基于整流化的生產線精益改善方法研究*＊

徐文杰 綦法群 馮德貴

(①華東電子工程研究所，安徽 合肥230088;②同濟大學工業工程研究所，上海200092)

目前，我國制造企業面臨著嚴峻的形勢。以客戶需求為導向的生產模式正取代以產品為中心的生產模式［1］。制造企業的競爭策略也從成本領先，發展為交貨時間、質量、成本、服務等綜合因素的競爭［2］。制造企業要想在這種復雜的環境中生存且立于不敗之地，不得不去思考如何提高車間生產系統的性能。整流化是以生產過程物流路徑改善為出發點［3］，提高生產效率和產品質量，合理利用人力、設備、作業方法、物料和場地等資源降低生產成本、在制品庫存的集成生產線改善技術［4］。整流化過程綜合運用運籌學、工作研究、時間研究、工裝設計與改進、質量改善、庫存管理與物料供應等方法實現生產線的制造水平提高。本文以一家實際運行的企業為例，將其某一關鍵零部件生產線為研究對象，運用基于整流化的精益生產改善方法進行改進，達到提高生產率、縮短周期時間、降低操作人員疲勞性和技能需求的目的。并引入一種帶有生產看板［5］的物料配送方式來指導線下準備作業按照生產節拍進行，以保證生產過程不缺料。本文的目的是通過整流化精益改善的實例研究為相似類型的生產現場進行精益改善提供思路和方法。

1 生產線現狀與問題分析

1.1 現狀分析

某數字陣列模塊(digital array module，DAM)生產線，其生產的DAM 組件是新體制雷達的核心部件，目前已廣泛應用于多型裝備中。在相控陣雷達特別是多功能相控陣雷達中，一般一部裝備就包含有幾百至幾千個DAM 組件。而目前市場對DAM 的需求量不斷增加，該組件的需求數量已經由2012 年的500 件增至2013 年的3 000 件。根據訂單需求預測，到2015 年會增加到5 000 件。面對巨大的產能與需求差距，企業迫切需要提升生產線效率。

DAM 組件的生產過程是在一個鋁合金殼體上進行多層元器件裝配。由于存在大量狹小空間的焊接工作，目前主要依靠手工作業，而且前后工序的裝配干涉嚴重，不能進行并行裝配，生產效率低。此外，單道工序的作業內容多，涉及成形、安裝、焊接、布線、緊固、測試等等環節，對裝配者技能要求高。

DAM 生產線目前共有操作人員17 人，物料準備人員4 人，日平均生產量為10 件(每天加班時間平均為2 h 左右)。生產過程分為線上作業和線下作業兩部分。線上作業共有6 道工序，分別是:裝焊功分器(工序1)、裝焊分布式電源(工序2)、裝焊左右轉接板(工序3)、裝變頻(工序4)、焊變頻(工序5)和裝焊十六通道(工序6)，各工序在生產線的分布位置如圖1 所示。線下作業在物料準備區，共有4 名員工負責生產物料的準備，包括拆解包裝、容器轉換、數量規格確定、線下加工等，隨時響應生產線的各種需求，及時補料。

作業方式是單道工序的多人獨立作業，如工序1裝焊功分器，有3 個操作人員同時獨立裝焊功分器。由于員工技能熟練程度的差異，同一工序的不同操作人員完成作業時間存在較大差異，通常會相差幾分鐘到十幾分鐘。由于工序之間作業能力不同，需要使用緩沖庫來做生產調節，將上一工序完成的多余工件暫時存儲，下一工序需要時進行請求，由緩沖區機器人根據緩沖庫的存儲信息取出該工序所需的工件，通過自動化物流運行通道送至請求工位。工作臺1、2、3、5、21、23 和24 為輔助的線下自動化設備。DAM 生產線每周工作6 天，每天上午8:30-12:00，下午13:30-17:30，上下午分別休息15 min，加班時間為18:00-20:00。

根據DAM 生產線現狀，進行秒表測時，記錄目前生產過程中6 道工序，17 個工位的作業時間，并分別計算各工序的平均作業時間和總時間如表1 所示。

表1 工位測時表(改善前)

1.2 問題分析

根據整流化思想，首先繪制當前的生產過程物流路徑，如圖2 所示。結合對DAM 生產線現場及工藝流程進行了詳細的調查研究，歸納出以下幾種主要問題:

