【www.zhangdahai.com--可行性研究报告】
赵敏杰，孙丽，杨志刚
(大连交通大学 机械工程学院，辽宁 大连 116028)①
随着科技的快速发展，电子产品行业发展迅速，电子产品代工行业的竞争也日趋激烈.环境及市场的不断变化，使得手机代工企业面临巨大挑战，如产品更新速度加快、物料供应紧张、人工成本上升等.在如此激烈的市场竞争环境下，如何实现生产线高效运转，减少人力、物力、财力的浪费，提高生产效率[1]，已成为各企业急需解决的问题.
在流水线平衡方面，蔺宇等[2]运用精益生产中的作业山积表、价值流程图、看板管理等工具和方法，改善了生产线布局、平衡了生产物流、提高了生产线平衡率.黑伟阳[3]通过精益价值流分析，找出公司生产线瓶颈，通过对瓶颈工位的设备改良和作业重排来降低瓶颈工时，提高生产线平衡率；
同时通过5S管理、TPM管理改善了生产现场面貌,提高了设备利用效率.王涛[4]以发动机各装配线为研究对象，用工业工程中的程序分析法对生产流程进细致分析，并综合运用 5W1H、ECRS 技术降低瓶颈时间，结合现场管理措施保障了生产线平衡率.
针对简单装配线平衡问题, Cerqueus等[5]认为在进行求解目标函数时，仅考虑节拍和工作数的单一目标函数，不符合企业实际情况，因此针对双目标问题提出了一种分支定界方法的精确算法. Sahin等[6]运用线性混合整数规划法，研究多工人流水线平衡问题，该方法可以减少工人和工作站的数量，使流水线平衡问题得到有效改善.Yadav等[7]在解决混合模型双面流水线平衡问题时，基于Matlab 开发的数学模型并运用 LINGO 软件求解，结果表明该方法可有效减少装配工人数量，降低搬运成本，提高生产线平衡率.
在手机的实际生产中，F企业(某手机产品代生产公司)面临着诸多问题，如：作业分工不合理，瓶颈工序导致的生产线整体效率低下、动作浪费、产线产能严重滞后等.因此F企业亟须对现行生产线问题进行分析，找出影响产线平衡的因素，尽量使各工位的作业时间趋于一致，减少工时损失，提高设备和人工利用率.通过动作优化减少工人的疲劳强度，提高生产效率及产线平衡率，以达到整体状态的最优.
本文针对F企业存在的问题，利用ECRS技术及5S方法，采用工业工程中预定动作时间标准系统(也称PST法)中的MOD法进行时间测量，寻找瓶颈时间；
通过工序重排及合理增加人手等途径突破瓶颈，达到较高水平的平衡率.
1.1 厂区布局
F企业中的一个厂区是手机零部件制造厂，该厂区的生产工序包括清洗、镀膜、焊接、组装等.厂区(部分)主要进行物料表面处理工序，包含机加工车间(拥有自动化机床等多种自动化大型设备)、退遮蔽车间、HC清洗车间、流水线工作区等，厂区各车间布局图见图1.根据实际研究情况，图中展示了厂区的部分布局，其具体改善研究将会在流水线进行.
图1 厂区各车间布局图
1.2 工作地点布置
对流水线工作区进行工作研究，工作地点选定在整个厂区——图1右下角的车间中，工作地点布置见图2.
图2 工作地点布置
图中的成品区为流水线生产过后进行下一步工序前的货物暂存区；
货物存放区存放来自库存的物料，通常通过叉车用栈板放置，物料量巨大；
签收区主要是向别的流水线供应签收完成的物料，或者处理签收异常的物料；
签收存放区放置签收好的物料；
杂物区主要放置以下物品：拆下包装后的包装材料，不能使用的挂框以及包装完成的垃圾箱.
1.3 生产过程描述
整个厂区的生产过程流程图见图3.物料从库存开始经扫描产品上的二维码签收之后，经过第一次类别检验区分出物料来源，区分之后通过流水线进行检料，有些可以跳过检料直接安装挂枝(一种固定设备的夹具)，最后在流水线的末端扫描设备上的二维码后放入清洗框架.清洗框架装满后运送到HC清洗车间进行高温清洗，结束后通过运输放入进料口，经过进料口的加工，返回定位物料的挂枝，然后继续用返回的挂枝进行物料清洗前的定位安装.
