基于Citespace 的國內(nèi)生產(chǎn)線平衡研究現(xiàn)狀分析

李鐘恒

（山東理工大學(xué)管理學(xué)院，山東 淄博 255000）

引言

《中國制造2025》是中國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)，目標(biāo)是到2025 年，中國制造業(yè)整體素質(zhì)大幅度提升，勞動生產(chǎn)率提高，智能化、服務(wù)化、綠色化達(dá)到國際先進水平，中國進入世界制造強國的行列[1]。在此背景下，企業(yè)進行生產(chǎn)線平衡以提升生產(chǎn)效率是提升中國制造業(yè)整體素質(zhì)的必然要求。生產(chǎn)線平衡指對生產(chǎn)線的工序進行負(fù)荷分析，通過調(diào)整工序間的負(fù)荷分配使各工序達(dá)到能力平衡的技術(shù)和方法。企業(yè)實行生產(chǎn)線平衡不僅可以提高工時和設(shè)備的利用率，同時還有利于建立正常的生產(chǎn)秩序和管理秩序，提高企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)變能力，對應(yīng)市場的變化實現(xiàn)柔性生產(chǎn)系統(tǒng)[2]。對于制造企業(yè)來說，平衡生產(chǎn)線是極為實用、高效的生產(chǎn)管理方法，可在較短時期內(nèi)降低生產(chǎn)成本，增強其市場競爭力。

自流水線生產(chǎn)方式問世以來，生產(chǎn)線平衡問題便進入了學(xué)者們的視野，并在世界范圍內(nèi)受到廣泛推廣應(yīng)用。近年來科技的不斷發(fā)展及研究的深入，生產(chǎn)線平衡方法更加多樣化，但目前尚未有文章對生產(chǎn)線平衡的相關(guān)研究進行文獻(xiàn)可視化計量分析。對生產(chǎn)線平衡進行文獻(xiàn)可視化分析可以了解研究領(lǐng)域近年來的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，具有重要重要參考價值。在文獻(xiàn)的可視化分析軟件中，Citespace 因其易用性、美觀性在各個領(lǐng)域的文獻(xiàn)可視化分析中受到廣泛應(yīng)用。但目前使用Citespace 開展生產(chǎn)線平衡研究的成果較少，因此，亟待利用Citespace 軟件對生產(chǎn)線平衡優(yōu)化研究進行可視化分析，梳理研究現(xiàn)狀，并為后續(xù)研究提供參考。本文基于中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，采用文獻(xiàn)計量學(xué)方法，對國內(nèi)生產(chǎn)線平衡研究現(xiàn)狀進行分析總結(jié)，以期發(fā)現(xiàn)未來的生產(chǎn)線平衡研究的熱點和方向。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

Citespace 是由陳超美博士開發(fā)的用來分析、挖掘和可視科研文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件，通過分析尋找某一學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點，并以可視化的方式呈現(xiàn)。該軟件可通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)、聚類及突現(xiàn)等直觀展示研究領(lǐng)域內(nèi)知識熱點發(fā)展演變過程。該軟件自誕生以來就受到國內(nèi)外廣大學(xué)者使用。文章使用的軟件版本為5.5.R2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以國內(nèi)文獻(xiàn)數(shù)量最多、覆蓋面最廣的中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源，檢索主題詞為“生產(chǎn)線平衡or 生產(chǎn)線優(yōu)化”，檢索時間跨度為2000—2022年5 月，文獻(xiàn)類型選擇學(xué)術(shù)期刊，為保證文獻(xiàn)質(zhì)量及研究先進性，來源類別中選擇SCI 來源期刊、EI 來源期刊、北大核心、CSSCI、CSCD，為確保文獻(xiàn)數(shù)據(jù)有效性，經(jīng)過去除重復(fù)文獻(xiàn)和與本研究主題無關(guān)的文獻(xiàn)，最終得到311 篇文獻(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 文獻(xiàn)基礎(chǔ)分析

