生產(chǎn)線節(jié)拍精益優(yōu)化的方法研究

周高峰

（同濟(jì)大學(xué)，上海 201800）

生產(chǎn)線節(jié)拍TCT（Target Cycle Time）就是在生產(chǎn)線穩(wěn)定的情況下每下線一個(gè)產(chǎn)品所需要的時(shí)間。它反映的是生產(chǎn)線生產(chǎn)產(chǎn)品的速度，生產(chǎn)線節(jié)拍必須小于客戶的需求節(jié)拍TT。

計(jì)算TCT時(shí)，需要考慮去除每班的休息時(shí)間、TPM時(shí)間、換型時(shí)間、質(zhì)量損失以及設(shè)備綜合利用率OEE（Overall Equipment Efficiency），去除這些損失時(shí)間后的生產(chǎn)時(shí)間為凈生產(chǎn)時(shí)間。

生產(chǎn)線節(jié)拍（TCT）=每天凈生產(chǎn)時(shí)間/每天需求產(chǎn)量。凈生產(chǎn)時(shí)間一般是計(jì)劃生產(chǎn)時(shí)間的80%～85%。

生產(chǎn)線節(jié)拍TCT是由最長(zhǎng)的單工位節(jié)拍和最長(zhǎng)的操作員工流節(jié)拍體現(xiàn)的，兩者取其長(zhǎng)。單工位節(jié)拍包含此工位不可與機(jī)床自動(dòng)并行的手動(dòng)節(jié)拍加上機(jī)床自動(dòng)節(jié)拍。操作員工流的節(jié)拍就是指操作工完成一個(gè)手動(dòng)操作循環(huán)所需要的時(shí)間。優(yōu)化生產(chǎn)線節(jié)拍的目標(biāo)是優(yōu)化瓶頸單工位節(jié)拍和操作員工流的節(jié)拍。

1 影響生產(chǎn)線節(jié)拍的關(guān)鍵因素

在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，人們經(jīng)常會(huì)遇到實(shí)際節(jié)拍無法達(dá)到規(guī)劃節(jié)拍的情況。其中原因非常復(fù)雜，以下總結(jié)了幾項(xiàng)影響生產(chǎn)線節(jié)拍的關(guān)鍵因素。

1.1 人員因素

操作人員沒有按照標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的流程和要求進(jìn)行操作或者質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)、操作不熟練等導(dǎo)致節(jié)拍過長(zhǎng)或產(chǎn)品存在質(zhì)量隱患，成為生產(chǎn)線的瓶頸。對(duì)于人員因素，解決方法是對(duì)人員進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)培訓(xùn)。這是保證生產(chǎn)線穩(wěn)定產(chǎn)出的重要工作。

1.2 工序、工位設(shè)置因素

工序、工位設(shè)置因素是指生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)工序、工位內(nèi)容設(shè)計(jì)不合理、不平衡導(dǎo)致的節(jié)拍損失。比如，有些工位的自動(dòng)和手動(dòng)動(dòng)作設(shè)計(jì)不平衡，有些操作流循環(huán)走動(dòng)距離不合理等。這需要在產(chǎn)線設(shè)計(jì)之初就做好精益化設(shè)計(jì)。

1.3 設(shè)備穩(wěn)定性因素

設(shè)備穩(wěn)定性是指設(shè)備或工裝不穩(wěn)定導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷，生產(chǎn)不能按照規(guī)劃的速度進(jìn)行生產(chǎn)。設(shè)備中斷的因素非常多，優(yōu)良的產(chǎn)線設(shè)計(jì)和良好的日常保養(yǎng)和維護(hù)（TPM）是保證設(shè)備穩(wěn)定的重要因素。

1.4 來料零件因素

來料零件的問題一般是指零部件尺寸不合格導(dǎo)致生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題而導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷或返工甚至報(bào)廢。最終導(dǎo)致生產(chǎn)線無法按照設(shè)計(jì)節(jié)拍進(jìn)行生產(chǎn)。對(duì)于此類問題，需要嚴(yán)格做好來料零件的質(zhì)量管控，減少對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)的影響。

