基于Citespace 的國內生產線平衡研究現狀分析

李鐘恒

（山東理工大學管理學院，山東 淄博 255000）

引言

《中國制造2025》是中國實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領，目標是到2025 年，中國制造業整體素質大幅度提升，勞動生產率提高，智能化、服務化、綠色化達到國際先進水平，中國進入世界制造強國的行列[1]。在此背景下，企業進行生產線平衡以提升生產效率是提升中國制造業整體素質的必然要求。生產線平衡指對生產線的工序進行負荷分析，通過調整工序間的負荷分配使各工序達到能力平衡的技術和方法。企業實行生產線平衡不僅可以提高工時和設備的利用率，同時還有利于建立正常的生產秩序和管理秩序，提高企業生產應變能力，對應市場的變化實現柔性生產系統[2]。對于制造企業來說，平衡生產線是極為實用、高效的生產管理方法，可在較短時期內降低生產成本，增強其市場競爭力。

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

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

Citespace 是由陳超美博士開發的用來分析、挖掘和可視科研文獻數據的應用軟件，通過分析尋找某一學科領域的研究熱點，并以可視化的方式呈現。該軟件可通過關鍵詞共現、聚類及突現等直觀展示研究領域內知識熱點發展演變過程。該軟件自誕生以來就受到國內外廣大學者使用。文章使用的軟件版本為5.5.R2。

1.2 數據來源

本文以國內文獻數量最多、覆蓋面最廣的中國知網（CNKI）數據庫作為數據源，檢索主題詞為“生產線平衡or 生產線優化”，檢索時間跨度為2000—2022年5 月，文獻類型選擇學術期刊，為保證文獻質量及研究先進性，來源類別中選擇SCI 來源期刊、EI 來源期刊、北大核心、CSSCI、CSCD，為確保文獻數據有效性，經過去除重復文獻和與本研究主題無關的文獻，最終得到311 篇文獻。

2 結果與分析

2.1 文獻基礎分析

2.1.1 發文量分析

通過CNKI 數據庫分析可以看出我國生產線平衡研究文獻數量在2000—2008 年間增長緩慢，但2009 后發文數量迎來大幅增長。原因是2008 年國際金融危機后，國內重新認識到制造業等實體經濟的重要性，而生產線平衡是提升制造企業業效率和加快制造業高質量轉型的必然途徑。2009—2022 年間國內生產線平衡研究發文量整體平緩，2008 年前生產前平衡研究偏向于理論研究，2008 年后研究更注重于應用研究，往往以某具體企業內的生產線為研究對象開展研究。見下頁圖1。

2.1.2 文獻來源分析

從國內文獻來源看，《同濟大學學報（自然科學版）》的發文量最多，為8 篇，《鍛壓技術》5 篇，其次是《紡織學報》和《統計與決策》各4 篇，再其次是《機械工程學報》和《農業機械學報》，分別為3 篇和2 篇。

2.2 發文作者與發文機構

2.2.1 發文作者

根據中國知網數據庫來看，發文量最高的是李愛平，高達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，具有合作關系。從發文作者的發文數量及合作關系看，整體呈現為“大分散，小集聚”的特征，同一機構內研究者合作關系較多。

2.2.2 發文機構

發文量最高機構的是同濟大學，高達33 篇；其次是鄭州航空工業管理學院13 篇、上海交通大學10篇、桂林電子科技大學9 篇、合肥工業大學8 篇、清華大學7 篇、華南理工大學7 篇、上海理工大學7 篇、天津科技大學6 篇、大連科技大學5 篇。由此可見，國內生產線平衡優化研究多集中于同濟大學、鄭州航空工業管理學院、上海交通大學等機構，其他發文機構較為分散。

