基于對象專業化生產組織方式的生產線設計方法

姚欽 金濤 廖旭

摘 要：文章介紹復雜電子產品企業在選擇對象專業化生產組織模式應對復雜產品成批生產時，如何基于對象專業化生產組織方式設計生產線。

關鍵詞：對象專業化；生產線；設計方法

中圖分類號：TH166 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0080-04

Abstract： This paper introduces how to design production line based on object specialized production organization mode in complex electronic product enterprises when they choose object specialized production organization mode to deal with mass production of complex products.

Keywords： object specialization； production line； design method

1 概述

生產組織形式一般有兩種專業化形式，工藝專業化和對象專業化。工藝專業化形式，是按工藝階段或工藝設備的相同性原則來建立生產組織。這種生產組織方式的優點是可以適應多種產品，工人也具備較高的技能水平。缺點是加工對象需要多個工位間反復才能實現全部生產，裝配工藝路線長，產品物流迂回反復，在制品積壓較嚴重。

隨著產品平臺化的研發模式落地，生產由小批量多品種逐漸轉變為成批生產。根據企業實踐，應用對象專業化的生產組織模式，可以顯著提高生產效率。本文針對生產線的設計方法展開探討。

2 對象專業化生產線特點

對象專業化生產組織形式是以加工對象作為劃分生產線（工段）的原則，在一個生產線上完成該對象加工的全部或大部分工藝過程。這種生產組織方式的優點是各工位高度專業化，操作簡單，運轉速度快，減少在制品的占用量；加工過程單向流動，減少物料的迂回反復。

流水生產是指勞動對象按照一定的工藝過程順利地通過各個工作地，并按照統一的生產速度連續完成工序作業的生產過程。在生產過程的空間組織上采用了對象專業化形式，時間組織上采用平行或平行順序移動方式，就形成了流水生產。流水生產組織方式具備較高的連續性、比例性、平行性、節奏性和封閉性，是一種較先進的生產組織方式。但是要充分發揮其經濟效益，需要滿足產品產量足夠大、工藝相當穩定、工序可同期化等要求。針對某類型復雜電子產品，目前還存在單種產品產量不夠大、一條生產線需要滿足多種產品生產、多種產品成組難度大等困難，因此生產線設計及運行按間斷流水線進行。

3 生產線設計方法

3.1 生產線設計流程

明確了生產線場地、生產過程的時間、空間組織方式后，根據計劃需求確定生產線設計產能，開始進行生產線設計。本文以設計產能5000件/年進行生產線設計。

對象專業化生產線設計的流程如圖1。

3.2 產品特點分析

生產線設計之初，首先應對生產對象進行分析，主要要素應包括以下：

3.2.1 產能需求

根據外部對產品的需求量，制定或預測產品產量（包括年產量及最高月產量），作為生產線設計產能。本文以設計產能5000件/年進行生產線設計。

3.2.2 產品分類、構成及特點

對產品的類型、物料清單、裝配調試特點進行分析，分門別類，為產品典型工藝流程分析做準備。

依據產品特點及制造流程，生產線典型產品主要由結構件、微波件、印制板、低頻導線、射頻電纜、連接器幾部分組成。

3.2.3 產品典型工藝流程

梳理每一種生產對象的工藝流程，梳理出產品的典型工藝流程。模塊的工藝流程如圖2所示。

3.3 生產線業務流程制定

在生產線詳細設計前，首先需要制定生產線業務流程。生產線業務流程是規定了生產過程的信息流及產品的物流流向，是生產線平穩運行的重要保障。一般具備條件，應將生產線業務流程固化在生產線管理的信息系統中。

生產線業務流程一般從產生生產訂單開始，到產品完工入庫截止，主要涉及到計劃、庫房、調度、制造團隊（裝配、測試）四類角色及其對應的業務過程，生產線角色主要業務活動見表1。

針對比較復雜的、相對獨立的，還需要制定其專項子流程，如齊套備料子流程、過程問題處理子流程等。

其中生產線的主業務流程從產生生產訂單開始，到產品完工入庫截止，主要涉及到計劃組、庫房、調度、制造團隊（裝配、測試）四個環節。主業務流程如圖3所示。

其他業務流程仍然基于角色、活動、輸入、輸出進行梳理，在此文中不再贅述。

3.4 平均節拍計算

平均節拍試制流水線上連續產出兩件制品的時間間隔，計算公式為：

r=

其中，r為流水線平均節拍；F為計劃期有效工作時間；Q為計劃期制品產量。

在計算F時，F=F制×K

其中，F制為計劃期制度工作時間；K為時間利用系數。

F制按年工作時間251天，人員效率每天按7小時計算；K值按設備檢修（6%），返修率（5%），物資齊套和計劃不均衡影響10%計算，全年的有效工作時間如下：

有效工作時間F=251×7×0.94×0.95×0.9=1412小時

r===0.28小時，約17分鐘。

3.5 工序同期化及工位數量計算

工序同期化的目的是使各工序時間與平均節拍相等或成整數倍關系，根據經驗，每道工序單件時間與節拍的差額，在正（10%～15%）到負（5%～10%）之間。工序同期化有多種措施，如改變加工方法、提高工序生產效率、減少輔助操作時間、提高工人熟練程度、進行工序合并與分解等。

