基于價值流圖的板式定制家具小板件生產(chǎn)線負荷平衡

薛繼肖,徐偉,2*,王軍祥

(1. 南京林業(yè)大學家居與工業(yè)設計學院,南京210037; 2. 南京林業(yè)大學智庫林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心,南京210037;3. 索菲亞家居湖北有限公司,黃岡438000)

在“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”等先進制造戰(zhàn)略與模式下[1],我國正從制造業(yè)大國向制造強國轉變,這也對制造業(yè)提出了更高的要求。作為家具行業(yè)的新勢力,板式定制家具的制造水平處于行業(yè)領先,正朝著工業(yè)4.0不斷探索中;但是由于生產(chǎn)環(huán)境和制造模式的轉變,多元化的用戶需求及激烈的市場環(huán)境使得企業(yè)的生產(chǎn)與管理面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。因此,提升生產(chǎn)效率,改善產(chǎn)品質量,降低成本成為家具企業(yè)提升市場競爭力的重要途徑。生產(chǎn)線優(yōu)化一般分為發(fā)現(xiàn)問題和分析優(yōu)化兩個部分。在發(fā)現(xiàn)問題階段,價值流程圖(value stream mapping,VSM)是比較常用的方法之一,是在豐田生產(chǎn)方式下通過精益制造生產(chǎn)的系統(tǒng)框架運用一系列特殊流程圖工具來描述物料流和信息流的形象化工具[2]。

作為精益生產(chǎn)的重要改善工具,價值流圖的應用范圍十分廣泛,既可以用于企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場改善,又可以用于整體業(yè)務流程的改善,便于工程師、管理人員及客戶清晰地了解企業(yè)現(xiàn)狀。價值流圖可以從價值的角度觀察從生產(chǎn)到交付的各個流程,識別生產(chǎn)中的增值和非增值部分,挖掘生產(chǎn)線現(xiàn)存問題,從而得到具體的改善機會。另外,它能夠系統(tǒng)性發(fā)現(xiàn)改進空間并全面改善價值流。目前價值流圖法主要應用在流程式生產(chǎn)線上,并且取得了理想效果,但是在板式定制家具企業(yè)這種離散型制造企業(yè)應用很少,因此,將VSM法應用到板式家具行業(yè)具有重要意義。

生產(chǎn)線分析優(yōu)化主要包括工業(yè)工程方法、數(shù)學模型法、仿真模擬法等方法。目前研究成果如下:

1)單一方法優(yōu)化生產(chǎn)線。主要分為單獨采用工業(yè)工程方法、數(shù)學模型法、仿真模擬法去優(yōu)化的3種方法。如單獨使用工業(yè)工程方法優(yōu)化,馬清如[3]結合平衡設計模型以及ECRS原則對實木家具生產(chǎn)線工藝流程和布局進行優(yōu)化;單獨使用數(shù)學模型法優(yōu)化,趙晏林等[4]構建了生產(chǎn)線負荷平衡優(yōu)化模型;采用遺傳算法和MATLAB求解,邢彩虹[5]用SLP法和遺傳算法進行車間布局優(yōu)化,達成了最小物流成本的目標;單獨使用仿真模擬法優(yōu)化,秦曉宇等[6]使用eM-plant軟件對衣柜生產(chǎn)線進行仿真優(yōu)化,提出了最優(yōu)生產(chǎn)批量。

2)不同方法組合優(yōu)化生產(chǎn)線。研究表明,采用多種方法優(yōu)化生產(chǎn)線取得的效果更加顯著。相比單獨采用工業(yè)工程方法,工業(yè)工程方法與仿真模擬組合優(yōu)化能夠更直觀地量化優(yōu)化效果,驗證優(yōu)化的有效性。如趙曉露等[7]運用工業(yè)工程法優(yōu)化了皮夾生產(chǎn)線,并利用Flexsim對改善效果仿真分析與評價;王輝等[8]利用Flexsim和流程程序分析等方法對木門生產(chǎn)線進行了優(yōu)化;高澤[9]采用精益思想優(yōu)化生產(chǎn)布局與瓶頸工序,最后用eM-plant驗證了改善有效性;以上3種方法組合使用效果最為理想,能夠從定性管理和定量技術角度協(xié)同優(yōu)化生產(chǎn)線,如田世海等[10]、張文宇[11]和劉菲等[12]均綜合采用工業(yè)工程、數(shù)學模型法、仿真模擬法等方法來優(yōu)化生產(chǎn)線。

