基于MOD法的手機生產(chǎn)線平衡研究

趙敏杰，孫麗，楊志剛

(大連交通大學(xué) 機械工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)①

隨著科技的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展迅速，電子產(chǎn)品代工行業(yè)的競爭也日趨激烈.環(huán)境及市場的不斷變化，使得手機代工企業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，如產(chǎn)品更新速度加快、物料供應(yīng)緊張、人工成本上升等.在如此激烈的市場競爭環(huán)境下，如何實現(xiàn)生產(chǎn)線高效運轉(zhuǎn)，減少人力、物力、財力的浪費，提高生產(chǎn)效率[1]，已成為各企業(yè)急需解決的問題.

在流水線平衡方面，藺宇等[2]運用精益生產(chǎn)中的作業(yè)山積表、價值流程圖、看板管理等工具和方法，改善了生產(chǎn)線布局、平衡了生產(chǎn)物流、提高了生產(chǎn)線平衡率.黑偉陽[3]通過精益價值流分析，找出公司生產(chǎn)線瓶頸，通過對瓶頸工位的設(shè)備改良和作業(yè)重排來降低瓶頸工時，提高生產(chǎn)線平衡率；同時通過5S管理、TPM管理改善了生產(chǎn)現(xiàn)場面貌,提高了設(shè)備利用效率.王濤[4]以發(fā)動機各裝配線為研究對象，用工業(yè)工程中的程序分析法對生產(chǎn)流程進細(xì)致分析，并綜合運用 5W1H、ECRS 技術(shù)降低瓶頸時間，結(jié)合現(xiàn)場管理措施保障了生產(chǎn)線平衡率.

針對簡單裝配線平衡問題, Cerqueus等[5]認(rèn)為在進行求解目標(biāo)函數(shù)時，僅考慮節(jié)拍和工作數(shù)的單一目標(biāo)函數(shù)，不符合企業(yè)實際情況，因此針對雙目標(biāo)問題提出了一種分支定界方法的精確算法. Sahin等[6]運用線性混合整數(shù)規(guī)劃法，研究多工人流水線平衡問題，該方法可以減少工人和工作站的數(shù)量，使流水線平衡問題得到有效改善.Yadav等[7]在解決混合模型雙面流水線平衡問題時，基于Matlab 開發(fā)的數(shù)學(xué)模型并運用 LINGO 軟件求解，結(jié)果表明該方法可有效減少裝配工人數(shù)量，降低搬運成本，提高生產(chǎn)線平衡率.

在手機的實際生產(chǎn)中，F(xiàn)企業(yè)(某手機產(chǎn)品代生產(chǎn)公司)面臨著諸多問題，如：作業(yè)分工不合理，瓶頸工序?qū)е碌纳a(chǎn)線整體效率低下、動作浪費、產(chǎn)線產(chǎn)能嚴(yán)重滯后等.因此F企業(yè)亟須對現(xiàn)行生產(chǎn)線問題進行分析，找出影響產(chǎn)線平衡的因素，盡量使各工位的作業(yè)時間趨于一致，減少工時損失，提高設(shè)備和人工利用率.通過動作優(yōu)化減少工人的疲勞強度，提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)線平衡率，以達(dá)到整體狀態(tài)的最優(yōu).

本文針對F企業(yè)存在的問題，利用ECRS技術(shù)及5S方法，采用工業(yè)工程中預(yù)定動作時間標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)(也稱PST法)中的MOD法進行時間測量，尋找瓶頸時間；通過工序重排及合理增加人手等途徑突破瓶頸，達(dá)到較高水平的平衡率.

1 廠區(qū)布局及生產(chǎn)過程分析

1.1 廠區(qū)布局

F企業(yè)中的一個廠區(qū)是手機零部件制造廠，該廠區(qū)的生產(chǎn)工序包括清洗、鍍膜、焊接、組裝等.廠區(qū)(部分)主要進行物料表面處理工序，包含機加工車間(擁有自動化機床等多種自動化大型設(shè)備)、退遮蔽車間、HC清洗車間、流水線工作區(qū)等，廠區(qū)各車間布局圖見圖1.根據(jù)實際研究情況，圖中展示了廠區(qū)的部分布局，其具體改善研究將會在流水線進行.