图3 生产过程流程图
2.1 流水线概况
F企业多年来一直开展实施精益生产，车间自动化水平很高，已经实现了流水线作业、过程信息追踪、物料溯源以及人机交互作业等.本文研究的流水线是物料清洗前的工序流水线.尽管流水线上已经达到了高效、整洁、纪律等良好的工作氛围，但是经仔细观察，发现仍存在一些问题.其中最主要的就是由于缺少挂枝而导致流水线停线，从而造成预定计划产量没有达到要求，致使企业预期订单无法完成.
目前流水线各工位作业内容见图4.
图4 流水线各工位作业内容图
对现场生产产品的情况进行记录，目前流水线的产能在750件/h以内.在2 h内出现挂枝不足的情况多达10次以上，这种情况直接导致流水线无法正常流动，工人无法正常工作.在2 h的记录中，工人无法正常工作的时间长达40 min以上，相当于近一半的时间没有正常工作，产能浪费严重.与此同时，在订单旺季由于需要加大生产，企业临时招募大量未经过长期固定从事此劳动的人员参加劳动生产，致使生产节奏在流水线上的分布情况有快有慢，十分不平衡，这同样也是导致生产效率低下的一个因素.
2.2 生产现场问题分析
调查研究分析可知，生产中出现挂枝短缺是由下面几个原因造成的：①生产过程中出现设备的损耗，储备不足；
②由于负荷不均衡，造成部分流水线挂枝堆积；
③运送挂枝人员存在“滞留”现象；
④进料口输送挂枝不及时.
生产过程中出现设备损耗是因为长期生产中频繁取放挂枝造成的.首先，一些技能不熟练的操作者没有按照作业指导就进行操作，导致挂枝出现“失灵”“变形”等现象，不能再继续使用.其次，在没有外来人员补充的基础上就进行大量生产，导致停线情况.负荷不均衡是造成停线的重要因素.生产管理人员为了达到既定目标的产量，不顾大局，“多吃多占”的行为屡禁不止；
更有甚者竟调用流水线上的员工去供料区抢挂枝.这种情况既耽误了生产，又影响了生产企业的形象.为了能够满足每条流水线的需求，进料口运送挂枝的员工只有等到满足需求才开始运送，使得生产线上的工人物料短缺，无法持续生产，产线无法流通，造成产线员工长时间等待.清洗过后的物料通过进料口，由内部操作人员取下物料并且返回挂枝.挂枝输送情况参差不齐，使得下游生产单位的人员无法正常工作.例如员工运送少量挂枝会引起其他无挂枝可用的流水线不满；
运送量多则等待时间变长，产线停线风险就更高，停线的时间随之增加，导致生产计划滞后.
3.1 物料稳定供应的实现
根据上述问题分析，该生产厂家存在工业工程七大浪费中的等待浪费以及员工的素养问题，这些问题亟待解决.一方面，工序来料不充足；
另一方面，在流水线生产过程中还存在着生产负荷不均衡的情况.工序来料不充足，主要是缺少必要的挂枝和挂框的问题，需要通过合理的物流规划，达到最低限度增加挂枝，并且保证流水线正常生产的目标；
除了正常休息之外，不产生多余的等待时间浪费以及停线情况.对于生产负荷不均衡的情况，根据流水线的工作负荷情况合理调整工位顺序或者增加工作人员，使流水线的节拍达到均匀一致.
根据基础工业工程中素养管理及现场管理中的物流分析研究，从5S方法中的培养员工素养入手，制定规范的规章制度以及挂枝取用标准，坚决杜绝无关人员随意取用挂枝的现象.为保证供料持续充足，对供料区的出料标准也需要指定，杜绝出料出现“忽多忽少”的现象，可以保持框内“一半”或者“全满”的状态.保证供料区挂枝稳定之后继续解决挂枝分配问题，针对每条生产线的生产情况供应相应的物料.例如需要检料的生产线对挂枝的需求量远远不及不需要检料的生产线，因此物料供应可按照相应的比例进行分配.通过这样定量的分配即可确定需要补充货物的最小量[8-9].