2.1.1 發(fā)文量分析

通過CNKI 數(shù)據(jù)庫分析可以看出我國生產(chǎn)線平衡研究文獻(xiàn)數(shù)量在2000—2008 年間增長緩慢，但2009 后發(fā)文數(shù)量迎來大幅增長。原因是2008 年國際金融危機后，國內(nèi)重新認(rèn)識到制造業(yè)等實體經(jīng)濟的重要性，而生產(chǎn)線平衡是提升制造企業(yè)業(yè)效率和加快制造業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型的必然途徑。2009—2022 年間國內(nèi)生產(chǎn)線平衡研究發(fā)文量整體平緩，2008 年前生產(chǎn)前平衡研究偏向于理論研究，2008 年后研究更注重于應(yīng)用研究，往往以某具體企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)線為研究對象開展研究。見下頁圖1。

2.1.2 文獻(xiàn)來源分析

從國內(nèi)文獻(xiàn)來源看，《同濟大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）》的發(fā)文量最多，為8 篇，《鍛壓技術(shù)》5 篇，其次是《紡織學(xué)報》和《統(tǒng)計與決策》各4 篇，再其次是《機械工程學(xué)報》和《農(nóng)業(yè)機械學(xué)報》，分別為3 篇和2 篇。

2.2 發(fā)文作者與發(fā)文機構(gòu)

2.2.1 發(fā)文作者

根據(jù)中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫來看，發(fā)文量最高的是李愛平，高達(dá)12 篇；其次是劉雪梅6 篇。徐立云6 篇，靳志宏5 篇，高廣章5 篇，張于賢4 篇。其中，李愛平、劉雪梅和徐立云三人同屬于同濟大學(xué)，具有合作關(guān)系。從發(fā)文作者的發(fā)文數(shù)量及合作關(guān)系看，整體呈現(xiàn)為“大分散，小集聚”的特征，同一機構(gòu)內(nèi)研究者合作關(guān)系較多。

2.2.2 發(fā)文機構(gòu)

發(fā)文量最高機構(gòu)的是同濟大學(xué)，高達(dá)33 篇；其次是鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院13 篇、上海交通大學(xué)10篇、桂林電子科技大學(xué)9 篇、合肥工業(yè)大學(xué)8 篇、清華大學(xué)7 篇、華南理工大學(xué)7 篇、上海理工大學(xué)7 篇、天津科技大學(xué)6 篇、大連科技大學(xué)5 篇。由此可見，國內(nèi)生產(chǎn)線平衡優(yōu)化研究多集中于同濟大學(xué)、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院、上海交通大學(xué)等機構(gòu)，其他發(fā)文機構(gòu)較為分散。

2.3 研究熱點分析

通過關(guān)鍵詞的分析可以得出生產(chǎn)線平衡優(yōu)化領(lǐng)域的研究熱點，由表1 可知，對CNKI 數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵詞頻次進行分析，得出頻次最高的是是生產(chǎn)線平衡，出現(xiàn)的次數(shù)高達(dá)81 次，隨后的是遺傳算法、仿真、生產(chǎn)線、優(yōu)化等詞。根據(jù)文獻(xiàn)的中心性分析，生產(chǎn)線平衡、遺傳算法、仿真、生產(chǎn)線和flexsim 這5 個關(guān)鍵詞的中心性均高于0.1，表明這5 個關(guān)鍵詞是近年來生產(chǎn)線平衡優(yōu)化研究的熱點，通過大量文獻(xiàn)查詢也證實將仿真與算法結(jié)合是當(dāng)前生產(chǎn)線平衡優(yōu)化的基本方法，受到廣大研究人員使用。

