基于MOD法的手機生產線平衡研究

趙敏杰，孫麗，楊志剛

(大連交通大學 機械工程學院，遼寧 大連 116028)①

隨著科技的快速發(fā)展，電子產品行業(yè)發(fā)展迅速，電子產品代工行業(yè)的競爭也日趨激烈.環(huán)境及市場的不斷變化，使得手機代工企業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，如產品更新速度加快、物料供應緊張、人工成本上升等.在如此激烈的市場競爭環(huán)境下，如何實現生產線高效運轉，減少人力、物力、財力的浪費，提高生產效率[1]，已成為各企業(yè)急需解決的問題.

在流水線平衡方面，藺宇等[2]運用精益生產中的作業(yè)山積表、價值流程圖、看板管理等工具和方法，改善了生產線布局、平衡了生產物流、提高了生產線平衡率.黑偉陽[3]通過精益價值流分析，找出公司生產線瓶頸，通過對瓶頸工位的設備改良和作業(yè)重排來降低瓶頸工時，提高生產線平衡率；同時通過5S管理、TPM管理改善了生產現場面貌,提高了設備利用效率.王濤[4]以發(fā)動機各裝配線為研究對象，用工業(yè)工程中的程序分析法對生產流程進細致分析，并綜合運用 5W1H、ECRS 技術降低瓶頸時間，結合現場管理措施保障了生產線平衡率.

針對簡單裝配線平衡問題, Cerqueus等[5]認為在進行求解目標函數時，僅考慮節(jié)拍和工作數的單一目標函數，不符合企業(yè)實際情況，因此針對雙目標問題提出了一種分支定界方法的精確算法. Sahin等[6]運用線性混合整數規(guī)劃法，研究多工人流水線平衡問題，該方法可以減少工人和工作站的數量，使流水線平衡問題得到有效改善.Yadav等[7]在解決混合模型雙面流水線平衡問題時，基于Matlab 開發(fā)的數學模型并運用 LINGO 軟件求解，結果表明該方法可有效減少裝配工人數量，降低搬運成本，提高生產線平衡率.

在手機的實際生產中，F企業(yè)(某手機產品代生產公司)面臨著諸多問題，如：作業(yè)分工不合理，瓶頸工序導致的生產線整體效率低下、動作浪費、產線產能嚴重滯后等.因此F企業(yè)亟須對現行生產線問題進行分析，找出影響產線平衡的因素，盡量使各工位的作業(yè)時間趨于一致，減少工時損失，提高設備和人工利用率.通過動作優(yōu)化減少工人的疲勞強度，提高生產效率及產線平衡率，以達到整體狀態(tài)的最優(yōu).

本文針對F企業(yè)存在的問題，利用ECRS技術及5S方法，采用工業(yè)工程中預定動作時間標準系統(tǒng)(也稱PST法)中的MOD法進行時間測量，尋找瓶頸時間；通過工序重排及合理增加人手等途徑突破瓶頸，達到較高水平的平衡率.

1 廠區(qū)布局及生產過程分析

1.1 廠區(qū)布局

F企業(yè)中的一個廠區(qū)是手機零部件制造廠，該廠區(qū)的生產工序包括清洗、鍍膜、焊接、組裝等.廠區(qū)(部分)主要進行物料表面處理工序，包含機加工車間(擁有自動化機床等多種自動化大型設備)、退遮蔽車間、HC清洗車間、流水線工作區(qū)等，廠區(qū)各車間布局圖見圖1.根據實際研究情況，圖中展示了廠區(qū)的部分布局，其具體改善研究將會在流水線進行.

圖1 廠區(qū)各車間布局圖

1.2 工作地點布置

對流水線工作區(qū)進行工作研究，工作地點選定在整個廠區(qū)——圖1右下角的車間中，工作地點布置見圖2.

圖2 工作地點布置

圖中的成品區(qū)為流水線生產過后進行下一步工序前的貨物暫存區(qū)；貨物存放區(qū)存放來自庫存的物料，通常通過叉車用棧板放置，物料量巨大；簽收區(qū)主要是向別的流水線供應簽收完成的物料，或者處理簽收異常的物料；簽收存放區(qū)放置簽收好的物料；雜物區(qū)主要放置以下物品：拆下包裝后的包裝材料，不能使用的掛框以及包裝完成的垃圾箱.

