牛占文

,郭夢真,楊福東,路振中

(天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部,天津 300072)

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基于整流化的某發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化與排產(chǎn)設(shè)計

,郭夢真,楊福東,路振中

(天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部,天津 300072)

選取以工程機(jī)械行業(yè)極具代表性的某發(fā)動機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)線為案例,進(jìn)行作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化和排產(chǎn)設(shè)計研究。針對生產(chǎn)線作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計不合理的現(xiàn)狀,按照產(chǎn)品原則進(jìn)行生產(chǎn)線功能重組,實現(xiàn)發(fā)動機(jī)“整流化”生產(chǎn);針對輔助人員冗余的情況,利用標(biāo)準(zhǔn)工時測定的方法,進(jìn)行輔助人員定編,使其得到合理配置,并減少了30%的輔助人員。在此基礎(chǔ)上,以生產(chǎn)線加工能力為指導(dǎo)進(jìn)行排產(chǎn)方法設(shè)計,全面實現(xiàn)了生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置。

作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化;整流化;輔助人員;定崗定編;生產(chǎn)排產(chǎn)

目前,我國經(jīng)濟(jì)增長速度出現(xiàn)放緩趨勢,開始進(jìn)入“新常態(tài)”階段,與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)的工程機(jī)械行業(yè)也受到了比較明顯的影響,加之工程機(jī)械行業(yè)日趨激烈的市場競爭情況,許多企業(yè)的銷售額均呈現(xiàn)下降趨勢,未來發(fā)展面臨著嚴(yán)峻考驗。面臨這種挑戰(zhàn),眾多企業(yè)紛紛采取措施尋求新的發(fā)展機(jī)遇,其中,高效率的生產(chǎn)系統(tǒng)作為企業(yè)改革與發(fā)展的重要條件得到了眾多企業(yè)的關(guān)注。作業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)化、良好的排產(chǎn)方式、有效的作業(yè)人工配置可以大量減少企業(yè)內(nèi)部浪費,有效地控制企業(yè)成本,同時有助于各企業(yè)理順內(nèi)部體制機(jī)制,形成有利于企業(yè)改革與發(fā)展的良好環(huán)境。

在作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化方面,王志國等[1]以車間制造元素的工作量為決策變量,以產(chǎn)量、質(zhì)量、成本、交貨周期等指標(biāo)微動態(tài)約束條件構(gòu)建生產(chǎn)系統(tǒng)運作優(yōu)化模型,并用“串式調(diào)優(yōu)法”對其求解;倪稷子等[2]采取價值流圖技術(shù)對所提生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,確定了以生產(chǎn)鏈方式的價值流動生產(chǎn)方式,并對生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)線平衡等方面進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn);劉光富等[3]從物流效率、空間利用率、管理方便性等方面進(jìn)行廠房布置設(shè)計,從而達(dá)到生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化的目的。徐文杰等[4]通過整流化生產(chǎn)、生產(chǎn)線布局調(diào)整、全工序流動等方法解決了生產(chǎn)線物流路徑復(fù)雜、生產(chǎn)線不平衡,操作人員疲勞強(qiáng)度高等問題;在企業(yè)人力資源合理配置方面,陳旭[5]、云紹輝等[6]從企業(yè)員工的作業(yè)時間和素質(zhì)測評方式等入手,通過建立模型來進(jìn)行生產(chǎn)線人力資源的優(yōu)化配置,同時提出合理的人力資源配置是企業(yè)資源優(yōu)化配置的基礎(chǔ);Lin等[7]提出了解決人力資源配置的多目標(biāo)混合遺傳算法,Chung-HsingYeh等[8]提出建立企業(yè)的資源配置矩陣的方法,為人力資源配置提供了新思路,但是已有研究對企業(yè)各序列人員尤其是目前日益重要的生產(chǎn)輔助人員的優(yōu)化配置尚未提出比較合理的方法。在企業(yè)排產(chǎn)計劃方面,于乃功等[9]提出主生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)作業(yè)計劃綜合排產(chǎn)、生產(chǎn)計劃排產(chǎn)與車間實時監(jiān)控集成的思想,并設(shè)計了生產(chǎn)計劃動態(tài)排產(chǎn)軟件;薄洪光等[10]對并行流水線的排產(chǎn)等企業(yè)生產(chǎn)資源優(yōu)化配置方法進(jìn)行了研究,表明生產(chǎn)線排產(chǎn)在企業(yè)的生產(chǎn)資源優(yōu)化配置方面具有非常重要的作用。

