鐵皮文件柜生產(chǎn)線平衡及改善研究

岳志春 郭冉冉

【摘? 要】論文以J公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)各個(gè)工序進(jìn)行作業(yè)測(cè)定，確定瓶頸工位，分析其中原因，制定對(duì)應(yīng)的改善方案，最后檢驗(yàn)方案可行性。通過(guò)對(duì)J公司生產(chǎn)線方面的方案設(shè)計(jì)，使搬運(yùn)距離從原來(lái)的150 m遞減到50 m，生產(chǎn)線平衡率從71.46%提升到84.64%，提高了人機(jī)利用率，從而使企業(yè)生產(chǎn)效率顯著提高，可為有類似生產(chǎn)管理問(wèn)題的企業(yè)提供借鑒和參考。

【Abstract】This paper takes the production line of tin file cabinet of J Company as the research object， determines the bottleneck position by measuring the operation of each process， analyzes the reasons， makes the corresponding improvement plan， and finally tests the feasibility of the plan. Through the plan design of J Company's production line， the handling distance is reduced from 150 m to 50 m， the balance rate of production line is increased from 71.46% to 84.64%， and the man-machine utilization rate is improved， so that the production efficiency of the enterprise is significantly improved， which can provide reference for enterprises with similar production management problems.

【關(guān)鍵詞】作業(yè)測(cè)定;生產(chǎn)線平衡;生產(chǎn)效率

【Keywords】work measurement; balance of production line; production efficiency

【中圖分類號(hào)】F425? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2022）01-0147-04

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)制造業(yè)面臨的壓力越來(lái)越大，從一開(kāi)始企業(yè)只重視擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，到現(xiàn)在開(kāi)始重視提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低浪費(fèi)[1]。在某種程度上，生產(chǎn)線平衡直接決定了人機(jī)利用率和產(chǎn)能高低，因此越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始注重生產(chǎn)線平衡。

J公司是一家主要生產(chǎn)文件柜的公司，其主要產(chǎn)品有4種：鐵皮文件柜、板式文件柜、鋼制文件柜、實(shí)木文件柜。對(duì)于處在穩(wěn)定期的J企業(yè)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品銷(xiāo)量的多少受市場(chǎng)的影響很大，因此如果繼續(xù)投入資金，就會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)剩的問(wèn)題，因此，對(duì)于該企業(yè)而言，提高生產(chǎn)效率是最優(yōu)選擇。本文以J企業(yè)鐵皮文件柜生產(chǎn)線為研究對(duì)象，采用作業(yè)測(cè)定法測(cè)量各個(gè)工序工時(shí)并繪制山積表找到瓶頸工位，利用IE相關(guān)理論分析生產(chǎn)線因布局不當(dāng)?shù)仍斐傻臏艉偷却龁?wèn)題[2]。通過(guò)對(duì)比改善前后生產(chǎn)線平衡率、損失率等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)提高了生產(chǎn)效率[3]。此外，企業(yè)也可以將學(xué)習(xí)到的生產(chǎn)線平衡理念為其他有類似問(wèn)題的企業(yè)提供一定的參考和借鑒。

2 文獻(xiàn)回顧

2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

起初是由美國(guó)人J.Bryton[4]提出生產(chǎn)線平衡問(wèn)題，此后國(guó)內(nèi)外學(xué)者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，以期通過(guò)科學(xué)的方法來(lái)尋找最佳平衡方案。目前，生產(chǎn)線平衡優(yōu)化方法主要有數(shù)學(xué)最優(yōu)化法、啟發(fā)式法、三維仿真和基礎(chǔ)工業(yè)工程法4種[5-8]。譚岐鈺等[9]運(yùn)用粒子群算法優(yōu)化了混流單頭電纜生產(chǎn)線平衡。Trebuna等[10]采用的是Siemens Plm Software仿真模擬軟件對(duì)Tecnomatix工廠的瓶頸工序進(jìn)行仿真優(yōu)化。姜晨光等[11]運(yùn)用價(jià)值流圖識(shí)別并分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因，以ECRS為工具進(jìn)行改善優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)工位負(fù)荷均衡和一個(gè)流生產(chǎn)，改善效果顯著。Manuel Chica等[12]主要是運(yùn)用多目標(biāo)和進(jìn)化算法對(duì)生產(chǎn)線平衡進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 相關(guān)理論基礎(chǔ)

