產(chǎn)品生產(chǎn)流水線的技術(shù)和組織一體化設(shè)計

賈舒媛，侯開虎，馬志恩

(1.攀枝花學(xué)院 智能制造學(xué)院，四川 攀枝花 617000；2.昆明理工大學(xué) 機電工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程采用流水線生產(chǎn)可以提高生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)周期，能在較短的時間內(nèi)提供市場大量需求的產(chǎn)品，降低生產(chǎn)成本[1]。本文進行某產(chǎn)品生產(chǎn)流水線的構(gòu)建，以福玖玖食品公司的番茄糕產(chǎn)品的生產(chǎn)作為研究背景。目前該公司生產(chǎn)規(guī)模屬于小作坊式，生產(chǎn)制度、設(shè)備、布局、生產(chǎn)過程等都存在問題，長期以來產(chǎn)品生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)成本較高，成為公司所面臨的重要難題。生產(chǎn)方式是生產(chǎn)線組織生產(chǎn)的核心，也是競爭的關(guān)鍵。在番茄糕產(chǎn)品現(xiàn)有手工線基礎(chǔ)上，提出轉(zhuǎn)變番茄糕生產(chǎn)方式，采用流水線進行生產(chǎn)產(chǎn)品，以期企業(yè)提高市場反應(yīng)速度，提高市場占有率。

1 產(chǎn)品原生產(chǎn)線介紹與分析

以該公司番茄糕產(chǎn)品的生產(chǎn)為研究對象，為該產(chǎn)品生產(chǎn)過程建立一條生產(chǎn)流水線。搜集生產(chǎn)過程詳細(xì)資料，了解目前番茄糕的產(chǎn)量、周期、質(zhì)量和成本，明確各工序在操作過程中的主要功能，明確整個生產(chǎn)布局情況，對原手工線有一個充分認(rèn)識，據(jù)現(xiàn)生產(chǎn)工藝流程，繪制出產(chǎn)品生產(chǎn)流程現(xiàn)狀表[2]，如表1所示。

采用Flexsim模擬[3]仿真整個生產(chǎn)過程(圖1)發(fā)現(xiàn)，僅片上包食品薄膜這步工序的工作率超過90%，而其他工序的工作率普遍低于50%，該工序成為加工車間的生產(chǎn)瓶頸，制約著整個生產(chǎn)能力的提高。綜合研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有生產(chǎn)流程的不足：①預(yù)煮工序使加工的物料在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生逆向物流。②包裝工序復(fù)雜，整個包裝工序時間長。③手工清洗效率低下，烘烤工序存在多次反復(fù)搬運。④產(chǎn)品生產(chǎn)周期長與產(chǎn)量低，不能滿足市場需求。⑤手工操作工序較多，如選料、清洗、熬制等均屬于手工操作。⑥存在隱藏成本浪費，存在多次人工搬運。⑦工序耗時兩極化，導(dǎo)致整個生產(chǎn)流程前塞后閑。

圖1 Flexsim模型中各工序工作情況百分比

2 流水線技術(shù)設(shè)計

為該產(chǎn)品生產(chǎn)流水線進行技術(shù)設(shè)計，也叫“硬”件設(shè)計，包括流水線工序、設(shè)備、布局設(shè)計[4]。

2.1流水線工序設(shè)計

采用工業(yè)工程“5W1H(即What，Why，When，Where，Who，How)”提問技術(shù)、“ECRS(即Eliminate，Combine，Rearrange，Simple)”四大原則進行問題分析與改善[2]。具體改善措施有：①取消預(yù)煮軟化工序，通過重置磨碎機提高磨碎精度。②交換制片與包膜工序的順序，實現(xiàn)對包膜環(huán)節(jié)的批量處理。③合理采用機械化與手工結(jié)合進行生產(chǎn)。④平衡各工序時間，盡量消除“瓶頸”。改善后的生產(chǎn)工藝順序為：⑴備料⑵清洗⑶加工⑷緩存⑸熬制⑹烘烤⑺預(yù)處理⑻制片⑼內(nèi)包⑽外包⑾下線，共11道工序，其中手工操作工序2道，機械操作3道，機械+手工操作工序5道。

2.2流水線設(shè)備與布局設(shè)計

本產(chǎn)品生產(chǎn)流水線需要的設(shè)備分為流水線加工設(shè)備、儲存設(shè)備和運輸設(shè)備[4]。

(1)流水線加工設(shè)備。前期分析發(fā)現(xiàn)部分工序耗時大，工序復(fù)雜，不符合流水線生產(chǎn)工序簡便、生產(chǎn)快捷的特點，故在工序改善基礎(chǔ)上引進新加工設(shè)備：果蔬清洗機、破碎機、電煮鍋、烘烤機(烘道)、熱縮機、切制機、塑封機。

(2)流水線儲存設(shè)備。儲存設(shè)備用于解決細(xì)磨后漿汁的緩存工序[5]。按照加工番茄50kg進行緩存，清洗后增重2%，忽略增重部分水的密度與番茄汁密度的差異。計算緩存容器的大小容積為：

(1)