(1)物流路徑混亂無序，存在回流。物流路徑中分歧點、合流點多，產品到處滯留，投入的產品不知道什么時候生產出來。當下道工序不能及時加工上道工序完成的工件時，還需要將冗余工件暫時放入緩沖庫。當需求時再請求出庫，由自動化小車送到需求工位，如圖2 所示，其中m.n表示第m工序的第n個操作人員。不合理的工位設計導致生產線布局缺乏整體性，車間物流路線不順暢［6］。

(2)上下工序能力不匹配，生產線不均衡。上工序與下工序作業時間不一致，同工序不同人員之間的作業時間也存在差異，導致在制品庫存的增加，生產線均衡率=各工序完工時間總和/(最大完工時間×工序數)×100%=55.8%。

(3)產能不足。目前每天加班2 h 的平均產能為10 件，根據此次訂單的計劃加工時間(27 天)和訂單量(412 件)計算得到的每件理論節拍時間TT= 計劃加工時間/訂單量= 加工天數×正常情況每日工作時間(min)/訂單量=27×(450-30)/412=27.52min，目前的每件平均生產周期CT=實際工作時間/日產量=(420+120)/10=54min。生產周期遠大于節拍時間，說明DAM 生產線能力不能滿足目前訂單需求［7］。

(4)操作人員疲勞強度高。單人獨立完成一道工序的作業內容時間分布在40～112 min，持續性作業時間長易產生疲勞，此外疲勞也會導致質量和效率問題。

(5)目前自動化物流小車只能同時響應單個工位的調度，當多工位同時調度時，其他工位人員需要等待。

(6)物料準備區的需求不確定、不及時。由于各工序產能不同，每日消耗物料不確定，導致物料準備環節難以準確、按時供料。

2 生產線改善步驟

根據DAM 生產線存在的問題，從生產線平衡的角度進行整流化改善，達到物流順暢、產能平衡、最終提高產量的目的。具體改善方案如下:

毛澤東的論述充滿智慧的光輝和精神的力量，是馬克思主義中國化的典范，也是中國共產黨思想文化建設史上的一座里程碑。此后，經歷新中國建立、社會主義改造、“反右”等政治運動，中國共產黨基本上執行著毛澤東的這一文化思想。1978年底，中國共產黨召開了十一屆三中全會，確立了“一個中心（以經濟建設為中心）、兩個基本點（堅持四項基本原則，堅持改革開放）”的新時期治國方略。隨著中國社會的逐步轉型和國民思想逐步解放，一些在新中國成立后已經消失了的東西如反動會道門等又沉渣泛起。這種多元文化思想的碰撞、交叉，使得中國人民甚至某些共產黨員在思想上產生了迷惘、彷徨。

表2 工序內作業拆表

(1)工序內作業拆分。由于軍品的質量要求，每道工序做完需要在質量信息卡記錄，簽字，因此跨工序作業拆分不可行。以理論節拍時間TT=27.52 min 為參考進行工序內作業拆分，保證周期時間小于節拍時間，并盡可能保證拆分后1 ～6 工序各工位的平衡率，將單工序持續性的獨立作業內容拆分成相應的幾個部分，拆分后的情況見表2 所示。通過作業人數的調整，減小了各工序的完工時間差異。除工序5 的CT=28 min＞TT=27.52 min 外，其余工序均可保證在節拍時間內完工，工序5 作為瓶頸工序便成為下一步改善的關鍵。

(2)布局調整。根據調整后的人數，按照工藝流程順序重新布置生產線，并對工作臺重新標號，將緩沖庫改為成品庫，如圖3 所示。布局調整后，生產過程實現“一個流”［9］，在制品數量控制在16 件。第16 工位完成后，放入自動化物流通道，進入成品庫。

(3)瓶頸工序改善。瓶頸工序5 的作業內容如表3 所示，通過測時和現場分析，確定光銅線修剪和藍線成形兩部分作業為改善點。

表3 工序5 作業內容及其耗時表

光銅線修剪是將成卷的光銅線修剪為6 mm 的短線，目前員工根據工作臺6 mm 量塊長度，用斜口鉗修剪。但是由于視角差異，修剪后的光銅線尺寸不一致，如圖4a 所示，第一次修剪完后需要碼齊再修剪，導致作業時間耗時增加。改善后采用帶有固定擋塊的剝線鉗修剪，只需要將光銅線穿過剝線鉗頂到擋塊就可直接剪線，修剪后長度均運行較好，提高加工速度的同時省去了后續的額外修剪，如圖4b 所示。