“瓶頸工位”（Bottleneck Station），是生產(chǎn)過(guò)程中工序時(shí)間最長(zhǎng)的工位，它直接影響生產(chǎn)線的效率。作業(yè)測(cè)定是測(cè)定合格工人按照規(guī)定的作業(yè)標(biāo)完成某項(xiàng)工作所需時(shí)間的過(guò)程。生產(chǎn)節(jié)拍（Cycle Time）是在流水生產(chǎn)線的環(huán)境下，完整生產(chǎn)出一個(gè)產(chǎn)品所需要的時(shí)間，即連續(xù)產(chǎn)出兩個(gè)相同產(chǎn)品之間的時(shí)間間隔[13]。在生產(chǎn)過(guò)程中，若產(chǎn)能一定，那么生產(chǎn)節(jié)拍的速度將會(huì)影響該產(chǎn)能高低。

生產(chǎn)節(jié)拍計(jì)算公式如下：

CT=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，CT為流水線的生產(chǎn)節(jié)拍。

Ta（Time Available）為流水線的有效工作時(shí)間。

Td（Time Demanded）為客戶訂單量。

3 生產(chǎn)平衡的相關(guān)計(jì)算方法

①生產(chǎn)線的平衡率（LB）：

LB=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中，LB為生產(chǎn)線平衡率，Ti為各工序時(shí)間，CT為瓶頸工序時(shí)間，N為工位數(shù)。

②生產(chǎn)線平衡損失率（d）：

d=×100%

=1-LB? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中，W為各工序時(shí)間總和。

4 J公司鐵皮文件柜的生產(chǎn)線現(xiàn)狀分析

4.1 改善前的生產(chǎn)線現(xiàn)狀分析

鐵皮文件柜生產(chǎn)線分為8個(gè)工位進(jìn)行，分別為線工藝制程包括剪板、沖壓、折彎、點(diǎn)焊、噴粉、包裝、檢測(cè)、合格品出庫(kù)，其中剪板、沖壓、折彎、點(diǎn)焊、噴粉為主要工序。

4.2 J公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線作業(yè)測(cè)定

考慮J企業(yè)實(shí)際情況，本文作業(yè)測(cè)定選擇秒表計(jì)時(shí)法。其作業(yè)測(cè)定步驟為：

①確定測(cè)定目標(biāo)群體。

作業(yè)測(cè)定是為了制定標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間，因此在這選擇“中等熟練操作水平”員工。

②劃分作業(yè)單元。

在進(jìn)行作業(yè)測(cè)定前，測(cè)量人員需要了解生產(chǎn)線上各個(gè)工序，使得作業(yè)單元能被均勻劃分。

③準(zhǔn)備觀測(cè)工具。

通常觀測(cè)工具為鉛筆、計(jì)算尺、秒表等。

④觀測(cè)次數(shù)確定。

觀測(cè)次數(shù)常用的方法是誤差界限法、d2值法和作業(yè)周期。秒表法往往通過(guò)擴(kuò)大樣本容量來(lái)提高準(zhǔn)確性，但根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，通常不會(huì)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)測(cè)量。因此本文選擇相對(duì)科學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法，即誤差界限法。

由于現(xiàn)實(shí)情況中總體標(biāo)準(zhǔn)差σ很難計(jì)算，因此總體標(biāo)準(zhǔn)差σ往往會(huì)用樣本的標(biāo)準(zhǔn)差S來(lái)代替。計(jì)算公式如下：

σ≈S=

=? ? ?（4）

誤差范圍為±5%內(nèi)，可信度95%時(shí)，其觀測(cè)次數(shù)公式如下：

n'=

=

（5）

式中：n為作業(yè)單元的觀測(cè)總次數(shù)。

xi為第i次秒表測(cè)量值。

因此，經(jīng)計(jì)算將對(duì)鐵皮文件柜產(chǎn)品生產(chǎn)線各個(gè)作業(yè)單元進(jìn)行5次觀測(cè)。

⑤測(cè)量時(shí)間。

結(jié)合J企業(yè)鐵皮文件柜生產(chǎn)線實(shí)際情況，運(yùn)用歸零測(cè)時(shí)法測(cè)量，得到的數(shù)據(jù)如表1所示。

單位：s

⑥剔除異常值。

將測(cè)量生產(chǎn)線獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，排除其他因素形成的異常值。本文采用3σ法排除異常值。

如果某一個(gè)作業(yè)操作單元n次的觀測(cè)數(shù)據(jù)為x1，x2，x3，…，xn，則平均觀測(cè)值計(jì)算公式如下：

=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式如下：

σ≈S=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

若時(shí)間觀測(cè)值在±3σ區(qū)間內(nèi)，則其屬于正常值，若超過(guò)此區(qū)間需將其去掉。

經(jīng)計(jì)算及分析發(fā)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)都在±3σ內(nèi)，即所測(cè)量數(shù)據(jù)具有可靠性。