基于此,本研究從生產(chǎn)線改善的角度出發(fā),以某板式定制家具生產(chǎn)線為研究對象,通過價值流圖法、工業(yè)工程方法和0-1整數(shù)規(guī)劃數(shù)學模型方法等優(yōu)化生產(chǎn)線,提升生產(chǎn)線負荷平衡率和生產(chǎn)效率,從而達到降本增效的目的。

1 生產(chǎn)線現(xiàn)狀及問題分析

1.1 生產(chǎn)線概述

S企業(yè)是板式定制家具制造企業(yè),生產(chǎn)櫥柜、衣柜、木門等多種板式定制家具。選取配套車間小板件生產(chǎn)線進行調(diào)研,小板件指的是長或寬尺寸小于200 mm的板件,常見于衣柜踢腳線、抽屜旁板等。受到多元化的市場和客戶需求影響,產(chǎn)品類型多樣,更新周期快,生產(chǎn)過程復雜,給生產(chǎn)和管理帶來諸多困難。據(jù)了解,該車間生產(chǎn)自動化不足,部分工序很大程度依賴人工操作,生產(chǎn)效率低下且生產(chǎn)周期長,因此對生產(chǎn)線進行優(yōu)化,設置更加靈活的生產(chǎn)方式是必要的。

1.2 生產(chǎn)信息收集

繪制價值流圖第一步需要收集生產(chǎn)數(shù)據(jù),通過觀察現(xiàn)場,調(diào)研車間工作管理人員及結合生產(chǎn)信息,獲取以下信息作為繪制現(xiàn)狀價值流圖的依據(jù)。

1)產(chǎn)品族選取。劃分產(chǎn)品族往往以產(chǎn)量和產(chǎn)品的相似度為依據(jù)[13]。根據(jù)生產(chǎn)線訂單數(shù)據(jù),現(xiàn)采用PQ(products quantity)/PR(products routing)分析方法,按照小板件生產(chǎn)線的產(chǎn)品數(shù)量以及工藝路線進行分析,如表1所示。小板件線主要生產(chǎn)窄板、非標板和收口板等3種產(chǎn)品,窄板產(chǎn)品訂單占比最大,選取其為主要研究對象。

表1 產(chǎn)品PQ/PR分析Table 1 Product PQ/PR analysis

2)客戶需求與節(jié)拍。小板件生產(chǎn)線產(chǎn)能目標平均每天約900單,每單約9.85件板,工人作業(yè)為兩班制(即為兩個班次),每天實際有效作業(yè)時間共20 h。根據(jù)公式(1)可以計算出需求節(jié)拍(take time)為8.12 s/件,即理論上每隔8.12 s就應該生產(chǎn)1件合格板材。

TT=T/N

(1)

式中:TT為客戶需求時間,也稱生產(chǎn)節(jié)拍,s/件;T為每天可用工作時間,s;N為每天需要加工的板件數(shù)量,件。

3)生產(chǎn)信息傳遞。該公司每月接受1次客戶需求預測訂單和實際需求訂單,計劃部門每天進行排產(chǎn),將訂單信息傳遞給采購部門和生產(chǎn)車間,采購部門每周1～2次將訂貨信息給供應商,供應商每天送貨1～2次。

4)工序信息。小板件加工工藝流程主要由開料、封邊、排鉆、分板、檢驗、包裝等6個工序組成。通過秒表測時法測定獲得各工序的標準作業(yè)時間,結合設備和作業(yè)人數(shù)、在制品庫存等制成了工序流程統(tǒng)計表,如表2所示。CT(cycle time,TC)周期時間指某個動作發(fā)生的兩次時間間隔,家具生產(chǎn)中指某個工序加工相鄰板件的時間差;PT(process time,TP)流程時間是指所有設備同時運行時的加工能力,通常TC=TP/設備數(shù)或TC=TP/人數(shù)[14]。由表2可知,開料工序TP=42.84 s,封邊工序TP=41.83 s,排鉆工序TP=78.69 s,分板工序TP=21.95 s,檢驗工序TP=30.75 s,包裝工序TP=234.50 s,各工序的TC由以上公式計算,包裝工序作業(yè)人數(shù)5個,平均每包板件約為4塊,因此,包裝工序的TC=TP/人數(shù)/板件數(shù)量。

