基于Flexsim的X公司生產線平衡性優化研究

鄭璇ZHENG Xuan；吳鴻宇WU Hong-yu；趙龍基ZHAO Long-ji；劉洋LIU Yang

（中國礦業大學（北京），北京 100080）

0 引言

近年來，我國的制造業不斷迅猛發展，在瞬息萬變的行業變革中，企業能否不斷提高自身生產效率、降低生產成本，在行業競爭中至關重要。其中，家電行業也正面臨激烈的市場競爭，要想在同行業中保持生存活力乃至長遠發展，家電類產業迫切需要對自身生產管理、生產效率、創新能力、成本控制等方面進行有效把控[1]。而作為工業工程專業領域最初始也是最基本的問題，對生產線進行平衡性改善能夠對其企業內部生產進行合理調配，消除生產過剩、作業間不平衡導致的效率損失[2]。

本文以X 公司的65F6 機型生產線為研究對象，在對生產線的現狀運用工業工程相關方法進行分析的基礎上，借助生產線平衡的相關理論并運用ECRS 原則提出優化方案，同時結合FLEXSIM 仿真軟件對改進前、后的生產線進行數據仿真，以驗證方案的合理性。

1 生產線現狀

X 公司作為一家傳統的制造企業，其生產線作業方案制定主要是按照工藝方式與作業順序，工位安排與產線布局粗糙，不同工作站之間作業時間相差較大，不同作業單元的工人勞動強度懸殊，由此導致生產效率低下。基于此原因，對X 公司目前生產線進行平衡性改善研究，提高生產線平衡率、重新規劃工作站提高產量，降低成本。

1.1 生產工藝流程

X 公司的65F6 機型生產線主要分為機型模組生產線與整機生產線，機型模組共包括33 道工序，整機生產線包括29 道工序，主要簡化生產流程如圖1、圖2 所示。

圖1 模組工藝流程圖

圖2 整機工藝流程圖

1.2 生產線時間測定

工序作業時間是生產線平衡率的衡量依據，可以根據工序時間與標準時間的差異尋找出瓶頸工序[3]。現利用作業測定中的秒表測時法確定65F6 機型模組、整機各工序的作業時間。X 公司規定的統一寬放率為13.6%。（圖3、圖4）

圖3 改善前模組各工序作業時間

圖4 改善前整機各工序作業時間

1.3 計算生產線平衡率

生產節拍的計算方式如下：

其中：CT：生產線節拍；TW：總工時；Q：在制品數量[4]。

由公式（1）計算出原始狀態下的生產線平衡率，裝OC工序工位數為81：

這意味著在65F6 機型的生產過程中，有36.45%的時間由于當前生產線的布置不平衡損失掉了。

2 結合Flexsim 的生產線分析

2.1 Flexsim 仿真建模搭建與運行

最基礎生產線平衡性改進需要選定一個目標生產節拍，對生產線上的各個作業單元的作業時間進行測量，選出超出目標節拍的工序并對其進行分析改進即可。本文擬用Flexsim 仿真軟件搭建該產線的仿真模型，并根據模型運行結果選取目標工序。

根據仿真模型搭建步驟以及生產現場布置情況搭建初始生產線仿真模型，如圖5 所示。

圖5 初始生產線仿真模型

2.2 仿真模型有效性分析

仿真模型中，每月的彩電生產量為54543 臺，以平均每月工作30 天計算，日產量為1818 臺；實際生產中，平均每天的彩電生產量為1650 臺，每日誤差為9.241%，符合誤差要求。（1818-1650）/1818×100%=9.241%

2.3 瓶頸工位及過剩工位分析

仿真系統運行至設定時間后即可自動結束運行，并生成數據。傳統的瓶頸工位分析直接對作業時間進行分析，此類分析方式存在的問題是沒有考慮實際作業中不同工序之間的互相影響，由圖6 可以看出，加工率和工序時間不成嚴格正比關系。

圖6 作業時間與占有率對比

因此本文以每月30 天，將模型運行2678400 秒，選取仿真結果中加工率較高且與其他工序加工率差別較大的前八道工序以及靠后的五道工序作為改進目標，具體如表1、表2 所示。

表1 設備加工率前十的工序名稱及加工率

表2 設備加工率后五的工序名稱及加工率

2.4 瓶頸原因分析

通過各工序工時測量以及輸出線平衡圖的分析，可以知道影響線平衡的工位在于加工下面殼、固定燈支撐、裝OC、套紙箱工位。從人員、物料、機器、方法以及環境究其原因分析，但由于人員、環境與機器的改善成本較高，且主要改善方面應是人力部門與動力部門，故本次改善不考慮人員與機器的因素。

2.4.1 材料的因素

面殼作為產品的外部質量體現，要避免出現外觀不平整或者和變形的情況。T 公司產品的面殼大都由公司下注塑廠生產，質量檢驗大都為員工觀察檢驗，易出現檢驗失誤狀況。但對65F6 機型的面殼進行查驗，發現并無規格與質量的差異。故排除物料原因[5]。

2.4.2 方法的因素

生產過程中的好作業方法能夠降低員工操作難度，同時提高生產效率。但不恰當的生產方法除了拉低生產效率以外，還會對操作者的身體造成一定傷害。從人因工程的角度來說，這是不人性的[6]。

