“單量綱流”混流生產(chǎn)線設(shè)計研究

周艾飛，羅 凱，陳鐵堅，劉松良

（中聯(lián)重科工程起重機分公司，長沙 410000）

0 引言

隨著市場需求由賣方市場轉(zhuǎn)變?yōu)橘I方市場，需求產(chǎn)品亦變得個性化，制造業(yè)須進行多品種少批量生產(chǎn)組織，為了消除該生產(chǎn)組織模式下的浪費如在制品庫存高而交貨期較長、作業(yè)員工數(shù)量多而作業(yè)效率低、物流效率低物流成本居高不下、員工待料窩工、廠房面積利用率低等浪費，制造業(yè)亟待需要尋找一種新的生產(chǎn)組織模式，此時混流生產(chǎn)線應(yīng)運產(chǎn)生[1]。

然而，對于很多制造業(yè)而言，其加工產(chǎn)品品類多批量很小，且各類產(chǎn)品生產(chǎn)周期出現(xiàn)較嚴(yán)重不匹配，相差較遠，此時傳統(tǒng)型的混流生產(chǎn)線明顯已不適應(yīng)該類企業(yè)了[2]。為此，本文首創(chuàng)提出應(yīng)建立一種“單量綱式”混流生產(chǎn)線，以下是“單量綱式”混流生產(chǎn)線設(shè)計方法。

1 混流生產(chǎn)線設(shè)計方法

1.1 混流生產(chǎn)線設(shè)計要素及流程圖

混流生產(chǎn)線設(shè)計成功與否，直接關(guān)乎到制造企業(yè)是否能夠準(zhǔn)時化交付產(chǎn)品，生產(chǎn)線員工作業(yè)效率是否得到最大化，同時也是反映制造企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)規(guī)劃水平的高低。

混流生產(chǎn)線設(shè)計具有其復(fù)雜性，主要須處理以下問題點：

混流生產(chǎn)線加工產(chǎn)品的確定；

混流生產(chǎn)線加工工序的確定；

混流生產(chǎn)線生產(chǎn)周期的確定；

混流生產(chǎn)線生產(chǎn)批量確定[3]；

混流生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍及工位數(shù)的確定。

以上因素之間的關(guān)系及混流生產(chǎn)線的設(shè)計思路（分4個階段）如圖1所示。

圖1 混流生產(chǎn)線設(shè)計要素及流程圖

1.2 混流生產(chǎn)線工序設(shè)計

在設(shè)計混流生產(chǎn)線之前，我們首先要找到市場需求較好的產(chǎn)品作為混流生產(chǎn)線候選加工產(chǎn)品，同時要建立這些產(chǎn)品工序矩陣。

Step 1：首先列舉候選加工產(chǎn)品

根據(jù)工藝加工工序流程圖（設(shè)共有m個工序）建立備選產(chǎn)品集（U={P1，P2，…Pn}）的工序矩陣：

其中Pij表示產(chǎn)品Pi在生產(chǎn)制造過程中的第j個工序，因此Pij取值有：

Step 2：初步排除不適宜在混流生產(chǎn)線加工的產(chǎn)品

據(jù)式(1)，設(shè)定產(chǎn)品Pi被選擇進入混流生產(chǎn)線原則，若：

其中，X為設(shè)定額定邊界值，若式(3)成立，則產(chǎn)品Pi可作為混流生產(chǎn)線的候選產(chǎn)品，否則則產(chǎn)品Pi直接不能進入到混流生產(chǎn)線。被選擇進入混流生產(chǎn)線的候選產(chǎn)品族記為C，根據(jù)產(chǎn)品先后順序重新排序得到產(chǎn)品族C={C1，C2，…，Cx}。

