尹勝利

（河北工程大學(xué)管理工程與商學(xué)院，河北 邯鄲 056000）

0 引言

隨著行業(yè)發(fā)展日新月異，生產(chǎn)線平衡的高低效率關(guān)系到產(chǎn)線效率、產(chǎn)能。成為企業(yè)研究熱點[1]。生產(chǎn)線平衡率是衡量總生產(chǎn)線平衡的重要指標(biāo)之一，由各個工序時間之和與瓶頸工序和工序數(shù)乘積的比值所決定。平衡率越高，工序間浪費就越少，產(chǎn)能相繼就能提升[2]。這在制造業(yè)競爭如此激烈的的情況下，為企業(yè)更快搶占市場、加快產(chǎn)品迭代更新提供契機。

傳統(tǒng)工藝流程優(yōu)化通常采用“5W1H”、“ECRS”原則等IE理論[3-6]針對產(chǎn)線進行工藝優(yōu)化，人員調(diào)整。隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，很多學(xué)者運用Flexsim、EPlant、Wintness等仿真軟件對裝配線進行仿真模擬[7-12]。針對裝配線現(xiàn)狀，運用IE辦法進行分析改善并且利用仿真軟件進行效果評價。本文綜合運用IE、仿真軟件對凈水控制器裝配線工藝流程進行分析。使用誤差總體界限法確定檢測次數(shù)，降低測定成本，通過使用作業(yè)測定分析工藝現(xiàn)狀，采用5W1H、ECRS原則等工業(yè)工程方法來提高產(chǎn)線平衡率。此類產(chǎn)品組裝大多需要機器和人工協(xié)同操作，由于產(chǎn)品更新迭代加快，高平衡率的裝配線可以為企業(yè)提高效率，降低成本。為類似產(chǎn)線優(yōu)化提供理論、實驗依據(jù)。

1 理論概述

裝配線平衡是指將工藝流程分配到各個工作站，并且使各工位的工作負(fù)荷量盡量均衡，保證工序的作業(yè)時間盡可能地相等，縮短生產(chǎn)節(jié)拍。要確保節(jié)拍適宜，需要不斷優(yōu)化瓶頸工序時間。節(jié)拍是每個工位或工作站的生產(chǎn)時間。瓶頸工序則是裝配線上節(jié)拍或生產(chǎn)時間最長的工位或工作站。再通過不斷改善工序或更改產(chǎn)線布局來提高裝配線的平衡率。

第Ⅱ類裝配線問題，在已知裝配線工序數(shù)量及各個工序的加工時間以及工序之間的先后約束順序，求最小生產(chǎn)節(jié)拍CT，其數(shù)學(xué)表達式如式（1）所示：

式中：MAXη為最大化生產(chǎn)率；n為工序數(shù)；St i為第i個工位的工時；Max(S t i)為最大化工序時間（瓶頸工位時間）；CT為生產(chǎn)節(jié)拍。

平滑性指數(shù)，用S表示。平滑性指數(shù)表示各個工作站或工序的產(chǎn)能分布離散情況指標(biāo)，平滑性指數(shù)越小表示裝配線產(chǎn)能分布更均衡。如式（2）所示：

式中：n為工序數(shù)；c為工序最低產(chǎn)能；c i為第i種工序的產(chǎn)能。

時間研究是通過對工序進行多次測定，獲取抽樣數(shù)據(jù)。顯然，測定次數(shù)越多，精度則越高。但是測定次數(shù)的一味增加只能增加工作量，測定成本顯著增高，不符合“節(jié)約企業(yè)成本”理念。因此，需要在同時考慮精確度和可靠度的情況下，根據(jù)科學(xué)的統(tǒng)計學(xué)知識來確定數(shù)據(jù)。

誤差總體界限法。根據(jù)總體平均值和樣本平均值之間的誤差范圍以及置信度來計算測定次數(shù)。當(dāng)誤差范圍控制在±5%以內(nèi)，置信度為95%時：

式中：n′為應(yīng)進行觀測次數(shù)；n為試觀測次數(shù)；X i為樣本觀測值；為樣本平均值。

由圖7得知，對照組干腌羊火腿的肌原纖維蛋白發(fā)生了降解，但降解程度不大。分子量為63.0 ku～48.0 ku和48.0 ku～35.0 ku中間出現(xiàn)蛋白條帶逐漸變粗；35.0 ku～25.0 ku中間出現(xiàn)了很多小的蛋白條帶；25.0 ku～20.0 ku、20.0 ku～17.0 ku和17.0 ku～11.0 ku中間產(chǎn)生的蛋白條帶逐漸變粗，顏色也逐漸加深，說明高分子蛋白降解產(chǎn)生了新的蛋白片段。

