工業工程在傳送帶制造中的應用

黃大坤

摘 要：在傳送帶生產制造中，有其特有的加工工藝和模式，有別于常見的機械加工生產模式。本論文將著重介紹，應用工業工程系統性理論和方法，在這特殊生產領域的應用;解決車間倉儲面積過大、導致成本過高;車間布局不合理，倉儲設施設備效率低下;生產流水線不平衡，瓶頸工序延誤產品交貨期等問題。

關鍵詞：倉儲設施設備改進;車間布局優化;流水線平衡分析

中圖分類號：F407.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0085-04

1 研究背景

本文改善研究對象為傳送帶著名制造廠商，在前期調研中發現：生產制造有別于傳統的機械加工生產模式，其主要特點有：（1）物流配送鏈：海外原材料卷料進口——國內加工制造——客戶，且主營的TC龍帶訂單交貨期小于等于2天;（2）產品品種多，進口原材料均為產品形狀為3-4m長卷圓筒包裝;（3）生產主要工藝流程為：裁切——丈量打齒/打磨——熱壓接著——噴碼——質檢——包裝等工序，其中在裁切和丈量打齒/打磨工序有特殊的返料環接。

基于上述特點，要求在生產制造中需具備：合理的車間布局、一定量的產品庫存備貨及適應產品包裝特點的存儲設施設備，和高效均衡的生產流水線以滿足客戶交期。

通過工業工程工作研究后發現，主要的問題有三方面問題：（1）倉庫配送時效不能滿足生產計劃要求。主要表現在：現有廠區庫存容量不足，外倉與車間距離較遠，生產時需要耗費大量時間配送。（2）車間倉庫布局不合理，車間內物料流轉效率低下。主要表現在：1）生產周轉場地不足和缺少合適的物流設備，影響物料在工位間正常流轉;2）因物料供應不及時引起產線臨時性停線;3）主要產品TC系列龍帶交期為3天，滿足不了客戶2天交期需求。

2 基本構思

基于現有的生產問題，首先運用工業工程工作研究對車間倉儲設施設備、車間布局和流水線平衡等方面重新評估分析，找出瓶頸所在并制定改善方案;其次，逐步實施改善方案;最后通過實踐驗證方案的合理性。改善過程中運用庫存容量、蜂窩損失和通道損失理論對倉儲空間利用率進行分析，制定優化改善方案;同時對現有生產流水線平衡率進行分析，通過觀察記錄操作流程，運用工序——時間圖，結合流程分析，找到瓶頸工序制定改善方案，并逐步落實改善方案。

3 改善過程

3.1 倉儲設施設備和車間布局優化改進

現有車間布局參見圖1，倉庫儲存方式有兩種，一種為廠區貨架存儲方式，另一種則采用在廠區外租用場地零散存放方式。帶來的問題是：首先，物料為散放存放，物料活性系數為0，導致物料配料效率較低。其次，外倉與廠區距離較遠，導致物料配送時效較低。最后，小物料儲存區與高位貨架儲存區占地較大，導致前段裁切工位物料周轉空間不足，延誤訂單準時投產，同時給搬運操作帶來不安全隱患。

結合圖1，現有車間倉儲設施設備為高位貨架和小物料貨架，其中“小物料存儲區”共計4個貨架，用于裁切和丈量打齒/打磨工位返料存儲;高位貨架共計4排，每排高位貨架共5列×5層，共計25個存儲單元，每個儲存單據存放2卷物料。現有車間4個高位貨架庫存容量為：

S（庫存容量）=T（存儲單元數）×P（存儲數量/存儲單元）[1]

存儲單元數T=4×5列×5層=100個，P（存儲數量/存儲單元）=2個/存儲單元，庫存容量S=100×2=200卷。

依據生產計劃歷史數據得知：進口物料維持在400卷到450卷之間，顯然現有庫存容量不能滿足計劃存儲需求;運用蜂窩損失和通道損失分析，計算高位貨架空間損失。

其中E（H）為空缺系數，La為通道損失，Wa為通道寬度;d為堆貨深度。

E（H）=[2]

