基于Witness的生產(chǎn)線平衡率分析與提升

黃鵬鵬，鄧增鈺

（江西理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，贛州 341000）

0 引言

生產(chǎn)線平衡率是各工序時(shí)間總和與工序數(shù)同瓶頸工序時(shí)間乘積的比值，是一項(xiàng)衡量生產(chǎn)線總平衡狀態(tài)的重要指標(biāo)。生產(chǎn)線平衡率越高，生產(chǎn)線上的等待浪費(fèi)就越少，生產(chǎn)效率就越高。在制造業(yè)不斷發(fā)展的今天，產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代固然使得生產(chǎn)素質(zhì)與效率得以提高，但是以手工和半自動(dòng)化為主的制造型企業(yè)仍然存在許多因素限制著企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)，致使流水線平衡率及產(chǎn)能大都較低[1]。要改變這一現(xiàn)狀，關(guān)鍵在于提高生產(chǎn)線平衡率。

生產(chǎn)線平衡是按照流水線作業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程與運(yùn)行方向，平均各工序的操作時(shí)間，調(diào)整各工序的作業(yè)負(fù)荷，提高生產(chǎn)線平衡率的一種手段與方法[2]。生產(chǎn)線的優(yōu)化與改善是一個(gè)持續(xù)不斷的過(guò)程，在此過(guò)程中除了可以用生產(chǎn)線平衡率來(lái)衡量生產(chǎn)線的平衡狀態(tài)與優(yōu)化效果，還可以運(yùn)用仿真技術(shù)來(lái)模擬生產(chǎn)線的整體運(yùn)行情況。通過(guò)運(yùn)用Witness仿真軟件對(duì)生產(chǎn)線建模仿真，不僅可以觀察生產(chǎn)線的平衡狀況，還可以實(shí)時(shí)查看每一道工序的運(yùn)行情況，快速定位瓶頸工序，并且及時(shí)找出生產(chǎn)線上存在的問題。本文針對(duì)某企業(yè)A產(chǎn)線的實(shí)際生產(chǎn)情況，通過(guò)秒表計(jì)時(shí)法、控制圖和Witness仿真軟件找出A產(chǎn)線的瓶頸工序，運(yùn)用“ECRS”原則和模特排時(shí)法發(fā)掘?qū)е翧產(chǎn)線平衡率偏低的原因，然后根據(jù)動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則提出相應(yīng)的優(yōu)化方案并實(shí)施，最后結(jié)合Witness仿真軟件對(duì)A產(chǎn)線進(jìn)行建模與生產(chǎn)過(guò)程仿真以驗(yàn)證優(yōu)化效果并持續(xù)改善，提高A產(chǎn)線的生產(chǎn)線平衡率。

1 現(xiàn)狀分析

某企業(yè)專業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)喇叭與車載產(chǎn)品，A產(chǎn)線負(fù)責(zé)生產(chǎn)的耳機(jī)喇叭，主要由音圈、膜片、磁路、面蓋、內(nèi)置件、膠水、焊錫等組成，裝配工藝流程如圖1所示。

圖1 A產(chǎn)線工藝流程圖

A產(chǎn)線由45道工序組成，采用流水作業(yè)方式，共有50個(gè)工位，其中31個(gè)為手工作業(yè)的員工工位，每個(gè)工位對(duì)應(yīng)一個(gè)員工，剩余19個(gè)為自動(dòng)化生產(chǎn)工位，完成自動(dòng)運(yùn)行程序設(shè)置之后就不需要員工參與，本文主要關(guān)注手工操作工位的問題發(fā)掘與現(xiàn)場(chǎng)改善。A產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)布局如圖2所示，其中處于傳送帶上的方塊代表自動(dòng)化生產(chǎn)工位，處于傳送帶外的方塊是本次研究的手工操作工位。

