龐亮 孫少偉

摘要：以H公司零部件車間TYZ002型壓縮機(jī)支架產(chǎn)線為研究對(duì)象，應(yīng)用秒表測(cè)時(shí)法測(cè)量產(chǎn)線各操作單元標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)并進(jìn)行產(chǎn)線平衡研究，同時(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)曲線的應(yīng)用，lingo程序求解的應(yīng)用，找出生產(chǎn)過程中的瓶頸工序，從而為生產(chǎn)過程中的不合理現(xiàn)象提出改進(jìn)意見，并應(yīng)用FlexSim軟件對(duì)改善效果進(jìn)行仿真模擬。通過對(duì)改善前后數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)線平衡率和產(chǎn)能均得到較大提高。

Abstract： TYZ002 type compressor bracket parts in H company workshop production line as the research object， using a stopwatch chronometry measurement standard working hours in each operating unit of production line and production line balance， and combining with the application of the learning curve， lingo to solve the application of program， find out the bottleneck in the process of production process， thus to put forward the improvement for the unreasonable phenomena in the process of production， application and FlexSim software to improve the effect of simulation. Through the comparison of the data before and after the improvement， it is found that the balance rate and capacity of the production line are greatly improved.

關(guān)鍵詞：產(chǎn)線平衡;學(xué)習(xí)曲線;lingo程序;仿真模擬

Key words： production line balancing;learning curves;lingo program;simulation

中圖分類號(hào)：F406.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）07-0180-04

0 ?引言

制造企業(yè)生產(chǎn)線是為企業(yè)創(chuàng)造效益的直接場(chǎng)所，也是各種問題萌芽產(chǎn)生的場(chǎng)所。因此，想要解決生產(chǎn)過程中的瓶頸問題，提高生產(chǎn)效率就必須對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行改善研究，通過對(duì)各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行合理的組合優(yōu)化，使產(chǎn)線各工位工作負(fù)荷均衡，以減少人力及時(shí)間浪費(fèi)，最大限度的降低成本，這對(duì)提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力有著十分重要的意義。在對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化研究時(shí)，可以綜合運(yùn)用產(chǎn)線平衡率分析、價(jià)值流圖、學(xué)習(xí)曲線等理論及方法，消除生產(chǎn)過程中的不增值作業(yè)，從根本上降低產(chǎn)品成本，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

為在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，H公司零部件車間針對(duì)TYZ002型壓縮機(jī)支架生產(chǎn)線進(jìn)行產(chǎn)線平衡研究，應(yīng)用學(xué)習(xí)曲線及l(fā)ingo軟件對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行改善分析，最后使用FlexSim軟件對(duì)改善前后進(jìn)行仿真模擬，總結(jié)對(duì)比改善效果，從而降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)能，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1 ?產(chǎn)線現(xiàn)狀分析

1.1 工藝程序圖

壓縮機(jī)支架類產(chǎn)品主要有下料、去毛刺、檢驗(yàn)三個(gè)工序，其工藝程序圖如圖1所示。

1.2 各工序標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)統(tǒng)計(jì)

通過對(duì)TYZ002型壓縮機(jī)支架各工序進(jìn)行秒表測(cè)時(shí)，每道工序測(cè)定15組數(shù)據(jù)，剔除異常值后計(jì)算匯總得各工序標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間表如表1所示，各工序時(shí)間比較柱形圖如圖2所示。

1.3 產(chǎn)線平衡率計(jì)算

設(shè)ST總為該產(chǎn)線所有工序時(shí)間總和，K為現(xiàn)有工位數(shù)，CT為瓶頸工序時(shí)間，則產(chǎn)線平衡率為：

（1）

其中該產(chǎn)線ST總=290.16，工位數(shù)K=6，瓶頸工序?yàn)槿ッ蹋珻T=88.09，因此計(jì)算得該產(chǎn)線平衡率為：

設(shè)K為工位數(shù)，用i=1，2，…，K對(duì)各工位依次編號(hào)，Ti表示第i工位工時(shí)，SI為產(chǎn)線平滑指數(shù)，則：