其中m指原料的質(zhì)量，單位是kg，ρ指原料的密度，其值為1.2kg/L。另外應(yīng)考慮多余部分的緩存，因此最后設(shè)計出緩存容器體積為50L。設(shè)備結(jié)構(gòu)為圓柱體形，標(biāo)記有可視的容積刻度，有進、出料口。

(3)流水線運輸設(shè)備

在對流水線進行選擇和設(shè)計時，還需分析該流水線運輸設(shè)備[5]。以第1道工序“清洗”和第2道工序“加工”之間的輸送情況為例，在進行第1道工序往第2道工序輸送在制品時，此時輸送對象為固體形式的果蔬，輸送過程中存在輸送量小、輸送速度慢、輸送距離短的特征，同時不存在積存或釋放的情況。其他工序的分析類似，由于篇幅關(guān)系，此處不一一贅述。分析得出本產(chǎn)品生產(chǎn)流水線設(shè)計的運輸工序、物料性質(zhì)、物流量、運輸速度與距離如表2所示。

表2 流水線物料運輸統(tǒng)計

流水線布局與加工過程物流因素有關(guān)[5-6]：①分析生產(chǎn)流水線工序和生產(chǎn)流水線設(shè)備在加工過程中產(chǎn)生的物流情況，并根據(jù)物流量大小和和物流距離進行定量分析；②通過繪制物流從至表可以發(fā)現(xiàn)流水線整個物流“流動流向”，均是按照工序順次流動；③通過繪制流量距離圖可以發(fā)現(xiàn)本產(chǎn)品生產(chǎn)流水線物流移動次數(shù)有10次，表明該生產(chǎn)流水線物流簡單，便于物流管理。綜上該生產(chǎn)流水線的布局適合采用開口形原則(U形)。流水線設(shè)備綜合布局如圖2展示。

圖2 改善后的產(chǎn)品生產(chǎn)流水線布局圖

3 流水線組織設(shè)計

在上述基礎(chǔ)之上，接下來進行流水線組織設(shè)計，也叫“軟件”設(shè)計，即流水線節(jié)拍、負(fù)荷、標(biāo)準(zhǔn)工作指示圖表、流水線平衡、流水線工人安排[5-6]。

3.1流水線節(jié)拍設(shè)計

安排單位時間內(nèi)(30min)生產(chǎn)1份產(chǎn)品，即10kg產(chǎn)品。本產(chǎn)品生產(chǎn)流水線部分工序按照重量進行計量(備料：熬制：烘烤=6：4：1，該比例為調(diào)研統(tǒng)計數(shù)據(jù))。進行標(biāo)準(zhǔn)時間計算以及寬放率參數(shù)的確定[2-3]，得出流水線工序時間如表3所示。

表3 流水線工序時間表

基于上述條件，設(shè)各流水線工序號對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)時間為ti，單位是min，出產(chǎn)份額為n，單位是份，關(guān)鍵瓶頸工序(占用時間最多的工序)時間為生產(chǎn)節(jié)拍時間計算流水線生產(chǎn)節(jié)拍和工序節(jié)拍如下[4-5]。

(1)生產(chǎn)節(jié)拍C：

(2)

其中：Fε指計劃期內(nèi)的有效時間，此處Fε=maxti，單位是min，N指計劃期生產(chǎn)任務(wù)的數(shù)量，此處N=n，單位是份。

(3)

其中：ti指計劃期內(nèi)工序的有效時間，單位是min，n代表出產(chǎn)量份數(shù)，單位是份。據(jù)該公式統(tǒng)計流水線工序節(jié)拍，繪制節(jié)拍曲線圖3所示。

圖3 流水線工序節(jié)拍曲線圖

圖3中節(jié)拍時間最長的6號(烘烤)、9號(內(nèi)包)工序為該流水線的瓶頸工序。

3.2流水線負(fù)荷設(shè)計

流水線負(fù)荷包括工序負(fù)荷和生產(chǎn)負(fù)荷，前者是每個工序的負(fù)荷，后者是整條生產(chǎn)線的負(fù)荷。按照公式計算工序負(fù)荷和生產(chǎn)負(fù)荷，其中工序時間單位為分鐘(min)，工序負(fù)荷為百分?jǐn)?shù)(%)[5-6]。

(4)

(5)

maxti=30.0

(6)

ti指計劃期內(nèi)工序有效時間，單位是min，maxti是計劃期內(nèi)工序最大有效時間，此處m是指生產(chǎn)工序的個數(shù)，其值為11。流水線工序負(fù)荷率如表4所示。

表4 流水線工序負(fù)荷率

前期流水線布局設(shè)計中，根據(jù)多種布局方式優(yōu)缺點的比較，得出該產(chǎn)品生產(chǎn)流水線的布局適合采用開口形原則(U形)[6-7]。結(jié)合本章節(jié)內(nèi)容該產(chǎn)品流水線生產(chǎn)負(fù)荷的計算[5]，其負(fù)荷率為82.8%，所以將該生產(chǎn)線為間斷型流水線。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)工作指示圖表繪制