基于上述分析,可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有研究往往以某一個生產(chǎn)管理問題為研究對象進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化研究,鮮有研究從分析作業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系出發(fā),將生產(chǎn)線作業(yè)優(yōu)化與生產(chǎn)排產(chǎn)相結(jié)合實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)資源的優(yōu)化配置。因此,研究選取工程機(jī)械行業(yè)極具代表性的某發(fā)動機(jī)制造企業(yè)的案例,通過生產(chǎn)線按照產(chǎn)品原則進(jìn)行生產(chǎn)線功能重組,對其進(jìn)行作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化;針對輔助人員冗余的情況,利用標(biāo)準(zhǔn)工時測定的方法,進(jìn)行輔助人員定編,使其得到合理配置;在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行排產(chǎn)方法設(shè)計,從而實現(xiàn)生產(chǎn)資源的全面優(yōu)化配置。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及問題描述

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

某發(fā)動機(jī)制造企業(yè)有一號和二號兩個工廠,一號工廠主要生產(chǎn)A、C兩種型號的發(fā)動機(jī),二號工廠主要生產(chǎn)B型號的發(fā)動機(jī),兩個工廠均由機(jī)加工車間、裝配車間、試車車間和成套車間組成。其中,機(jī)加工車間由機(jī)體線與缸蓋線組成,機(jī)體線進(jìn)行發(fā)動機(jī)機(jī)體毛坯的切削、鉆孔加工,缸蓋線進(jìn)行發(fā)動機(jī)缸蓋毛坯的切削、鉆孔加工;裝配車間將機(jī)體、缸蓋及其他外協(xié)零部件進(jìn)行組裝;試車車間對組裝的發(fā)動機(jī)進(jìn)行調(diào)試與檢測;成套車間將試車車間檢測合格的產(chǎn)品包裝。在生產(chǎn)過程中,缸蓋與機(jī)體的毛坯分別進(jìn)入機(jī)加工車間的缸蓋加工線與機(jī)體加工線進(jìn)行加工,然后依次進(jìn)入裝配車間、試車車間與成套車間,最終以成品形式出廠。其中,機(jī)加工線不可混線生產(chǎn),裝配車間、試車車間與成套車間可混線生產(chǎn)。此外,由于在試車車間檢驗不合格進(jìn)行返修的發(fā)動機(jī)數(shù)量非常小,故在研究中不做考慮。兩個工廠生產(chǎn)線的生產(chǎn)關(guān)系見圖1。

圖1 某發(fā)動機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)線關(guān)系圖Fig.1 Production line diagram of an engine manufacturing enterprise

1.2 問題分析

根據(jù)上述現(xiàn)狀描述,結(jié)合工業(yè)工程相關(guān)理論可以發(fā)現(xiàn)目前該企業(yè)的發(fā)動機(jī)生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)存在以下三方面問題:

(1)生產(chǎn)線功能設(shè)計混亂。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研,A產(chǎn)品和C產(chǎn)品在一號工廠加工,A產(chǎn)品的缸蓋和機(jī)體在機(jī)加一車間和機(jī)加三車間均有生產(chǎn);C產(chǎn)品的缸蓋和機(jī)體在機(jī)加二車間、三車間和五車間均有生產(chǎn)。因為每個車間既生產(chǎn)缸蓋,也生產(chǎn)機(jī)體,生產(chǎn)完成后均送往裝配車間進(jìn)行組裝,導(dǎo)致物流路徑混亂,同一產(chǎn)品分布于不同車間增大管理難度。以A產(chǎn)品為例,物與信息流動圖如圖2所示。

圖2 物與信息流動圖現(xiàn)狀Fig.2 Current situation of material and information flow diagram

