六西格瑪管理在裝配線平衡中的運用

林珊

【摘 要】裝配流水線生產是制造業廣泛存在的一種生產制造模式，考量裝配流水線管理水平高低的一個至關重要的因素就是裝配流水線的平衡率。對于制造企業而言，他們所關心的兩個問題一是產品的質量，二是流水線的生產效率，而對這兩個問題產生直接影響的正是裝配生產線的平衡率。我國是一個制造大國，在市場需求快速變化、制造業競爭全球化的態勢下，企業的競爭優勢集中體現在質量、交期、成本及服務4個方面，提高裝配流水線的生產平衡率，將會很好地提高我國制造企業的競爭力。因此，對裝配流水生產線的平衡進行研究是非常有意義的。

【關鍵詞】六西格瑪管理；DMAIC；裝配線平衡

【中圖分類號】F406 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）03-0186-02

0 前言

現代制造業的生產主要是以流水線生產模式進行，分工作業降低了操作者的作業難度，提高了作業熟練程度，從而提高了單道工序的生產效率。但是由于產品工藝流程、流水線設計等固有條件的限制，要想使流水線上各個站位分配到的作業元素的操作時間完全相同是十分困難的，因此就會出現各站位間作業負荷不均衡的現象，從而影響了整條生產線生產效率的提高。實現生產線上各站位的負荷均衡，對于企業而言，不僅能提高機器設備和作業工時的利用率，還有利于企業降低制品庫存，節約生產、管理成本，提高流動資金的周轉速率。

六西格瑪管理是20世紀80年代由美國摩托羅拉公司創立的一種質量管理策略，通用電氣在20世紀90年代將其發展成為一種高效的企業流程設計、改造與優化的方法體系[1]。如果把六西格瑪管理的改善流程與生產線平衡方法相結合，不但可以實現更穩定的產品品質，還可以降低因生產線平衡調整所帶來的品質變異，且企業更能享有生產效率的提高所帶來豐厚的企業經濟效益。

1 國內外研究現狀

生產線平衡是要在滿足某些特定約束條件的情況下，解決兩個方面的問題：一是各站位作業時間的均衡，即各站位之間的作業時間差距盡可能的小；二是保證生產線能夠實現連續生產[2]。自從福特汽車在1913年建立了流水裝配生產線以來，生產線平衡問題就伴隨產生。生產線平衡問題的提出引起了人們在學術與企業實踐上的激烈討論，至今為止對于該問題的研究已有了將近100年的歷史。從國內外研究學者對生產線平衡問題的研究方法上，可以將其歸納總結為兩大類。

1.1 基于數學建模與啟發式算法的生產線平衡問題研究

Bryton B.（1954年）首次提出“匯聚過程法”，即通過各站位作業元素的交換，讓各個站位的工作時間收斂于同一個數值。Amiya K Chakravarty（1988年）建立了一個帶“學習效應”因子的生產線平衡模型，通過考慮生產環節中員工作業的“學習效應”，有效地避免了各工作站之間隨著時間的推移出現越來越多的等待時間。Dooyoung Shin、Hobrymin（1991）提出了采取0-1整數規劃的算法，一次解決了生產線的站位數與生產節拍兩方面的優化問題，該算法與其他只優化單方面因素的算法相比較，優化效果明顯，可以將生產流水線的勞動生產率提高50%以上。Branhim、Rekiek（2001）給出了生產線平衡問題的一種改進遺傳算法。Brain Carnahan（2001）在流水線平衡問題上第一次結合了人機工程與工效學，設計了3種啟發式方法以求解多因素的生產線平衡問題。

國內學者對于裝配線平衡問題的建模與算法研究相比國外學者晚了許多，但是近年來隨著遺傳算法、蟻群算法、免疫算法等優秀算法的快速發展，國內的許多學者也將這些優秀的算法進行相應地改進或組合應用到實際的生產線平衡的問題求解中，他們的研究也取得了非常顯著的效果。

衛東、金燁（2004）對給定序列的混合裝配生產線平衡問題建立了數學模型，為提高模型最優解的運算速度，針對模型設計開發了相應的遺傳算法，通過實例運算證明了該算法的有效性。

丁力平、譚建榮（2009）為提高產品拆卸效率，針對拆卸線平衡問題建立了以最小線體閑置率與最小拆卸成本為目標的數學模型，并提出了一種基于Pareto解集多目標的改進蟻群算法來求解該模型。該算法以良好的收斂性與全局性提供了均勻分布的Pareto最優解集，從而為改善生產線提供了更大更好的決策空間，有效避免了決策的盲目性。

查靚、徐學軍（2010）針對第一類生產線平衡問題，提出了一種改進的蟻群算法，該算法以最優成分信息素更新規則為基礎，通過在任務與站位之間釋放信息素，加入解構造的下界檢查，并利用多種優先權規則作為啟發式信息。由于兩位學者在迭代過程中僅對最優解中的最優成分進行信息素的釋放，因而使得該算法不僅能保留最優解信息，還能探索更優解。仿真對比實驗表明了該算法的有效性。

范維博、周俊（2012）建立了數學模型來優化第一類裝配線平衡，并通過設計一種基于遺傳算法的編碼模式與解碼方法對該數學模型進行了求解，并對實例進行了求解，求解結果顯示了該算法的有效性。