表1 關(guān)鍵詞頻次表

2.4 階段性前沿領(lǐng)域分析

研究前沿的識別和追蹤可為研究者明確學(xué)科領(lǐng)域的最新演化動態(tài)，為下一步研究指明方向。突變詞指在較短時間內(nèi)出現(xiàn)較多的關(guān)鍵詞，根據(jù)突變詞詞頻變化可以判斷研究領(lǐng)域的前沿與趨勢。分析研究前沿可通過關(guān)鍵詞突發(fā)性檢測進行研究，通過考察關(guān)鍵詞詞頻時間分布，從中探測出頻次變化率高的主題詞。

如表2 所示，“價值流圖”“仿真”“生產(chǎn)線”是近年來的研究熱點，說明研究人員近年來較多使用仿真及價值流圖進行生產(chǎn)線平衡研究。

表2 關(guān)鍵詞突發(fā)性檢測

從下頁圖2 可以看出，生產(chǎn)線平衡研究的發(fā)展呈現(xiàn)一個逐漸遞進的過程，從關(guān)鍵詞可以看出這個過程體現(xiàn)在研究方法的轉(zhuǎn)變上。國內(nèi)生產(chǎn)線平衡的研究大致可以分為三個發(fā)展階段，不同階段關(guān)鍵詞也略有不同：第一階段是發(fā)展初期（2006—2008），關(guān)鍵詞有“生產(chǎn)線平衡”“生產(chǎn)線”等，該階段關(guān)于生產(chǎn)線平衡的研究逐步開展，相關(guān)研究增多，但研究多為理論層面；第二階段是發(fā)展期（2009—2011），關(guān)鍵詞有“仿真”“遺傳算法”“作業(yè)測定”“標(biāo)準(zhǔn)時間”“工作研究”“模特排時法”等，該階段在生產(chǎn)線平衡方法進一步多樣化和細(xì)化，開始采用多種方法展開研究，研究多以實際應(yīng)用為主；第三階段是成熟期（2014—2016），關(guān)鍵詞有“精益生產(chǎn)”“價值流圖”“最優(yōu)化調(diào)度”“flexsim”“飛機總裝配”等，這一階段研究更加深入，表現(xiàn)為研究對象的擴寬及方法的改善。

2.5 發(fā)展路徑及研究階段

從CNKI 數(shù)據(jù)庫的時間線圖譜中可以看出（見下頁圖3），聚類#0 時序2000 年持續(xù)到2022 年是生產(chǎn)線平衡優(yōu)化研究中熱度最高的，平衡生產(chǎn)線時序，減少等待與浪費是生產(chǎn)線平衡研究的主要內(nèi)容。聚類#1 智能制造從2009 年興起一直持續(xù)到2022 年，智能制造是實現(xiàn)新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)，也是“中國制造2025”的主攻方向[3]，其中包括了節(jié)拍、設(shè)備布局、工業(yè)工程等熱點問題。聚類#2 遺傳算法從2009年持續(xù)到2017 年，遺傳算法因為在解決組合優(yōu)化問題方面巨大的優(yōu)勢和有效性，在解決生產(chǎn)線平衡問題中收到了廣泛應(yīng)用。聚類#3 標(biāo)準(zhǔn)時間是生產(chǎn)線平衡研究中的基本問題，其中的熱點包括工作研究、標(biāo)準(zhǔn)時間、模特排時法等關(guān)鍵詞，都屬于制定標(biāo)準(zhǔn)時間的基本概念和方法。聚類#4 精益生產(chǎn)從2014 年持續(xù)到2020 年，其中熱點包括生產(chǎn)節(jié)拍、精益生產(chǎn)、價值流圖等關(guān)鍵詞，該聚類主要通過精益生產(chǎn)的方式進行生產(chǎn)線平衡，。聚類#5 為生產(chǎn)線，其中熱點包括生產(chǎn)線、petri 網(wǎng)、最優(yōu)化調(diào)度等關(guān)鍵詞。

