基于精益線平衡的手工組裝產線設計與應用

王卓

摘? 要：隨著我國制造業快速發展的同時也面臨著新的挑戰。人口紅利的逐漸消失，甚至“人口負債”的顯現，導致人工成本增加，降本增效、精益生產是亟待解決的問題。手工組裝類產線由于更大程度上依賴人力資源以及操作員工的熟練程度、責任心等個人綜合素質，尤其容易受到沖擊。以工業工程及精益生產綜合改善策略為基礎的線平衡給工位設計及優化提供了科學系統的方法。文章以XS公司接觸器的組裝為例，通過價值流分析、產線平衡、工位的規劃設計與實施等方法，為建立一條手工組裝精益產線提供思路，并通過最終實施驗證其有效性。

關鍵詞：價值流分析;產線平衡;制造業;工位

中圖分類號：F273? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）06-0096-05

Abstract： With the rapid development of China's manufacturing， we are also faced with new challenges. The gradual disappearance of the demographic dividend， or even "population debt"， has led to increase of labor costs. Reducing cost， increasing benefit and lean production is an urgent need to enterprise. Especially， the manual assembly line is vulnerable impacted because of its greater reliance on human resources as well as the operator's personal comprehensive quality， such as proficiency and responsibility. Line balance which based on the comprehensive improvement strategy of Industrial Engineering（IE） and Lean Production provides a scientific and systematic method for the design and optimization of work stations. Taking the assembly of XS contactor as an example， this paper provides an method for building a manual assembly lean production line by means of value flow analysis， production line balance， design and implementation of work stations， etc.，and the effectiveness was verified by the final implementation.

Keywords： value flow analysis; line balance; manufacturing; work station

目前，不少企業存在生產粗放、交貨延期、庫存資金占用量大、生產可控性差等問題，嚴重影響了企業的核心競爭力。因此，引入工業工程及精益生產模式迫在眉睫。精益生產是以通過降低成本、努力改善現狀的活動，適時適量制造、銷售顧客所需求的產品，達到提升企業競爭力的目標。[1]可以有效降低浪費，提高產線柔性，加強生產流程控制，提高企業盈利水平。線平衡是精益生產有效的改善思想與方法，良好的生產線平衡可以減少物質、能源、時間和資金的占用與浪費，加速流動資金的周轉，從而降低生產成本[2];但手工組裝產線往往由于操作人員熟練程度、物料及工具擺放等不確定性很難做到消除浪費下穩定的線平衡。這就必須對各工序流程進行梳理平衡，結合人因工程學及精益的方法，消除或降低浪費，維持高程度的生產線平衡，并盡可能的標準化。

1 價值流分析

在企業實施系統現場改善一般按照圖1流程執行[3]。在建立接觸器精益組裝線前，首先通過ABC分析法，結合銷售數量、銷售額、產品利潤對XS公司接觸器進行分析，選定“核心”產品作為改善實施的目標產品族。然后通過價值流分析發現改善點及實施目標。價值流分析是精益生產的主要工具，可以系統的梳理公司物流、工序流、信息流等，著力發掘各流程中增值及非增值因素。現狀價值流圖可以系統、快速有效的識別浪費，確定改善點及改善目標，見圖2;然后繪制未來價值流圖，為流程改善提供依據與指導，見圖3。經收集公司年度市場需求、各工序流程及加工時間、人員配置、在制品數量等信息，繪制價值流圖。

繪制價值流圖過程中的跟蹤分析、交流調研，發現主要存在的問題有：（1）由推式生產造成的零件庫存、在制品庫存過大，造成資源占用，生產秩序混亂，交期過長等;（2）5S較差引起的頻繁找工具、找物料、查找文件，走動等;（3）傳統工作臺的生產模式甚至沒有明確的工位配置，即人因工程差導致的過多的動作浪費、員工疲勞;（4）產線平衡較差，導致過長的等待;（5）大型集中式生產、測試設備，阻礙流動，造成在制品積壓及等待;（6）“多件生產”導致組裝故障難以及時發現，引起批量返工或報廢;（7）缺件導致生產中斷，造成延期交付或在制品堆積。

產品組裝工序主要有：滅弧罩組件組裝、磁路組件組裝、總組裝、功能測試、絕緣耐壓試驗、包裝，見圖4。對各工序進行影像法工時測定，并綜合運用工業工程“七大手法”、ECRS分析法（取消、合并、調整順序、簡化）、操作分析、動作分析、Layout分析等手法消除浪費，擠出生產過程中“非增值水分”，形成較為穩定的流程后再進行充分的線平衡，改善后單極產品產線平衡率根據工作站的分配類別可達97.9%，見圖5。表1主要羅列了流程改善過程中采取的方法及達到的效果。改善前原產線前單極單臺組裝工時為65min，而改善后為23.5min，組裝工時減少63.8%?？梢姡惹行枰O計并建造科學的精益組裝線以支撐未來價值流的實現。

2 產線規劃、設計

為滿足產品組裝流程要求，產線主要有以下特點：（1）存在并行工位;滅弧罩組件組裝工位與磁路組件組裝工位為并行工位，均向總裝工位傳遞;解決方案為：將滅弧罩組件組裝完成后向后半轉身放于中轉小車，總裝工位半轉身拿取，其余工位均為直線傳遞在制品，見圖6。（2）混線生產;根據滅弧罩組件的數量分為單極、雙極、三極（以單極為主），其余構造相同，故可單獨增加滅弧罩組件組裝工位以適應雙極、三極產品，提高生產線柔性。表2表示了主要幾種產品在組裝時工作站分配信息表。