(2)設(shè)備利用率低,排產(chǎn)計劃不合理。由于同一產(chǎn)品可在多個車間同時生產(chǎn),生產(chǎn)管理部門在下發(fā)生產(chǎn)計劃時,將生產(chǎn)計劃均分給各個車間,并未考慮到生產(chǎn)線的產(chǎn)能是否飽和,故經(jīng)常造成車間有效工作時間遠(yuǎn)少于規(guī)定工作時間,同時造成人力、設(shè)備等的浪費。以一號工廠為例,機(jī)加工一車間機(jī)體線與機(jī)加工三車間的機(jī)體線均可加工A型發(fā)動機(jī)的機(jī)體,兩條線的日最大產(chǎn)量分別為200臺和100臺,某個工作日A型發(fā)動機(jī)日排產(chǎn)量為200臺,生產(chǎn)計劃部門安排兩條生產(chǎn)線同時開線。但由于機(jī)加工一車間的最大日產(chǎn)量為200臺,因此只開機(jī)加工一車間的機(jī)體線,機(jī)加工三車間休班就可完成當(dāng)日產(chǎn)量。若機(jī)加工三車間機(jī)體線開線,則需配備機(jī)加工機(jī)體線上的14名一線人員與機(jī)加工三車間的全部11名輔助人員,造成人力資源的浪費;物料分散配送到兩個機(jī)加工車間增加了物料的搬運距離,造成搬運的浪費;開線消耗電力、造成設(shè)備損耗。在生產(chǎn)過程中,如果以上情況經(jīng)常出現(xiàn),勢必會造成該企業(yè)生產(chǎn)資源的大量浪費,提高企業(yè)成本。

(3) 車間輔助工人工作等待過多,工作范圍與工作職責(zé)不明確。目前,企業(yè)已進(jìn)行多次生產(chǎn)線改善,主生產(chǎn)線員工配置已經(jīng)處于相對合理的水平,幾乎不存在人員冗余的現(xiàn)象。但是,由于忽略了輔助人員的優(yōu)化配置,該企業(yè)目前的輔助人員配置不合理,需進(jìn)行優(yōu)化。以叉車工為例,即使在產(chǎn)量比較大的情況下,叉車工在每次搬運之間仍然經(jīng)常出現(xiàn)長時間的等待,同時工人出現(xiàn)互相推脫工作的現(xiàn)象,不僅導(dǎo)致工作無法正常完成,同時對工人的情緒造成負(fù)面的影響。

2 改善方案

2.1 生產(chǎn)線“整流化”優(yōu)化

由圖2知,生產(chǎn)現(xiàn)場出現(xiàn)多個“分歧合流”現(xiàn)象,同一產(chǎn)品分布于不同車間生產(chǎn),生產(chǎn)線關(guān)系不明確,物流路徑復(fù)雜,物流距離遠(yuǎn),因此根據(jù)整流化思想[4],將車間按照產(chǎn)品種類進(jìn)行劃分并進(jìn)行作業(yè)單元重組,劃分后的生產(chǎn)線打破了車間的界限,完全按照產(chǎn)品進(jìn)行分組,生產(chǎn)線關(guān)系更加明確,便于物流運輸,分組后的生產(chǎn)線關(guān)系如圖3所示。整流化后的物與信息流動圖如圖4所示。

2.2 生產(chǎn)線加工能力排序

在實際生產(chǎn)中,由于各條生產(chǎn)線設(shè)備配置的不同,因而對不同型號產(chǎn)品的加工能力會有所差異,為更好地制定排產(chǎn)方案,采取德爾菲法確定不同產(chǎn)線的優(yōu)先級。首先為各組內(nèi)的生產(chǎn)線分別設(shè)定了1、2、3、4四個等級,召集生產(chǎn)專家對各條生產(chǎn)線進(jìn)行打分,分?jǐn)?shù)越高表示該生產(chǎn)線在本組內(nèi)的生產(chǎn)優(yōu)先級越高。經(jīng)過調(diào)研匯總,剔除班制為0的生產(chǎn)線,得到各生產(chǎn)線的優(yōu)先級順序見表1。

在表1中,同一組組別中各條生產(chǎn)線的班制均相同,以生產(chǎn)線最多的組3為例,該組內(nèi)4條生產(chǎn)線的班制均為2班。此外,在生產(chǎn)中,當(dāng)產(chǎn)量足夠大時,優(yōu)先讓組內(nèi)各條線都開第1班,在各生產(chǎn)線按照生產(chǎn)優(yōu)先級均開滿1班后,再以同樣的優(yōu)先級開始第2班生產(chǎn),不考慮日產(chǎn)量超過所有產(chǎn)線,全部班次的最大產(chǎn)能之和的情況。

在某發(fā)動機(jī)制造企業(yè)當(dāng)前的生產(chǎn)狀況下,各個組別之間在生產(chǎn)上互不干擾,因此只需將各個組別內(nèi)的生產(chǎn)線排產(chǎn)方案確定好,最后進(jìn)行匯總即可。

