電視機裝配流水線的平衡分析與改進

林群陽

摘要： 以電視機裝配流水線為研究對象，運用作業(yè)測定技術中的時間研究方法，測定了裝配流水線各工位的作業(yè)時間，找出了影響流水線生產(chǎn)能力的瓶頸工位。運用“5W1H”提問技術分析裝配流水線存在的問題；利用啟發(fā)式算法對裝配流水線的作業(yè)內(nèi)容進行重新安排，達到流程優(yōu)化的效果。通過平衡前與平衡后的相關數(shù)據(jù)對比分析，裝配流水線平衡取得了明顯的改善效果。裝配線負荷系數(shù)提高到86.4%，產(chǎn)能提高到339臺，平均工位加工率提高到58.4%。

Abstract： Aiming at the assembly line of TV set， this paper applies the stop watch-time study of work measurement technology to determine operation time of every station and finds out bottle-neck stations. The existing problems of assembly line are analyzed by using 5W1H inquiry technology. In order to optimize the assembly line， Heuristic algorithm and Branch and bound analysis are used to reschedule job content of assembly line. By analyzing the data between the old line and the new line，the balance of assembly line is improved obviously. Load coefficient of the assembly line increased to 86.4%， production capacity increased to 339 units， the average processing rate of stations increased to 58.4%.

關鍵詞： 裝配流水線；時間研究；流程優(yōu)化；裝配線平衡

Key words： assembly line；time study；process optimization；assembly line balance

中圖分類號：TB491 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0239-03

0 引言

隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越來越大，所受到的競爭壓力也越來越大。在產(chǎn)品需要大批量生產(chǎn)的情況下，裝配流水線是作為一種高效率、高產(chǎn)量的生產(chǎn)方式，能夠有效提高裝配質量和效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭力。目前該生產(chǎn)方式在很多行業(yè)都得到廣泛的應用。但有的裝配流水線總會看到材料堆積，流水線停滯等現(xiàn)象。這些都會導致企業(yè)效率低，生產(chǎn)力下降，降低競爭力。如何提高裝配線的整體效率，減少工序間的在制品，以及追求同步化生產(chǎn)越來越受到人們的重視。采用合適的方法對裝配線進行平衡優(yōu)化[1-2]成為實現(xiàn)這一目標的主要手段之一。

以臺州當?shù)仄髽I(yè)電視機生產(chǎn)線為例，由于其電視機裝配流水線工位能力不均衡，致使裝配流水線生產(chǎn)效率較低，企業(yè)競爭力下降。通過對某電視機后蓋裝配流水線的調(diào)研，利用作業(yè)測定中的時間研究[3]及實地測量采集數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)分析得出影響裝配流水線平衡的相關問題。利用分析得到的數(shù)據(jù)，通過啟發(fā)式平衡法對裝配流水線進行優(yōu)化改[4-5]。

1 裝配流水線工藝分析

1.1 裝配線現(xiàn)狀描述

文章以電視機后蓋裝配流水線為研究對象。裝配線的工序為：檢查背板—貼側面雙面膠—貼側面雙面膠—組裝燈條—裝燈條線—整理燈條線—鎖燈條螺絲—放反射紙—放反射板—放反射片—卡中框—貼膠布—檢查背光—組裝玻璃—貼膠布、撕前膜—貼膠布—貼導電布—卡前框、翻轉電視機—鎖背板螺絲—固定T-con板—貼條形碼。其各工位與各工序的工作時間如表1所示。

1.2 現(xiàn)狀分析

根據(jù)現(xiàn)場反饋的信息，電視機裝配流水線主要存在以下幾個主要問題：

①生產(chǎn)效率低，達不到指標；

②裝配線質量不高，返工頻繁；

③員工分工不均，心理不平衡。

上述裝配流水線出現(xiàn)的主要問題是由于企業(yè)管理和裝配流水線的不合理安排造成的，我們主要從裝配流水線的技術層面加以研究。根據(jù)實際狀況，運用“5WIH”提問技術[6]，對各工位完成任務的目的、方法、人員、時間、地點及原因等方面進行提問，逐項進行分析[7]。根據(jù)表1可以得出各工位的生產(chǎn)節(jié)拍。其中工位4耗費117秒，是最大的工位時間（瓶頸工位）。工位4與工位3的時間差過大，造成生產(chǎn)堆積，不利于提高裝配線的生產(chǎn)效率。且員工工作時間差距過大容易造成心理不平衡，為追求速度而忽略工作質量。