圖1 廠區(qū)各車間布局圖

1.2 工作地點布置

對流水線工作區(qū)進行工作研究，工作地點選定在整個廠區(qū)——圖1右下角的車間中，工作地點布置見圖2.

圖2 工作地點布置

圖中的成品區(qū)為流水線生產(chǎn)過后進行下一步工序前的貨物暫存區(qū)；貨物存放區(qū)存放來自庫存的物料，通常通過叉車用棧板放置，物料量巨大；簽收區(qū)主要是向別的流水線供應(yīng)簽收完成的物料，或者處理簽收異常的物料；簽收存放區(qū)放置簽收好的物料；雜物區(qū)主要放置以下物品：拆下包裝后的包裝材料，不能使用的掛框以及包裝完成的垃圾箱.

1.3 生產(chǎn)過程描述

整個廠區(qū)的生產(chǎn)過程流程圖見圖3.物料從庫存開始經(jīng)掃描產(chǎn)品上的二維碼簽收之后，經(jīng)過第一次類別檢驗區(qū)分出物料來源，區(qū)分之后通過流水線進行檢料，有些可以跳過檢料直接安裝掛枝(一種固定設(shè)備的夾具)，最后在流水線的末端掃描設(shè)備上的二維碼后放入清洗框架.清洗框架裝滿后運送到HC清洗車間進行高溫清洗，結(jié)束后通過運輸放入進料口，經(jīng)過進料口的加工，返回定位物料的掛枝，然后繼續(xù)用返回的掛枝進行物料清洗前的定位安裝.

圖3 生產(chǎn)過程流程圖

2 案例中生產(chǎn)現(xiàn)場問題描述

2.1 流水線概況

F企業(yè)多年來一直開展實施精益生產(chǎn)，車間自動化水平很高，已經(jīng)實現(xiàn)了流水線作業(yè)、過程信息追蹤、物料溯源以及人機交互作業(yè)等.本文研究的流水線是物料清洗前的工序流水線.盡管流水線上已經(jīng)達(dá)到了高效、整潔、紀(jì)律等良好的工作氛圍，但是經(jīng)仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)仍存在一些問題.其中最主要的就是由于缺少掛枝而導(dǎo)致流水線停線，從而造成預(yù)定計劃產(chǎn)量沒有達(dá)到要求，致使企業(yè)預(yù)期訂單無法完成.

目前流水線各工位作業(yè)內(nèi)容見圖4.

圖4 流水線各工位作業(yè)內(nèi)容圖

對現(xiàn)場生產(chǎn)產(chǎn)品的情況進行記錄，目前流水線的產(chǎn)能在750件/h以內(nèi).在2 h內(nèi)出現(xiàn)掛枝不足的情況多達(dá)10次以上，這種情況直接導(dǎo)致流水線無法正常流動，工人無法正常工作.在2 h的記錄中，工人無法正常工作的時間長達(dá)40 min以上，相當(dāng)于近一半的時間沒有正常工作，產(chǎn)能浪費嚴(yán)重.與此同時，在訂單旺季由于需要加大生產(chǎn)，企業(yè)臨時招募大量未經(jīng)過長期固定從事此勞動的人員參加勞動生產(chǎn)，致使生產(chǎn)節(jié)奏在流水線上的分布情況有快有慢，十分不平衡，這同樣也是導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下的一個因素.

2.2 生產(chǎn)現(xiàn)場問題分析

調(diào)查研究分析可知，生產(chǎn)中出現(xiàn)掛枝短缺是由下面幾個原因造成的：①生產(chǎn)過程中出現(xiàn)設(shè)備的損耗，儲備不足；②由于負(fù)荷不均衡，造成部分流水線掛枝堆積；③運送掛枝人員存在“滯留”現(xiàn)象；④進料口輸送掛枝不及時.

