生產線的平衡及優化研究

張于賢+陳亞茹

摘要： 本文描述了水龍頭基本的結構和生產的工藝過程，將水龍頭的生產方式由原來的離散型生產變換成以流水線的方式連續生產，并重新對水龍頭的組裝方式以及組裝工序進行了優化。計算出每個工位最佳的人員配比，使生產線平衡率盡可能地提高，經過一系列的分析及優化，生產線平衡率由原來的75.57%提高到了84.81%。

Abstract： This paper describes the basic structure of faucet and its production process. It transforms the production mode of faucet from discrete production into continuous production by pipeline， and re-assembled way and assembly process are optimized. The optimum proportion of the personnel for each station is calculated， so as to improve the production line balance rate as much as possible. After a series of analysis and optimization， the balance rate of the production line increased from 75.57% to 84.81%.

關鍵詞： 生產線平衡；生產效率；流程程序分析

Key words： production line balance；production efficiency；process analysis

中圖分類號：F273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）08-0241-03

0 引言

生產線平衡是對生產線的全部工序進行平均化，調整作業負荷，使作業時間盡可能采用相近的手段與方法[1]。生產線平衡對于提高作業人員的工作效率、降低成本、減少在制品、提高生產應變能力、實現柔性生產具有重要的意義，通過生產線可以綜合應用到程序分析、動作分析、規劃分析、搬運分析、時間分析等全部IE手法，提高全員綜合素質。

生產線平衡的目標主要包括兩方面：減少物質、能源、時間和資金的占用與浪費；降低生產成本，降低員工的疲勞度，減少遭受損傷和工傷的概率。

我們都知道，增加資金投入與提高資源的利用率都能提高系統效益，但對于一個已經進入了穩定期的企業來說，產品的銷量往往已經受到市場的限制，繼續增加資本投入會產生產能過剩的現象，此時提高生產效率，節約成本則是提高企業效益的最佳選擇。

1 生產率平衡的參數

1.1 節拍與瓶頸工序

工序的“節拍”（Cycle time），指的是兩個連續完成相同的產品的時間間隔。在生產流程的設計過程中，如果該產線的產能是規定的，那么能不能完成這個產能就要考慮這個生產流程的節拍了。如果節拍越大，那么完成一個產品的時間就越長，標準產能就越低，如果節拍越小，說明完成一個產品的時間就越短，說明標準產能就越高。

“瓶頸”（Bottleneck），生產過程中節拍最慢的一個工序。“瓶頸”工序決定著整個生產過程的速度，影響著整個流水線的產能。流水線的改善要針對瓶頸工序，只有針對瓶頸工序的改善，整個流水線的速度才會提高，如果是針對其他，而不是瓶頸工序的改善，只會讓產品在瓶頸工序積壓得更多。“瓶頸”工序的改善，可從動作改善，也可以通過增加人員配比，使每個工序每完成一個產品的時間更短，每個工序的時間盡可能的相近[4]。

1.2 生產率的計算

生產線平衡率以百分率的形式來表示：

企業現場管理所追求的最高境界是使生產流水線達到“一個流”生產，“一個流”生產是指生產線內部相臨上下兩道工序之間的在制品在數量上任何時候都不超過緊前工序的裝夾數量，在運動狀態上是不間斷的、不超越的、不落地的運動過程。通常而言，生產率在50%～60%之間的生產線屬于粗放型生產線，生產率處于70%～85%之間的生產線屬于有人為干涉生產平衡的生產線，真正實現科學管理的生產線，其平衡率將會達到85%以上[3]。通常認為，當生產線平衡率達到85%以上時，已經基本能夠實現“一個流”生產。

2 水龍頭生產線分析

H公司是一家生產硅膠材料的公司，其主要產品有兩種：陶瓷芯水龍頭（也叫快開式水龍頭）和隔膜系水龍頭（也叫慢開式水龍頭），在這里選擇了四分快開式接駁嘴水龍頭進行研究。

2.1 改進前的生產線生產能力分析

四分快開式接駁嘴水龍頭一共由11種零部件組成：閥桿、上瓷片、黑膠、主體、下瓷片、墊片、三爪、手柄、小藍圈、墊黑膠、接駁嘴。11個零部件分成7個工位進行組裝，組裝的7個工位如圖1所示。