流水線標(biāo)準(zhǔn)工作指示圖表的繪制，是根據(jù)工序生產(chǎn)能力以及工序負(fù)荷率，按照8小時生產(chǎn)制度，計算每個工序在制度時間內(nèi)需要完成的加工任務(wù)、時間定額、間斷次數(shù)、間斷時間、工作時間等[5]。

(1)工作時間=標(biāo)準(zhǔn)時間×16，即工序標(biāo)準(zhǔn)時間為0.5小時生產(chǎn)時間，8小時工作時間則是標(biāo)準(zhǔn)時間的16倍。

(2)間斷時間=上班時間-工作時間。

(3)間斷次數(shù)=間斷時間÷30，取整。

流水線標(biāo)準(zhǔn)工作指示圖表如表5所示。

表5 流水線標(biāo)準(zhǔn)工作指示圖表

標(biāo)準(zhǔn)工作指示圖表5對于本生產(chǎn)流水線工作地生產(chǎn)制度安排有如下[7]：

(1)本生產(chǎn)流水線11個工序組成的11個基本工作地，上班時間(灰色)均是8小時，上午4小時，下午4小時，中午休息(白色)2小時[8]；

(2)計劃每個基本工作地的工作時間，同時得出間斷時間，由于30分鐘為一個生產(chǎn)節(jié)拍，因此在節(jié)拍內(nèi)產(chǎn)生間斷次數(shù)[8-9]；

(3)計劃每個基本工作地的加工任務(wù)，以及工作地的負(fù)荷率。

3.4流水線平衡設(shè)計

流水線平衡是運用工業(yè)工程相關(guān)理論和方法，解決以下3個問題[3-4]。(1)流水線節(jié)拍中瓶頸工序，也就是工序加工時間最長的工序；(2)流水線工序負(fù)荷小于75%的工序；(3)流水線工序間斷時間大于100min的工序。

流水線中存在瓶頸工序的是：6(烘烤)、9(內(nèi)包)號工序；流水線中存在負(fù)荷小于75%的工序是：3(加工)、11(下線)號工序；流水線中存在間斷時間大于100min的工序是：2(清洗)、3(加工)、11(下線)號工序。

綜合三種問題，運用工業(yè)工程“5W1H”提問技術(shù)和“ECRS”四大原則進行流水線平衡[2-4]。

針對問題原因，用“ECRS”四大原則進行改善，有兩個有效措施使該生產(chǎn)流減少瓶頸工序、間斷時間和提高流水線負(fù)荷[2-4]，具體為：(1)合并工序。合并工序負(fù)荷小于75%的工序，在基礎(chǔ)工作地安排上重新組成新工作地，提高流水線負(fù)荷[10-11]；(2)合理安排工人。瓶頸工序，應(yīng)盡量減少操作步驟，合理安排工人人數(shù)[12]。

合并2(清洗)、3(加工)、4(緩存)號工序，組成新的工作地，同時該三個工序?qū)儆跈C械化操作，合并后更有利于集中管理[13]，同時提高流水線負(fù)荷，合并后新的工作地節(jié)拍時間為26.3min。

11號工序操作步驟較少，不利于單獨成立工作地[14]，合并10(外包)、11(下線)號工作，組成新的工作地，合并后新工作地節(jié)拍時間為24.6min。

根據(jù)流水線平衡結(jié)果，最終合并成9個工作地，計算流水線正式工作地各工序時間和負(fù)荷得出圖4和圖5。

圖4 流水線工作地工作節(jié)拍(平衡后) 圖5 流水線工作地負(fù)荷率(平衡后)

流水線平衡后的圖4和圖5表明該生產(chǎn)流水線通過有效合并工序，組成新的工作地，工作地節(jié)拍基本保持了平衡，工作地負(fù)荷也基本一致，從而使得流水線盡量平衡[15]。通過合并工序，組成流水線新工作地分布如圖6所示。流水線工人安排結(jié)果是總共只需要9個工人。

圖6 流水線工作地分布圖

4 總結(jié)

針對公司番茄糕產(chǎn)品在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝流程中存在的逆向物流和隱藏成本的浪費，以及生產(chǎn)現(xiàn)場布局雜亂，生產(chǎn)過程出現(xiàn)瓶頸環(huán)節(jié)等問題，公司試圖采用流水線生產(chǎn)方式改變現(xiàn)有生產(chǎn)能力的不足，以提高生產(chǎn)效率。在本文中運用工業(yè)工程專業(yè)相關(guān)知識，對流水線進行節(jié)拍、負(fù)荷、流水線標(biāo)準(zhǔn)工作指示圖表的設(shè)計。根據(jù)設(shè)計過程中產(chǎn)生的瓶頸工序、負(fù)荷小于75%的工序，以及流水線工序間斷時間大于100min的工序進行流水線平衡，從而形成正式的流水線工作地，并合理安排工人到流水線工作地，由此完成了產(chǎn)品流水線組織設(shè)計。流水線技術(shù)的采用，提高了該企業(yè)的勞動生產(chǎn)率，縮短了生產(chǎn)周期，減少在制品占用量，能在較短的時間內(nèi)提供市場大量需求的產(chǎn)品，降低了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作和生產(chǎn)服務(wù)工作的效率。