Step 3：確定混流生產(chǎn)線上工序

根據(jù)工序矩陣I的工序相似性程度設(shè)定工序j被選擇進入流水線的規(guī)則，若：

其中，Y為設(shè)定的額定邊界值，若式(4)成立，則工序j可加入至混流生產(chǎn)線，否則則工序j不能加入到混流生產(chǎn)線。被選擇進入混流生產(chǎn)線上的工序集記為D，可將D定義為一組“成組工藝”，并根據(jù)工序的先后順序進行重新排序得到D={1，2，…，y}。

通過則“產(chǎn)品族技術(shù)”和“成組技術(shù)”處理后，可得混流生產(chǎn)線候選產(chǎn)品工序矩陣為：

1.3 混流生產(chǎn)線“單量綱流”設(shè)計

成組技術(shù)能確定混流生產(chǎn)線的加工工序，但即使是相同工序，不同產(chǎn)品的加工周期相差很大，因此需要找到一個統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)（在此我們稱為“量綱”）來整合加工周期相差較大的產(chǎn)品，從而使其能在混流生產(chǎn)上加工。

Step 1：確定混流生產(chǎn)線最大生產(chǎn)周期maxCT。

設(shè)候選產(chǎn)品的生產(chǎn)周期為CT（Ci）

則混流生產(chǎn)線最大生產(chǎn)周期maxCT。為：

Step 2：確定混流生產(chǎn)線量綱

混流生產(chǎn)線候選加工產(chǎn)品生產(chǎn)周期與混流生產(chǎn)線“最大生產(chǎn)周期maxCT”之間存在倍數(shù)關(guān)系，且該倍數(shù)大于等于1，因此最大生產(chǎn)周期maxCT對應(yīng)的產(chǎn)品在混流生產(chǎn)線上的生產(chǎn)批量一定是整條生產(chǎn)線上加工產(chǎn)品批量最小的，為了簡化，在此我們選定“最大生產(chǎn)周期maxCT”對應(yīng)的產(chǎn)品作為混流生產(chǎn)線建設(shè)參考產(chǎn)品，其加工批量設(shè)置為1。

其它產(chǎn)品加工批量λi初步可定為：

因此“產(chǎn)品i”在必須以“λi件為批量”在混流生產(chǎn)線加工，在此作者稱此種生產(chǎn)組織方式為“單量綱流”混流生產(chǎn)組織方式。

1.4 混流生產(chǎn)線加工產(chǎn)品準(zhǔn)入判定原則

根據(jù)各產(chǎn)品的加工批量λi確定適宜于混流生產(chǎn)線加工的產(chǎn)品，若滿足式(10)和式(11)的條件，則對應(yīng)產(chǎn)品科進入混流生產(chǎn)線加工。

若：1≤λi＜2，且：

或者，若：2≤λi＜γ，且：

其中α為設(shè)定生產(chǎn)周期允許波動范圍，一般情況下α?（0，10%]，γ為制造業(yè)自身設(shè)置的單產(chǎn)品在混流生產(chǎn)線“最大批量數(shù)”，該數(shù)值不宜過大。

對最終確定為混流生產(chǎn)線加工產(chǎn)品進行重新編號，可得產(chǎn)品族E={E1，E2，…，Ek}，混流生產(chǎn)線最終生產(chǎn)產(chǎn)品工序矩陣E為：

1.5 混流生產(chǎn)線單量綱流節(jié)拍和工位數(shù)設(shè)置

Step 1：混流生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍設(shè)置

混流生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍取決于市場需求，其在一個固定時間段內(nèi)可視為一個固定值，超過該時間段則依據(jù)市場需求隨著發(fā)生變化，其計算公式如下：

Step 2：混流生產(chǎn)線量綱流下“各產(chǎn)品最終生產(chǎn)批量Qi”設(shè)計。

產(chǎn)品Ci生產(chǎn)批量Qi為：

Step 3：確定混流生產(chǎn)線生產(chǎn)周期CT。

設(shè)max{CT（Eaj）} j={1，2，…，y}為混流生產(chǎn)線各工序瓶頸時間，則有：

Step 4：設(shè)置混流生產(chǎn)線的工位數(shù)M：

若：

2 案例分析

2.1 企業(yè)N概況

某公司現(xiàn)有一條單產(chǎn)品生產(chǎn)線，由于市場需求變化，該公司新開發(fā)4類產(chǎn)品，為了提升生產(chǎn)效率，公司決策建立一條混流生產(chǎn)線。