針對生產線產品，在進行工序同期化時主要采用了兩項措施：一方面通過工裝、設備提高工序生產效率；另一方面通過工序重組，合并與分解工序使其接近平均節拍。針對生產線產品特點，裝配環節以手工裝配為主，可以通過培養多能工對工序工步進行拆分整合，滿足工序同期化要求。

在工裝、設備提高生產效率方面，策劃并部分完成了工位工裝的開發，并在現場使用，使得工序效率提升，達到工序同期化的要求。

對工序進行分解時要考慮分解到每個工位的工作量與生產線的平均節拍匹配，及每個工位的工作量接近r（平均節拍）或r的整數倍。

射頻類模塊和數字類模塊各工位的耗時對比見下表。

每道工序的工作地（工位）數需求量可用下式計算：

S計i=

其中S計i為流水線第i工序計算所需工位數，ti為同期化后第i工序單件工時定額。當計算出的S計i不是整數時，取大于計算數的整數值。

計算工位數量與工序同期化一般是同時進行的工作。由于產品工序前后關系、物料繼承關系，在進行工序同期化時，已經考慮了工步的拆分和合并，上表中的每一行就對應了工位（工作地）。生產線的工位總數為ΣS計i，對應的工位數為17。

3.6 工人人數計算

在以手工操作為主的流水線上，每道工序的工人人數按下式計算：

Pi=Si·Wi·g

其中Pi為第i工序工人人數，Si為第i工序的工作地數（工位數），Wi為第i工序上每一工位同時工作的人數；g為每日工作班次。

在以設備為主的流水線上，計算工人人數時，要考慮工人的設備看管定額（每個工人能同時看管的設備（工位）數）。

Pi=

其中S看為該工位的看管定額。

整條流水線的工人人數，是各工序人數之和。

針對該生產線，裝配環節工序以手工操作為主，測試環節工序以設備為主（1名測試人員可以同時看管多個測試工位）。經計算，生產線工人人數為17人。

生產線設計完成后，使用EmPLANT進行仿真，驗證工位設計是否正確。仿真結論符合設計需求，工位配置合理，瓶頸工序與預計相同。

3.7 物流及運輸裝置選擇

流水線運輸裝置有多種，如傳送帶、傳送鏈、滾道、重力滑道、運輸車輛等。選取什么類型的運輸裝置，要根據流水線的種類，同時考慮產品的形狀、尺寸、重量和精度要求等。對于自由節拍流水線，可選擇滾道、滑道、運輸車輛等運輸裝置，允許工序間儲存一定量的在制品，用以調節節拍的波動。

生產線綜合考慮產品形態、訂單數量、配送頻次及數量等條件，應選用柔性好，靈活性高的運輸裝置。通過調研，AGV是移動的輸送機，不固定占用地面空間；柔性大，改變運行路徑比較容易；具備較高的系統可靠性。AGV比較適合該生產線使用。

3.8 流水線平面布置

生產線的平面布置應保證物料的運輸路線最短，有利于工人操作方便，工位件緊密銜接及生產面積充分利用等。流水線的形狀一般有直線形、開口形、山字形、環形、蛇形等。進行流水線平面布置時應考慮三個問題：流水線的形式；流水線內工位的排列方法；流水線之間的銜接。

其中直線形多用于工序少、每道工序的工位數也較少的情況，比較適合該生產線的布局，平面布置圖如圖9。

3.9 生產線其他區域布置

生產線處完成制品產出的流水線外，還設計有庫房、返修區、試制導入區、辦公區、物流通道等其他區域。在完成流水線的主要設計后，還應根據現有條件對其他區域進行規劃和設計。

根據生產區域基建條件、生產環境要求等各要素，結合現有場地條件，最終設計生產線區域布置圖如圖10。

4 結束語

通過本文總結的生產線設計方法，可以指導對象專業化生產線設計過程及步驟，完成生產線設計。生產線完成設計后三個月完成了建設，經過試運行測試后正式投入生產運行。截至目前，生產線正式運行超過18個月，月度產出達到設計產能，年度產出及響應速度滿足計劃要求，各項指標滿足設計要求。

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