單人操作各工序的加工能力如表1。

改善前每個工位單人操作的情況下各個工位工時分布圖如圖2。

目前水龍頭組裝生產的方式是典型的離散式生產模式，產品都是由許多不相同零部件組裝而成的，每一個零件的加工和裝配過程都是相互獨立。要想實現生產線平衡，就要協調控制各個零部件的生產進度，確保生產具有成套性。由以上的分析可知，工位四是該生產線的瓶頸工序

2.2 生產線平衡改進分析

2.2.1 流程程序分析

程序分析基本的工作流程有5個基本活動，加工、搬運、檢查、等待、存儲，由于該水龍頭的生產線路線長搬運次數多，對該問題采用“5W1H進行提問，發現該企業以稱重計件的方式計算工錢，每個工位的產品都需要稱重再進入下一工位，如果能夠將計算工錢的方式改為計時，就能取消工位之間的搬運。

水龍頭組裝的流程程序圖如圖3。

改為以計時方式計算工錢后，取消搬運，減少3次等待時間，原來的35.72s降低到25s，搬運距離大幅度的降低，搬運距離從原來的13m減少到了現在的5m，搬運時間也從0.46s降低到0.24s，其流程程序圖如圖4。

2.2.2 作業分析

現場觀察發現，工人的左手持住現象比較嚴重，左右手操作明顯不協調，且右手一直在做往復運動，調查發現這是員工的習慣問題，一般右手比較靈活。通過分析，三四工位若經過一定的改進可以實現雙手操作，改進效果如表2所示。

左手動作從37個降到了21，總操作減少了56.76%；右手操作也從原來的37次減少到21次；左手動作減少了持住無效動作；左右手達到完全平衡，沒有獨臂式作業的存在；改善后工位四的操作時間從5.1s減少到3.8s。

2.2.3 人員配比方案

基于前面的作業分析和流程程序分析的的基礎上，對水龍頭的生產方式進行改善，將水龍頭的生產方式變換成以流水線的方式連續生產，用秒表測時法測出每一個工位完成一個工序所花的時間，算出一條流水線下每個工位的最佳人數之比，使生產線平衡率盡可能的提高。至少要達到80%；再根據流水線的形勢，按照計算出的人員配比，安排好人員的座位，操作方法，和協調好各工位的工作；最后根據員工的生產速度，計算出流水線流動的速度。得出改善后流水線的生產模式的每個工位的最佳人數比和在最佳人數配比下每個工位具體的操作時間如表3。

在這樣的比例每個工位完成一件產品所花的時間是最接近的。每條傳送帶的速度是0.005m/s，每段傳送帶的距離是1m長。傳送帶以0.005m/s的速度運行是為了避免每個工位的產品堆積在一起，有可能會掉落，所以讓產品散布在傳送帶上。

3 改善效果分析

經過雙手作業分析改善后，瓶頸工位即第四個工位的操作時間從5.1s減少到3.8s。減少了25.5%的時間，通過流程程序分析，搬運距離大幅度的降低了。搬運距離從原來的13m減少到了現在的5m。搬運時間也從0.46s降低到0.24s組裝水龍頭的生產周期由原來的64.36s減少到52.12s，改善后的生產線平衡率如下：

按照流水線的形式進行組裝，在最佳的人數配比改善后的各個工位的工時分布圖如圖5所示。

4 結論

企業實現生產線平衡能夠有效地提高設備與工時的利用效率，而且還有助于生產秩序和管理秩序的有效改善，更能夠為設備、人力的平衡提供保證，以確保生產安全與產品質量；均衡生產更有助于節省企業的資源消耗，降低在制品庫存，從而加速企業流動獎金的周轉，達到降低生產成本的目的，實現生產線平衡，使企業的產品生產事半功倍。

參考文獻：

[1]孫建華，高廣章，蔣志強.生產線平衡的手段與方法研究[J]. 成組技術與生產現代化，2004（04）：34-36.

[2]楊潔丹，湯鐵裝，李衛榮，劉偉光.生產線均衡改進研究[J]. 綠色科技，2011（03）：180-183.

[3]孫建華，高廣章，蔣志強.生產線平衡的手段與方法研究[J]. 成組技術與生產現代化，2004（04）：34-36.

[4]易樹平，郭伏.基礎工業工程[M].北京：機械工業出版社，2013.