1.3 生產過程描述

整個廠區(qū)的生產過程流程圖見圖3.物料從庫存開始經掃描產品上的二維碼簽收之后，經過第一次類別檢驗區(qū)分出物料來源，區(qū)分之后通過流水線進行檢料，有些可以跳過檢料直接安裝掛枝(一種固定設備的夾具)，最后在流水線的末端掃描設備上的二維碼后放入清洗框架.清洗框架裝滿后運送到HC清洗車間進行高溫清洗，結束后通過運輸放入進料口，經過進料口的加工，返回定位物料的掛枝，然后繼續(xù)用返回的掛枝進行物料清洗前的定位安裝.

圖3 生產過程流程圖

2 案例中生產現場問題描述

2.1 流水線概況

F企業(yè)多年來一直開展實施精益生產，車間自動化水平很高，已經實現了流水線作業(yè)、過程信息追蹤、物料溯源以及人機交互作業(yè)等.本文研究的流水線是物料清洗前的工序流水線.盡管流水線上已經達到了高效、整潔、紀律等良好的工作氛圍，但是經仔細觀察，發(fā)現仍存在一些問題.其中最主要的就是由于缺少掛枝而導致流水線停線，從而造成預定計劃產量沒有達到要求，致使企業(yè)預期訂單無法完成.

目前流水線各工位作業(yè)內容見圖4.

圖4 流水線各工位作業(yè)內容圖

對現場生產產品的情況進行記錄，目前流水線的產能在750件/h以內.在2 h內出現掛枝不足的情況多達10次以上，這種情況直接導致流水線無法正常流動，工人無法正常工作.在2 h的記錄中，工人無法正常工作的時間長達40 min以上，相當于近一半的時間沒有正常工作，產能浪費嚴重.與此同時，在訂單旺季由于需要加大生產，企業(yè)臨時招募大量未經過長期固定從事此勞動的人員參加勞動生產，致使生產節(jié)奏在流水線上的分布情況有快有慢，十分不平衡，這同樣也是導致生產效率低下的一個因素.

2.2 生產現場問題分析

調查研究分析可知，生產中出現掛枝短缺是由下面幾個原因造成的：①生產過程中出現設備的損耗，儲備不足；②由于負荷不均衡，造成部分流水線掛枝堆積；③運送掛枝人員存在“滯留”現象；④進料口輸送掛枝不及時.

生產過程中出現設備損耗是因為長期生產中頻繁取放掛枝造成的.首先，一些技能不熟練的操作者沒有按照作業(yè)指導就進行操作，導致掛枝出現“失靈”“變形”等現象，不能再繼續(xù)使用.其次，在沒有外來人員補充的基礎上就進行大量生產，導致停線情況.負荷不均衡是造成停線的重要因素.生產管理人員為了達到既定目標的產量，不顧大局，“多吃多占”的行為屢禁不止；更有甚者竟調用流水線上的員工去供料區(qū)搶掛枝.這種情況既耽誤了生產，又影響了生產企業(yè)的形象.為了能夠滿足每條流水線的需求，進料口運送掛枝的員工只有等到滿足需求才開始運送，使得生產線上的工人物料短缺，無法持續(xù)生產，產線無法流通，造成產線員工長時間等待.清洗過后的物料通過進料口，由內部操作人員取下物料并且返回掛枝.掛枝輸送情況參差不齊，使得下游生產單位的人員無法正常工作.例如員工運送少量掛枝會引起其他無掛枝可用的流水線不滿；運送量多則等待時間變長，產線停線風險就更高，停線的時間隨之增加，導致生產計劃滯后.

3 生產線平衡的實現

3.1 物料穩(wěn)定供應的實現

根據上述問題分析，該生產廠家存在工業(yè)工程七大浪費中的等待浪費以及員工的素養(yǎng)問題，這些問題亟待解決.一方面，工序來料不充足；另一方面，在流水線生產過程中還存在著生產負荷不均衡的情況.工序來料不充足，主要是缺少必要的掛枝和掛框的問題，需要通過合理的物流規(guī)劃，達到最低限度增加掛枝，并且保證流水線正常生產的目標；除了正常休息之外，不產生多余的等待時間浪費以及停線情況.對于生產負荷不均衡的情況，根據流水線的工作負荷情況合理調整工位順序或者增加工作人員，使流水線的節(jié)拍達到均勻一致.

根據基礎工業(yè)工程中素養(yǎng)管理及現場管理中的物流分析研究，從5S方法中的培養(yǎng)員工素養(yǎng)入手，制定規(guī)范的規(guī)章制度以及掛枝取用標準，堅決杜絕無關人員隨意取用掛枝的現象.為保證供料持續(xù)充足，對供料區(qū)的出料標準也需要指定，杜絕出料出現“忽多忽少”的現象，可以保持框內“一半”或者“全滿”的狀態(tài).保證供料區(qū)掛枝穩(wěn)定之后繼續(xù)解決掛枝分配問題，針對每條生產線的生產情況供應相應的物料.例如需要檢料的生產線對掛枝的需求量遠遠不及不需要檢料的生產線，因此物料供應可按照相應的比例進行分配.通過這樣定量的分配即可確定需要補充貨物的最小量[8-9].