圖2 A產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)布局圖

作業(yè)時(shí)間是核算生產(chǎn)線平衡率的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是找出瓶頸工位的前提條件[3]，所以首先運(yùn)用秒表計(jì)時(shí)法測(cè)定A產(chǎn)線每一道工序的作業(yè)時(shí)間。由于A產(chǎn)線普遍使用可以放置四個(gè)產(chǎn)品的治具對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行固定，所以在工時(shí)測(cè)定時(shí)以一個(gè)治具為單位，即四個(gè)產(chǎn)品計(jì)時(shí)一次。在產(chǎn)線工作正常的情況下，連續(xù)測(cè)定每個(gè)工序完成10個(gè)治具加工任務(wù)的時(shí)間值。由于自動(dòng)化設(shè)備不作考慮，所以在后續(xù)階段主要研究27個(gè)手工作業(yè)工序。

控制圖是用來(lái)分析和判斷工序是否處于穩(wěn)定狀態(tài)的一種圖形工具，主要根據(jù)樣本數(shù)據(jù)去分析、判斷工序的質(zhì)量狀態(tài)，以預(yù)防工序失控，減少工序波動(dòng)和不合格品的產(chǎn)生[4]。通過(guò)3σ控制圖檢驗(yàn)所有測(cè)量值的有效性并剔除異常值之后，對(duì)A產(chǎn)線各工序的工時(shí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)量數(shù)值計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)計(jì)算方法如式(1)所示，評(píng)比系數(shù)及寬放率分別為1.0和1.05，計(jì)算結(jié)果如表1所示。根據(jù)每個(gè)工序的人員安排、標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)等數(shù)據(jù)，運(yùn)用仿真軟件Witness對(duì)A產(chǎn)線進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模，模型如圖3所示，每一道工序后面都設(shè)置緩沖區(qū)來(lái)觀察產(chǎn)品的積壓情況，通過(guò)模擬仿真A產(chǎn)線生產(chǎn)過(guò)程，最終結(jié)果顯示A產(chǎn)線日產(chǎn)量為17048個(gè)，利用式(2)計(jì)算可知A產(chǎn)線由于自身配置及員工操作等方面的問題造成了46.80s的時(shí)間浪費(fèi)和損失，利用式(3)計(jì)算A產(chǎn)線改善前線平衡率為58.91%，由此可見A產(chǎn)線具有較大的改善空間和迫切的改善必要。

表1 A產(chǎn)線相關(guān)量值統(tǒng)計(jì)表

表1 （續(xù)）

表1 （續(xù)）

圖3 A產(chǎn)線仿真模型圖

2 生產(chǎn)線平衡率影響因素分析

2.1 員工作業(yè)負(fù)荷分配的不均衡

要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的生產(chǎn)平衡，就是要盡可能地使各個(gè)工序的操作時(shí)間相同，消除不必要的等待浪費(fèi)，對(duì)于存在多工位工序的生產(chǎn)線，則要考慮促使各工序的節(jié)拍時(shí)間盡可能相同。通過(guò)圖1可知N1放音圈、N2放膜片、N15裝磁路+吹氣、N18裝面蓋這幾道工序均有新部件引入，所以理論上這幾道工序的節(jié)拍時(shí)間應(yīng)該大致相同。通過(guò)分析表1可知，N15裝磁路+吹氣和N18裝面蓋這兩道工序的節(jié)拍都約為1.5s～2s，均有兩個(gè)工位；N2放膜片這道工序雖然只有一個(gè)工位，但是節(jié)拍約為0.8s，所以這三道工序均可以在1.5s～2s完成兩個(gè)治具的裝配工作；但是N1放音圈工序卻有三個(gè)工位，每2s可以完成三個(gè)治具。所以由于人員配置的不合理，導(dǎo)致在N1放音圈和N2放膜片這兩道工序之間存在產(chǎn)品積壓，后續(xù)工序存在等待浪費(fèi)的情況。