生產(chǎn)過程中出現(xiàn)設(shè)備損耗是因為長期生產(chǎn)中頻繁取放掛枝造成的.首先，一些技能不熟練的操作者沒有按照作業(yè)指導(dǎo)就進行操作，導(dǎo)致掛枝出現(xiàn)“失靈”“變形”等現(xiàn)象，不能再繼續(xù)使用.其次，在沒有外來人員補充的基礎(chǔ)上就進行大量生產(chǎn)，導(dǎo)致停線情況.負(fù)荷不均衡是造成停線的重要因素.生產(chǎn)管理人員為了達(dá)到既定目標(biāo)的產(chǎn)量，不顧大局，“多吃多占”的行為屢禁不止；更有甚者竟調(diào)用流水線上的員工去供料區(qū)搶掛枝.這種情況既耽誤了生產(chǎn)，又影響了生產(chǎn)企業(yè)的形象.為了能夠滿足每條流水線的需求，進料口運送掛枝的員工只有等到滿足需求才開始運送，使得生產(chǎn)線上的工人物料短缺，無法持續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)線無法流通，造成產(chǎn)線員工長時間等待.清洗過后的物料通過進料口，由內(nèi)部操作人員取下物料并且返回掛枝.掛枝輸送情況參差不齊，使得下游生產(chǎn)單位的人員無法正常工作.例如員工運送少量掛枝會引起其他無掛枝可用的流水線不滿；運送量多則等待時間變長，產(chǎn)線停線風(fēng)險就更高，停線的時間隨之增加，導(dǎo)致生產(chǎn)計劃滯后.

3 生產(chǎn)線平衡的實現(xiàn)

3.1 物料穩(wěn)定供應(yīng)的實現(xiàn)

根據(jù)上述問題分析，該生產(chǎn)廠家存在工業(yè)工程七大浪費中的等待浪費以及員工的素養(yǎng)問題，這些問題亟待解決.一方面，工序來料不充足；另一方面，在流水線生產(chǎn)過程中還存在著生產(chǎn)負(fù)荷不均衡的情況.工序來料不充足，主要是缺少必要的掛枝和掛框的問題，需要通過合理的物流規(guī)劃，達(dá)到最低限度增加掛枝，并且保證流水線正常生產(chǎn)的目標(biāo)；除了正常休息之外，不產(chǎn)生多余的等待時間浪費以及停線情況.對于生產(chǎn)負(fù)荷不均衡的情況，根據(jù)流水線的工作負(fù)荷情況合理調(diào)整工位順序或者增加工作人員，使流水線的節(jié)拍達(dá)到均勻一致.

根據(jù)基礎(chǔ)工業(yè)工程中素養(yǎng)管理及現(xiàn)場管理中的物流分析研究，從5S方法中的培養(yǎng)員工素養(yǎng)入手，制定規(guī)范的規(guī)章制度以及掛枝取用標(biāo)準(zhǔn)，堅決杜絕無關(guān)人員隨意取用掛枝的現(xiàn)象.為保證供料持續(xù)充足，對供料區(qū)的出料標(biāo)準(zhǔn)也需要指定，杜絕出料出現(xiàn)“忽多忽少”的現(xiàn)象，可以保持框內(nèi)“一半”或者“全滿”的狀態(tài).保證供料區(qū)掛枝穩(wěn)定之后繼續(xù)解決掛枝分配問題，針對每條生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況供應(yīng)相應(yīng)的物料.例如需要檢料的生產(chǎn)線對掛枝的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及不需要檢料的生產(chǎn)線，因此物料供應(yīng)可按照相應(yīng)的比例進行分配.通過這樣定量的分配即可確定需要補充貨物的最小量[8-9].

假設(shè)初始貨物量為n，補充貨物的最小量為m，檢料線單次消耗量為u，分配比例為1∶x，則搬運中的物流量為3u.根據(jù)調(diào)查，供料區(qū)供應(yīng)掛枝是清洗之后的物料經(jīng)過記錄下載具之后重新裝框輸出，所以假設(shè)供料區(qū)的暫存物流量為v.

根據(jù)總物流量公式：

(1)

式中：W為企業(yè)總物流量；wi為第i個部門的物流量.

根據(jù)式(1)計算出需要補充的貨物最小量為：

m=2(x+1)u+v-n

(2)

式中：m為最小貨物補充量；u為檢料線單次消耗量；v為貨物暫存量；n為初始貨物量.

由此可計算出需要補充貨物的最小量.且同時保證了物料及時供應(yīng)不斷，解決了物流方面的等待問題.

