，保證流水線工作的順暢，從而提高生產(chǎn)線平衡率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 搬運(yùn)設(shè)備可靠性驗(yàn)證

延長廠內(nèi)軌道一米，使軌道A伸入運(yùn)輸車內(nèi)，并能夠保證伸出的軌道位于運(yùn)輸車庫內(nèi)部兩軌道之間，從廠房內(nèi)軌道推入帶有白條肉的滑輪掛鉤停在軌道A上，同時(shí)軌道B和軌道C上掛有運(yùn)輸車庫內(nèi)部的滑動(dòng)掛鉤。此時(shí)，兩位工人將運(yùn)輸車庫內(nèi)B,C軌道上的滑動(dòng)掛鉤一側(cè)插入A軌道滑輪掛鉤上的白條肉中。

接下來兩位工人需將兩扇白條肉一起往前推，如此會(huì)使軌道A上的滑輪掛鉤從A上脫落，因?yàn)檐壍繟的前方是斷開的，所以A上的滑輪會(huì)從軌道內(nèi)掉出，不再承擔(dān)白條肉的重量。此后，白條肉的重量就由軌道B和C上的滑動(dòng)掛鉤來承擔(dān)了，其轉(zhuǎn)掛工作到此完成。當(dāng)軌道A的滑輪從軌道中掉出來時(shí)，第三位工人應(yīng)用手將滑輪掛鉤取下來放在一旁的收納盒中，如此便完成了軌道A上兩扇白條肉的出貨工作。

此時(shí)軌道B和C上的滑動(dòng)掛鉤只有一側(cè)掛上了胴體，接著將軌道B、C上剛掛上白條肉的滑動(dòng)掛鉤拉回至出貨口處，重復(fù)軌道A上肉的出貨過程，使軌道M、N上的肉完成出貨。依此循環(huán)，完成裝車工作后，軌道B、C上滑動(dòng)掛鉤兩側(cè)都裝有白條肉，軌道D、E上滑動(dòng)掛鉤一側(cè)裝有白條肉。由于車內(nèi)一條軌道上滿載時(shí)可裝30頭豬的白條肉，按改進(jìn)后的方法裝車最多可裝90頭豬的白條肉，滿足一輛車的出貨量。

為了探究出軌道的穩(wěn)定性，運(yùn)用了ANSYS軟件對(duì)軌道進(jìn)行仿真模擬。假設(shè)伸出軌道長1m，一扇豬肉重35kg～50kg，軌道形狀為條型鋼，材料為鉻軸承鋼(GCr15)，其回火后的屈服強(qiáng)度為1667～1814 MPa。材料彈性模量為2.1*10^5Mpa，泊松比為0.3。

表2

通過對(duì)軌道強(qiáng)度的探究，得到軌道強(qiáng)度可同時(shí)承載3頭重量為50kg的豬肉，假如超出4頭，可能會(huì)造成軌道斷裂的情況發(fā)生。但此情況不對(duì)我們研究有影響，在實(shí)際操作中我們可以通過人工控制軌道上豬肉的數(shù)量，以此來保證軌道的穩(wěn)定性。所以方案符合初步設(shè)想。

在現(xiàn)有改進(jìn)方案下假設(shè)軌道上每次運(yùn)輸兩扇豬，每次耗時(shí)30秒，裝一車豬肉預(yù)計(jì)耗時(shí)25分鐘，需3人進(jìn)行操作。相較于改進(jìn)前的50分鐘，節(jié)省時(shí)間約50%，節(jié)省2人。所以結(jié)果符合預(yù)期目標(biāo)，能夠?qū)S效率進(jìn)行有效的提高。

4 結(jié)論

應(yīng)用精益生產(chǎn)物流思想，綜合廠內(nèi)物流、精益生產(chǎn)、搬運(yùn)設(shè)備等概念，對(duì)某屠宰物流加工中心進(jìn)行了精益改善研究。通過精益改善后，生產(chǎn)線效率提高了16.12%，節(jié)省人力2～5人，裝車搬運(yùn)時(shí)間節(jié)省接近50%。實(shí)踐證明，生產(chǎn)線工序效率的小幅度提高對(duì)于整體產(chǎn)能有顯著影響。裝卸搬運(yùn)設(shè)備的使用，使物流中心的機(jī)械化程度和作業(yè)效率都實(shí)現(xiàn)了提升[6]。屠宰業(yè)生產(chǎn)效率的提升不應(yīng)局限于對(duì)先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)，從小的方面，以較低成本精益改善亦能提高企業(yè)產(chǎn)能增加企業(yè)利潤。