1.2 基于統計手段與工業工程的生產線平衡研究

20世紀初泰勒提出了工業工程改進思想，他通過數學、自然科學、系統論、工程分析與設計的理論與方法，實現了由“人、機、料、法、環”所構成的生產系統的改進和優化。企業可以在較少投資甚至不需要投資的情況下，就能大幅地提升生產線的生產效率，降低人員作業疲勞度，提高產品質量。尤其在工業工程結合了運籌學、概率論與數理統計、精益生產等學科與生產理念的發展下，對現代企業實現更有效更精準的管理具有重大意義。

吳曉艷（2007）通過統計分析中的X-σ管制方法，修正了生產線的工時，并依據調整后的生產節拍，運用ECRS、人機操作分析等工業工程的方法與手段，調整了工序作業內容，均衡了各工序的作業時間，減少了生產站位，節約了人力、設備成本，使生產能力得到了有效的提高。

高廣章（2009）通過工作研究與動作分析，分析了某公司的Polaris Housing裝配流程，測定了裝配線的生產節拍。通過對瓶頸產能釋放、人機操作優化、工序合并、重排等改善方案實施，對比了改善前后裝配線的生產效率與產能，實踐證明了工作研究與動作分析方法良好的改進效果。

黃鶇（2010）結合工業工程與精益生產的理論與工具，對某扶梯裝配車間的工序流程進行改善。通過ECRS與5W2H方法的應用，調整了扶梯裝配線的工序作業內容，重排了裝配車間的生產布局，消除了生產過程中不必要的搬運浪費。通過對裝配車間的精益改造，將裝配線在制品滯留的時間減少了50%左右，交貨周期縮短60%，裝配線效率提升了57%，實現了扶梯裝配線90%的平衡率，并以企業實際案例驗證了該優化方式的有效性。

2 國內外研究現狀評述

生產線平衡問題的國內外研究已經有了很長的研究歷史，許多研究學者通過建立數學模型并采用各種啟發式算法來尋求生產線平衡的最優解，但是企業由于生產系統的復雜性、多變性，使得學者們所建立的數學模型結構越來越復雜，約束條件越來越多，龐大而復雜的建模計算過程給實際應用帶來了很大的困難。單一的運用統計與基礎工業工程的手段與方法改善現有的復雜的生產系統，也會出現改善不全面的問題，缺乏對各種影響因素的權重判定的方法，進而使改善處于一個較為被動的情況。

在影響企業生產線平衡與生產效率因素多樣化、復雜化的情況下，如何尋求一種快速、有效、主動的改善方法，將成為企業在激烈的市場競爭中獲得優勢的一個保證。六西格瑪管理在其20多年的發展歷程中，管理理念已從原先的質量改善工具轉變成了對企業整體生產、服務流程能力的展開與應用。如果在六西格瑪管理的大流程中嵌入生產線平衡優化與效率提升的小流程，那么一方面六西格瑪管理為生產線實際運行中所遇到的問題提供有效的定義、分析與控制，另一方面生產線平衡為六西格瑪在具體的改善項目中提供有效的工具與方法。但目前將二者結合起來運用的研究相對較少，因此可以通過生產實踐，將六西格瑪DMAIC改進模式運用于線平衡改善，那么將會給企業實際運作提供有效的指導與幫助，從而降低企業生產成本，提高生產效率。

根據國內外研究成果，針對特定的裝配線可以得出以下平衡技術路線：？譹？訛分析六西格瑪管理與生產線平衡的理論與方法，得出二者所具有的共通特性，確定六西格瑪管理的改善流程與生產線平衡優化方法相結合是可行且是有效的。？譺？訛基于六西格瑪管理的改善流程——DMAIC，裝配線的改善范圍、量化改善目標，并全面分析影響裝配線平衡的各影響因子。？譻？訛針對各影響因子進行權重等級的判定，確定關鍵影響因子。？譼？訛針對關鍵影響因子制定平衡優化方案，并構建平衡優化指標評定優化方案所取得的優化效果。？譽？訛構建平衡控制流程，確保優化效果的持久性與穩定性。

參 考 文 獻

[1]何曉群.六西格瑪及其導入指南[M].北京：中國人民大學出版社，2002.

[2]張馳.六西格瑪定義測量階段[M].廣州：廣東經濟出版社，2003.

[3]衛東，金燁.給定序列的混合品種裝配生產線平衡算法[J].機械工程學報，2004（4）：135-138.

[4]丁力平，譚建榮，馮毅雄，高一聰.基于Pareto蟻群算法的拆卸線平衡多目標優化[J].計算機集成制造系統，2009，15（7）：1406-1413，1429.

[5]查靚，，徐學軍，余建軍，等.運用改進蟻群算法求解直線型和U型裝配線平衡問題[J].工業工程，2010，13（6）：76-81.

[6]余慶良，張則強，宋林.某減速器裝配線平衡的精益改造研究[J].價值工程，2010，29（16）：148-150.

[7]高廣章.工作研究在Polaris Housing裝配線平衡中的應用[J].機械設計與制造，2009（7）：102-104.

[8]黃鶇.精益生產在扶梯裝配線項目中的運用[D].上海：上海交通大學，2010.

[9]范維博，周俊，許正良.應用遺傳算法求解第一類裝配線平衡問題[J].計算機技術與發展，2010，20（2）：194-196，201.

[責任編輯：陳澤琦]