假設初始貨物量為n，補充貨物的最小量為m，檢料線單次消耗量為u，分配比例為1∶x，則搬運中的物流量為3u.根據調查，供料區(qū)供應掛枝是清洗之后的物料經過記錄下載具之后重新裝框輸出，所以假設供料區(qū)的暫存物流量為v.

根據總物流量公式：

(1)

式中：W為企業(yè)總物流量；wi為第i個部門的物流量.

根據式(1)計算出需要補充的貨物最小量為：

m=2(x+1)u+v-n

(2)

式中：m為最小貨物補充量；u為檢料線單次消耗量；v為貨物暫存量；n為初始貨物量.

由此可計算出需要補充貨物的最小量.且同時保證了物料及時供應不斷，解決了物流方面的等待問題.

3.2 流水線節(jié)拍平衡的實現

在流水線的改善方面主要是生產負荷不均衡，導致生產節(jié)拍不平衡[10]，需要通過MTM法，即模特排時法對操作時間進行測定[11].根據表1的MTM時間表進行分析，可以看出MOD值最大 的 是 撕 膜，因此在原有工序環(huán)節(jié)必然造成在制品堆積，是嚴重的等待浪費.需要平衡該流水線的生產節(jié)拍.

表1 動作因素分析表

節(jié)拍調節(jié)前工序時間情況見圖5.

圖5 流水線節(jié)拍圖

計算節(jié)拍平衡率[12]：

(3)

由式(3)計算出的平衡率為60%，平衡率低于85%屬于較差平衡.

根據實際工作情況可以看出，投料、錄入信息以及裝入掛框都是動作較快的工序，撕膜無法用動作分析進行優(yōu)化，且訂單量巨大，由此可見需要增加人員.由于生產順序是由投料到裝入掛框，在這之間的工序中，錄入信息工序可以適當向前調整.與此同時，工序中可以用雙手作業(yè)的有投料和裝入掛框.

利用ECRS原則[13-14]對原有工序進行取消、合并、調整和簡化.綜合后對流水線的節(jié)拍改善做出以下建議：①調整工序，將錄入信息作為工序起始.增加1名撕膜員工.②將撕膜工序的部分作業(yè)分配到投料工序的部分.③增加1名安裝掛枝員工.④投料與撕膜工序作業(yè)均改為雙手作業(yè).

改善之后工序時間情況見圖6.

圖6 改善后節(jié)拍圖

3.3 流水線改善評估

從上述分析可以看出，經改善后最大的瓶頸由21個工序降至8個，且每個工序之間基本達到時間相同.平均每個零件生產時間降低62%，相當于改善后加工單件零件的時間是原來的38%，生產效率大大提高.在保證掛枝運送量不短缺前提下，計算生產線的節(jié)拍平衡率為88.4%，在85%～90%之間，平衡率良好.

在實際改善中該廠區(qū)也是按照此工序進行改善的，改善情況較之前有很大提高.按照改善前的生產情況，兩條線加工24框/h， 10 h可以加工約15 000個零件，訂單旺季時每天最低生產訂單量為18 000～30 000 件且逐天增加，明顯看出每天產量未能達到最低標準.然而經過工序改善后，單條流水線可加工25～27框/h，加工工件數量完全滿足每日任務定額.生產量提高為原來的225%，提高效果顯著，工序改善后帶來的改善效能十分明顯.

4 結論

(1)生產線平衡是精益生產追求的理想境界.在精益生產介紹的七大浪費中，等待浪費是不可避免且難以消除的一種隱性浪費.該浪費會導致生產效率低下，從而影響企業(yè)的經濟效益.

(2)通過應用 IE 理論改進F企業(yè)手機產線的瓶頸問題，從而實現低投入提高產線平衡率，可以明顯看出應用工業(yè)工程相關理論改進優(yōu)化生產線、提高企業(yè)競爭力的重要意義.相較追加資本投入，擴大勞動力或擴大規(guī)模等外部方式來提高企業(yè)整體效率與收益，遵循工業(yè)工程的相關原則，通過將生產要素進行必要的重新組合、最大限度地優(yōu)化整體作業(yè)過程、合理研究與改進生產制造過程的操作方法等方法，在消除各種不必要浪費、節(jié)約實際操作時間和生產資源、增加經濟效益、提高整體生產率等方面效果顯著.