⑦計(jì)算工位標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)作業(yè)測(cè)定求平均值得到的工時(shí)需要進(jìn)行“再加工”才能得到“正常時(shí)間”。由于各個(gè)公司工作強(qiáng)度和工作內(nèi)容不同，這里將評(píng)比系數(shù)取為1，寬放率取10%。因此，鐵皮文件柜各作業(yè)單元的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間如表2所示。

4.3 J公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線平衡現(xiàn)狀分析

①生產(chǎn)線的平衡率（LB）。

LB=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （8）

經(jīng)計(jì)算平衡率為71.46%。

②生產(chǎn)線的平衡損失率。

d=×100%

=1-LB? ? ? ? ? ? ? ? ? （9）

經(jīng)計(jì)算平衡損失率為28.54%。

4.4 J公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線主要問(wèn)題分析

4.4.1 生產(chǎn)線不平衡

J公司鐵皮生產(chǎn)線各個(gè)操作時(shí)間呈現(xiàn)分布不均勻現(xiàn)象。結(jié)合J公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線分析得到，生產(chǎn)線平衡率為71.46%，平衡損失率為28.54%，依據(jù)損失率優(yōu)劣評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)得到結(jié)果為差，進(jìn)而得到J公司的生產(chǎn)效能較低。

4.4.2 瓶頸明顯

由表2可知，J公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線噴粉工序工時(shí)最長(zhǎng)，因此噴粉為瓶頸。優(yōu)化瓶頸不僅可以提高生產(chǎn)線平衡率，而且使生產(chǎn)效率得到提高。

4.4.3 生產(chǎn)設(shè)備布局不合理

J公司鐵皮文件柜生產(chǎn)線是類似直線的生產(chǎn)設(shè)施布局，人員搬運(yùn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)且易滯留。除此之外，員工存在隨意堆積在制品、亂放工具現(xiàn)象，會(huì)使得生產(chǎn)車(chē)間容易出現(xiàn)混亂，造成產(chǎn)品品質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題，改善前的生產(chǎn)布局如圖1所示。

5 生產(chǎn)線平衡改進(jìn)

5.1 生產(chǎn)線布局優(yōu)化

生產(chǎn)布局合理性在于將工作關(guān)聯(lián)度高的工序安置在一起，盡可能減少工人在各個(gè)工序之間的走動(dòng)和員工雙手遠(yuǎn)距離拿取動(dòng)作。優(yōu)化后的生產(chǎn)布局如圖2所示，優(yōu)化后的生產(chǎn)布局簡(jiǎn)便了生產(chǎn)線流程，改善前后的生產(chǎn)線流程如圖3所示。

5.2 噴粉線的工位改善

改善后的噴粉線放置物品區(qū)分為正品區(qū)和次品區(qū)，為了挑揀出次品，減少取件人數(shù)，分別在兩區(qū)設(shè)置檢查人員和取件員各1人。

5.3 鐵皮文件柜生產(chǎn)線平衡改善后分析

改善前后生產(chǎn)線工序標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間對(duì)比如表3所示。

其中對(duì)比結(jié)果小于0，說(shuō)明改善效果為不好，反之說(shuō)明改善效果為良好。

經(jīng)計(jì)算優(yōu)化后的生產(chǎn)線平衡率LB=84.64%，平衡損失率為15.36%。采用IE法對(duì)生產(chǎn)線平衡進(jìn)行改善后，生產(chǎn)線平衡率提高了13.18%，生產(chǎn)線損失率降低了10.18%，說(shuō)明優(yōu)化具有有效性。下面繪制柱狀圖清晰展示改善效果，如圖4所示。

6 結(jié)論

本文以J企業(yè)鐵皮文件柜生產(chǎn)線為例，通過(guò)對(duì)比改善前后生產(chǎn)線平衡率（LB）、生產(chǎn)線平衡損失率（d）來(lái)評(píng)價(jià)改善效果，發(fā)現(xiàn)該方案實(shí)施后，檢查次數(shù)減少1次，等待時(shí)間減少3次，搬運(yùn)距離大幅度降低，從原來(lái)的150 m遞減到50 m，生產(chǎn)線平衡率從71.46%變?yōu)?4.64%，提高了13.18%，生產(chǎn)線損失率降低了13.18%，生產(chǎn)效率顯著提高，單日最大產(chǎn)量Q由160套提升為270套，處于比較理想的生產(chǎn)狀態(tài)，這說(shuō)明均衡生產(chǎn)有助于企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線平衡，降低成本，提高效率，使企業(yè)產(chǎn)能達(dá)到事半功倍的效果?？傊?，優(yōu)化生產(chǎn)線來(lái)提高效率、降低成本是企業(yè)所希望的目標(biāo)。

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