表2 工序流程統(tǒng)計Table 2 Process flow statistics

1.3 生產(chǎn)線現(xiàn)狀價值流圖

根據(jù)以上信息,繪制了小板件生產(chǎn)線的現(xiàn)狀價值流圖,如圖1所示。價值流分析可以幫助識別生產(chǎn)中的增值活動(VA)和非增值活動(NVA),增值活動主要是產(chǎn)品的加工過程,非增值活動指生產(chǎn)中的輔助工序,非增值活動即為浪費。分析現(xiàn)狀價值流圖,時間軸顯示著產(chǎn)品生產(chǎn)的增值時間和非增值時間,根據(jù)公式(2)～(4)計算,生產(chǎn)過程中增值時間(TA)為62.07 s,非增值時間(TU)為1.73 d,增值比(I)為0.041 5%,增值比較低,說明生產(chǎn)過程存在很多非增值活動,需要挖掘浪費點進行優(yōu)化。

(2)

圖1 現(xiàn)狀價值流圖Fig. 1 Current value stream map

(3)

I=TA/(TA+TU)

(4)

式中:Ti為各工序加工時間;ti為工序加工之外時間。

1.4 生產(chǎn)線現(xiàn)存的主要問題及原因分析

結合價值流分析和現(xiàn)場及工作管理人員的調(diào)研,主要存在如下問題:

1)生產(chǎn)線負荷不平衡,瓶頸工序影響嚴重。由表2可知,各工序的加工時間不均衡,排鉆和包裝等工序相較于其他工序,標準作業(yè)時間過長,是生產(chǎn)線的瓶頸工序,導致整體加工時間過長,拖延交貨周期。生產(chǎn)線負荷平衡是分析生產(chǎn)線各個工序負荷能力,合理調(diào)整負荷分配,平衡工序負荷,使得各工序作業(yè)時間盡可能接近的技術與方法[15]。衡量生產(chǎn)線的效率,往往采用生產(chǎn)線負荷平衡率(P)、平衡損失率(d)和平滑性指數(shù)(IS)等指標[16]。一般生產(chǎn)線負荷平衡評估指標看d的取值范圍,d<10%為優(yōu),10%≤d≤20%為良,d>20%為差。根據(jù)公式(5)～(7)和表2計算得到該生產(chǎn)線負荷平衡率為52.58%,平衡損失率為47.42%,平滑性指數(shù)為10.45。生產(chǎn)線負荷平衡率很低,浪費現(xiàn)象嚴重,存在較大的改善空間。

(5)

d=1-P

(6)

(7)

式中:Tmax為工序最大作業(yè)時間;N為工序數(shù)量;Tj為第j個工位的作業(yè)時間;n為工序總數(shù)。

2)車間布局不合理,物流搬運效率低下。從圖2可以看出,其主要采用島臺式布局[17],加工設備布局比較混亂,3種板件的加工工藝路徑和物流路線存在交叉混流情況,缺乏生產(chǎn)專線概念,容易造成物料的延誤配送和搬運阻塞現(xiàn)場現(xiàn)象,導致作業(yè)等待,增加了非增值活動。由表3可知,生產(chǎn)布局不合理造成各工序之間搬運距離較遠,且板件主要由人工搬運,搬運效率低下。另外,未設置專門的暫存區(qū)和不良品的待放區(qū),半成品隨意堆放影響物流的暢通,不合格品容易與合格品混在一起,流入下一個生產(chǎn)工序。

圖2 改善前車間布局及物流圖Fig. 2 Improved layout and logistics diagram of the workshop before improvement

