基于精益生產的工廠產線設計方法

徐文強 黎志雄 熊江偉 郭倫軍

（1.安徽精工智能系統有限公司，安徽 合肥 230000；2.廣州市浩洋電子股份有限公司，廣東 廣州 511450；3.寧德時代新能源科技股份有限公司，福建 福鼎 355203）

0 引言

隨著現代經濟的迅速發展，市場需求已發展到了多元化、個性化時代，在全球經濟化的背景下，如何適應高速發展的市場需求是一場全世界范圍內的生存競爭，能迅速生產出市場需要的質優價廉產品的企業才能夠長久生存下去。面對先進的國際制造業，國內企業普遍存在生產方式落后、缺乏管理技術的情況。在工廠里，生產線是產品形成的重要陣地，如何保證產品能夠高效地產出？針對產品設計適合的產線是非常重要的因素。

精益生產是指運用多種現代管理方法和手段，以社會需要為依據，以充分發揮人的積極性為根本，有效配置和使用企業資源，以徹底消除無效勞動和浪費為目標，最大限度地為企業謀取經濟效益的生產方式。通過在產線設計階段結合精益思想，采用工業工程的工作研究、作業測定等方法，先對現有的作業方法、工藝流程等分析，再根據ECRS（取消、合并、重排、簡化）原則，排除掉不合理、不增值的浪費，制定更經濟、更高效的作業流程，并以此作為產線設計的基礎，從而保證產線的精益化、高效化。

該文以A公司的其中一個車間（終端車間）為研究對象，詳細描述制造工廠產線的設計方法。

1 需求分析

1.1 未來目標產值

A公司主要生產產品為終端及工控、配電、智能電工3大類產品，依據公司2019年、2020年、2021年連續3年的銷售業績，公司制定2023年的銷售目標為100億，其中終端及工控產品2023年銷售目標40.96億元。終端及工控產品為A公司核心產品，且品種較多，目前產線生產過程資源浪費較大，產線產能較低。該文以終端及工控產品為研究對象，對其產線進行精益設計。A公司各產品銷售業績及銷售目標見表1。

表1 A公司2019—2023年銷售業績及目標

1.2 需求產能分析

通過對終端及工控產品的各產品型號2019—2022年的日產能進行分析，以及結合2023年的銷售目標，對終端及工控各產品型號2023年的日產能目標分解見表2，確定各產品2023年需求量，以便進一步分析。

表2 各產品型號未來需求產能

2 產品PQ分析

從產品種類上看，A公司的終端及工控產品屬于多品種產品，需要進一步明確改善重點對象，對各產品2023年產能目標進行分析，可以發現其中NDB1-63產品日產量193534件，產量占比總產量66.2%；NDB1L-32產品日產量32094件，產量占比總產量11%，這兩款產品累計占總產量的77.2%，為終端車間的主要產品（大批量）；NDG1、NDB1-125產品產量分別占總產量的6.2%、6%，為終端車間的次要產品（中批量）；其余6款產品合計占總產量的10.64%，為終端車間的多品種小批量產品。終端車間各產品產量占比見表3。

表3 終端車間各產品產量占比

對各產品產量進行帕累托圖分析，以明確各產品產量類別，分析如圖1所示。

圖1 產品帕累托圖數據分析

3 產品PR分析

3.1 識別產品族

為保證產線適合產品生產，通過對產品生產工藝進行分析，產品從上線到下線一共經過13道工序的加工，10款產品可根據生產工藝細分為3個產品族：噴碼移印、僅噴碼、僅移印，為保證產線滿足且適合產品生產，減少生產過程資源浪費，杜絕后期的產線改造，須對不同產品族針對性設計產線，確保產線最優化。各產品工藝分析見表4。

表4 終端車間各產品工藝分析

3.2 產線設計思路

結合產品的PQ-PR分析，可以看出終端車間的主要產品（NDB1-63、NDB1L-32）同屬于“噴碼移印”產品族，產品批量大且工藝統一，可針對設計自動化線體，采用先進的自動化智能化設備進行加工裝配，提高生產效率和制造水平，減少作業人員投入；針對次要產品（NDG1、NDB1-125）同屬于“僅噴碼”產品族，產品批量較大且工藝相對統一，可對應設計柔性半自動化線體，專用件人工組裝，通用件自動化裝配，兼顧柔性和效率，實現中批量產品的快速切換和高效生產；針對多品種小批量產品同屬于“僅移印”產品族，可對應設計柔性生產線體，零部件在線組裝，對崗位進行優化設計，確保產線工序節拍平衡，實現多種產品工藝共線生產。