生產(chǎn)線上節(jié)拍最慢的環(huán)節(jié)就是瓶頸工序，通過(guò)分析仿真模型中各個(gè)緩沖區(qū)的積壓和表1可知N31自動(dòng)點(diǎn)焊、N35加后錫為瓶頸工序，N14 CCD音膜成品檢查、N17對(duì)膜+退膜、N22單體喇叭裝面蓋、N44保護(hù)膠高度檢查為后續(xù)待改善工序。通過(guò)實(shí)地觀察發(fā)現(xiàn)瓶頸工序都是單調(diào)重復(fù)的操作，N31自動(dòng)點(diǎn)焊需要員工控制機(jī)器完成每個(gè)產(chǎn)品的四次點(diǎn)焊，完成一個(gè)治具就需要點(diǎn)焊十六次；N35加后錫則需要給每個(gè)產(chǎn)品加兩次錫，完成一個(gè)治具就需要加錫八次。所以這兩道工序的作業(yè)負(fù)荷相對(duì)來(lái)說(shuō)比其他工序更重，耗時(shí)也更長(zhǎng)，大大制約了后續(xù)工序的運(yùn)行，導(dǎo)致產(chǎn)品積壓，限制產(chǎn)線產(chǎn)能。

2.2 員工操作的不規(guī)范與不合理

瓶頸工序存在的原因，不僅與人員配比有關(guān)，更重要的一點(diǎn)是動(dòng)作的單一性大大降低了工人的勞動(dòng)積極性，也大大降低了工人操作的規(guī)范程度。通過(guò)實(shí)地觀察發(fā)現(xiàn)瓶頸工序上的工人在工作一段時(shí)間之后更容易出現(xiàn)疲勞和消極怠工的情況，不規(guī)范的動(dòng)作開始出現(xiàn)，個(gè)人操作習(xí)慣開始影響標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)動(dòng)作，工人的操作時(shí)間開始拉長(zhǎng)，作業(yè)效率開始降低。

除了動(dòng)作的單調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)動(dòng)作中還可能存在不合理或不必要的動(dòng)作，為了找出標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)動(dòng)作中的問題，對(duì)后續(xù)瓶頸工序N44保護(hù)膠高度檢查進(jìn)行動(dòng)作程序分析，如表2所示。

表2 A產(chǎn)線N44保護(hù)膠高度檢查模特排時(shí)法記錄表(改善前)

通過(guò)表2可以發(fā)現(xiàn)A產(chǎn)線上N44保護(hù)膠高度檢查這道工序存在的不合理之處：在右手使用數(shù)顯表的過(guò)程中，左手始終處于空閑狀態(tài)，而每個(gè)治具上四個(gè)產(chǎn)品，完成一個(gè)產(chǎn)品的檢查需要使用兩次數(shù)顯表，所以完成一個(gè)治具需要使用數(shù)顯表八次，完成檢查之后使用左手將治具放到員工右側(cè)的傳送帶上，整個(gè)動(dòng)作不夠協(xié)調(diào)，存在不必要的移動(dòng)與等待。

3 改善方案設(shè)計(jì)

3.1 員工作業(yè)負(fù)荷分配改善

人均作業(yè)負(fù)荷分配的不合理，使得作業(yè)量大的員工容易疲勞，作業(yè)量小的員工需要等待，這樣不僅會(huì)造成產(chǎn)品積壓與時(shí)間浪費(fèi)，還會(huì)使員工對(duì)工作安排產(chǎn)生不滿，影響員工勞動(dòng)積極性，所以要提高生產(chǎn)線的線平衡率，首要任務(wù)就是平均各員工的作業(yè)負(fù)荷。根據(jù)“ECRS”四大原則，對(duì)A產(chǎn)線現(xiàn)存問題進(jìn)行優(yōu)化改善，具體方案為：從N1放音圈工序上減去一個(gè)工位，在N31自動(dòng)點(diǎn)焊和N35加后錫兩道工序上各增加一個(gè)工位，為了觀察后續(xù)的生產(chǎn)線平衡狀況，對(duì)A產(chǎn)線的Witness仿真模型進(jìn)行修改，修改后的模型如圖4所示。

