基于生产线平衡的多士炉生产线的优化设计

黄诚盛，杨维平

(昆明理工大学 机电工程学院，云南 昆明 650500)

基于生产线平衡的多士炉生产线的优化设计

黄诚盛，杨维平

(昆明理工大学 机电工程学院，云南 昆明 650500)

将生产线平衡理论运用到多士炉的生产线优化设计中，运用生产线平衡理论对多士炉底座进行了重点分析，对多士炉底座工序进行了动作分解、作业分析和时间分析，采用ECRS原则进行改善，最终达到了优化整条多士炉生产线的目的。通过改善前后的工序分析、作业饱和度以及相关参数的对比来衡量，以解决装配生产线平衡的问题，提高生产线的平衡率和生产效率，降低生产成本，并在生产线平衡的基础上，对装配生产线进行设计，使生产线平衡率达到了78.74%。

多士炉；作业饱和度；生产线平衡；生产线设计

随着全球化的发展和市场需求的不断变化，制造业的竞争重点已经转变为TQCSE的竞争，即开发时间短、质量高、成本低、服务良好和环境污染程度小的竞争。在流水线生产的模式下，如何提高生产线的整体效率，减少工序间的在制品，以及追求同步化生产越来越受到重视，企业生产中通常用平衡率这一量化指标来评价一条流水线平衡性的高低，它在某种程度上决定着企业设备的利用率，并限制着生产线生产能力的提高[1]。

无论是设计一条全新的装配生产线，还是对旧的装配线进行改装，都应进行生产线的设计规划[2]。生产线的优化与设计又应以生产线的平衡为基础，所以首要问题是应解决生产线平衡的问题。目前，国内外有很多对生产线平衡、布局和设计的研究[3-5],但对在生产线平衡的基础上进行规划设计甚少，本文在生产线平衡的基础上，对生产线进行了优化设计。

1 生产线平衡

一般采用生产线平衡率这个指标衡量生产线的平衡状态。

式中，C.T是生产线中作业时间最长的工序。由于在一定周期内，完成一个产品的时间是由生产线上作业时间最长的工序的时间决定的，即节拍，所以降低瓶颈工序的节拍值，使生产线各工序生产负荷平均化是提高生产线平衡率的关键。生产线平衡率越高，生产线的工时损失就越少，生产线在制品的工序就越少，生产线整体效率就越高[6]。

生产线工艺平衡即是对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使各作业时间尽可能相近，是生产流程设计与作业标准化应考虑的最重要的问题。

生产线工艺平衡的改善原则方法如下：应考虑对瓶颈工序进行作业改善，作业改善的方法可参照程序分析的改善方法及动作分析和工装自动化等IE方法与手段；将瓶颈工序的作业内容分担给其他工序；增加各作业员，只要平衡率提高了，人均产量就提高了，单位产品成本也随之下降；合并相关工序，重新排布生产工序，相对来讲，在作业内容较多的情况下容易拉平衡；分解作业时间较短的工序，把该工序安排到其他工序当中去。

2 实例分析

本文以M公司多士炉装配生产线为例，通过生产线平衡有关理论的运用，对该装配生产线进行优化与设计。

2.1 生产线现状

某款多士炉现有的生产线是由炉胆组装(多士炉附件)、底座组装和炉身组装3条生产线组成的。其生产线是由3条平行的“非”字拉流水线组成的，如图1所示。多士炉生产线的特点是多士炉的整个生产都是从生产线的一端进，另一端出。具体表现为从多士炉附件1线的一端投入原料，另一端流出加工之后的半成品；通过长距离的搬运，送至多士炉 底座生产线的拉头(见图1中生产线的左端)， 经过加工之后，在另一端流出半成品；再把半成品通过长距离的搬运，送至多士炉炉身生产线的一端进行生产，再从另一端流出成品。

图1 某款多士炉生产线现状

其中，多士炉生产线改善前各工序作业时间以及工序的作业饱和度(工序的作业时间占节拍的比值，可以用来衡量工时的利用情况，节拍为30.17 s)见表1。

表1 多士炉改善前各工序作业时间及作业饱和度

注：总时间为1 047.13 s，饱和度的平均值为56.90%。

多士炉生产线改善前的工艺流程图如图2所示。其中，工序1～工序14是多士炉附件线，工序15～工序31是多士炉底座线，工序32～工序60是多士炉炉身线。

通过表1的各工序的作业时间表，画出了改善前各工序的工时平衡图，如图3所示。

从生产线现状可知，线体规划不合理，原材料库存大，没有物料规划区，物料摆放零乱，操作员取放物料不方便，制造周期长，生产线上作业工时不平衡，作业饱和度不高，堆积现象严重，品质存在隐患，生产线平衡率低，生产效率不高。

