一體式墨盒裝配線平衡研究

吳振華

摘要：在現代制造業中，裝配線平衡問題直接影響整個生產系統的效率。文章以某公司一體式墨盒裝配線為研究對象，在測出裝配線各作業要素的標準作業時間的基礎上，運用工業工程方法對裝配線進行流程程序調整，并借助啟發式算法重新分配各工站的作業內容。結果表明，將工業工程方法與啟發式算法相結合是優化裝配線平衡的有效方法。

Abstract： In modern manufacturing industry， the problem of Assembly line balancing directly affect the efficiency of the whole production system. In this paper， the integrated cartridge assembly line of a company is selected as the research object to use the method of IE to adjust the process， and then to use heuristic algorithm to redistribute the work elements of all workstations. The results showed that the method of IE combined with heuristic algorithm is an effective method to optimize the assembly line balancing.

關鍵詞：裝配線平衡；工業工程方法；啟發式算法

Key words： assembly-line balancing；industrial engineering；heuristic algorithm

中圖分類號：TB497 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）28-0263-03

0 引言

隨著制造企業之間競爭的日益激烈，裝配線平衡問題已成為制造企業生產管理的重要組成部分。裝配線平衡問題是制造業非常經典的NP-hard優化問題，目前國內外學者對于該問題的解決辦法主要分為三種：數學模型法、啟發式算法與工業工程法[1]。有關研究表明，選取單一方法研究容易陷入一定的求解缺陷。文章根據該裝配線的實際工藝特點，選取工業工程方法與啟發式算法相結合的平衡策略，建立相對最優的平衡方案，以期提高裝配線平衡率。

1 一體式墨盒裝配線現狀分析

1.1 一體式墨盒裝配線基本現狀

目前，該公司的一體式墨盒裝配線基本采用手工裝配或半自動裝配方式，且一直沿用典型的工作臺與傳送帶相結合的布局。工人以工作臺為單元完成相應的裝配操作，半成品隨傳送裝置勻速流往下一個工作臺，直至最后一道工序[2]。文章以IHK-301C一體式墨盒作為課題研究樣本，提高其裝配線平衡率，進而可推廣至其他型號的墨盒產品，對企業生產具有重要研究價值。

1.2 一體式墨盒裝配線平衡分析

一體式墨盒裝配線實行每天2班，每班8小時工作制度，線體共計28個工序，分配至19個工作站，其中每個工序至少有1到2名裝配工人。改善前各工站標準作業時間見表1。

2 一體式墨盒裝配線平衡方案

2.1 基于工業工程方法的初步平衡方案

產品主要由墨盒殼體、芯片和噴頭三部分構成，采用工作臺式的流水裝配方法。現采用“5W1H”法對現行工藝程序發問，并結合“ECRS”原則來調整流程程序，作出如下改善：

①取消工序4，只對噴頭進行外觀檢查，不再進行噴頭封口。

②在工序6中設置點膠夾具，將點膠針管置于夾具中并按墨腔邊緣路線移動針管，縮短標準作業時間。

③將工序9、10合并，注墨結束后馬上對其進行導墨測試。

④工序16采用棉條滾輪來優化輔助作業，將作業員人數由2人縮減至1人。

⑤工序20為瓶頸工序，而工序19、20的工藝連貫性較強，將工序28、29合并，并采用人機配合法重新優化工序的人機配置情況，縮短工序標準作業時間。

⑥將工序23、24、25合并至同一工作站，工序26、27、28合并至同一工作站。

⑦優化搬運設備，將專用推車改進為四層式流轉箱專用推車，提升在制品的搬運效率。

2.2 基于啟發式算法的改進方案

2.2.1 計算產品需求節拍和最小工作站數

該公司IHK-301C墨盒的每月平均需求量為44500盒，按一班8小時，一日兩班的工作制度，每月26個工作日，每個工作日內工人有兩次吃飯和休息的時間，每次為60分鐘。由此，產品需求節拍=1310400/44500=29.45（秒），最小工作站數為351/29.45≈12（個）。

2.2.2 細分工作要素

合理細分工作要素是運用啟發式算法平衡裝配線前的重要準備工作。細分后的工作要素是作業中的實際最小任務，原則上是不可再細分的[3]。繪制出工作要素細分表，如表2所示。

2.2.3 重新分配工作站作業內容

在分配各工作站作業內容時，按照以下原則決定分配優先權：第一原則，優先分配作業時間最長的工作要素。第二原則，優先分配后續作業數量最多的工作要素。先按第一原則選取，若作業時間相同，則再按第二原則選取。單純采用啟發式算法調整工作站的作業內容，會出現部分工作站作業負荷過大，而另外個別工作站作業負荷非常輕松的不均衡現象[4]。此時，可根據實際工藝情況來微調工作要素的位置。將啟發式算法的運算結果匯總，可得到改善后各工作站的標準作業時間與工時利用率，如表3所示。

3 方案評價

經過平衡改善后的生產節拍由51.73秒降低至28.84秒，各工作站總作業時間由398.74秒降低至351秒，工作站總數量由19個降低至14個，裝配線平衡率由40.57%提升至86.93%，各項指標均得到大幅度提升。經平衡改善后，該裝配線運行能力良好，生產系統穩定性已達較高水平。因此，采用工業工程方法與啟發式算法相結合的平衡策略較采用單一求解方法具有更佳的平衡優化效果。

4 結束語

本文以一體式墨盒裝配線為研究對象，在調查實際生產情況的基礎上，首先，采用工業工程的方法調整裝配線流程程序，初步改善裝配線平衡狀況。其次，運用啟發式算法重新分配各工站作業內容，進一步提升裝配線平衡率，得出相對最優的裝配線平衡方案，使該裝配線各項平衡指標得到很大提升。該案例說明裝配線平衡問題不應陷入單一方法的求解陷阱，驗證了綜合運用工業工程方法與啟發式算法的平衡路徑具有較好的有效性和可行性。

參考文獻：

[1]姚懿.大陸汽車VED事業部ECU生產線平衡與優化[D].天津大學，2014.

[2]張磊，李中原.基于IE方法的組裝生產線平衡研究——以A公司為例[J].工業工程，2017，20（03）：45-52，74.

[3]郭玉春.春飛公司吸塵器裝配線平衡研究[D].南京理工大學，2004.

[4]王崇果.M公司服務器產品生產線平衡改善研究[D].華南理工大學，2012.