將工作時間平均分配到各個工位的方式，可以最大程度地消除各工位的不平衡。在此需要在不影響產(chǎn)出率及作業(yè)優(yōu)先順序條件約束下，對各個工位的工作量重新分配，以期達到各個工位工作量的平衡。在此引入評價裝配線負荷的評價函數(shù)η，裝配線負荷系數(shù)η的可用式（1）表示為：

裝配線的負荷系數(shù)越大，說明流水線的生產(chǎn)效率越高，它反映裝配線人力、物力資源利用率的指標，同時也反映了裝配線組織和設計的合理程度。一般合理的裝配線負荷系數(shù)在80%以上。

2 裝配流水線平衡改善

2.1 理想節(jié)拍

電視機裝配流水線的平衡調(diào)節(jié)主要要求使每個工位的操作時間盡可能同步化，各工位在節(jié)拍內(nèi)都處于繁忙狀態(tài)，完成最多的操作量，從而使裝配線的效率最高。電視機裝配線平衡前為10個工位，其中工位4的時間明顯不合理，工作時間長達117秒。經(jīng)過仔細考慮，工位4分為2個工位更為合理。最后理想的工作中心為11個。理想節(jié)拍=產(chǎn)品總裝配時間/實際工作中心數(shù)=656/11=60秒。

2.2 啟發(fā)式平衡過程

啟發(fā)式算法在求解裝配線平衡問題[8]時，不采用復雜的數(shù)學模型進行求解，而是主要通過擬定的選擇規(guī)則進行求解，因此該方法簡單實用，得到了廣泛的應用。啟發(fā)式算法主要研究動作和時間兩方面，所以文章主要通過這兩方面來優(yōu)化解決實際問題[9]。

首先各工位優(yōu)化必須滿足幾個約束條件：①各個作業(yè)單位的優(yōu)化調(diào)整必須滿足裝配線生產(chǎn)的有限順序。②在作業(yè)單元任務分配完后，最終的工位時間不得超過產(chǎn)生節(jié)拍。

裝配線操作是從將電視機背板搬上流水線開始，所以作業(yè)單位1作為第一工位的第一工序。因為理想節(jié)拍為60秒，安排作業(yè)單位1、2后，剩余時間不足以安排3，但2與3間的生產(chǎn)關聯(lián)性較大，考慮生產(chǎn)流程的連續(xù)性，作業(yè)單位3安排在本工位。后續(xù)的工位安排同理，先安排在理想節(jié)拍內(nèi)的作業(yè)單位，再考慮作業(yè)單位的關聯(lián)性、合理性。二號工位安排作業(yè)單位4，5。三號工位安排作業(yè)單位6，7，8。四號工位安排作業(yè)單位9，10。五號工位安排作業(yè)單位11，六號工位安排作業(yè)單位12，13，七號工位安排作業(yè)單位14，15。八號工位安排作業(yè)單位16，17。九號工位安排作業(yè)單位18，19。十號工位安排作業(yè)單位20，21。十一號工位安排作業(yè)單位22，23，24。剩余時間不足以進行下一作業(yè)單位，但由于本工位為最后一個工位，因此將最后的作業(yè)單位25放入本工位。改善后的結果具體參見表2。

2.3 裝配線平衡后數(shù)據(jù)分析

計算每班的生產(chǎn)產(chǎn)能的時候，計劃有效工作時間按6.5小時（總時間8小時，其中1.5小時休息）計算。計劃產(chǎn)量包括計劃出廠量和預定不合格的量。生產(chǎn)節(jié)拍直接使用所實測的瓶頸操作時間作為我們的標準節(jié)拍。裝配線改善前后的平衡變化如表3和圖1所示。