E（H）==×（++…++0）=0.45

La=Wa/（Wa+2d）[2]=3m/（3m+2X5m）≈0.23

蜂窩損失=E（H）X（1-La）[2]=0.45X（1-0.23）≈0.35

空間總損失=La+E（H）[2]=0.23+0.35=0.58

經過上述計算可以得出：高位貨架空間利用率不足且浪費較大;綜合庫存容量可以得出：現有高位貨架庫存滿足不了計劃存儲要求，高位貨架空間存在很大改善空間。

基于上述結論，對現有高位貨架布局和存儲方式重新設計。在優化高位貨架存儲方面：結合存儲物料為長卷圓筒的包裝特點，改善方案為：將原有橫向放置改為插入式縱向放置。將之前利用庫存橫向空間放置，改為利用庫存縱向空間放置，提升高位貨架單位庫存容量，進而擴大整體庫存容量。

改善方案實施中主要措施是：拆除現有廠區內高位貨架，選用30cm厚度的中密度板作為隔板，將層間距從第一層到第五層，依次調整為1.5m、1.4m、1.3m、1.2m、1m，滿足物料堆放原則，即越大越重的物料放置在最低層，反之則其然;通過改善后，重新計算庫存容量。

S（庫存容量）=T（存儲單元數）×P（存儲數量/存儲單元）[1];存儲單元數P=3排×5列×6層=90個，P（存儲數量/存儲單元）=5個/存儲單元（按照最大卷料尺寸計算）;庫存容量S=90×5=450卷。

綜上計算得出：改善后的庫存容量，滿足計劃庫存容量400卷到450卷之間的存儲需求。

優化高位貨架布局方面：依據改善后的庫存容量和通道損失，現有4排高位貨架通道損失較大;其改善方案和措施為：在保持單位庫存數量不變的情況下，4排高位貨架整合為3排，靠墻放置。“小物料存儲區”4排小貨架，與左右靠墻的高位貨架背對背放置（參見圖2）;改善后重新計算蜂窩損失和通道損失;其中E（H）為空缺系數，La為通道損失，Wa為通道寬度;d為堆貨深度。

E（H）=[2]

E（H）==X（++…++0）≈0.48

La=0（高位貨架均靠墻放置，無通道）<0.23（改善前）

蜂窩損失=E（H）X（1-La）[2]=0.48X（1-0）=0.48

空間總損失=La+E（H）[2]=0.48+0=0.48<0.58（改善前）

經過上述計算可以得出，重新對高位貨架優化布局后，降低了的通道損和空間總損失，提高貨架空間利用率;另外，對車間倉庫中間高位貨架的拆除，將低位貨架和高位貨架順次靠墻放置，空出中間區域（參見圖2），便于裁切工位及時投產，同時提高操作的安全性;更重要的是：通過上述對布局優化改善，將外倉物料全部搬移到廠區內，縮短物料配送距離、提高配送效率。

現有車間布局中：丈量打齒/打磨工位，由于考慮到部分帶子（寬度：長度<4.2）接著后不能翻轉，需要接著前噴碼，故將噴碼工位設置在丈量打齒/打磨工位附近，便于噴碼。另外一部分帶子，則依據工序位置，順次流轉。這樣從圖1中可以得知，丈量打齒/打磨工位、噴碼工位與接著工位之間，物流線路存在迂回和交叉。在實際生產過程中研究發現，操作人員頻繁走動于三個工位之間操作生產，時常有訂單因來不及噴碼積壓物料形成瓶頸，延誤訂單交期。

解決瓶頸其改善方案為：在丈量打齒/打磨工位，將現有座式噴碼機改用手持式噴碼機，現有座式噴碼機移到打齒工序前，接著工序后（參見圖2）。從圖2得出，改善后的物流走向滿足物流的“2個避免原則”即避免迂回和交叉[2];改善后通過對實際操作發現：本次改善滿足部分帶子在丈量打齒/打磨工位噴碼的工藝需求，也確保半成品在生產流動中不再迂回、交叉。

