基于IE的汽車混流生產線平衡與精益管理改善研究

●張瀟予 馬彤兵 高 健 李宏赫 楊 健

引言

隨著全球經濟的迅猛發展，市場競爭越來越激烈。近十余年來，汽車行業在技術和市場方面取得了重大突破和發展，已經成為國家經濟發展的支柱產業，而高速發展的中國正逐漸成為世界汽車制造業重要地區。特別是近年來，汽車市場需求呈現出快速穩定的增長態勢。2018年，中國汽車總產量為2780萬輛。

目前，在國內發展實體經濟的背景下，制造行業中汽車市場競爭尤為激烈。隨著消費水平的提高，個性化需求增加，面對越來越短的產品生產周期和繁多的產品型號，消費者對產品交付周期和交付質量的要求越來越嚴格。市場競爭使企業能夠通過降低價格和運營成本并提高服務質量，以確保在市場環境中生存，不斷提高核心競爭力。因此，在整個行業市場上，企業想要擁有更強的競爭力和綜合實力，必須要解決混流生產線平衡問題，尋求高效的生產效率。

混流生產線是指能夠在同一條生產線上，在一定的時間內生產出不同型號和不同規格的產品的裝配線。和傳統生產線相比，最大的特點就是，能交替的生產不同型號產品，而不是始終生產相同型號產品?？梢愿鶕蛻粜枰M行更改，可以避免生產過剩并提高資源的有效利用。本文運用Flexsim軟件對某汽車生產企業中混流生產線的生產運作方式及生產特點進行建模與仿真，在企業核心信息系統的支持下，輸出仿真數據，對混流生產線平衡問題進行精益管理分析與改善，運用IE的相關理論及方法，尋找瓶頸工作站并提出解決方案，以提高混流生產線的平衡率，消除生產過程中的瓶頸與浪費，實現平準化柔性生產，從而提高企業工作效率。

一、汽車制造企業混流生產線現狀

在如今的市場經濟導向下，汽車制造企業必須要不斷地創新發展，開拓新的方向，才能滿足如今的汽車市場需求，在現階段，中國汽車制造業具有自己獨特的形式。

1.滿足多產業鏈的快速協調生產。因為精益思想和理念在如今的企業中越來越得到重視，在工作中得到充分的體現，使得生產管理向精細化和系統化趨勢發展，企業之間在競爭中也是更加地注重合作共贏。因此，整個供需鏈中任何部分的任何問題都將導致整個產業鏈停滯并影響整個供應鏈系統。

2.逐漸出現個性化定制趨勢。汽車產品設計向定制化、個性化發展，消費者也存在不同的需求。它迫使汽車制造商創造更多的智能和特殊的生產方法來滿足不同人群的需求，并期望快速的產品交付和快速的高質量汽車生產。

3.智能化全面提升，促進信息與制造廣泛融合。人們對汽車要求更加多樣化，傳統制造業不斷融合自動化技術、信息技術、網絡技術等，現在工業物聯網、高速移動連接、云計算、大數據分析等高新技術，在制造業中也逐步地投入使用，并且深入研究，使得現如今的制造業在生產模式上不斷地開拓創新。

4.節能汽車已經開始嶄露頭角。多種綠色環保技術應用更加廣泛。如何生產出節能用電綠色汽車也是當今一大主題。精益管理也應用在新能源汽車的生產環節中。

二、混合生產線平衡

混合生產線平衡計算的主要參數如下：

節拍時間：一般情況下是指規定一個流程中某一具體工序、步驟、環節所需要的單位時間。在這里，我們用每日的計劃班產量與實際生產時間表示，見（1）式。

其中，C表示為生產節拍；Fe表示每天實際生產時間；Ni表示i類產品的目標產量；為目標班產量。

工位：是一種依據生產工序和制造工藝的基本要求而劃分出來的作業區域。在生產管理中，一工序對多工作站，或者一工作站對應多工序都是可以的，它們之間的關系不用非得是一對一。