3 工位設計、模擬及實施

產線平衡設計完善后，緊接著需要設計支撐其實現的工位;工位在考慮滿足線平衡的同時還應考慮作業標準化、人因工程學、5S管理及目視化管理等要求。在工位設計初步完成后，充分采用軟件、紙板模擬、沙盤模擬、搬運測試等方式，呈現最終布局，發現不合理的地方，不斷完善布局規劃設計內容，見圖7。在本例精益生產組裝線實施過程中，主要歸納并總結了以下設計策略：

（1）物料分析：根據產品PFEP分析設置合理的線邊BIN位及超市，一般采用2-BIN（雙箱系統：1位消耗完，拿走空料盒后，2位自動補充），實現“召喚”式的拉動補料;此過程應根據物料的大小選用合適的料盒，最大程度精簡工位空間，實現最小拿取空間。可最大程度減少操作人員的動作浪費。

（2）人因工程學：人因工程學主要是為減輕作業負擔而對作業方式的改善和研究開發;為防止單調勞動而對作業進行合理安排;為提高產品操作性能、舒適性及安全性對整個系統進行設計和改善[5];工位設計過程中應充分考慮作業者的生理特點和動作的經濟性原則，通常采用立姿作業，使操作者在作業中變換體位，避免由于身體長時間處于一種體位而引起肌肉疲勞;例如本例中，在各工位桌面上安裝可升降并固定的平臺機構，可有效兼容員工身高及各工位內容對工作臺高度的不同要求;電動螺絲刀采用平衡器實現自動回位。

（3）連續拉動的單件流：可以縮短交付時間、釋放資源，限制過量生產和庫存，增加現金流;在保證線平衡的前提下，提高各工位的“獨立性”是保證單價流的有效方法。例如，將需要集中作業的大型設備改為小型的設備，避免因設備而引起的集中加工;節拍工位應按照不產生相互干擾而設計，避免因工具配備不合理導致的操作人員竄位，從而導致物流浪費、等待浪費等;若因無法避免的導致的集中生產嚴重影響線平衡時，可設置“迷你超市”用作緩沖。

（4）可視化管理：各工位裝有安燈（Andon）系統，用于顯示該工位運行狀態（正常、故障、缺料等），使得生產過程中的問題得到及時處理。同時，工位均配有一體機觸摸屏，便于工藝文件、圖紙、配置管理等信息的讀寫，使作業指導書可視化，符合生產實際，切實起到指導操作，以確保作業人員的工作質量;設置線邊看板，用于展示該產線人員技能及去向信息、生產計劃完成情況、物料異常情況等基本信息。總之，應該讓管理、控制的項目眾所周知，讓人人都是監督檢查員，提高質量及效率的同時，也都知道如何做，則全員能正確執行。

（5）5S及定置管理：5S是可靠流程的基礎，設計之初就應充分考慮5S要求。例如，不要物料或工具不應為其預留工位空間;必要的工具、物料應該定置，減少尋找時間并便于拿取，可在工位上安裝工具模塊（按照工具形跡刻槽，應考慮手指抓取空間），見圖8。

（6）基于工位的物流傳遞：物料、工具布局滿足動作經濟性原則;物流路徑最短、單向，避免回流、交叉。因在部件組裝過程中零件小且輕，傳遞便捷，可采用平臺桌面;檢測及包裝工位產品尺寸及重量較大，可采用滾筒桌面，便于半成品向下道工序傳遞。

（7）組裝臺面與線邊物料架為分離式，可直接將該工位線邊物料架更換;便于后續換線生產，提高產線柔性。

（8）物料二維碼（條形碼）管理：通過掃描設備識讀以實現信息自動處理，提高物料信息讀寫效率與管理質量，為工廠信息化奠定基礎。

（9）標準化：通過制定標準作業指導書、線平衡工作規則、質量要求等固化現階段實施成果，再經過不斷完善標準而持續改進，可以說標準化是持續改進的基礎。

產線設計是一個系統的過程，影響產線效率及生產秩序的因素方方面面。除以上應考慮的設計因素外，還應根據組裝需要考慮光照、廢料盒清理便捷性、工位可移動性等細節問題，并在使用過程中根據企業及產品實際情況積累經驗，PDCA循環，不斷完善。建立精益合理化建議平臺及激勵機制，通過精益思想及方法宣傳，努力形成全員參與，全員都是改善專家的良心循環，畢竟只有操作人員自己最了解自己的工作。

4 結束語

目前，我國一方面是一般的勞動密集性的制造業生產能力過剩，另一方面又大量缺乏技術密集型的制造業產品，不得不依靠進口[6]。隨著我國人口紅利的消失以及乃至全球對更高質量產品的需求導致我國制造業迫切需要轉型。精益產線的設計及實施，不僅僅需要進行流程上的設計，支持流程的工位與單元同樣十分關鍵，只有系統把握“宏觀”與“微觀”，才能使產線系統最優。企業在生產管理過程中，應通過價值流分析、5S管理及人因工程的工位優化設計、線平衡規劃設計等，綜合運用以IE為核心的精益生產思想及方法，持續改善，提高效率及質量，向精益化、智能化邁進，為實現中國建成具有全球引領和影響力的制造強國奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]王建罡.精益生產在制造企業中的實施研究[D].武漢：華中科技大學，2008.

[2]孫建華.生產線平衡的手段與方法研究[J].成組技術與生產現代化，2004（4）：34.

[3]李華增，孫小明.生產現場系統化改善的應用性研究[J].工業工程與管理，2004（2）：82.

[4]鄧修權，齊二石.精益生產方式拉動生產系統設計程序的研究[J].工業工程與管理，2000（5）：30.

[5]鄢杰.考慮人因工程的流水線物流研究與設計[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[6]夏美霞.我國裝備制造業的現狀和發展方向[J].機械制造，2004（474）：22.