2.3 研究熱點分析

通過關鍵詞的分析可以得出生產線平衡優化領域的研究熱點，由表1 可知，對CNKI 數據庫關鍵詞頻次進行分析，得出頻次最高的是是生產線平衡，出現的次數高達81 次，隨后的是遺傳算法、仿真、生產線、優化等詞。根據文獻的中心性分析，生產線平衡、遺傳算法、仿真、生產線和flexsim 這5 個關鍵詞的中心性均高于0.1，表明這5 個關鍵詞是近年來生產線平衡優化研究的熱點，通過大量文獻查詢也證實將仿真與算法結合是當前生產線平衡優化的基本方法，受到廣大研究人員使用。

表1 關鍵詞頻次表

2.4 階段性前沿領域分析

研究前沿的識別和追蹤可為研究者明確學科領域的最新演化動態，為下一步研究指明方向。突變詞指在較短時間內出現較多的關鍵詞，根據突變詞詞頻變化可以判斷研究領域的前沿與趨勢。分析研究前沿可通過關鍵詞突發性檢測進行研究，通過考察關鍵詞詞頻時間分布，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線平衡研究。

表2 關鍵詞突發性檢測

從下頁圖2 可以看出，生產線平衡研究的發展呈現一個逐漸遞進的過程，從關鍵詞可以看出這個過程體現在研究方法的轉變上。國內生產線平衡的研究大致可以分為三個發展階段，不同階段關鍵詞也略有不同：第一階段是發展初期（2006—2008），關鍵詞有“生產線平衡”“生產線”等，該階段關于生產線平衡的研究逐步開展，相關研究增多，但研究多為理論層面；第二階段是發展期（2009—2011），關鍵詞有“仿真”“遺傳算法”“作業測定”“標準時間”“工作研究”“模特排時法”等，該階段在生產線平衡方法進一步多樣化和細化，開始采用多種方法展開研究，研究多以實際應用為主；第三階段是成熟期（2014—2016），關鍵詞有“精益生產”“價值流圖”“最優化調度”“flexsim”“飛機總裝配”等，這一階段研究更加深入，表現為研究對象的擴寬及方法的改善。

2.5 發展路徑及研究階段

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

國內進行生產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分為四種。第一種是工業工程改善方法，通過對生產線進行實地調研，結合現場的實際情況提出合理的改善方案，使生產線平衡率提升[4]。常用的方法包括ECRS 原則、5W1H 提問技術、程序分析、操作分析、模特排時法及精益生產思想等。第二種是數學分析方法，數學分析方法是通過建立數學模型，經過大量數學計算來尋求問題最優解的方法。常用的數學分析方法有整數規劃模型、線性規劃模型、動態規劃模型、網絡模型等[5]。第三種是計算機算法，生產線平衡研究常用的方法有遺傳算法、啟發式算法、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解，根據結果進行生產流程、工序等的調整[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線平衡優化。首先通過調研獲取生產線時序、設備布局、工位設置等信息，將信息輸入仿真軟件建立仿真模型，其次運行仿真模型，通過仿真結果進行數據分析，最后根據數據分析結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合，在運用工業工程改善方法、數學分析方法或計算機算法對生產線優化后，使用仿真軟件進行優化前后效果的對比，從數據層面簡單直觀反映優化后的效果，使優化方案具有可信度[8]。

3 結論

國內生產線平衡優化研究自開展以來已經持續了幾十年的時間，無論是理論研究還是在應用研究上都取得了大量的成果，本文利用文獻信息可視化軟件Citespace 對近二十年來國內核心期刊生產線平衡優化研究的文獻信息進行了知識圖譜分析，得出以下結論：

1）國內生產線平衡研究在2009 年間出現了爆發式增長，原因可能與2008 年國際金融危機有關。從文獻來源上看，國內生產線平衡研究在制造業內應用廣泛，但在機械制造領域覆蓋較廣，這說明我國生產線平衡優化研究尚有其它制造業領域應用空間。

2）發文作者及機構之間的合作呈現為“小集聚，大分散”的特征，需進一步加強交流合作。

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