瓶頸：一般情況下，我們對整體起到關鍵限制影響的因素稱為“瓶頸”，即在一整個生產流程過程中成本高或生產節拍最慢的一階段或步驟。在生產中，瓶頸限制了產品的出產速度及效率，并且干擾了其余環節的生產能力及生產效率。在生產線效率提升的研究中，瓶頸可謂是重中之重的關鍵關節。

平衡率：生產線平衡率表示生產線的平衡及連續狀況，見（2）式

其中，P表示平衡效率，∑TT為生產線上所有工位的節拍的總時間；N為一條生產線的工位總數；Max(C)表示該生產線的瓶頸時間，也是節拍。

三、仿真模型運行與結果輸出

通過前面說到的數據模型，我們嘗試進行對應仿真運行實踐。尋找系統數據進而繪制各實體仿真運行數據，再依據運行后數據設計統計圖，進行直觀觀察。

這里改善前需要進行檢測暫存區統計狀況見圖1(a)，改善前實驗人員對檢測器進行相關數據統計部分統計結果見圖1(b)。通過對比觀察，可以從圖1(b)的餅形圖中清晰觀察到，未做改善時檢測器的設備處理（processing）時間為45414s，處理時間占系統總體運行時間的78.8%，空閑（idle）時間為8909s，占系統總體運行時間的15.5%，其產生該現象的主要因素是，等待自動叉車2運行時空載行走及空載偏移、滿載行走及滿載偏移。與檢測儀的忙閑率進行對比分析，可以得出相應的結論，本次釋放時間內待檢測臨時存儲區的釋放量相對較低，流水線上的產品滯留是造成釋放時間久長的主要原因，由此產生的等待浪費非常嚴重。生產線平衡率低，檢測區域就是瓶頸工序。

圖1改善前統計圖

綜合匯總相關仿真數據后，計算得出平衡率為38.14%，單位小時產能為59.22，單位小時產能遠小于設定的指標100。

表1改善前生產線平衡率及相關數總表

四、生產線數據分析與改善優化

該汽車生產線瓶頸工位為檢測器，因此想要提升該生產線的生產線平衡率就應該以降低該生產線的生產節拍為改善方向，結合企業的生產現狀和生產現場的布局，在必要的時候，可以通過增加檢測器的數量來分擔檢測工站的壓力，從而降低該工站節拍以達到提升整條生產線的平衡率的目的。通過研究改善后生產線仿真狀況如圖2所示。

圖2改善后生產線建模仿真狀況圖

1.改善后的生產線平衡率由38.14%提升到59.22%，提高了12.88%；單位小時產能由沒做改善前的59.22提升到102.14，提高了42.92，滿足生產計劃要求。

2.調查分析汽車混流裝配線的生產模式特點和運行方式，總結汽車生產運營計劃和物流分配的規則，建立汽車混流裝配線同步生產和物流的系統框架。為下一步研究打下堅實的基礎。

3.針對配料零件不能實現內部零件和組件的主動分配的問題，基于RFID的信息技術和網絡技術已經被用于建立配料零件的同步配料分配系統。結合流水線車體排序與物料配送，使配送有序穩定，實現生產物流配送的精細化，同步化管理。

五、結論

在本文研究中，Flexsim模擬軟件被用于模擬汽車混流生產線。通過對建立的仿真模型實際結果進行分析，可以直觀地找到生產線系統中的瓶頸工位，根據發現的問題進行綜合分析，并提出針對性的改善解決方案。通過對解決方案的實際驗證，獲得更加優化的生產布置系統。另外，針對汽車生產線中混流生產線平衡的問題，運用精益思想和理論，考慮諸如作業時間、產品生產技術等不同的指標因素，建立了研究模型。建立并分析解決了混合生產線的平衡問題。因此，本文所得到的改善方案是符合實際并且客觀有效的，降低了企業的運營成本，提高了企業生產線的生產效率，為制造企業提升產品質量提供了借鑒，對實際生產具有指導意義。