國內(nèi)進行生產(chǎn)線平衡的研究多以案例作為研究對象，使用的方法大體可以區(qū)分為四種。第一種是工業(yè)工程改善方法，通過對生產(chǎn)線進行實地調(diào)研，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況提出合理的改善方案，使生產(chǎn)線平衡率提升[4]。常用的方法包括ECRS 原則、5W1H 提問技術(shù)、程序分析、操作分析、模特排時法及精益生產(chǎn)思想等。第二種是數(shù)學(xué)分析方法，數(shù)學(xué)分析方法是通過建立數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過大量數(shù)學(xué)計算來尋求問題最優(yōu)解的方法。常用的數(shù)學(xué)分析方法有整數(shù)規(guī)劃模型、線性規(guī)劃模型、動態(tài)規(guī)劃模型、網(wǎng)絡(luò)模型等[5]。第三種是計算機算法，生產(chǎn)線平衡研究常用的方法有遺傳算法、啟發(fā)式算法、粒子群算法、PSO 算法等，通過計算機運算得到一定約束條件下的最優(yōu)解，根據(jù)結(jié)果進行生產(chǎn)流程、工序等的調(diào)整[6]。算法具有所需信息少，計算簡便的特點，但大多都有容易陷入局部最優(yōu)解的缺點，而且如何針對具體問題提高算法精度也是需要探討的問題。第四種是仿真模擬，使用flexsim、arena 等計算機仿真軟件進行生產(chǎn)線平衡優(yōu)化。首先通過調(diào)研獲取生產(chǎn)線時序、設(shè)備布局、工位設(shè)置等信息，將信息輸入仿真軟件建立仿真模型，其次運行仿真模型，通過仿真結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析，最后根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果找到瓶頸工位或改善點，制定針對性改善方案[7]。另有部分研究將仿真模擬與前三種方法結(jié)合，在運用工業(yè)工程改善方法、數(shù)學(xué)分析方法或計算機算法對生產(chǎn)線優(yōu)化后，使用仿真軟件進行優(yōu)化前后效果的對比，從數(shù)據(jù)層面簡單直觀反映優(yōu)化后的效果，使優(yōu)化方案具有可信度[8]。

3 結(jié)論

國內(nèi)生產(chǎn)線平衡優(yōu)化研究自開展以來已經(jīng)持續(xù)了幾十年的時間，無論是理論研究還是在應(yīng)用研究上都取得了大量的成果，本文利用文獻(xiàn)信息可視化軟件Citespace 對近二十年來國內(nèi)核心期刊生產(chǎn)線平衡優(yōu)化研究的文獻(xiàn)信息進行了知識圖譜分析，得出以下結(jié)論：

1）國內(nèi)生產(chǎn)線平衡研究在2009 年間出現(xiàn)了爆發(fā)式增長，原因可能與2008 年國際金融危機有關(guān)。從文獻(xiàn)來源上看，國內(nèi)生產(chǎn)線平衡研究在制造業(yè)內(nèi)應(yīng)用廣泛，但在機械制造領(lǐng)域覆蓋較廣，這說明我國生產(chǎn)線平衡優(yōu)化研究尚有其它制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用空間。

2）發(fā)文作者及機構(gòu)之間的合作呈現(xiàn)為“小集聚，大分散”的特征，需進一步加強交流合作。

3）“時序”是整個生產(chǎn)線平衡研究熱點最高的關(guān)鍵詞，且貫穿整個研究過程。生產(chǎn)線平衡的基本目標(biāo)是調(diào)整各個工序作業(yè)時間，使全部工序時間平均化，從而消除作業(yè)間不平衡的效率損失及生產(chǎn)過剩，因此，這個關(guān)鍵詞始終是專家學(xué)者關(guān)注的重點。此外，“智能制造”“仿真”“遺傳算法”等關(guān)鍵詞也是該研究領(lǐng)域的熱點詞匯。智能制造背景下生產(chǎn)線的平衡是未來研究趨勢，將生產(chǎn)線平衡理念融入智能制造中，使生產(chǎn)線平衡與智能制造相契合。