表3 產(chǎn)品物流分析Table 3 Product logistics analysis

3)在制品庫存量大,在制品儲存時間長。由圖1現(xiàn)狀價值流圖可知,開料和封邊間在制品庫存量為1 276件,消耗該部分庫存時間為0.14 d;封邊和排鉆工序間的在制品庫存量高達1 700件,消耗該部分庫存時間長0.19 d。開料至封邊和封邊至排鉆工序間在制品庫存量大,庫存流轉慢,造成了過多的庫存浪費,延長了產(chǎn)品交付周期。工序間過多的在制品庫存造成了現(xiàn)場擁堵,影響生產(chǎn)效率,也會讓管理人員不能及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的問題,庫存和管理成本增加。

梳理現(xiàn)存生產(chǎn)線負荷平衡等問題,使用因果分析法,從人、機、料、法、環(huán)等5個方面進行分析,歸納出深層次原因,從而能夠針對性地解決問題。人員方面主要是缺乏對員工的培訓,一些員工缺乏專業(yè)知識導致操作方法不當,主動學習工作的積極性不高;機器方面主要是設備老化和設備保養(yǎng)不到位,設備故障和停機比較多,導致加工板件的精度不高;物料方面主要因為原材料質量不穩(wěn)定,上下工序之間的配送物料不及時,導致被迫停機,會出現(xiàn)等待現(xiàn)象,也會造成在制品庫存堆積現(xiàn)象;方法方面,員工作業(yè)方法不標準,增加了不必要作業(yè)操作,延長了生產(chǎn)時間,違背動作經(jīng)濟原則,且瓶頸工序也會延長生產(chǎn)周期;環(huán)境方面,車間布局不合理導致搬運路線過長,增加了搬運時間,區(qū)域劃分不合理,暫存區(qū)的容量太小,車間噪聲過大,會影響員工的作業(yè)等。

2 生產(chǎn)線負荷平衡優(yōu)化

2.1 生產(chǎn)線負荷平衡優(yōu)化思路

針對小板件生產(chǎn)線問題,提出生產(chǎn)線負荷平衡改善過程思路。首先繪制現(xiàn)狀價值流圖,識別生產(chǎn)線現(xiàn)存問題;其次分析問題成因,制定并實施改善措施,繪制未來價值流圖,持續(xù)改善以達到優(yōu)化生產(chǎn)線的目的。結合小板件生產(chǎn)線現(xiàn)狀價值流圖識別的現(xiàn)存問題及問題成因,最終提出平衡優(yōu)化的方案,主要包括瓶頸工序優(yōu)化、車間布局調(diào)整和針對生產(chǎn)線負荷平衡問題建立數(shù)學模型求最優(yōu)解等,以提升生產(chǎn)線負荷平衡率。

2.2 生產(chǎn)線瓶頸工序優(yōu)化

排鉆工序是瓶頸工序,是制約生產(chǎn)線負荷平衡提高的重要原因,對該工序進行流程程序分析,如圖3所示。優(yōu)化前排鉆工序的作業(yè)時間共為77 s,其中加工共6次、搬運2次、檢查3次、儲存1次,移動距離為4.5 m。通過分析發(fā)現(xiàn),加工之前員工需要進行分板、上料、檢驗等工作,會造成大量的機器等待時間。為了提出合理的優(yōu)化方案,采用5W1H分析法對排鉆工序提問,如表4所示。發(fā)現(xiàn)作業(yè)之前的板件分類和初步外觀檢驗等工作可以由分板員協(xié)助完成,另外員工在操作和檢驗過程中也存在改善空間。運用ECRS原則改進作業(yè)流程,取消步驟1～3,由分板員協(xié)助排鉆工序員工進行板件分類和外觀質量檢驗作業(yè),然后將分好類的板件搬運到六面鉆工作臺完成上料工作;合并步驟6和7,工人腳踩下腳踏開關的同時可以按下設備的啟動按鈕;合并步驟9和10,翻板進行打孔質量檢驗的同時可以用氣槍進行清理板件操作。優(yōu)化后排鉆工序平均加工一塊板的作業(yè)時間減少了13.8 s,節(jié)省了加工3次、搬運1次、檢查1次,移動距離減少了2 m。另外,板件待放在地面的滾筒上,員工每次取板和放板時都需要彎腰,且板件重量大,長期作業(yè)會增大勞動強度,將滾筒提升至距地700 mm,符合站姿肘高,并將轉運推車優(yōu)化成可以調(diào)節(jié)高度的,保證板件正常轉運的同時,可以降低工作強度和提高工作效率。