（2）

其中K=6，CT=88.09，計(jì)算得SI=45.47s。

車間每天運(yùn)作時(shí)間為11h，因此產(chǎn)線日產(chǎn)能為：日產(chǎn)能=（11*3600）/88.09=450（件），而壓鑄機(jī)滿負(fù)荷工作所得產(chǎn)能為618件，因此產(chǎn)線現(xiàn)有平衡率有很大改進(jìn)空間。

2 ?改善方案

2.1 更換熟練工人

TYZ002型壓縮機(jī)支架生產(chǎn)線上的去毛刺工序?yàn)槿斯げ僮鳎と耸炀毘潭葧?huì)對(duì)工作效率產(chǎn)生很大影響，而由于產(chǎn)線位置變動(dòng)，目前該產(chǎn)線去毛刺工序操作人員為原下料工序員工，從而導(dǎo)致員工操作不熟練，效率低下造成瓶頸工序。

學(xué)習(xí)曲線也叫熟練曲線，是在大批量生產(chǎn)過程中，表示單位產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間與連續(xù)累計(jì)產(chǎn)量之間關(guān)系。由于去毛刺階段的加工過程以人的操作為基礎(chǔ)，隨著操作次數(shù)的增加，工人操作熟練度會(huì)越來越高，加工時(shí)間就會(huì)不斷減少，達(dá)到一定程度后基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，因此符合學(xué)習(xí)曲線規(guī)律。

假設(shè)單位產(chǎn)品完成時(shí)間以某種速度遞減，令C為公式遞減率或?qū)W習(xí)率，K為生產(chǎn)第一件產(chǎn)品時(shí)的工時(shí)，X為累計(jì)生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量，Y為生產(chǎn)第X件產(chǎn)品時(shí)的工時(shí)，則：

（3）

其中a為學(xué)習(xí)系數(shù)。

（4）

在對(duì)TYZ002型壓縮機(jī)支架去毛刺進(jìn)行時(shí)間測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)，工人生產(chǎn)第225件產(chǎn)品時(shí)耗時(shí)46s，生產(chǎn)第790件產(chǎn)品時(shí)耗時(shí)約39s，求得該產(chǎn)品學(xué)習(xí)系數(shù)：a=0.131，則學(xué)習(xí)率C=91%?？梢哉J(rèn)為去毛刺工序?qū)W習(xí)率約為91%。

目前TYZ002型壓縮機(jī)支架去毛刺工序平均工時(shí)為88.09s，假設(shè)生產(chǎn)第一件的時(shí)間為88.09s，學(xué)習(xí)率為91%，則生產(chǎn)第400件時(shí)單件工時(shí)為：

由以上數(shù)據(jù)可以看出，隨著產(chǎn)量累計(jì)工人效率明顯提高，因此有必要更換熟練工人完成該工序。同時(shí)通過與公司工藝部門確定，TYZ002型壓縮機(jī)支架去毛刺與TYZ001型壓縮機(jī)支架去毛刺工序大體相似，可以使用TYZ001型壓縮機(jī)支架去毛刺工序的時(shí)間數(shù)據(jù)（TYZ001型壓縮機(jī)支架去毛刺是由長(zhǎng)期完成去毛刺工作的熟練工人操作）。因此根據(jù)測(cè)量所得數(shù)據(jù)，TYZ001型壓縮機(jī)支架去毛刺需53.58s，且只需一名工人。假設(shè)TYZ002型壓縮機(jī)支架毛刺可達(dá)到53.58s每人，則各工序時(shí)間如圖3所示。

此時(shí)產(chǎn)線人數(shù)可減少一人，產(chǎn)線平衡率LB=68.16%，提高13.26%。綜上所述，通過學(xué)習(xí)曲線的應(yīng)用分析及與工藝相似產(chǎn)品TYZ001型壓縮機(jī)支架類比，該產(chǎn)線可通過更換熟練工人消除瓶頸工序。