1.5 物流因素

物流因素是指生產(chǎn)線物料配送和線內(nèi)部在制品流轉(zhuǎn)的不合理甚至補(bǔ)料不及時(shí)導(dǎo)致的生產(chǎn)線節(jié)拍損失。這種節(jié)拍的損失是需要減少甚至杜絕的。

2 生產(chǎn)線節(jié)拍精益優(yōu)化的方法

上文提到了不少影響生產(chǎn)線節(jié)拍的關(guān)鍵因素，對(duì)于依賴于人員管理、培訓(xùn)等的因素不再討論，本文將主要致力于分析研究?jī)?yōu)化工位工序設(shè)置因素的方法以及一些評(píng)價(jià)方法。本文將通過MTM分析法、ECR原則、生產(chǎn)線平衡評(píng)價(jià)和PPOH評(píng)價(jià)等方法進(jìn)行研究和分析。

2.1 MTM分析法

MTM（Method Time Measurement）方法是一種科學(xué)的統(tǒng)計(jì)手動(dòng)動(dòng)作時(shí)間的測(cè)量方法。MTM其意為在合理的限度范圍內(nèi)，在相同熟練程度、同等能力、同等努力程度下一個(gè)人完成某個(gè)流程的執(zhí)行時(shí)間完全取決于使用的方法。

MTM的時(shí)間單位為TMU（Time Measurement Unit）。1TMU=1/100000h=0.036s。

MTM是一項(xiàng)比較復(fù)雜和詳細(xì)的動(dòng)作時(shí)間分析方法。它將動(dòng)作流程根據(jù)基本動(dòng)作進(jìn)行精確分割。每個(gè)身體部位的動(dòng)作都是被單獨(dú)分析的。因此，MTM方法將動(dòng)作分成了手部動(dòng)作、視力（眼睛）功能、身體動(dòng)作以及動(dòng)作序列等。而每組動(dòng)作大類都有詳細(xì)分類。比如手部動(dòng)作有伸手、抓握、松開、遞送、連接、擠壓、分離和旋轉(zhuǎn)等；視力功能有視線移動(dòng)和檢查；身體動(dòng)作有腳步動(dòng)作、腿部動(dòng)作、側(cè)步、身體旋轉(zhuǎn)、行走、彎腰、下蹲、單膝跪、坐下及站起等；動(dòng)作序列分為前后相繼的動(dòng)作、確定時(shí)間的動(dòng)作、同時(shí)動(dòng)作、組合動(dòng)作以及過程時(shí)間中的動(dòng)作。每個(gè)動(dòng)作都有相應(yīng)代碼，比如伸手為R，抓握為G。動(dòng)作代碼加上移動(dòng)的距離和動(dòng)作的狀態(tài)程度或物體的難易特性等就組成了一組動(dòng)作的編碼，人們通過這個(gè)編碼就能在MTM標(biāo)準(zhǔn)時(shí)值卡中查找到相應(yīng)的數(shù)值，得出該動(dòng)作的時(shí)間值，將這些時(shí)間值累加就能得到這一組動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間。

例如，描述伸手抓握一個(gè)方木塊放到一個(gè)盒子里，假設(shè)移動(dòng)30cm。其中伸手到物體可以簡(jiǎn)化為R30A。R表示伸手；30表示伸手的距離為30cm；A表示動(dòng)作的強(qiáng)度等級(jí)。

根據(jù)R30A這個(gè)動(dòng)作編碼，人們可以從MTM標(biāo)準(zhǔn)時(shí)值卡中找到相應(yīng)的數(shù)值。MTM基本方法的編碼是國(guó)際統(tǒng)一的。從標(biāo)準(zhǔn)時(shí)值卡中讀?。篟30A=9.5TMU。表示伸手到物體這個(gè)動(dòng)作需要9.5×0.036=0.34s。