2 A公司凈水控制器裝配線狀況分析

2.1 裝配線現(xiàn)狀

國內(nèi)凈水器市場競爭激烈，各種品牌產(chǎn)品層出不窮，A公司為了提高產(chǎn)線產(chǎn)能和控制成本需要重視裝配線平衡問題。A公司是一家電路板制造商，提供多品種的電路板制作、打板等業(yè)務(wù)。A公司目前批量生產(chǎn)凈水器控制器，已知該公司擁有20條人機結(jié)合的插件后焊線，其中每條產(chǎn)線涉及員工27人，其工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2.2 裝配線工藝測定

通過對A公司的裝配線實地調(diào)研后，了解了生產(chǎn)工藝的流程和現(xiàn)場布局。通過該裝配流水線工人每天工作時間為8 h，寬放率為4%（女工人數(shù)多余男工人數(shù)），評比系數(shù)為1.1。因此，此次時間測定采用作業(yè)測定和工藝流程分析。

首先通過針對各個工序進行10次時間測定，分別帶入式（3）得到應(yīng)觀測次數(shù)。最后選擇各工序中次數(shù)最多者為參考標(biāo)準(zhǔn)，再進行各工序測定。

經(jīng)過式（4）計算得到標(biāo)準(zhǔn)工作時間如表1所示。

表1 加熱控制器工序作業(yè)內(nèi)容表

2.3 裝配流水線Flexsim仿真分析

Flexsim主要針對離散系進行仿真，采用面向?qū)ο蟮倪壿嬎季S，著重于整個系統(tǒng)中事物之間的關(guān)系?？刂破餮b配流水線屬于典型離散系統(tǒng)，F(xiàn)lexsim仿真是通過還原系統(tǒng)中的事物真實狀態(tài)，包括原材料、人員構(gòu)成、設(shè)備運營周期時間等。當(dāng)出現(xiàn)錯誤時能夠及時發(fā)現(xiàn)問題來源并進行修改。通過軟件的數(shù)據(jù)分析功能能看到裝配流水線的工藝流程和現(xiàn)場布局的不合理之處并加以整改。

控制器裝配流水線的組件由發(fā)生器產(chǎn)生，設(shè)置到達時間間隔為產(chǎn)品最長作業(yè)單元的作業(yè)時間。處理器表示每個作業(yè)工序，吸收器表示成品存儲。運行周期為24 h。建立的仿真模型如圖2所示。

圖2 工藝流程仿真模型

3 加熱控制器裝配線問題分析

根據(jù)表1可計算該裝配線平衡率、平滑性指數(shù)。

該裝配線平衡率η優(yōu)化前：

平滑性指數(shù)：

從工作時間（表1）和工序狀態(tài)（圖3）可知，該加熱控制器裝配線的平衡率過低，損失率高。平滑性指數(shù)為178，產(chǎn)能分布不均衡。相鄰工序時間差距大，工序2和3時間相近，但與相鄰工序1和工序4作業(yè)時間相差較大，容易造成工位空閑和工位壓力大的狀況發(fā)生。同時，工序11和工序12也存在類似問題，容易造成工序間庫存。影響裝配線平穩(wěn)運行。瓶頸工序為功能測試，其工序生產(chǎn)節(jié)拍為26 s，操作人員有4人，各工序之間作業(yè)負(fù)荷相差大，比如放板、插裝D1和插裝BZ1兩者工序時間較為統(tǒng)一，但是與實際相鄰工序時間差距在2倍以上，很容易造成工序間庫存。由此可以知道，該裝配線平衡率低下。因此，需要改善工序并且優(yōu)化流程。

圖3 工序狀態(tài)

4 裝配線優(yōu)化方案

充分結(jié)合企業(yè)自身資源、生產(chǎn)情況，針對加熱控制器裝配線的人員控制、設(shè)備布局和工藝流程等多維度分析，根據(jù)ECRS（取消、合并、重排、簡化）原則來盡可能提高該類裝配線的平衡率，提高產(chǎn)能。

（1）工位2和工位3兩道工序加工時間相同且工序操作步驟類似，通過ECRS原則進行合并來減少人員成本以及減少裝配線總節(jié)拍時間。通過簡單培訓(xùn)來使人員達到工序操作標(biāo)準(zhǔn)。提前將D1和BZ1放到一起，員工通過放板-插裝D1-插裝BZ1工序流程來單向雙手操作，減少手臂空間位移和配件運輸距離，由總?cè)藬?shù)2人變成1人，時間變?yōu)?4 s，減少2 s。通過簡單培訓(xùn)來使人員達到工序操作標(biāo)準(zhǔn)。作業(yè)完畢自檢OK流至下一工序。