3.2 流水線節(jié)拍平衡的實現(xiàn)

在流水線的改善方面主要是生產(chǎn)負(fù)荷不均衡，導(dǎo)致生產(chǎn)節(jié)拍不平衡[10]，需要通過MTM法，即模特排時法對操作時間進行測定[11].根據(jù)表1的MTM時間表進行分析，可以看出MOD值最大 的 是 撕 膜，因此在原有工序環(huán)節(jié)必然造成在制品堆積，是嚴(yán)重的等待浪費.需要平衡該流水線的生產(chǎn)節(jié)拍.

表1 動作因素分析表

節(jié)拍調(diào)節(jié)前工序時間情況見圖5.

圖5 流水線節(jié)拍圖

計算節(jié)拍平衡率[12]：

(3)

由式(3)計算出的平衡率為60%，平衡率低于85%屬于較差平衡.

根據(jù)實際工作情況可以看出，投料、錄入信息以及裝入掛框都是動作較快的工序，撕膜無法用動作分析進行優(yōu)化，且訂單量巨大，由此可見需要增加人員.由于生產(chǎn)順序是由投料到裝入掛框，在這之間的工序中，錄入信息工序可以適當(dāng)向前調(diào)整.與此同時，工序中可以用雙手作業(yè)的有投料和裝入掛框.

利用ECRS原則[13-14]對原有工序進行取消、合并、調(diào)整和簡化.綜合后對流水線的節(jié)拍改善做出以下建議：①調(diào)整工序，將錄入信息作為工序起始.增加1名撕膜員工.②將撕膜工序的部分作業(yè)分配到投料工序的部分.③增加1名安裝掛枝員工.④投料與撕膜工序作業(yè)均改為雙手作業(yè).

改善之后工序時間情況見圖6.

圖6 改善后節(jié)拍圖

3.3 流水線改善評估

從上述分析可以看出，經(jīng)改善后最大的瓶頸由21個工序降至8個，且每個工序之間基本達(dá)到時間相同.平均每個零件生產(chǎn)時間降低62%，相當(dāng)于改善后加工單件零件的時間是原來的38%，生產(chǎn)效率大大提高.在保證掛枝運送量不短缺前提下，計算生產(chǎn)線的節(jié)拍平衡率為88.4%，在85%～90%之間，平衡率良好.

在實際改善中該廠區(qū)也是按照此工序進行改善的，改善情況較之前有很大提高.按照改善前的生產(chǎn)情況，兩條線加工24框/h， 10 h可以加工約15 000個零件，訂單旺季時每天最低生產(chǎn)訂單量為18 000～30 000 件且逐天增加，明顯看出每天產(chǎn)量未能達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn).然而經(jīng)過工序改善后，單條流水線可加工25～27框/h，加工工件數(shù)量完全滿足每日任務(wù)定額.生產(chǎn)量提高為原來的225%，提高效果顯著，工序改善后帶來的改善效能十分明顯.

4 結(jié)論

(1)生產(chǎn)線平衡是精益生產(chǎn)追求的理想境界.在精益生產(chǎn)介紹的七大浪費中，等待浪費是不可避免且難以消除的一種隱性浪費.該浪費會導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，從而影響企業(yè)的經(jīng)濟效益.

(2)通過應(yīng)用 IE 理論改進F企業(yè)手機產(chǎn)線的瓶頸問題，從而實現(xiàn)低投入提高產(chǎn)線平衡率，可以明顯看出應(yīng)用工業(yè)工程相關(guān)理論改進優(yōu)化生產(chǎn)線、提高企業(yè)競爭力的重要意義.相較追加資本投入，擴大勞動力或擴大規(guī)模等外部方式來提高企業(yè)整體效率與收益，遵循工業(yè)工程的相關(guān)原則，通過將生產(chǎn)要素進行必要的重新組合、最大限度地優(yōu)化整體作業(yè)過程、合理研究與改進生產(chǎn)制造過程的操作方法等方法，在消除各種不必要浪費、節(jié)約實際操作時間和生產(chǎn)資源、增加經(jīng)濟效益、提高整體生產(chǎn)率等方面效果顯著.