圖3 排鉆工序流程程序分析圖Fig. 3 Program analysis diagram of drilling arrangement process

表4 排鉆工序5W1H提問分析表Table 4 Analysis table for 5W1H questions in drilling process

包裝工序作業(yè)時間也遠超過了其他工序,需要進一步改善,員工主要采用雙手作業(yè)的形式,因此采用雙手作業(yè)分析法對員工操作方式以及動作數(shù)目進行分析,繪制了改善前雙手動作分析圖,如圖4所示。該工序存在如下問題:員工的左右手作業(yè)不平衡,不符合雙手作業(yè)原則,過多使用右手作業(yè),而左手存在較多的等待,容易造成動作浪費;工作臺的工具、所需要的物料及廢料箱的布局不合理,員工每次拿取護角需要彎腰,且拿取紙皮和丟棄廢料需要轉身操作,違背了動作經(jīng)濟原則,容易產(chǎn)生動作浪費。

圖4 包裝工序雙手動作分析Fig. 4 Analysis of two hand movement in packaging process

對其布局進行重新規(guī)劃,將紙皮和護角等物料放置在工作臺前端,方便員工拿取,將廢料箱放在工作臺右邊,減少了彎腰和轉身等無效動作。工作區(qū)域的調(diào)整,使得員工能夠有效利用雙手進行取放工具和物料,消除了左手過多的等待浪費;對于簡單操作,不需要雙手同時作業(yè),可以單手作業(yè),同時另一只手可以完成其他作業(yè),能夠有效縮短包裝的作業(yè)時間,提升工作效率。改善后如圖4所示,優(yōu)化后員工的左右手動作數(shù)量接近,左手等待明顯減少,將部分右手動作調(diào)整至左手。通過對部分作業(yè)進行重排和簡化,作業(yè)流程更加合理,對該工序重新進行作業(yè)測定,改善后作業(yè)時間由234.5 s減少到202.0 s。

通過對排鉆和包裝等瓶頸工序進行優(yōu)化,其作業(yè)時間均降低,重新計算生產(chǎn)線負荷平衡率為61.29%,平衡損失率為38.71%,平滑指數(shù)為6.9,但是優(yōu)化后生產(chǎn)線負荷平衡率并沒有達到理想狀態(tài),還存在待改善空間。

2.3 生產(chǎn)線布局優(yōu)化

針對小板件車間布局問題,按照作業(yè)關系的密切程度,重新規(guī)劃各產(chǎn)品加工設備的位置,將生產(chǎn)線梳理清晰,規(guī)范了產(chǎn)品的流向,優(yōu)化后的布局及物流如圖5所示。搬遷兩臺電子鋸和原有的封邊機、六面鉆搭建窄板生產(chǎn)線;搬遷兩臺推臺鋸、兩臺切割機與原有的封邊機和三排鉆搭建非標板生產(chǎn)線;搬遷了兩臺推臺鋸、兩臺切割機與原有的封邊機搭建收口板生產(chǎn)線。優(yōu)化后窄板的搬運距離由67.55 m減少至35.6 m,減少了31.95 m;優(yōu)化后非標板的搬運距離由82.66 m減少至48.42 m,減少了34.24 m;優(yōu)化后收口板的搬運距離由82.97 m減少至47.05 m,減少了35.92 m。優(yōu)化后小板件生產(chǎn)線混亂冗雜的現(xiàn)象得到明顯改善,各加工環(huán)節(jié)之間轉運更加流暢,有效減少了工人的搬運距離和重復搬運次數(shù),減輕了搬運工作的負擔。

