基于生產線平衡的多士爐生產線的優化設計

黃誠盛，楊維平

(昆明理工大學 機電工程學院，云南 昆明 650500)

基于生產線平衡的多士爐生產線的優化設計

黃誠盛，楊維平

(昆明理工大學 機電工程學院，云南 昆明 650500)

將生產線平衡理論運用到多士爐的生產線優化設計中，運用生產線平衡理論對多士爐底座進行了重點分析，對多士爐底座工序進行了動作分解、作業分析和時間分析，采用ECRS原則進行改善，最終達到了優化整條多士爐生產線的目的。通過改善前后的工序分析、作業飽和度以及相關參數的對比來衡量，以解決裝配生產線平衡的問題，提高生產線的平衡率和生產效率，降低生產成本，并在生產線平衡的基礎上，對裝配生產線進行設計，使生產線平衡率達到了78.74%。

多士爐；作業飽和度；生產線平衡；生產線設計

隨著全球化的發展和市場需求的不斷變化，制造業的競爭重點已經轉變為TQCSE的競爭，即開發時間短、質量高、成本低、服務良好和環境污染程度小的競爭。在流水線生產的模式下，如何提高生產線的整體效率，減少工序間的在制品，以及追求同步化生產越來越受到重視，企業生產中通常用平衡率這一量化指標來評價一條流水線平衡性的高低，它在某種程度上決定著企業設備的利用率，并限制著生產線生產能力的提高[1]。

無論是設計一條全新的裝配生產線，還是對舊的裝配線進行改裝，都應進行生產線的設計規劃[2]。生產線的優化與設計又應以生產線的平衡為基礎，所以首要問題是應解決生產線平衡的問題。目前，國內外有很多對生產線平衡、布局和設計的研究[3-5],但對在生產線平衡的基礎上進行規劃設計甚少，本文在生產線平衡的基礎上，對生產線進行了優化設計。

1 生產線平衡

一般采用生產線平衡率這個指標衡量生產線的平衡狀態。

式中，C.T是生產線中作業時間最長的工序。由于在一定周期內，完成一個產品的時間是由生產線上作業時間最長的工序的時間決定的，即節拍，所以降低瓶頸工序的節拍值，使生產線各工序生產負荷平均化是提高生產線平衡率的關鍵。生產線平衡率越高，生產線的工時損失就越少，生產線在制品的工序就越少，生產線整體效率就越高[6]。

生產線工藝平衡即是對生產的全部工序進行平均化，調整各作業負荷，以使各作業時間盡可能相近，是生產流程設計與作業標準化應考慮的最重要的問題。

生產線工藝平衡的改善原則方法如下：應考慮對瓶頸工序進行作業改善，作業改善的方法可參照程序分析的改善方法及動作分析和工裝自動化等IE方法與手段；將瓶頸工序的作業內容分擔給其他工序；增加各作業員，只要平衡率提高了，人均產量就提高了，單位產品成本也隨之下降；合并相關工序，重新排布生產工序，相對來講，在作業內容較多的情況下容易拉平衡；分解作業時間較短的工序，把該工序安排到其他工序當中去。

2 實例分析

本文以M公司多士爐裝配生產線為例，通過生產線平衡有關理論的運用，對該裝配生產線進行優化與設計。

2.1 生產線現狀

某款多士爐現有的生產線是由爐膽組裝(多士爐附件)、底座組裝和爐身組裝3條生產線組成的。其生產線是由3條平行的“非”字拉流水線組成的，如圖1所示。多士爐生產線的特點是多士爐的整個生產都是從生產線的一端進，另一端出。具體表現為從多士爐附件1線的一端投入原料，另一端流出加工之后的半成品；通過長距離的搬運，送至多士爐 底座生產線的拉頭(見圖1中生產線的左端)， 經過加工之后，在另一端流出半成品；再把半成品通過長距離的搬運，送至多士爐爐身生產線的一端進行生產，再從另一端流出成品。

圖1 某款多士爐生產線現狀

其中，多士爐生產線改善前各工序作業時間以及工序的作業飽和度(工序的作業時間占節拍的比值，可以用來衡量工時的利用情況，節拍為30.17 s)見表1。

表1 多士爐改善前各工序作業時間及作業飽和度

注：總時間為1 047.13 s，飽和度的平均值為56.90%。

多士爐生產線改善前的工藝流程圖如圖2所示。其中，工序1～工序14是多士爐附件線，工序15～工序31是多士爐底座線，工序32～工序60是多士爐爐身線。

通過表1的各工序的作業時間表，畫出了改善前各工序的工時平衡圖，如圖3所示。

從生產線現狀可知，線體規劃不合理，原材料庫存大，沒有物料規劃區，物料擺放零亂，操作員取放物料不方便，制造周期長，生產線上作業工時不平衡，作業飽和度不高，堆積現象嚴重，品質存在隱患，生產線平衡率低，生產效率不高。

圖2 多士爐生產線改善前的工藝流程圖

圖3 改善前工時平衡圖

2.2 改善的對策和實施

通過運用生產線平衡的理論與方法來解決和分析生產線平衡的問題，本文重點以生產線平衡的理論與方法對多士爐底座的組裝來進行分析，進而用生產線平衡的理論與方法來推導整條多士爐生產線。