藍線成形需要在線的一端繞一個圈，改善前使用鑷子繞圈，成形的圈尺寸不統一，如圖5a 所示，且速度慢。改善后采用特殊加工的尖嘴鉗，其一側鉗嘴加工成圓柱形，尺寸與繞圈的直徑一致。使用尖嘴鉗可一次性保證繞圈達到使用要求，如圖5b 所示。通過以上兩個改善點的優化，經后續測時，工序5 的作業時間平均為23.6 min。

(4)節拍設定與全工序流動。工序拆分和瓶頸工序改善后，最長的完工時間為工序3 的CTmax=24.5 min。寬放系數取w=10%時，實際的節拍時間TTp=Tmax×(1+10%)=27 min＜TT=27.52 min。設定實際生產節拍為27 min，則理論日產量TH=(450-30)/27=15.6 件，實際按照15 件/天生產，上午7 件，下午8 件，計劃時間27 天內可完成27×15=405 件，剩余7 件安排一個上午的加班即可完工。每天15 件需要的工作時間15×27=405 min，可休息時間增加了15 min，安排下午完成4 件后做頸肩操，緩解疲勞，保護頸椎健康。按照以上參數進行全工序的流動化。

(5)物料供應。為保證生產過程不缺料，對拆分后的1 ～16 個工位所需的物料按照元單位量份配送(cell parts supply，CPS)。CPS 是將一個工位一天所需物料作為一個cell，每天進行一次補料，與豐田模式的單量份配送SPS(set parts supply)關注的是混流生產中某產品的物料需求相比，CPS 關注的是產品在不同工位的物料需求［9］，DAM 生產線共有58 種生產物料。工作臺放置兩天的物料，當天用完第1 天的量會產生對應的空盒，第2 天送料員補貨的同時回收空盒。物料盒上面標簽印有物料的工位、規格、數量和盒數編號，如圖3 所示。送料員將空盒收集后送到準備區，空盒起到生產看板作用，提示準備區人員進行線下物料準備。由于各工位每日線上物料需求一定，準備員工不需隨時響應動態需求，只要在當天工作時間內準備好一天的消耗量即可。經過測定，16 個工位的物料準備只需要2 名物料準備人員。兩名物料準備人員中一人兼任物料配送員。

3 改善效果評價

(1)通過以上改善方法的實施，在減少操作人數、縮短工作時間的情況下實現了產能的提升，改善后參數如表4 所示。

表4 改善前后參數對比

(3)物料配送準確，減少線上庫存。采用CPS 方式配送物料，便于物料管理。定期補料，減少多余物料的浪費。同時線上設置一天的緩沖量，保證不斷料，能夠確保生產線正常流轉。

(4)物料準備區作業更加明確。通過空盒回收傳遞給線下物料準備區明確的作業內容指示，使得物料準備區作業內容、作業數量和作業時間更加明確，不用進行多余物料加工的儲備。

4 結語

基于整流化思想的精益改善，通過工序內拆分、瓶頸改善、布局調整、生產節拍設定和全工序流動等方法在減人、縮時、技能要求降低的情況下實現了DAM 生產線物流路徑的優化和產能的提升。整流化的精益改善不僅僅是簡單的物流路徑整理和優化，而是一種集成的精益改善方法。整流化精益改善能夠同時優化物流路徑、節約人力資源、減少在制品總量、優化生產線平衡率、提高產能、降低操作人員疲勞性和技能要求等。為保證整流化改善后的生產線的持續流動，本文應用CPS 的生產線補料方式確保生產線流動時不缺料，各工位不存在多余物料，減少浪費的同時保證生產持續運行。同時，使用物料空盒當作線下準備區的加工看板，使得線下準備區作業更加有序。CPS 方式適合于物料品種多、周轉率高、物料大部分需要線下二次加工和準備的生產作業方式。雖然經過整流化精益改善，使得DAM 生產線取得了一些成果，但要實現更高水平的精益生產還需要進行持續改進和帶動整個制造供應鏈的改進。

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