圖5 改善后車間布局及物流圖Fig. 5 Improved workshop layout and logistics diagram

2.4 生產(chǎn)線未來價值流圖

未來價值流圖是改善效果的體現(xiàn),能夠繼續(xù)識別工序改善機會點,制定更加詳細的改善計劃,消除浪費,讓價值流動起來。從工藝流程、現(xiàn)場布局和物流路線等方面提出優(yōu)化措施,對優(yōu)化后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)重新統(tǒng)計,繪制了未來價值流圖,如圖6所示。對比分析現(xiàn)狀與未來價值流圖可知,通過流程程序分析和雙手動作分析方法優(yōu)化瓶頸工序后,排鉆工序的作業(yè)周期時間由19.67 s減少至15.80 s,包裝工序由11.73 s減少至10.10 s,生產(chǎn)流程更加合理,動作浪費明顯減少;通過布局調(diào)整,建立不同板件生產(chǎn)線,物流距離明顯縮短,減少了搬運和等待浪費,且生產(chǎn)暢流讓各工序間在制品庫存大大減少,在制品庫存積壓的時間也由1.73 d縮短到1.34 d,非增值時間減少,庫存浪費降低;總體增值比由原來的0.041 5%增至0.048 8%,提高了17.59%。優(yōu)化后生產(chǎn)線平衡率也提升至61.29%,但是還未達到理想狀態(tài),因此需要數(shù)學模型方法對其進一步優(yōu)化,提升小板件生產(chǎn)線負荷平衡率,使其達到較高標準。

圖6 未來價值流圖Fig. 6 Future value stream map

3 基于0-1整數(shù)規(guī)劃模型的生產(chǎn)線負荷平衡優(yōu)化

3.1 0-1整數(shù)規(guī)劃模型建立

0-1整數(shù)規(guī)劃理論在生產(chǎn)線負荷平衡優(yōu)化方面具有重要作用,主要應用于生產(chǎn)線工序的作業(yè)單元的優(yōu)化方面[18],通常是利用整數(shù)規(guī)劃理論建立以工作站數(shù)最小為目標的生產(chǎn)線負荷平衡第Ⅰ類模型和以生產(chǎn)節(jié)拍最小為目標的第Ⅱ類模型進行優(yōu)化。因此,對于小板件生產(chǎn)線,在工序數(shù)量和其他情況不變的前提下,以生產(chǎn)節(jié)拍最小化為優(yōu)化目標,建立0-1整數(shù)規(guī)劃模型,定量分析改善,提升生產(chǎn)線負荷平衡率,使得生產(chǎn)線運行更加流暢。在此數(shù)學模型當中,選取生產(chǎn)線各工序的作業(yè)單元為對象,需要劃分各工序的作業(yè)單元及作業(yè)順序,各作業(yè)單元標準作業(yè)時間如表5所示。作業(yè)單元的優(yōu)先關系如圖7所示,每個圓圈代表一個作業(yè)單元,圈外數(shù)字代表標準作業(yè)時間,箭頭代表各個作業(yè)單元的前后順序。

圖7 小板件生產(chǎn)線作業(yè)優(yōu)先關系圖Fig. 7 Priority relationship diagram for small panel production line operations

表5 小板件生產(chǎn)線作業(yè)單元劃分Table 5 Division of work units for small panel production line

構建生產(chǎn)線負荷平衡的數(shù)學模型,需要結合實際作業(yè)情況來確定模型的約束條件,具體如下:

1)小板件生產(chǎn)線的各作業(yè)單元需要被分配到對應工位上,且只能被分配到一個工位上。

2)當作業(yè)元素間存在優(yōu)先關系時,若作業(yè)單元i為j前面的作業(yè),j被分配到工序K上,則i只能被分配到1～K工序(工作站)上作業(yè),否則不符合。

3)小板件生產(chǎn)線各工序的標準作業(yè)時間的總和須小于或等于生產(chǎn)節(jié)拍TC。

根據(jù)以上的約束條件,結合0-1整數(shù)規(guī)劃理論,建立了如下數(shù)學模型L:

L=minTC

(8)

(9)

模型中所用到符號與決策變量如下:

1)符號:TC為生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍;K為工序數(shù);k為工序序號;m為作業(yè)單元的數(shù)量;i,j為作業(yè)元素的序號;ti為第i個作業(yè)元素所需的時間;Pred為作業(yè)單元優(yōu)先關系的集合,Pred={(i,j)}代表作業(yè)單元i為j的上一個作業(yè)。