3.2 車間流水線平衡優化改進

通過前期背景調查得知，TC龍帶成品交期為3天，滿足不了客戶2天交期需求。圖3和表1為TC龍帶在車間各工位，工時和操作人員數據統計。

客戶要求交期為2天，合計16小時，訂單量為30條/2天，TC龍帶生產工序為7個。

單條的目標時間TT1=可用生產時間/訂單量=（8hx 2day-1h）X60/30pcs=0.5h/pcs

由于TC龍帶是5條一起做，工位目標時間TT2=5pcs/timeX0.5h/pcs=2.5h，平衡率計算：

流水線平衡P=∑單件工時T1/（瓶頸工時T2X工序數Q）[2]= 24h/（8hX7）≈42.86%

從上平衡率計算結果看出，改善前流水線效率較低，改善空間較大。結合圖4可以清楚得知，在裁切工位和丈量打齒工位，實際工時遠大于目標工時;同時在現場觀察還發現，當流水線在生產TC系列的產品時，裁切工位和丈量/打齒工序耗時最長占用的操作人員最多，需要將2個工位人員參與其操作，直接導致其他訂單暫停生產，無法正常流轉到后續工位，進而延誤當天訂單交付。綜合圖表數據分析和現場觀察，可以確定裁切工位和丈量打齒工位正是瓶頸所在。

對此，對裁切工位和丈量打齒工位操作流程和時間記錄，參見表2和表3。

從表2中看出，TC卷料在用SM600設備分條時占用大半時間。通過現場觀察，TC龍帶在裁切工位均用到SM3003和SM600裁切設備。由于TC龍帶原材料尺寸規格在：長度100m×寬度4m左右，需要將帶子分兩次裁切;第一次使用SM3003設備，將原材料帶子裁切寬度低于600mm左右;再由SM600設備按照客戶需求分切成20mm/25mm/30mm等尺寸規格;在使用SM600設備時，需要3人左右協助完成，分切好的帶子放入鐵框回收暫放;從表2中看出：分條工序占用時間過長，導致其他帶子無法使用SM600設備裁切，進而延誤當天交期;從表2結合現場觀察，此處正是裁切工序瓶頸所在。

從表3中看出，TC在訂單核對物料，丈量操作過程中占用大部分時間。結合現場觀察，由于龍帶分條后較長且散亂放置在鐵框內暫存，人員需要按照訂單尺寸規格逐一找實物進行匹配，費時費力。在丈量操作時，有2人在車間通道地面丈量共同完成，測量方式不僅費時費力，而且占用車間通道，影響其他工位周轉。從表3結合現場觀察，確定地面測量方式是工序瓶頸所在。

基于上述兩個瓶頸工作研究判斷，運用操作流程程序“四大原則——ECRS”[3]即取消、合并、重排、簡化，對瓶頸工序操作流程優化改進，方案見表4。

經過上述改善后，重新對裁切工位、丈量打齒工位進行操作流程分析和工時測量，參見表5和表6。

改善后產品交期為14.5h<16h客戶交期要求，并對重新計算流水線平衡率：

流水線平衡P=∑單件工時T1/（Max工時T2X工序數Q）[2]= 14.5h/（2.3hX7）≈90%>42.86%（改善前）。

通過對生產流水線的改善，提升產品交期滿足TC龍帶客戶需求，驗證改善設計方案可行性和合理性。

4 結語

本次優化改善是充分運用工業工程理論和方法，結合車間的實際情況進行的;首先通過工作研究找到車間瓶頸所在，在此基礎上針對性提出改善方案，并進一步落實到位;最后，通過對比改善后的結果，進一步驗證精益生產方案的合理性和可行性;在此過程中，方案與相關員工進行充分溝通和交流，并得到一些建設性的意見和建議，在此表示感謝！

參考文獻

[1] 王連新，等.倉儲物流[M].北京：中國經濟出版社，2013.

[2] 伊俊敏，等.物流工程[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3] 汪應洛，等.工業工程基礎[M].北京：中國科學技術出版社，2005.