已知條件如下：

1）月度工作日22d，每天工作8h，其中作業(yè)時間為7h；

2）產(chǎn)品5類：Pi（i=1，2，3，4，5）；

3）市場月需求量為：

4）產(chǎn)品加工流程包含8道工序：j=1，2，3，4，5，6，7，8；

5）各產(chǎn)品的工序矩陣和工時矩陣如下：

2.2 企業(yè)N混流生產(chǎn)線工序設(shè)計

設(shè)混流生產(chǎn)線上產(chǎn)品Pi被選擇加入混流生產(chǎn)線候選產(chǎn)品的額定邊界值X為7；

設(shè)混流生產(chǎn)線上工序j被選擇加入混流生產(chǎn)線工序的額定邊界值Y為4。

據(jù)式(3)可得：

由于A2=6＜7，因此初步排除產(chǎn)品P2不能進入混流生產(chǎn)線加工。

據(jù)式(4)可得：

B1=5，B2=3，B3=5，B4=5，B5=5，B6=4，B7=5，B8=4。

由于B2=3＜4，因此工序2不能作為混流生產(chǎn)線的工序。

據(jù)式(5)可得候選產(chǎn)品工序矩陣C為：

2.3 企業(yè)N混流生產(chǎn)線“單量綱流”設(shè)計

據(jù)式(6)和式(7)可得：

因此產(chǎn)品C2在混流生產(chǎn)線的生產(chǎn)批量為1，并作為整條混流生產(chǎn)線建設(shè)參考產(chǎn)品。

依據(jù)式(8)和式(9)可得：

1個量綱=1件C1產(chǎn)品=1件C2產(chǎn)品=2件C3產(chǎn)品=3件C4產(chǎn)品。

2.4 企業(yè)N混流生產(chǎn)線加工產(chǎn)品判定

據(jù)式(10)和式(11)可得：

β1=7.5%＜10%；β2=0；1-β3=5.3%＜10%；β4=5.1%＜10%。

故最終可確定產(chǎn)品P1、P3、P4、P5（重編序為E1、E3、E4、E5）可加入混流生產(chǎn)線加工。

同時據(jù)式(12)可得：

2.5 混流生產(chǎn)線單量綱流節(jié)拍和工位數(shù)設(shè)置

首先進行量綱換算：

據(jù)式(13)可得：

據(jù)式(14)可得各產(chǎn)品的生產(chǎn)批量為：

據(jù)式(15)和式(16)可得：

據(jù)式(17)可得：

據(jù)式(19)可得：

為此企業(yè)N建立了一條TT=22min，8個工位數(shù)的混流生產(chǎn)線，混流生產(chǎn)線加工產(chǎn)品為產(chǎn)品1、3、4和5，其中產(chǎn)品1和3的混流批量為1，產(chǎn)品4的混流批量為2（1個量綱），產(chǎn)品5的混流批量為3（1個量綱）。

3 結(jié)語

1）產(chǎn)品族和成組技術(shù)能較好的解決混流生產(chǎn)線工序選擇問題；

2）混流生產(chǎn)線加工產(chǎn)品準(zhǔn)入準(zhǔn)則能很好的解決混流生產(chǎn)線產(chǎn)品的準(zhǔn)確選擇；

3）單量綱流能很好的將不同生產(chǎn)周期的產(chǎn)品整合于混流生產(chǎn)線上加工，同時建立的單量綱混流下各產(chǎn)品的加工批量能非常有效的提升混流生產(chǎn)線的加工效率。