2)決策變量:Xik為0-1變量。

3.2 基于LINGO的數(shù)學模型求解

LINGO軟件主要是一款用來求解最優(yōu)化問題的軟件,能夠快速求解大規(guī)模問題,因此被廣泛應用到求解線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃以及整數(shù)規(guī)劃等問題。結合該生產(chǎn)線的標準作業(yè)時間及各工序作業(yè)單元的優(yōu)先關系等,基于上述建立的基于第Ⅱ類生產(chǎn)線負荷平衡問題的0-1整數(shù)規(guī)劃數(shù)學模型,將其轉化為目標函數(shù),運用LINGO對其求解,求解結果為當工序數(shù)量為6,最小生產(chǎn)節(jié)拍為86.59 s時,生產(chǎn)線第Ⅱ類模型優(yōu)化后,各工序作業(yè)單元安排如表6所示。優(yōu)化后生產(chǎn)線負荷平衡率提升至86.74%,平滑性指數(shù)降為5.99。

表6 0-1整數(shù)模型優(yōu)化后工序作業(yè)單元劃分Table 6 Division table of operation units after optimization of 0-1 integer model

3.3 生產(chǎn)線負荷平衡優(yōu)化效果與評價

結合生產(chǎn)線現(xiàn)存問題,運用工業(yè)工程、布局優(yōu)化等方法對瓶頸工序等進行了第1次優(yōu)化,運用0-1整數(shù)規(guī)劃模型對生產(chǎn)線進行第2次優(yōu)化,對二次優(yōu)化前后的生產(chǎn)線負荷平衡指標進行了比較,結果見圖8。

圖8 生產(chǎn)線負荷平衡指標優(yōu)化前后對比Fig. 8 Comparison of production line balance indicators before and after optimization

第1次對生產(chǎn)線的局部優(yōu)化,優(yōu)化后排鉆和包裝等瓶頸工序時間降低,生產(chǎn)布局更加合理,板件搬運時間縮短且搬運次數(shù)減少,在制品庫存明顯減少,生產(chǎn)線負荷平衡率提升至61.29%,生產(chǎn)線平滑性指數(shù)下降到6.90,但生產(chǎn)線距離良好水平還有一定差距;第2次在局部優(yōu)化的基礎上,從整體上優(yōu)化生產(chǎn)線,優(yōu)化后各工序作業(yè)時間更趨向一致,生產(chǎn)線平衡率提升至86.74%,平滑性指數(shù)降至5.99,由此可以看出,優(yōu)化后生產(chǎn)線處于良好的平衡水平。經(jīng)過兩次平衡優(yōu)化,小板件生產(chǎn)線的各項指標得到了較大提升,也進一步驗證了本研究提出的生產(chǎn)線負荷平衡優(yōu)化方案的有效性及可行性,可以幫助板式定制家具企業(yè)解決實際的生產(chǎn)問題。

4 結 論

本試驗對板式定制家具小板件生產(chǎn)線進行研究,探討生產(chǎn)線負荷平衡優(yōu)化與提升的方法。運用價值流圖法識別生產(chǎn)線現(xiàn)存問題,采用工業(yè)工程方法優(yōu)化了瓶頸工序,降低了作業(yè)時間,提升了生產(chǎn)效率;通過生產(chǎn)布局調(diào)整減少了物流距離和搬運次數(shù),降低了在制品庫存,縮短了在制品積壓周期;在此基礎上,以最小生產(chǎn)節(jié)拍為目標,結合0-1整數(shù)規(guī)劃理論,建立了生產(chǎn)線負荷平衡第Ⅱ類模型,運用LINGO求最優(yōu)解,進一步將生產(chǎn)線負荷平衡率提升至良好水平。研究結果表明,基于價值流圖、工業(yè)工程方法和0-1整數(shù)規(guī)劃數(shù)學模型等方法,能夠很好地解決板式定制家具生產(chǎn)線問題。研究思路可為板式定制家具生產(chǎn)線優(yōu)化與生產(chǎn)線負荷平衡率提升提供參考和新思路。另外,為了達到更好的生產(chǎn)線負荷平衡優(yōu)化效果,未來的研究可更深入分析企業(yè)實際情況,建立更加科學高效的數(shù)學模型去優(yōu)化生產(chǎn)線,也可引入仿真軟件和各種信息化軟件進行生產(chǎn)線負荷平衡的研究。