假设初始货物量为n，补充货物的最小量为m，检料线单次消耗量为u，分配比例为1∶x，则搬运中的物流量为3u.根据调查，供料区供应挂枝是清洗之后的物料经过记录下载具之后重新装框输出，所以假设供料区的暂存物流量为v.
根据总物流量公式：
(1)
式中：W为企业总物流量；
wi为第i个部门的物流量.
根据式(1)计算出需要补充的货物最小量为：
m=2(x+1)u+v-n
(2)
式中：m为最小货物补充量；
u为检料线单次消耗量；
v为货物暂存量；
n为初始货物量.
由此可计算出需要补充货物的最小量.且同时保证了物料及时供应不断，解决了物流方面的等待问题.
3.2 流水线节拍平衡的实现
在流水线的改善方面主要是生产负荷不均衡，导致生产节拍不平衡[10]，需要通过MTM法，即模特排时法对操作时间进行测定[11].根据表1的MTM时间表进行分析，可以看出MOD值最大 的 是 撕 膜，因此在原有工序环节必然造成在制品堆积，是严重的等待浪费.需要平衡该流水线的生产节拍.
表1 动作因素分析表
节拍调节前工序时间情况见图5.
图5 流水线节拍图
计算节拍平衡率[12]：
(3)
由式(3)计算出的平衡率为60%，平衡率低于85%属于较差平衡.
根据实际工作情况可以看出，投料、录入信息以及装入挂框都是动作较快的工序，撕膜无法用动作分析进行优化，且订单量巨大，由此可见需要增加人员.由于生产顺序是由投料到装入挂框，在这之间的工序中，录入信息工序可以适当向前调整.与此同时，工序中可以用双手作业的有投料和装入挂框.
利用ECRS原则[13-14]对原有工序进行取消、合并、调整和简化.综合后对流水线的节拍改善做出以下建议：①调整工序，将录入信息作为工序起始.增加1名撕膜员工.②将撕膜工序的部分作业分配到投料工序的部分.③增加1名安装挂枝员工.④投料与撕膜工序作业均改为双手作业.
改善之后工序时间情况见图6.
图6 改善后节拍图
3.3 流水线改善评估
从上述分析可以看出，经改善后最大的瓶颈由21个工序降至8个，且每个工序之间基本达到时间相同.平均每个零件生产时间降低62%，相当于改善后加工单件零件的时间是原来的38%，生产效率大大提高.在保证挂枝运送量不短缺前提下，计算生产线的节拍平衡率为88.4%，在85%～90%之间，平衡率良好.
在实际改善中该厂区也是按照此工序进行改善的，改善情况较之前有很大提高.按照改善前的生产情况，两条线加工24框/h， 10 h可以加工约15 000个零件，订单旺季时每天最低生产订单量为18 000～30 000 件且逐天增加，明显看出每天产量未能达到最低标准.然而经过工序改善后，单条流水线可加工25～27框/h，加工工件数量完全满足每日任务定额.生产量提高为原来的225%，提高效果显著，工序改善后带来的改善效能十分明显.
(1)生产线平衡是精益生产追求的理想境界.在精益生产介绍的七大浪费中，等待浪费是不可避免且难以消除的一种隐性浪费.该浪费会导致生产效率低下，从而影响企业的经济效益.
(2)通过应用 IE 理论改进F企业手机产线的瓶颈问题，从而实现低投入提高产线平衡率，可以明显看出应用工业工程相关理论改进优化生产线、提高企业竞争力的重要意义.相较追加资本投入，扩大劳动力或扩大规模等外部方式来提高企业整体效率与收益，遵循工业工程的相关原则，通过将生产要素进行必要的重新组合、最大限度地优化整体作业过程、合理研究与改进生产制造过程的操作方法等方法，在消除各种不必要浪费、节约实际操作时间和生产资源、增加经济效益、提高整体生产率等方面效果显著.
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