基于仿真技術的電容屏生產線平衡研究

侯 蕊，尹 紅，胡小星

(昆明理工大學機電工程學院，云南 昆明 650500)

隨著智能手機、平板電腦等電子產品市場需求的快速發展，給電容屏生產企業帶來了巨大的發展空間與前景的同時，也使得電容屏生產企業之間的競爭日益激烈，同時由于相關電子產品的價格在不斷下降，電容屏產品同樣也面臨著降價壓力。在電容屏生產線中，企業一般采用細分化后的各工序，雖然降低了作業難度，提高了作業效率，但同時也出現了一些問題，如:各工序節拍不平衡，作業人員工作情緒不高，員工流動性較大，影響生產線管理和生產穩定性等[1]。為了解決因生產線各工序間節拍不一致而影響生產線作業效率提高的問題，就必須對生產線各工序的作業內容進行進一步分析和研究，通過作業測定和動作分析，對各工序的作業內容進行合理的分配調整和整合，使各工序之間的生產節拍時間趨于一致，進而提高生產線的平衡率[2－3]。生產線平衡優化即對生產線中的全部工序進行均衡化，調整各工序作業負荷，以使作業時間盡可能相近。生產線平衡優化技術是生產流程設計及作業標準化中最重要的方法體系[4]。

1 eM－Plant仿真軟件介紹

eM－Plant仿真軟件的發展歷史已有20多年，它是以色列Tecnomatix公司開發的面向對象的圖形式集成建模軟件，它的前身是SIMPLE++(Simulation in Production Logistics and Engineering Programmed in C++)，主要用于生產系統和生產過程建模與仿真的軟件系統，是處于仿真軟件行業地位領先的軟件之一，也是少數幾種支持面向對象的仿真軟件之一。用戶通過eM－Plant仿真軟件對所要研究的生產系統進行建模和運行仿真，通過仿真可以對生產系統的生產狀況、設備和人員的利用率以及生產線的瓶頸工序等進行分析和優化，進而不斷消除生產線中瓶頸工序，使得生產線各工序間的負荷更為合理平衡，最終提高生產線的生產效率[5]。

2 電容屏后段生產線現狀分析

a.電容屏生產流程。

圖1 電容屏生產線流程

以一般電容屏的生產為例，其生產工藝分為前、后段兩個流程。電容屏生產線流程如圖1所示[6]，圖中:1至11為電容屏前段生產線流程;12至27為電容屏后段生產線流程。本文以V公司電容屏后段生產線為主要研究對象。

b.電容屏生產線存在的問題。

通過在電容屏后段生產車間的工作和觀察，發現電容屏生產線在改善前生產線主要存在以下問題:電容屏生產線的各工序節拍不平衡;作業人員工作情緒不高、員工流動性較大，影響生產線管理和生產穩定性;原材料來料問題主要表現在原材料到貨時間問題和原材料質量問題兩個方面。

基于以上問題，本文主要從生產方面對生產線進行分析改善。

c.電容屏生產線改善前相關數據。

根據原有的生產相關數據資料，對該電容屏后段生產線改善前的相關人員、設備、工時、產能等進行匯總(見表1)。

表1 改善前各工序的工時統計表

依據上述數據和生產線平衡率的相關計算公式，可以計算出改善前該生產線的平衡率及平衡損失率:

產品總加工時間=各工序的節拍時間總和 =∑Ti=28.51s;

生產線的節拍時間=最長工序節拍時間=maxTi=2.24s;

3 建模與仿真分析

a.系統建模與參數設置。

根據電容屏生產線的生產流程，其改善前的仿真模型如圖2所示。按照eM－Plant仿真軟件要求，進行相關參數設置。

圖2 電容屏生產線改善前的仿真模型

b.仿真分析。

通過仿真模型對電容屏生產線單班(工作時長10.5h)實際作業過程進行了模擬，并對單班工作時間內各工序的作業情況進行數據統計，利用瓶頸分析器分析生產線的瓶頸工序。

改善前各個工序的工作狀態分析如圖3所示。

圖3 改善前各工序的工作狀態柱狀圖

如圖3所示，SP21(貼正面1∶1膜)和SP22(貼背面1∶1膜)兩個工序一直處于工作狀態，其之前所有的工序都出現不同程度的堵塞，說明貼正背面1∶1膜工序加工時間比其前面工序的時間都要長，所以導致前面工序的堵塞;而其后工序出現不同程度的等待，說明貼正背面1∶1膜后面的工序生產時間較其短，所以會產生生產等待。由此可見，該生產線不平衡，貼正背面1∶1膜工序為該生產線的瓶頸工序。

4 改善過程及效果分析

a.確定新的生產節拍。

根據公司的訂單要求，電容屏生產線生產量需要達到40kpcs/d，公司生產線實行的是兩班制生產方式，每班的工作時間為10.5h，根據原有的生產相關數據資料可知，每班的產量為20kpcs/d，計算出電容屏生產線目標節拍時間為:生產線目標節拍=生產線總加工時間/生產線所需產出量=10.5×60×60/(20×1000)=1.89s。所以以1.89s為各工序加工時間的上限，對生產線進行平衡分析，對于加工時間大于節拍時間的工序必須進行分析改善，使電容屏生產線作業時間少于節拍時間。

b.過程分析與改善。

通過將電容屏生產線的各工序作業時間與目標節拍時間比較可知，貼正面1∶1膜、貼背面1∶1膜以及覆積水膜的作業時間都超出了目標節拍時間，因而需對貼1∶1膜、覆積水膜工序進行改善分析。