图2 多士炉生产线改善前的工艺流程图

图3 改善前工时平衡图

2.2 改善的对策和实施

通过运用生产线平衡的理论与方法来解决和分析生产线平衡的问题，本文重点以生产线平衡的理论与方法对多士炉底座的组装来进行分析，进而用生产线平衡的理论与方法来推导整条多士炉生产线。

通过上述分析可知，多士炉生产线的平衡率=各工序时间总和/(人数×节拍)×100%=56.90%，节拍为30.17 s，可以提出该装配生产线的目标：节拍为40 s(在保持改善前后产量不变的情况下)，减少人员，提高人均单产，提高平衡率，降低成本。多士炉底座组装改善对策表见表2。表2中，多士炉底座的组装由原来的7个人，减少为4个人，人均单产及生产线的平衡率都提高了，其中19.2表示改善前第19道工序的第2个动作。

表2 多士炉底座组装改善对策表

针对生产线存在的问题，本文采用生产线平衡的理论，同时通过对多士炉底座组装的工序进行动作分解、作业分析和时间分析，采用ECRS原则进行改善，得到了多士炉底座组装的改善对策表，得到了多士炉底座的工艺流程(见表3)。

表3 改善后多士炉底座的工艺流程

通过同样的生产线平衡的理论、方法得到了改善后的整个多士炉生产线各工序作业时间及作业饱和度，见表4。

表4 改善后多士炉各工序作业时间及作业饱和度

改善后多士炉生产线的工艺流程图如图4所示。其中，工序13和工序14是多士炉底座组装，工序23～工序30是多士炉炉身组装。

图4 改善后多士炉生产线的工艺流程图

通过表4的各工序作业时间表，画出了改善后各工序的工时平衡图，如图5所示。

图5 改善后的工时平衡图

改善后的生产线平衡率=各工序时间总和/(人数×节拍)×100%=78.74%。工序的饱和度显著提高，生产线的平衡率显著提高。

2.3 改善前后对比分析

通过运用生产线平衡理论对多士炉生产线进行优化与改善，其生产线平衡率得到了提高，改善前后的相关参数见表5。

虽然生产线的平衡率得到了显著提高，但是现有的改善都不是尽善尽美的，还可以对工艺进行不断改进和优化。在考虑夹具设备、产品结构改良的基础上，还可以极大地提高生产线平衡率，提高效率，降低成本。

表5 改善前后相关参数对比表

3 多士炉生产线的设计

在基于生产线的平衡的基础上，综合考虑产品、产量、工艺过程、交货时间、物流、品质和设备的前提下，对某款多士炉产品的生产线进行重新设计，从3条平行式的“非”字拉，设计为1条“Y”字拉，该生产线能够实现一个流的生产，生产线的布局如图6所示。

相对改善前的3条平行式的“非”字拉生产线，该多士炉生产线的设计具有如下优点：主副拉线清楚，产品附件同时加工，不用反复搬运，品质有保证；物料区集中摆放，线体规划清晰，物料区、生产区和成品区分开摆放；操作员坐在一方操作，减少了劳动强度，极大地消除了动作的浪费。

图6 某款多士炉的精益生产线布局

当然，现有的生产线布局也不是尽善尽美的，还有待继续改进的地方，在产品结构进行改良、新增夹具设备的前提下，都可以对生产线进行不断优化与改进。

4 结语

本文将生产线平衡理论运用到多士炉的生产线优化设计中，解决了装配生产线平衡的问题。利用生产线平衡理论对多士炉底座的组装进行了详细的阐述，得到了改善后的多士炉生产线的工艺流程，并在此基础上对装配生产线进行了设计，使生产线平衡率达到了78.74%，提高了生产效率，降低了成本。

[1] 吴晓艳.装配生产线平衡的研究[D].上海：上海交通大学,2007.

[2] 贾晨辉,李云峰,刘延斌. 基于仿真的装配生产线规划与优化[J]. 组合机床与自动化加工技术,2009(3):79-82.

[3] 叶晓素,蔡勇. 精益生产方式下生产线平衡的研究[J]. 机电工程技术,2009,38(11):58-59,94.

[4] 杨如意. N公司装配生产线布局研究[D].广州：华南理工大学,2013.

[5] 周虎城. 基于精益生产的发动机制造规划和设计[D].天津：天津大学,2012.

[6] 岑昊,蔡三发.装配生产线平衡的改善[J].上海管理科学,2005(5):16-17.

责任编辑郑练

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

黄诚盛(1989-)，男，硕士研究生，主要从事工业工程等方面的研究。

2014-12-22