使用MTM分析法分析操作員工的手工動(dòng)作時(shí)間的重要作用是在一定約束前提下使得人的動(dòng)作有了統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)，確保動(dòng)作的時(shí)間數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的水平。這對(duì)于生產(chǎn)線工藝流程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化有重要作用。

2.2 ECRS分析法

ECRs分析法秉承了精益生產(chǎn)消除一切浪費(fèi)的理念，是對(duì)于生產(chǎn)流程或者管理流程進(jìn)行分析改進(jìn)的工業(yè)工程四個(gè)步驟。由取消（Eliminate）、合并（Combine）、調(diào)整順序（Rearrange）、簡(jiǎn)化（simplify）四個(gè)步驟的首字母組成。

2.2.1 取消（Eliminate）

首先對(duì)于流程（這里指生產(chǎn)線的過程）進(jìn)行分析。在不影響產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度和流程以及產(chǎn)品質(zhì)量的前提下對(duì)過程中步驟或動(dòng)作考慮有無取消的可能性。如果不能全部取消，可考慮部分地取消，如多余的搬運(yùn)、不增值的檢驗(yàn)等。

2.2.2 合并（Combine）

合并就是將兩個(gè)或兩個(gè)以上的對(duì)象合并成一個(gè)。對(duì)象可以是流程、動(dòng)作和工序等。合并可以有效地消除重復(fù)現(xiàn)象，能取得較大的效果。比如，多次測(cè)量合并成一次，不同的工具合并成同一個(gè)工具等。

2.2.3 重排（Rearrange）

重組就是通過改變操作順序，使工作的先后順序重新組合，以達(dá)到改善的目的。邏輯順序的重排從而獲得更加簡(jiǎn)易高效的方法，并在重排之后再次研究是否還有可以取消合并的動(dòng)作，如前后工序的對(duì)換、機(jī)器設(shè)備位置的調(diào)整等。當(dāng)然，所有的重排不能影響產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)和質(zhì)量要求。

2.2.4 簡(jiǎn)化（Simplify）

經(jīng)過前面三個(gè)步驟取消、合并和重排之后，再對(duì)該項(xiàng)工作或流程做進(jìn)一步的分析研究，使其盡量簡(jiǎn)化，縮短作業(yè)時(shí)間，提高工作效率。簡(jiǎn)化是一種工序的改善，也是局部范圍的省略，整個(gè)范圍的省略也就是取消。

2.3 生產(chǎn)線平衡分析法

生產(chǎn)線平衡就是將所有基本工作單元（包括機(jī)器時(shí)間和人工時(shí)間）合理地分配到各個(gè)工作站，以使每個(gè)工作站在節(jié)拍內(nèi)都處于繁忙狀態(tài)，完成最多的操作量，從而使各工作站內(nèi)的閑置時(shí)間最少。以上提到的MTM的方法和ECRs的方法都是生產(chǎn)線平衡的基礎(chǔ)。平衡最終的目標(biāo)是平衡時(shí)間，并最小化工位數(shù)量或者最小化操作員工的數(shù)量。

從實(shí)質(zhì)上來講，生產(chǎn)線平衡的問題就是組合優(yōu)化的問題。生產(chǎn)線平衡要求在產(chǎn)品裝配或生產(chǎn)過程中時(shí)間與空間有效地結(jié)合。生產(chǎn)線的平衡程度差會(huì)影響生產(chǎn)效率，同時(shí)一些工位的勞動(dòng)強(qiáng)度不同造成人員管理上的問題甚至質(zhì)量問題。

生產(chǎn)線平衡可以通過平衡率來反映生產(chǎn)線各個(gè)工位的平衡情況。生產(chǎn)線工位平衡率的計(jì)算公式為：

式中，P為生產(chǎn)線工位平衡率；ti為第i作業(yè)單元的作業(yè)時(shí)；Tk為第k工位的作業(yè)時(shí)間；K為生產(chǎn)線的工位數(shù)量；Max（Tk）為所有工位中最長(zhǎng)的作業(yè)時(shí)間，等于瓶頸工位的節(jié)拍，即生產(chǎn)線的節(jié)拍。

隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線自動(dòng)化程度的提升，多數(shù)生產(chǎn)線都存在一人多機(jī)的現(xiàn)象，工位數(shù)和操作人員數(shù)一般不相等。因此，同樣運(yùn)用式（1）可以計(jì)算生產(chǎn)線人員操作流的平衡率。

生產(chǎn)線操作工流平衡率的計(jì)算公式為：

式中，Pp為生產(chǎn)線操作工流平衡率；ti為第i個(gè)手工作業(yè)單元的作業(yè)時(shí)間；Tm為第m個(gè)操作工的作業(yè)時(shí)間；M為生產(chǎn)線的操作工數(shù)量；Max（Tm）為所有操作工中最長(zhǎng)的作業(yè)時(shí)間。

當(dāng)P（或Pp）≥90%時(shí)表示生產(chǎn)線平衡達(dá)到優(yōu)，90%＞P（或pp）＞80%生產(chǎn)線平衡為良，若P（或Pp）≤80%，則生產(chǎn)線平衡較差。

生產(chǎn)線平衡的改善原則和方法主要有以下幾個(gè)方面：將所有作業(yè)劃分為一個(gè)一個(gè)不能繼續(xù)拆分的作業(yè)元素或單元，為重新劃分、調(diào)整和組合提供條件；確定生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵作業(yè)元素和關(guān)鍵工位，關(guān)鍵作業(yè)元素和關(guān)鍵工位的需求首先需要得到滿足，資源首先得到分配；對(duì)于要重新做出調(diào)整的工位或作業(yè)元素，調(diào)整不能違背產(chǎn)品的工藝邏輯，不能違反裝配的優(yōu)先順序，且不能影響產(chǎn)品的生產(chǎn)裝配質(zhì)量；分析時(shí)首先考慮能夠有潛力可挖即有空余時(shí)間的作業(yè)元素，而不是全盤分析；重新平衡后的各個(gè)工作站的空閑時(shí)間應(yīng)該盡可能地減少，而且要保證各個(gè)工作站的作業(yè)時(shí)間均衡，堅(jiān)持對(duì)生產(chǎn)線平衡進(jìn)行持續(xù)改善。

2.4 PPOH評(píng)價(jià)

隨著人員成本的逐年提高，人員利用率無疑對(duì)生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益是非常重要的。PPOH就是用來計(jì)算生產(chǎn)線生產(chǎn)人員利用率的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，用來表示單位員工單位時(shí)間內(nèi)的出產(chǎn)數(shù)量。PPOH的計(jì)算公式為：

式中，N為出勤時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的合格品數(shù)量，件；K為生產(chǎn)線工人總數(shù)量，人；T為每個(gè)工人的出勤時(shí)間，h。

在生產(chǎn)正常的前提下，出勤時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的合格品數(shù)量N可以用凈生產(chǎn)時(shí)間除以TCT來計(jì)算，由此可見降低生產(chǎn)線節(jié)拍對(duì)于提高PPOH的重要性。

運(yùn)用PPOH評(píng)價(jià)的目的是要求生產(chǎn)線在注重滿足客戶需求的同時(shí)，在生產(chǎn)線節(jié)拍和生產(chǎn)線人員數(shù)量上尋找一個(gè)最優(yōu)的方案，注重提高員工的利用率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

本文對(duì)生產(chǎn)線節(jié)拍的精益優(yōu)化方法做了比較詳細(xì)的研究。首先解釋了生產(chǎn)線節(jié)拍的含義，然后對(duì)影響生產(chǎn)線節(jié)拍的關(guān)鍵因素做了分析，接著對(duì)生產(chǎn)線節(jié)拍精益優(yōu)化方法做了研究和梳理，通過分析MTM分析方法、ECRs分析法以及生產(chǎn)線平衡分析的方法等來研究生產(chǎn)節(jié)拍的精益優(yōu)化，最后介紹了評(píng)價(jià)人員利用率的方法，即PPOH評(píng)價(jià)指標(biāo)。