制造型企业生产车间的现状分析与精益改善——以某按摩椅企业机械手生产车间为例

黄佩钰，黄 磊

(温州大学 机电工程学院，浙江 温州 325035)

温州市家具产业经过20年的快速发展，目前规模以上家具企业数量已在浙江省占比约61.7%，按摩椅细分产业的发展尤为迅速.温州市按摩椅企业大都已采用半机械化的流水线生产方式来取代传统的纯手工生产方式，生产效率和产能较之前有很大提高，但是由于依然采取传统的批量生产与粗放管理方式，生产过程存在严重的工序等待和搬运浪费，影响生产能力的有效发挥，无法满足客户需求.调研发现，温州某按摩椅企业的机械手生产车间采用传统批量生产方式时，生产线平衡率仅为62.75%，平均生产每件产品需搬运24次，搬运总距离为17 750 cm，平均拖期率为11.66%.因此，该按摩椅企业急需采用新的生产方式提升企业产能利用，实现从粗放型管理向集约型管理的转变.

精益生产作为当前工业界最佳的生产组织方式之一[1]，已被众多生产企业用于解决生产过程存在的浪费问题，提升企业的生产能力，提高其市场竞争力.文献[2]运用工序分析方法对GL公司核心产品的加工平面布局和生产流程进行了优化和再设计.文献[3]针对某企业激光头基座准备生产线设计了新方案，运用模特法和秒表测时法，按照5W1H及ECRS(Eliminate，Combine，Rearrange，Simplify)原则，有效地降低了库存，提升了产能.文献[4]对钢铁企业传统成本管理中存在的问题进行分析，以精益生产理念提出成本优化策略，提升了钢铁企业的可持续发展能力.文献[5]与文献[6]分别对某变压器箱体车间、电泵装配生产线进行了系统分析，运用精益生产设施规划思想重新布置车间设备，设计新的生产线，基本实现了“一个流”生产，提升了企业的市场竞争力.文献[7]分析了某电子组装企业的管理现状与生产系统，从精益生产的角度找问题，定方案，改善生产流程，提高劳动生产率，取得了明显成效.文献[8]按ECRS原则对某铸造企业进行改善，充分挖掘人机闲余能力，加强人与机器的协调配合，明显降低了人工成本.文献[9]提出了航天产品生产中精益生产的实施方法和注意点.文献[10]以某民营企业继电器生产线为研究对象，通过减少生产线的料盒数量、制定标准作业三票、降低转运批量等，改善了生产线 .上述文献尽管已涉及多个行业的生产线精益改善，但是并无针对按摩椅企业机械手生产车间的改善研究.本文拟利用精益生产的理论及相关工具，对某按摩椅企业机械手生产车间进行问题分析与精益改善.

1 机械手生产车间现状分析与问题界定

1.1 机械手生产车间现状

某按摩椅企业的机械手生产车间采用批量生产方式，20件产品为一个批次.暂存区用于放置各工位的在制品.各工位的操作员用手推车运输在制品，但原材料从入口到原材料暂存区的搬运工作是由物料员完成的.产品尺寸为20 cm×20 cm×10 cm.该车间经常出现在制品堆积现象.操作员将在制品从工位操作区搬至手推车需搬运150 cm，手推车的宽度为150 cm，而车间通道宽度仅有130 cm，且经常出现原材料占用车间通道现象，手推车难以通过车间通道.在制品从工位4至工位5需搬运距离为2 700 cm.该机械手生产车间布局如图1所示.

图1 机械手生产车间布局

1.2 机械手生产车间工艺程序分析与问题界定

对该机械手生产车间调研发现，其生产线存在在制品库存浪费、产品不能按期交付的现象，平均拖期率为11.66%.

工艺程序图能够反映生产系统概况以及各构成部分之间的相互关系，通过工艺程序图可分析机械手生产线存在的问题[11].因此，本文针对该机械手生产车间的工艺设置情况，绘制了图2所示的工艺程序图，并且根据工时数据及客户需求节拍绘制了图3所示的机械手生产车间各工位工时山积图(改善前).

从图3可以看出，该机械手生产车间存在的生产瓶颈为工位6.生产线平衡率是衡量各工位之间节拍均衡度的一个综合指标.一般来说，生产线平衡率大于90%，可看作“一个流”生产[12-13].经计算，该机械手生产车间的平衡率仅为62.75%，平衡率较低，容易出现在制品等待或库存浪费现象.该机械手生产车间2016-2017两年的平均产量为64 583件/年.根据规划，其2019年产量将增加约5%，达到71 040件.按照劳动法规定的全年工作日250 d，每天工作8 h计算，平均每天要生产机械手284件，客户需求节拍为101.41 s/件.但该机械手生产车间加工时间最长的工位节拍为131.04 s，大于需求节拍.因此，该机械手生产车间的产能不足.

此外，由于该机械手生产车间采用批量生产方式，工位之间的搬运批量为20件/次，车间在制品库存量高达120件，容易出现在制品堆积现象，导致库存浪费，因此机械手生产周期较长，长达3.2 h，而生产一台机械手的纯加工时间只需0.16 h.显然，其生产过程浪费时间高达95%.

1.3 机械手生产车间物流路径分析与问题界定

对该机械手生产车间原料和在制品的搬运路线与搬运距离调查发现，其搬运路线较混乱，存在严重的搬运浪费.