①生產(chǎn)節(jié)拍C。

改善前：生產(chǎn)節(jié)拍C=117秒；

改善后：生產(chǎn)節(jié)拍C=69秒。

②生產(chǎn)產(chǎn)能N。

改善前：N=計劃有效工作時間/生產(chǎn)節(jié)拍=6.5*60*60/117=200；

改善后：N=計劃有效工作時間/生產(chǎn)節(jié)拍=6.5*60*60/69=339。

③裝配線負荷系數(shù)η。

改善前：η=T/（N*C）=656/（10*117）=56.1%；

改善后：η=T/（N*C）=656/（11*69）=86.4%。

經(jīng)過各工位操作工序重新分配平衡后，生產(chǎn)節(jié)拍由平衡前的117秒減少到平衡后的69秒。生產(chǎn)產(chǎn)能由每班200臺提高到每班339臺。裝配線負荷系數(shù)由平衡前56.1%提高到平衡后86.4%。通過使用改進的啟發(fā)式平衡方法對電視機裝配線進行研究降低了生產(chǎn)節(jié)拍，提高了產(chǎn)能和生產(chǎn)效率。

2.4 人員優(yōu)化

在工位平衡的基礎上必需考慮工人的工作量，工作量的平衡安排有利于提高工人的積極性。原裝配流水線除了作業(yè)單位11、15各安排了兩個工人，其余每個作業(yè)單位只安排一個工人。對上述已改善的裝配流水線進行數(shù)據(jù)分析，其中作業(yè)單位22、23作業(yè)時間都明顯小于其他作業(yè)單位。考慮工人的公平感和工作積極性，這兩個作業(yè)單位只安排一個工人。因此，改善后的裝配流水線工人人數(shù)減少一人。這有利于減少資源的投入，提高企業(yè)競爭力[10]。

3 效果評價

圖2是裝配流水線的Flexsim仿真模型。通過對改善前后裝配流水線進行仿真，得到的各項數(shù)據(jù)如表4所示。分析表4改善前的各項數(shù)據(jù)，可以看出改善前工位4之前的所有工位都出現(xiàn)了嚴重的堵塞，工作效率低下。因此工位4是瓶頸工位。改善前的空閑率過大，且存在空閑率與加工率分布不均的問題。

通過表4改善前后數(shù)據(jù)對比，可以直觀看出改善后裝配線的優(yōu)化進步。改善后工位的最大堵塞率為7.14%，較改善前的最大堵塞率42.41%，下降了35.27%，整體生產(chǎn)的流暢性得到提高。且改善后除了工位3與工位9略有堵塞外，其余工位基本保持生產(chǎn)平衡。改善前工位平均空閑率為42.9%，且工位8、9、10空閑率明顯過大，利用率不高。改善后的平均空閑率降為29.4%，比之前降低13.5%。改善前的平均加工率為39.4%，前5個工位的加工率與后五個工位的加工率相差過大，裝配流水線的生產(chǎn)不平衡。改善后工位的平均加工率為58.4%，較之前提高了19%，且工位間的加工率差距減少，整個裝配流水線的生產(chǎn)系統(tǒng)更加平衡。

4 結語

裝配流水線的平衡直接關系到流水線的生產(chǎn)效率。因此，對企業(yè)裝配流水線的平衡改進是企業(yè)的關注重點。本文通過對某公司電視機裝配生產(chǎn)線平衡分析，發(fā)現(xiàn)瓶頸環(huán)節(jié)，并應用生產(chǎn)節(jié)拍平衡方法給出行之有效的改進方案。通過啟發(fā)式算法、分支定界分析對工序作業(yè)內(nèi)容調(diào)整，盡可能平衡各工位的作業(yè)時間，減少空余時間，消除各種浪費活動，從而使裝配生產(chǎn)線節(jié)拍平衡優(yōu)化，提高了生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。在此過程中，運用Flexsim軟件對改善前后的裝配流水線進行仿真，建立三維可視化模型。通過仿真模型的前后數(shù)據(jù)對比，證明改善方案的有效性。

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