圖4 A產(chǎn)線仿真模型圖

3.2 員工標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)動(dòng)作改善

在平均了員工作業(yè)負(fù)荷之后，由于疲勞而出現(xiàn)的不規(guī)范動(dòng)作大大減少，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)動(dòng)作得到良好的執(zhí)行。為了進(jìn)一步減少員工操作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)動(dòng)作進(jìn)行改善。針對(duì)N44保護(hù)膠高度檢查這道工序中存在的不必要的移動(dòng)與等待，根據(jù)動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則作出如下改善：將四個(gè)數(shù)顯表按照治具上產(chǎn)品的位置排布制作成一次可以完成一個(gè)治具的檢查的工具，減少動(dòng)作的重復(fù)，在檢查完成后為了糾正不協(xié)調(diào)的動(dòng)作，改用右手將治具放置到傳送帶上，左手可以空出來(lái)去拿下一個(gè)需要檢查的治具。這樣就可以將重復(fù)的檢查工作合并為一次，同時(shí)協(xié)調(diào)左右手的動(dòng)作，達(dá)到減少工時(shí)的目的。改善后A產(chǎn)線上N44保護(hù)膠高度檢查工序的模特排時(shí)法記錄表如表3所示。

表3 A產(chǎn)線N44保護(hù)膠高度檢查模特排時(shí)法記錄表(改善后)

相比之前，N44保護(hù)膠高度檢查工序總MOD數(shù)從77減少為36，理論上可以節(jié)省工時(shí)2.838s。

4 優(yōu)化效果評(píng)價(jià)

為了檢驗(yàn)改善方案的效果，對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行工時(shí)測(cè)定，工時(shí)測(cè)定數(shù)據(jù)表如表4所示，所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行了分析篩選、異常值剔除及相關(guān)量值計(jì)算，寬放率設(shè)定為5%，計(jì)算過(guò)程同上。

表4 A產(chǎn)線相關(guān)量值統(tǒng)計(jì)表（改善后）

表4 （續(xù)）

根據(jù)改善后的工時(shí)測(cè)定數(shù)據(jù)表中的節(jié)拍、標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)以及周期工時(shí)等數(shù)據(jù)，更改A產(chǎn)線仿真模型數(shù)據(jù)并再次運(yùn)行，最終結(jié)果顯示A產(chǎn)線日產(chǎn)量為29440個(gè)，利用式(2)和式(3)計(jì)算出A產(chǎn)線改善后損失時(shí)間為17.07s，改善后線平衡率為81.23%。

通過(guò)對(duì)A產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化改善，A產(chǎn)線上的人力從原來(lái)的31人增至32人，瓶頸工序從最初的7.1610s減少為4.1475s，線平衡率從偏低的58.91%，提高到了81.23%；產(chǎn)能也大大增加，從每天17048個(gè)增加到每天29440個(gè)。A產(chǎn)線的線平衡率前后對(duì)比如圖5所示；A產(chǎn)線各工序工時(shí)節(jié)拍前后對(duì)比如圖6所示。

圖5 A產(chǎn)線改善前后線平衡率對(duì)比圖

圖6 A產(chǎn)線改善前后節(jié)拍對(duì)比圖

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)某企業(yè)A產(chǎn)線平衡率偏低的問題，本文從生產(chǎn)線平衡理論出發(fā)，主要運(yùn)用秒表計(jì)時(shí)法、控制圖、“ECRS”原則、模特排時(shí)法等工業(yè)工程的方法與手段，對(duì)員工作業(yè)負(fù)荷不均衡和員工操作不規(guī)范不合理等問題進(jìn)行了針對(duì)性的改善，通過(guò)人力的重新分配平均了員工作業(yè)負(fù)荷，根據(jù)動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則消除了作業(yè)操作中的不必要?jiǎng)幼?，同時(shí)結(jié)合仿真軟件Witness對(duì)A產(chǎn)線進(jìn)行建模仿真并評(píng)估改善效果，最終將A產(chǎn)線的平衡率從58.91%提高到了81.23%。此次優(yōu)化改善不僅提高了A產(chǎn)線的平衡率和生產(chǎn)效率，而且為后續(xù)的生產(chǎn)線改善活動(dòng)提供了經(jīng)驗(yàn)方法，具有一定的借鑒價(jià)值。