注：单元指各工位的作业要素图3 机械手生产车间各工位工时山积图(改善前)

生产车间物流路径分析的重点在于解决搬运问题，通过改变物流布局进行生产线改善，达到缩短搬运距离、减少搬运次数的目的[14].本文对该机械手生产车间加工、搬运、等待、暂存等操作进行调查分析，绘制了图4所示的机械手生产车间物流路径简图.经统计，平均生产一件产品需加工7次，搬运24次，搬运总距离为17 650 cm.分析可知，该机械手生产车间的搬运次数过多，搬运距离太长，造成了大量的搬运浪费.

图4 机械手生产车间物流路径简图

2 机械手生产车间的流程化改造

传统的大批量生产方式会引起许多浪费，比如在制品量大、生产周期长、质量问题多、搬运次数多等.流程化生产可改变按工序单位进行生产的传统思想，采用流水线方式组织生产，把生产流程看作“河流”，能够消除各工序内部和工序之间的物料停滞，改善混乱的流程，从而毫无阻碍地进行流动生产.

2.1 单件流改造

对于车间存在的在制品库存浪费、产能不足等问题，通常可采取流程化改造方式来解决[15].流程化改造的目的是实现单件流动，其前提是生产线上各工位是工时平衡的(平衡率达到90%以上)，即生产线平衡.如果生产线不平衡，仅靠减小生产批量，则不可能实现单件流动.该机械手生产车间的生产线平衡率仅为62.75%.因此，本文运用阶位法[16]来设计该机械手单件流生产线.

首先将该机械手生产的作业分解成尽可能小的单元，并列出各作业工时和紧前作业，根据装配作业表中作业的相互关系绘制该机械手的装配作业图；其次确定工位数(经计算，该生产线最小工位数为6)；最后确定各工位的工作内容，根据该机械手作业装配图计算各工序的阶位值，并按阶位值从大到小对工序进行分配(表1).

表1 按阶位法分配的作业元素

注：PCB为印刷电路板(Printed Circuit Board).

流程化设计后(改善后)机械手生产车间各工位工时山积图如图5所示.该机械手生产车间的生产工序被重新分配后，工位由原来的7个减至6个，瓶颈时间降为101.93 s.这虽然与客户需求节拍相差0.52 s，但只要在实际生产中安排短暂加班即可满足顾客需求；在产品总生产时间未改变的情况下，对产品的工序进行合理分配，即可满足产品的节拍要求，提高生产效率.流程化设计后生产线平衡率从原来的62.75%上升到94.10%，满足了单件流生产要求，使生产周期缩短至0.16 h左右，生产线的在制品量和操作人员的等待浪费被大大减少.

注：单元指各工位的作业要素图5 机械手生产车间各工位工时山积图(改善后)

2.2 U型生产线布局

该机械手生产车间设有一条闲置的直线型传送带.从产品的体积和质量考虑，该传送带已无法满足实际生产要求，故将其淘汰.该机械手的产品质量约为15 kg，不方便从流水线搬运到工作台作业，故改用倍速链式输送机，以便操作员直接在流水线上作业，避免每生产一件产品就要搬运一次的浪费.将该机械手生产车间的生产线改成U型布局，按加工顺序顺时针排列操作工位；将入料口和出料口设置在同一方向，可减小搬运距离；将工位减至6个，取消原来的原材料暂存区，为每个工位设置原料暂存区和工具车；物料员可将原材料直接搬运到每个工位的暂存区，节省了原材料搬运时间.

工具车用于摆放扳手和螺栓等小配件，以及放置小型物料盒，设置于操作员的左右位置，基本实现了操作员不走动即能进行物料和工具搬运，符合动作经济原则.成品的暂放区设置在工位6操作员的左手边，靠近生产车间大门，减小了成品搬运距离.由于该机械手的小配件较多，不适宜每天进行小配件配料，因此依旧保留小配件货架，各操作员可根据工位需求选取对应的配件.针对该机械手生产车间进行U型生产线布局(图6)后，每件产品搬运距离由17 750 cm减至3 800 cm，缩短了78.59%.

图6 U型生产线布局

3 精益改善的效果评价

本文采用Flexsim仿真软件对该机械手生产车间改善方案的可行性和效果进行了验证.其结果显示，改善后机械手生产车间符合企业生产要求.该机械手生产车间改善前后对比情况如表2所示.

表2 机械手生产车间改善前后对比情况

生产改善前后对比可知，改善后在制品库存量、生产周期和搬运距离比改善前大幅度减小，改善效果明显.对顾客需求分析后，重新确定生产节拍、工位数量，并进行工序安排，在减少一名操作员的情况下提高了生产线的平衡率，满足了客户对产品产量的需求，提高了企业的市场竞争力与可持续发展能力.

4 结束语

本文主要以某按摩椅企业的机械手生产车间为研究对象，运用精益生产的相关理念和工具进行生产改善.分析该机械手生产车间现状，发现其存在管理不善而导致的生产能力利用不足、生产平衡率低下、在制品库存浪费等问题.运用流程化改造方法，采用U型生产线布局，减小搬运距离，解决了搬运路线交叉混乱与在制品库存浪费问题.通过单件流改造，缩短生产周期，解决生产平衡率低下的问题，进而满足了客户对生产能力的需求.