(1)貼1∶1膜改善分析。

對貼1∶1膜做細分之后，可以很容易地發現，貼1∶1膜的時間主要是花在貼膜的過程中，因為貼膜過程為手工作業完成，很容易因人為原因導致貼偏。因貼偏造成的不良現象，不僅浪費工時，而且每天還造成大量膜的浪費，故針對貼偏問題需對貼膜的過程加以分析改善。

貼偏的原因主要是膜較柔軟，在貼的時候容易存在間隙而產生氣泡，因此考慮對貼膜治具進行改進，增加真空吸附治具進行貼膜。通過改善后，貼背面1∶1膜的工時從改善前的22.36s縮短到現在的17.93s，總共節省工時 4.43s，縮短了貼 1∶1膜的時間，提高了該工序的作業效率;同時貼膜工序中的貼偏、氣泡等不良現象得到了相應的改善，提高了工序良率。

不足之處:在對貼背面1∶1膜的改善過程中，因為將在背面1∶1膜上貼撕手工序移至貼背面1∶1膜之后，即在成品背面上再貼撕手，通過作業測定，之前貼撕手的標準工時為1.67s/pcs，之后在成品上面貼撕手的標準工時為3.50s/pcs，每貼一撕手要多花1.83s，這是因為將成品從吸塑盒中拿出來貼完撕手后，需再將剩余撕手放入吸塑盒中。

(2)覆積水膜改善分析。

改善前覆積水膜作業主要是通過手工進行覆膜，因成品是雙面覆膜，覆膜過程中要進行對位及翻轉作業，作業時如果不注意的話很可能造成成品掉落，導致成品劃傷及電容屏的功能不良。正因如此，覆膜工站所需的人員較多，且作業效率很難提升。同時手工覆積水膜的效果也不是很好，所覆的膜與成品接觸不嚴密，很容易掀起，甚至脫落。因此考慮采用機臺覆膜方式對電容屏進行覆膜，從公司的閑置物品中找來一臺之前生產電阻屏時所用的覆膜機，因該覆膜機在覆膜的時候是兩面積水膜上下同時進行的，可減少重復動作，提高作業效率。

經過作業測定，用覆膜機覆1pcs成品的作業時間是3.73s;若2人作業，相當于1人作業時間增加1倍為7.46s，這比手工覆膜覆 1pcs的時間15.79s縮短了8.33s。同時用覆膜機覆膜，使得膜與成品之間的接觸更為緊密，一般不會出現掀起和脫落的情況，這也保證了覆膜的效果。

c.改善后數據。

改善后的電容屏后段生產線各工序的工時統計見表2。

表2 改善后各工序的工時統計表

依據上述數據和生產線平衡率的相關計算公式，可以計算出改善后該生產線的平衡率及平衡損失率:

產品總加工時間=各工序的節拍時間總和= ∑Ti=27.55s;

生產線的節拍時間=最長工序節拍時間=maxTi=1.88s;

由上述計算結果可知，電容屏后段生產線在改善后的平衡率為91.59%，較改善前生產線平衡率79.55%提高了12.04%，生產線每日產能提高了6200pcs，生產線每日直接作業人員減少了6人，每日直接節省資金為3800元。

d.改善后仿真分析。

改善后各個工序的工作狀態分析如圖4所示。

圖4 改善后各工序的工作狀態柱狀圖

由圖4可知，改善后生產線工序之間的堵塞和等待現象得到明顯的改善。通過對電容屏生產線貼正背面1∶1膜和覆積水膜作業工序的改善，縮短了工序加工作業時間，提高了生產線的平衡率、生產效率以及生產良率。

5 結束語

通過對V公司電容屏后段生產線的改善，使得電容屏生產線平衡率、產能、生產效率及產品良率等都有顯著的提高，從而降低了生產成本，滿足了客戶訂單需求。同時提高了公司電容屏產品在市場中的競爭力，對公司后續的持續改善及發展具有重要的作用和意義。

目前對V公司電容屏生產線的改善只是從基礎的IE方法方面進行研究，還存在許多不足之處。對生產線平衡改善是一個持續進行的過程，只有通過對生產線不斷的研究和分析，才能使生產線的平衡率、生產效率、產品良率得到不斷提升，使得生產成本不斷下降。在未來對生產線平衡的研究中還可從IE方法在電容屏生產線平衡中的進一步運用、流水線生產模式的導入、快速換模、縮短生產線機種切換時間等方面進行進一步的改善。

[1] 羅振璧，朱耀祥，張書橋.現代制造系統[M].北京:機械工業出版社，2004.

[2] Richard J Mayer.IDEF3 Process Description Capture Method Report[R].Los Angeles:United States Air Force Armstrong，1995.

[3] Bowman E H.Assembly line balaneing by linear programming[J].Operations Researeh，1960(8):385－389.

[4] 姚海鳳，馮勛省，郭丁俊.基于eM－Plant的汽車零部件生產線平衡技術的仿真研究[J].物流技術，2010(6):114－120.

[5] 施於人，鄧易元，蔣維.eM－Plant仿真技術教程[M].北京:科學出版社，2009.

[6] 胡小星.基于IE方法的電容屏生產線平衡研究[D].昆明:昆明理工大學，2013.