（2）工位6中的波峰焊錫機以過往數(shù)據(jù)為參考提前進行參數(shù)調(diào)整，預(yù)熱溫度呈90℃-100℃-110℃-120℃階梯式增長，過爐速度由1.2 m/min更改為1.3 m/min；錫爐溫度調(diào)整為270℃；波峰Ⅰ、Ⅱ容差變?yōu)椤?，設(shè)置好后進行作業(yè)，確認(rèn)OK后方可量產(chǎn)，縮短時間2 s。

（3）工位9、10、11根據(jù)ECRS原則將具體操作流程進行重排、簡化。首先通過用靜電刷清潔PCB板錫珠錫渣等，目檢元件面是否少件、錯件等不良，目檢極性元件有無浮高、反向等不良，檢查數(shù)碼管風(fēng)葉是否符合判定標(biāo)準(zhǔn)；目檢錫點面有無虛焊、連錫等狀況，目檢元件引腳是否符合長度限制，最后通過分板-裝盤流至下一工序。標(biāo)識不良品放入指定位置待修理。進而將工序數(shù)減為2個，人員數(shù)由3人變?yōu)?人。時間變?yōu)?3 s、10 s，縮短3 s。

（4）工位12功能測試該工序工時最少，工序操作步驟以涉及測試儀器最多，為瓶頸工序，需要優(yōu)化作業(yè)步驟順序，首先將PCB板固定后進行靜態(tài)電流測試；然后進行數(shù)碼屏電量紅色報警測試；PCB板開關(guān)和蜂鳴器測試，把風(fēng)葉測試排到最后。流程重排先測試出PCB板是否存在問題，然后測試相關(guān)配件，更能針對性進行修理。工序時間上僅縮短6 s，但是能夠更早檢測出問題板，整體裝配線良品率得到提升。

（5）工位13為刷三防漆，該工序占用人員數(shù)多達6人，反面防護、正面刷漆、反面刷漆分別占用兩人，其中反面防護作業(yè)內(nèi)容為檢查PCBA板的板面和板底是否有雜物殘留以及在測試點和燒錄口點阻焊膠。工作內(nèi)容相較于其他兩個步驟較為簡單，可減少1人來操作。通過時間測定法得出正面刷漆作業(yè)比反面防護工時操作少30塊PCBA板，反面刷漆和反面防護工時大體相同。因此針對正面刷漆作業(yè)需要優(yōu)化，在板底和板面上刷三防漆時采用單位接觸面積更大的軟毛刷來減少來回刷的次數(shù)，噴涂三防漆程序噴嘴采用扇形結(jié)構(gòu)，使得漆面厚度更均勻。由此更改，可節(jié)約時間在6 s左右。

通過重新測量裝配線各工作站時間，計算出新的裝配線平衡率為78.08%，光滑性指數(shù)為79.71。并通過Flexsim進行仿真，得到當(dāng)前的工位狀態(tài)，如圖4所示。該加熱控制器裝配線得到明顯優(yōu)化。

圖4 工序優(yōu)化前后對比

5 結(jié)束語

（1）加熱控制器裝配線工序流程復(fù)雜，機器操作嚴(yán)謹(jǐn)，且存在手工作業(yè)。所以針對機械參數(shù)調(diào)整和人工操作改善有助于提高裝配線生產(chǎn)效率，通過對瓶頸工序以及影響平衡率的工序進行動作流程分析和動作分析，根據(jù)ECRS原則來改善裝配線，裝配線平衡率提高21.92%，光滑性指數(shù)降低98.29，裝配線工人人數(shù)減少3人，達到更高平衡率。對產(chǎn)能提升有較大幫助。

（2）通過Flexsim軟件針對裝配線進行建模、仿真模擬，得到優(yōu)化前后的裝配線狀態(tài)。進行工序?qū)Ρ?，從而發(fā)現(xiàn)影響裝配線平衡問題，并經(jīng)過不斷流程優(yōu)化來完善裝配線方案。

（3）本文通過運用ECRS原則和Flexsim軟件針對加熱控制器裝配線進行優(yōu)化，旨在提高線平衡率和產(chǎn)能，縮短生產(chǎn)周期，減少裝配線工人人數(shù)，降低企業(yè)制造成本。結(jié)果表示，該改善方案在實際運行過程中得到驗證，為類似裝配線優(yōu)化提供方案可能性。但是，該方案還需要改進，在實際裝配線上有更多影響產(chǎn)能因素，比如裝配線現(xiàn)場布局和人力因素等。需要多維度分析處理。