下文以終端車間主要產品NDB1-63產品為例，詳細介紹線體設計過程。

4 生產線體設計

4.1 確定產線節拍

產線精益設計是為了在滿足需求的基礎上進行高效生產，所以需要先確定需求節拍（），即為滿足需求生產一件產品的時間，NDB1-63產品日需求193534件，A公司每天出勤工時21h（雙班），可算出NDB1-63產品產線為0.39s

4.2 產品作業測定

為保證產線生產高效，須進一步研究產品生產流程作業內容以及作業時間，采用錄像觀測法對產品作業進行時間測定，確定每個工序作業時間見表5。NDB1-63產品傳統產線采用流水作業方式，分有12個作業崗位，每個崗位1個作業人員，主要依靠人工作業，可以明顯看出，產線生產瓶頸工位為裝配組件崗位，瓶頸節拍17.72 s，小時產能（UPH）為203件/h，產線產能遠低于需求產能，無法滿足未來需求；且產線平衡率42.3%，各工序作業節拍嚴重不平衡，造成生產過程人員等待、設備利用率低等浪費，不利于產能進一步擴張。

表5 NDB1-63產品作業時間

4.3 作業改善

通過對NDB1-63產品生產流程的作業動作進行進一步分析，基于動作經濟原則并結合自動化模擬驗證，對各工序在“取消、合并、重排、簡化”等優化基礎上，再模擬導入自動化，消除作業中的浪費動作，以提高產線生產效率，同時保證設備高利用率運作，減少產線人力投入。對NDB1-63產品作業流程共制定12項改善方案見表6。

表6 NDB1-63產品作業改善方案

4.4 線體崗位設計

對NDB1-63產品優化后的作業進行重新排崗見表7，產線采用全自動化線體，共設置17個作業崗位，其中16個崗位采用自動化作業，線體作業人數1人（打包），產線瓶頸節拍（CT）1.58s，UPH為2278件/h，滿足未來產能需求；同時產線平衡率達到86.2%，各工序生產節拍均衡化，消除生產過程中的人員等待、設備閑置等浪費，基本達到設計目標。

表7 NDB1-63產品自動化產線

傳統NDB1-63產線主要為人工流水作業，共設置12個作業崗位，每個崗位1個作業人員，線體總人數12人，瓶頸節拍17.72s，小時產能（UPH）為203件，線體平衡率42.3%，產線產出低且生產過程浪費大，不適用于未來產量高速擴展。

精益NDB1-63產線對比傳統產線，從3個方面可明顯看出優勢：1）產線人力投入少。產線采用全自動化線，整條線體投入人數1人，再輔以1人用于設備裝料即可，人員較傳統產線減少10人/線。2）產線產出效率高。產線瓶頸節拍（CT）1.58 s，UPH為2278件/h，產線效率較傳統產線提高1022%。3）產線平衡浪費小。產線共設置17個作業崗位，將瓶頸崗位進行拆分簡化，產線平衡率達到86.2%，較傳統產線平衡率提高43.9%。

綜上所述，基于產品分析設計的精益產線相較傳統產線在人力投入、產出效率和產線平衡方面有明顯優勢，更能滿足企業的快速發展需求，同時，在行業激烈的市場競爭下，企業能夠展現先進的制造水平和高效的生產能力，以便于獲取更多的市場份額，保證企業長久持續發展。

5 結語

針對產品設計精益產線是保證產品高效產出的關鍵，在產品投產前期，就需要科學地對產品進行分析，將產品分族針對性設計產線、對產品作業進行分析合理排崗，可有效提高產線產能及產線平衡率。該文從精益生產的角度對工廠產線設計進行系統分析，針對產線設計提出的方法，對工廠產品投產前的線體設計具有一定的指導意義。在A公司產線設計過程中，發現因車間物流迂回造成人員走動浪費大，此問題主要原因為車間布局不合理、不連貫，筆者將繼續開展車間精益布局方面的研究。