通過上述分析可知，多士爐生產線的平衡率=各工序時間總和/(人數×節拍)×100%=56.90%，節拍為30.17 s，可以提出該裝配生產線的目標：節拍為40 s(在保持改善前后產量不變的情況下)，減少人員，提高人均單產，提高平衡率，降低成本。多士爐底座組裝改善對策表見表2。表2中，多士爐底座的組裝由原來的7個人，減少為4個人，人均單產及生產線的平衡率都提高了，其中19.2表示改善前第19道工序的第2個動作。

表2 多士爐底座組裝改善對策表

針對生產線存在的問題，本文采用生產線平衡的理論，同時通過對多士爐底座組裝的工序進行動作分解、作業分析和時間分析，采用ECRS原則進行改善，得到了多士爐底座組裝的改善對策表，得到了多士爐底座的工藝流程(見表3)。

表3 改善后多士爐底座的工藝流程

通過同樣的生產線平衡的理論、方法得到了改善后的整個多士爐生產線各工序作業時間及作業飽和度，見表4。

表4 改善后多士爐各工序作業時間及作業飽和度

改善后多士爐生產線的工藝流程圖如圖4所示。其中，工序13和工序14是多士爐底座組裝，工序23～工序30是多士爐爐身組裝。

圖4 改善后多士爐生產線的工藝流程圖

通過表4的各工序作業時間表，畫出了改善后各工序的工時平衡圖，如圖5所示。

圖5 改善后的工時平衡圖

改善后的生產線平衡率=各工序時間總和/(人數×節拍)×100%=78.74%。工序的飽和度顯著提高，生產線的平衡率顯著提高。

2.3 改善前后對比分析

通過運用生產線平衡理論對多士爐生產線進行優化與改善，其生產線平衡率得到了提高，改善前后的相關參數見表5。

雖然生產線的平衡率得到了顯著提高，但是現有的改善都不是盡善盡美的，還可以對工藝進行不斷改進和優化。在考慮夾具設備、產品結構改良的基礎上，還可以極大地提高生產線平衡率，提高效率，降低成本。

表5 改善前后相關參數對比表

3 多士爐生產線的設計

在基于生產線的平衡的基礎上，綜合考慮產品、產量、工藝過程、交貨時間、物流、品質和設備的前提下，對某款多士爐產品的生產線進行重新設計，從3條平行式的“非”字拉，設計為1條“Y”字拉，該生產線能夠實現一個流的生產，生產線的布局如圖6所示。

相對改善前的3條平行式的“非”字拉生產線，該多士爐生產線的設計具有如下優點：主副拉線清楚，產品附件同時加工，不用反復搬運，品質有保證；物料區集中擺放，線體規劃清晰，物料區、生產區和成品區分開擺放；操作員坐在一方操作，減少了勞動強度，極大地消除了動作的浪費。

圖6 某款多士爐的精益生產線布局

當然，現有的生產線布局也不是盡善盡美的，還有待繼續改進的地方，在產品結構進行改良、新增夾具設備的前提下，都可以對生產線進行不斷優化與改進。

4 結語

本文將生產線平衡理論運用到多士爐的生產線優化設計中，解決了裝配生產線平衡的問題。利用生產線平衡理論對多士爐底座的組裝進行了詳細的闡述，得到了改善后的多士爐生產線的工藝流程，并在此基礎上對裝配生產線進行了設計，使生產線平衡率達到了78.74%，提高了生產效率，降低了成本。

[1] 吳曉艷.裝配生產線平衡的研究[D].上海：上海交通大學,2007.

[2] 賈晨輝,李云峰,劉延斌. 基于仿真的裝配生產線規劃與優化[J]. 組合機床與自動化加工技術,2009(3):79-82.

[3] 葉曉素,蔡勇. 精益生產方式下生產線平衡的研究[J]. 機電工程技術,2009,38(11):58-59,94.

[4] 楊如意. N公司裝配生產線布局研究[D].廣州：華南理工大學,2013.

[5] 周虎城. 基于精益生產的發動機制造規劃和設計[D].天津：天津大學,2012.

[6] 岑昊,蔡三發.裝配生產線平衡的改善[J].上海管理科學,2005(5):16-17.

責任編輯鄭練

OptimizationandDesignoftheToastFurnaceAssemblyLinebasedonProductionLineBalance

HUANG Chengsheng, YANG Weiping

(Mechanical and Electrical Engineering College, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China)

The theory of production line balance is applied to the optimization and design of the toast assembly line. Through the production line balance theory on the base of the toast furnace to analysis, To disintegrates the toast furnace base process movement, makes a job analysis and time analysis, improves the process with the principle of ECRS, optimizes the whole toast furnace production line. And through the analysis of the process with before and after improvement, saturation, and related parameters measured by contrast, to solves the problem of assembly line balance, improves the production line balance rate, the production efficiency and reduce the production cost. Finally on the basis of the production line balance, to designs the assembly line, and makes the production line balance rate get to 78.74%.

toast furnace, saturation, production line balance, production line design

TH 162+.1

：A

黃誠盛(1989-)，男，碩士研究生，主要從事工業工程等方面的研究。

2014-12-22