2.2 合并工序

對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行假設(shè)：

①在生產(chǎn)線上生產(chǎn)的是同一產(chǎn)品且生產(chǎn)工藝確定。

②生產(chǎn)線上不存在多個(gè)工位同時(shí)工作的情況。

③各工序間除了前后順序約束，沒有其他約束條件。

④第一道工序不存在等待現(xiàn)象。

經(jīng)過更換熟練工人，瓶頸工序時(shí)間變?yōu)?2s，加工總時(shí)間為255.65s，則理論工位數(shù)=255.65/62=4.12，取整得該產(chǎn)線最小工位數(shù)為5個(gè)，而原工位數(shù)6個(gè)，因此改進(jìn)后的工位數(shù)S應(yīng)滿足5<

①生產(chǎn)線上的每個(gè)作業(yè)元素必須分配到對(duì)應(yīng)工位上，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

（5）

②生產(chǎn)線中i為k的緊前作業(yè)，要使各項(xiàng)作業(yè)必須按照任務(wù)1到17的順序依次安排，則當(dāng)任務(wù)k被安排在第S工位，那么任務(wù)i一定是在任務(wù)k之前進(jìn)行作業(yè)，那么任務(wù)i只能分配到第1到K之間工位上工作，而不能被分配到其他工位上，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

（6）

③重排后的工位總時(shí)間不能超過原瓶頸工序時(shí)間。

（7）

④產(chǎn)線平滑指數(shù)的大小可以反映產(chǎn)線平衡程度，平滑指數(shù)SI越小，表示產(chǎn)線平衡率越高，因此產(chǎn)線平滑指數(shù)（SI）的最小化是解決產(chǎn)線平衡問題的有效突破口。綜上所述，針對(duì)該問題建立的產(chǎn)線平衡整數(shù)規(guī)劃模型如下：

（8）

（9）

模型中出現(xiàn)的符號(hào)：

CT：瓶頸工序時(shí)間，由于該產(chǎn)線瓶頸工序?yàn)閴鸿T機(jī)壓鑄時(shí)間，已不能繼續(xù)分解，因此該產(chǎn)線瓶頸工序時(shí)間是確定的及CT=62;

Mj：第j工位的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，j=1，2，3…S;

TASK={1，2，3…17}表示作業(yè)元素集合;

PRED{（i，j）|作業(yè)元素 i是作業(yè)元素j的緊前工序};

STATION={1，2，3…S}表示工位集合。

使用Lingo軟件編寫程序進(jìn)行求解，定義各作業(yè)元素之間的有限關(guān)系以集合PRED={（1，2）（2，3）（3，4）…（16，17）}表示，程序如圖4所示。

經(jīng)過計(jì)算，當(dāng)S=6時(shí)，平滑指數(shù)SI=23.321，當(dāng)S=5時(shí)，SI=12.7247。因?yàn)槠交笖?shù)越小表示產(chǎn)線越平衡，因此當(dāng)S=5時(shí)為最優(yōu)方案，根據(jù)lingo求解結(jié)果，非零變量值及各工位時(shí)間如圖5所示，重組后各工位布置及標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)如表2所示，各工位時(shí)間比較柱形圖如圖6所示。

此時(shí)產(chǎn)線平衡率LB=（M（1）+ M（2） + M（3） + M（4） + M（5））/（5*62）=82.47%，與工序合并之前相比平衡率提高了14.31%，減少一個(gè)工位，減少一名工人。

3 ?改善效果分析

針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用FlexSim軟件對(duì)改善前后產(chǎn)線情況進(jìn)行模擬，所要建立的產(chǎn)線仿真模型實(shí)體主要包括一個(gè)發(fā)生器、若干處理器、兩個(gè)暫存區(qū)和一個(gè)吸收器。合TYZ002型壓縮機(jī)支架生產(chǎn)工藝過程，使用FlexSim軟件建立改善前的仿真模型如圖7所示，改善后的仿真模型如圖8所示。

仿真模型參數(shù)設(shè)置如下：

發(fā)生器：下料節(jié)拍為62s，因此將其到達(dá)方式設(shè)置為到達(dá)時(shí)間間隔，間隔時(shí)間設(shè)置為62s;