2.3 生產(chǎn)線輔助人員定編

生產(chǎn)線輔助人員存在冗余與作業(yè)職責(zé)不明確的問題,因此在制定排產(chǎn)計劃前,將生產(chǎn)線輔助人員進(jìn)行定崗定編。向輔助人員發(fā)放工作寫實表,記錄輔助人員正常作業(yè)與非作業(yè)的全部內(nèi)容,并對其進(jìn)行分析,計算輔助人員作業(yè)時間和人數(shù),確定輔助人員的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。其計算過程如下:

假設(shè)第i個崗位的第j項作業(yè)的單次正常工作時間為tij,一個班次內(nèi)的工作頻次為pij,則可得第i個崗位一個班次內(nèi)的正常工作總時間為

(1)

同時可得標(biāo)準(zhǔn)工作總時間為

(2)

圖3 分組后某發(fā)動機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)線關(guān)系Fig.3 Production line diagram of an engine manufacturing enterprise after grouped

圖4 整流化后物與信息流動圖Fig.4 Material and information flow diagram of streamlined

工廠序號功能組別生產(chǎn)線優(yōu)先級順序一號廠1A產(chǎn)品機(jī)體加工機(jī)加工一機(jī)體線-機(jī)加工三機(jī)體線2A產(chǎn)品缸蓋加工機(jī)加工一缸蓋線-機(jī)加工三缸蓋線-機(jī)加工一缸蓋L線3C產(chǎn)品機(jī)體加工機(jī)加工二機(jī)體線-機(jī)加工四機(jī)體線-機(jī)加工四機(jī)體L線-機(jī)加工五機(jī)體線4C產(chǎn)品缸蓋加工機(jī)加工二缸蓋線-機(jī)加工五缸蓋線-機(jī)加工五缸蓋線F線5A、C產(chǎn)品裝配裝配線6A、C產(chǎn)品試車試車線7A、C產(chǎn)品成套成套線二號廠8B產(chǎn)品機(jī)體加工加工一機(jī)體線-加工三機(jī)體B線9B產(chǎn)品缸蓋加工加工二缸蓋A線-加工二缸蓋B線-加工二缸蓋線10B產(chǎn)品裝配裝配一車間裝配線-裝配二車間裝配線11B產(chǎn)品試車托盤線試車車間試車托盤線12B產(chǎn)品試車座臺試車車間試車座臺13B產(chǎn)品成套成套車間成套線注：生產(chǎn)線優(yōu)先級順序中從左向右優(yōu)先順序依次降低。

其中:a為寬放率,該寬放率是該企業(yè)考慮私事寬放、疲勞寬放、延遲寬放、偶發(fā)寬放、政策寬放等多方面因素后確定的綜合系數(shù)。

以每個輔助工人每班工作時間為8 h計算,可得第i個崗位所需人數(shù):

(3)

通過輔助人員定編,某發(fā)動機(jī)制造企業(yè)輔助人員總數(shù)從改善前的261人減少到184人,幅度達(dá)到29.5%,不僅大幅度降低了人力資源成本,也使各輔助工人的工作職責(zé)更加清晰,生產(chǎn)有序性與產(chǎn)品質(zhì)量均得到保證。

2.4 排產(chǎn)方案設(shè)計

圖5 排產(chǎn)方案計算過程Fig.5 Calculation procedure of production scheduling scheme

企業(yè)按照圖5的計算過程制作了輔助生產(chǎn)線排產(chǎn)的軟件,從而使該排產(chǎn)方案得以實現(xiàn)。該排產(chǎn)方案為該企業(yè)在當(dāng)前環(huán)境下合理配置生產(chǎn)資源,減少企業(yè)浪費提供了幫助(見圖6)。

圖6 生產(chǎn)排程軟件運行圖Fig.6 Production scheduling software operation diagram

3 改善結(jié)果

通過生產(chǎn)線“整流化”消除了“分歧合流”現(xiàn)象,使企業(yè)的物流路徑更加清晰,減少了物流距離。此外,合理投入生產(chǎn)人員與輔助支持人員,實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的少人化;合理提升了輔助工人的工作負(fù)荷度,這對提升輔助工人操作技能,保證輔助崗位工作質(zhì)量起到了促進(jìn)作用;根據(jù)定崗定編,生產(chǎn)線輔助人員總數(shù)從改善前的261人減少到184人,幅度達(dá)到29.5%,具體人員配置情況如表2所列。