企業對產品的生產工序排位時，往往是依據以往工作經驗與人數兩個因素，有時并未完全考慮到前后工序影響以及各工序作業內容的平衡。這樣就容易出現前后工序相互干擾以及部分工位作業內容過多生產節奏較慢，而另一部分工位操作員等待時間過長。生產線的很多工序安排并不合理，例如，固定燈支撐工序作業內容是取燈支撐*16、放置燈支撐*16、放燈條*3，作業人數5 人，由于作業內容過多導致后續工位等待時間較長。

分析以上問題，導致X 公司生產線不平衡的主要因素有產線中工序安排不合理、生產線不平衡等。

3 基于傳統工業工程方法的生產線平衡改善

3.1 生產線局部改善

根據現場的觀察，工序裝擴散板，裝膜片，點燈檢查工位布置完全不符合工廠對于各工位作業空間的規定，裝膜片工位與點燈檢查工位員工作業間隔過小，作業空間嚴重不足，在作業時經常互相制約，拖緩生產線生產速率，需要進行改善。通過觀察，裝膜片與點燈檢查作業人員在同一側作業，作業空間較小而造成相互影響。而裝擴散板工位作業空間較大，考慮將點燈檢查工位移至對側裝擴散板工位旁，增加人員作業空間，減少人員作業時的相互影響，降低等待浪費。

3.2 針對瓶頸工位、過剩工位的改善

在利用時間測定對X 公司生產線目前存在的問題進行分析后，運用ECRS 四大改善原則，并結合動作經濟性原則以及其他生產線平衡理論，改善瓶頸工位、提高過剩工位飽和度，從而提高產線綜合平衡率與生產率。

根據ECRS 的改善順序，尋找可以取消的工序、簡化作業內容過多的工序、合并作業相近的工序、重排作業順序。根據工藝程序圖，運用5W1H、ECRS 四原則進行分析，對生產線進行如下改進：

3.2.1 取消工序

取消2 條側雙面膠，改由供應商投背板與海綿墊。

3.2.2 合并工序

①取消清潔擴散板工藝，將擴散板與裝膜片工位合并；

②合并插LB 線1 與插LB 線2 工位，將插LB 線2 中的防塵麥拉工藝移至反射片工位；

③將貼膠紙工位作業移至膠紙固定線工位，取消貼膠紙工位；

④由于后外觀檢查和前外觀檢查是并行關系，后外觀檢查人員作業時不影響前外觀檢查人員作業，故將后外觀、前外觀檢查工位合并，減少作業時間；

⑤取消貼條碼工位。由于將貼條碼移至放左右泡膠工位。

3.2.3 重排工序

固定燈支撐工位作業內容過多，將該工位拆分為固定燈支撐1 與固定燈支撐2，每個工位2 人，每工位固定8個燈支撐。

3.2.4 簡化工序

①降低膠框預加工中粘貼雙面膠的數量；

②由于套紙箱工位的線體寬度遠大于紙箱寬度，員工套紙箱需要調整箱位置，故在線體上增加一段導軌，起到定位的作用，消除作業人員調整紙箱的動作，消除工位瓶頸。

4 工業工程方法改善結果

4.1 作業單元平衡圖

由改善后工時測定統計表輸出改善后55F6 機型模組與整機的平衡圖分別如圖7，圖8。從平衡圖可知，模組與整機各工序作業時間最高為27.66s，過剩工位的作業情況更加趨于飽和，工序之間差異性明顯降低，作業內容更加合理、工序數量較之前有也有較大改變，從整體上看，65F6機型生產線的瓶頸工序與過剩工序都得到良好的改善，整體生產線生產狀況更加趨于平衡。

圖7 模組改善后各工序作業工時

圖8 整機改善后各工序作業工時

平衡率分析：

由公式（2）可知改善后的平衡率為：

65F6 機型的生產線平衡效果已經達到良，改善效果明顯。

4.2 仿真分析

基于改進后的生產線數據，重新搭建生產線仿真模型，對改善結果進行評價，改善后模型如圖9 所示。

圖9 改善后生產線仿真模型

運行該模型，取每月30 天，將模型運行2678400s 得改進后生產線月產量由54543 臺提升至改善之后的79443 臺，產量提高了45.65%。機器的利用率大幅度提升。具體加工率分布如圖10 所示。

圖10 改進前后生產線各工位加工率散點圖

4.3 分析結果

通過上述步驟，生產線主要改善如下：

①生產流程中操作工序得到減少。模組減少了2 步加工，整機減少了2 步加工，1 步檢查；

②瓶頸作業時間CT，改善前為38.57s，改善后為27.66s，降低了28%；

③生產線平衡改善前為62.55%，改善后為85.85%，提升了37%。

由圖10 可以看到，改善后工位的加工率分布從之前的集中分布于75～40%變為了集中分布于85～50%，設備利用率大大增加，公司盈利能力得以提高。基于理論分析，改善方案可行且改善效益明顯。

5 結語

本文以X 公司電視機生產線作為研究對象，選取65F6 機型分析生產線所存在的具體問題。選取傳統工業工程方法對生產線進行分析，為了解決生產線所存在的按工藝流程分布工作站所導致的各個工作站加工時間不平衡問題，運用Flexsim 仿真軟件搭建模型，進行仿真分析，用傳統工業工程方法解決瓶頸問題，最終達到均衡工作站作業負荷、提高生產效率，與生產線平衡率的目的。