處理器：按照各處理器所對(duì)應(yīng)的工位，將改善前后各工位的時(shí)間數(shù)據(jù)設(shè)置為處理器的加工時(shí)間，不設(shè)置操作員;

暫存區(qū)：TYZ002型壓縮機(jī)每箱共有90個(gè)產(chǎn)品，因此將暫存區(qū)最大容量設(shè)置為90，并勾選成批操作復(fù)選框，目標(biāo)批量設(shè)置為90。

為保證產(chǎn)能，壓鑄機(jī)每天開機(jī)時(shí)間為639min，因此將仿真模型運(yùn)行時(shí)間設(shè)置為639min，即38340s，運(yùn)行仿真模型結(jié)束后，根據(jù)輸出的改善前后狀態(tài)報(bào)告生成改善前后各工位空閑率、加工率和阻塞率的對(duì)比柱形圖如圖9、圖10所示。

由圖9、圖10可以明顯看出，通過兩次改善后，產(chǎn)線阻塞率變?yōu)?，較改善前產(chǎn)線流通更加順暢，各工位加工率均有所提升，各工位空閑率更加平衡，有利于平衡各工位工人的工作負(fù)荷。經(jīng)過匯總比較可以看出，通過兩次改善，共可減少一個(gè)工位，兩名工人，使產(chǎn)線平衡率提高22.5%，平滑指數(shù)下降27.69，每班產(chǎn)能提升181件，如表3所示。

4 ?總結(jié)

本文以H公司零部件生產(chǎn)車間為研究對(duì)象，應(yīng)用工業(yè)工程方法，針對(duì)典型產(chǎn)品TYZ002型壓縮機(jī)支架進(jìn)行改善研究。通過研究分析，主要結(jié)論如下：

①針對(duì)TYZ002型壓縮機(jī)支架進(jìn)行了產(chǎn)線平衡研究，發(fā)現(xiàn)其中的瓶頸工序位于去毛刺階段，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，應(yīng)用學(xué)習(xí)曲線研究發(fā)現(xiàn)可通過更換熟練工人消除該瓶頸工序，使產(chǎn)線平衡提高了13.26%，并減少一位操作工人;通過對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，利用lingo軟件規(guī)劃求解，對(duì)各工位作業(yè)要素進(jìn)行組合優(yōu)化，使產(chǎn)線平衡再次提高14.31%，并減少一個(gè)工位，減少一名工人。最終達(dá)到使產(chǎn)線平衡提高27.57%，減少一個(gè)工位，減少兩名工人的效果，提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

②使用FlexSim仿真軟件對(duì)改善前后的生產(chǎn)情況進(jìn)行仿真模擬，發(fā)現(xiàn)改善前每班產(chǎn)能只能達(dá)到437件，改善后產(chǎn)能可達(dá)到618件，確保了改善方案的可實(shí)施性及改善效果的可靠性。

③對(duì)TYZ002型壓縮機(jī)支架產(chǎn)線平衡的改善研究，具體研究方案的設(shè)計(jì)是針對(duì)公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，但研究方法可為其他制造公司生產(chǎn)線平衡優(yōu)化研究提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]易樹平，郭伏.基礎(chǔ)工業(yè)工程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]張瀟予，馬彤兵，高健，李宏赫，楊健.基于IE的汽車混流生產(chǎn)線平衡與精益管理改善研究[J].經(jīng)濟(jì)師，2020（08）：229-230.

[3]王江波，楊昆，任明杰.基于IE和FlexSim的轉(zhuǎn)杯軸承生產(chǎn)線平衡改善研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2020（03）：33-35.

[4]李朝壘.H公司J產(chǎn)品插件生產(chǎn)線平衡改善研究[D].中北大學(xué)，2020.

[5]朱錢鋒，徐超毅.D企業(yè)生產(chǎn)線的平衡分析與改善[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2020，22（01）：43-45.

[6]石曉萍.基于精益生產(chǎn)的生產(chǎn)線改善研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2015.