表2 輔助人員定編后生產(chǎn)線人員配置情況

通過設(shè)計排產(chǎn)方案不僅實現(xiàn)了以較少的生產(chǎn)線高效地完成生產(chǎn)任務(wù)的效果,避免了重復(fù)開線的情況,減少了生產(chǎn)資源的浪費,還實現(xiàn)了某一班次開班時間較短時通過合并這些零散的班次來提高生產(chǎn)資源的利用率的效果,這樣在維持產(chǎn)量不變的情況下減少了總的開線班次,生產(chǎn)資源利用率大大提高,減少了物料搬運、電力消耗、設(shè)備損耗、人力資源等方面的浪費。

4 結(jié)論

從生產(chǎn)線“整流化”功能重組、輔助人員定編和生產(chǎn)線排產(chǎn)等環(huán)節(jié)對某發(fā)動機(jī)制造企業(yè)的生產(chǎn)資源優(yōu)化配置過程進(jìn)行分析,通過分析得到如下結(jié)論:(1)將車間按照產(chǎn)品原則進(jìn)行劃分并進(jìn)行作業(yè)單元重組,同時將生產(chǎn)線進(jìn)行“整流化”排布,不僅消除了“分歧合流”現(xiàn)象,同時使物流路徑更加合理,物流距離減少,此外整流化便于企業(yè)迅速發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)問題,提高企業(yè)的競爭力;(2)以輔助工人的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)為基礎(chǔ),通過計算各輔助崗位的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間得到其合理配置,企業(yè)可以進(jìn)行輔助人員定編,從而實現(xiàn)各生產(chǎn)線輔助人員配置的最優(yōu),該做法不僅可以降低工廠的人力成本,也可以為為企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置提供基礎(chǔ)條件;(3)在輔助人員定編的基礎(chǔ)上,通過考慮各生產(chǎn)線的生產(chǎn)優(yōu)先級和約束條件,制定出的排產(chǎn)方案更符合企業(yè)實際,該方案可以通過編制輔助排產(chǎn)軟件實現(xiàn),排產(chǎn)方案的應(yīng)用可以使企業(yè)避免浪費不必要的人力資源和設(shè)備,從而實現(xiàn)生產(chǎn)資源的最優(yōu)使用。

研究對某發(fā)動機(jī)作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,對排產(chǎn)進(jìn)行設(shè)計,這對國內(nèi)制造業(yè)如何在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢下有效地利用生產(chǎn)資源,降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率等具有參考意義,但是對生產(chǎn)多樣化的研究還存在不足,需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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EngineProductionLineOperatingSystemOptimizationandProductionSchedulingDesignBasedonStreamlining

NiuZhanwen,GuoMengzhen,YangFudong,LuZhenzhong

(CollegeofManagementandEconomics,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

Takeaproductionlineofenginemanufacturingenterprisewhichisahighrepresentativeofconstructionmachineryindustryasexampletoconducttheoperatingsystemoptimizationandproductionschedulingdesignresearch.Targetingatthecurrentsituationofunreasonableproductionlineoperatingsystemdesign,conductproductionlinefunctionalreorganizationaccordingtotheproductprincipleandachievethestreamliningproductionofengine;targetingatthesituationofauxiliarypersonnelredundancy,conductthepersonnelallocationofauxiliarypersonnelbythemeanofstandardworkinghoursdeterminationandmakethemhasreasonableallocationwhichreduce30%auxiliarypersonnel;onthatbasis,conducttheproductionschedulingmethoddesigntakingtheproductionlineprocessingcapabilityastheguidance,completelyachievetheoptimizationarrangementofproductionresource.

Operatingsystemoptimization;Streamlining;Auxiliarypersonnel;Fixedpostandfixedallocation;Productionscheduling

NiuZhanwen,GuoMengzhen,YangFudong,etal.EngineProductionLineOperatingSystemOptimizationandProductionSchedulingDesignBasedonStreamlining[J].JournalofGansuSciences,2016,28(6):116-122.[牛占文,郭夢真,楊福東,等.基于整流化的某發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化與排產(chǎn)設(shè)計[J].甘肅科學(xué)學(xué)報,2016,28(6):116-122.]

10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.06.023.

2015-04-14;

2016-07-18.

國家自然科學(xué)基金項目(71071107).

牛占文(1966-),男,內(nèi)蒙古赤峰人,博士,教授,研究方向為工業(yè)工程、精益生產(chǎn).E-mail:767338551@qq.com.

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