工业工程在传送带制造中的应用

黄大坤

摘 要：在传送带生产制造中，有其特有的加工工艺和模式，有别于常见的机械加工生產模式。本论文将着重介绍，应用工业工程系统性理论和方法，在这特殊生产领域的应用;解决车间仓储面积过大、导致成本过高;车间布局不合理，仓储设施设备效率低下;生产流水线不平衡，瓶颈工序延误产品交货期等问题。

关键词：仓储设施设备改进;车间布局优化;流水线平衡分析

中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）20-0085-04

1 研究背景

本文改善研究对象为传送带著名制造厂商，在前期调研中发现：生产制造有别于传统的机械加工生产模式，其主要特点有：（1）物流配送链：海外原材料卷料进口——国内加工制造——客户，且主营的TC龙带订单交货期小于等于2天;（2）产品品种多，进口原材料均为产品形状为3-4m长卷圆筒包装;（3）生产主要工艺流程为：裁切——丈量打齿/打磨——热压接着——喷码——质检——包装等工序，其中在裁切和丈量打齿/打磨工序有特殊的返料环接。

基于上述特点，要求在生产制造中需具备：合理的车间布局、一定量的产品库存备货及适应产品包装特点的存储设施设备，和高效均衡的生产流水线以满足客户交期。

通过工业工程工作研究后发现，主要的问题有三方面问题：（1）仓库配送时效不能满足生产计划要求。主要表现在：现有厂区库存容量不足，外仓与车间距离较远，生产时需要耗费大量时间配送。（2）车间仓库布局不合理，车间内物料流转效率低下。主要表现在：1）生产周转场地不足和缺少合适的物流设备，影响物料在工位间正常流转;2）因物料供应不及时引起产线临时性停线;3）主要产品TC系列龙带交期为3天，满足不了客户2天交期需求。

2 基本构思

基于现有的生产问题，首先运用工业工程工作研究对车间仓储设施设备、车间布局和流水线平衡等方面重新评估分析，找出瓶颈所在并制定改善方案;其次，逐步实施改善方案;最后通过实践验证方案的合理性。改善过程中运用库存容量、蜂窝损失和通道损失理论对仓储空间利用率进行分析，制定优化改善方案;同时对现有生产流水线平衡率进行分析，通过观察记录操作流程，运用工序——时间图，结合流程分析，找到瓶颈工序制定改善方案，并逐步落实改善方案。

3 改善过程

3.1 仓储设施设备和车间布局优化改进

现有车间布局参见图1，仓库储存方式有两种，一种为厂区货架存储方式，另一种则采用在厂区外租用场地零散存放方式。带来的问题是：首先，物料为散放存放，物料活性系数为0，导致物料配料效率较低。其次，外仓与厂区距离较远，导致物料配送时效较低。最后，小物料储存区与高位货架储存区占地较大，导致前段裁切工位物料周转空间不足，延误订单准时投产，同时给搬运操作带来不安全隐患。

结合图1，现有车间仓储设施设备为高位货架和小物料货架，其中“小物料存储区”共计4个货架，用于裁切和丈量打齿/打磨工位返料存储;高位货架共计4排，每排高位货架共5列×5层，共计25个存储单元，每个储存单据存放2卷物料。现有车间4个高位货架库存容量为：

S（库存容量）=T（存储单元数）×P（存储数量/存储单元）[1]

存储单元数T=4×5列×5层=100个，P（存储数量/存储单元）=2个/存储单元，库存容量S=100×2=200卷。

依据生产计划历史数据得知：进口物料维持在400卷到450卷之间，显然现有库存容量不能满足计划存储需求;运用蜂窝损失和通道损失分析，计算高位货架空间损失。

其中E（H）为空缺系数，La为通道损失，Wa为通道宽度;d为堆货深度。

E（H）=[2]

E（H）==×（++…++0）=0.45

La=Wa/（Wa+2d）[2]=3m/（3m+2X5m）≈0.23

蜂窝损失=E（H）X（1-La）[2]=0.45X（1-0.23）≈0.35

空间总损失=La+E（H）[2]=0.23+0.35=0.58

经过上述计算可以得出：高位货架空间利用率不足且浪费较大;综合库存容量可以得出：现有高位货架库存满足不了计划存储要求，高位货架空间存在很大改善空间。

基于上述结论，对现有高位货架布局和存储方式重新设计。在优化高位货架存储方面：结合存储物料为长卷圆筒的包装特点，改善方案为：将原有横向放置改为插入式纵向放置。将之前利用库存横向空间放置，改为利用库存纵向空间放置，提升高位货架单位库存容量，进而扩大整体库存容量。

改善方案实施中主要措施是：拆除现有厂区内高位货架，选用30cm厚度的中密度板作为隔板，将层间距从第一层到第五层，依次调整为1.5m、1.4m、1.3m、1.2m、1m，满足物料堆放原则，即越大越重的物料放置在最低层，反之则其然;通过改善后，重新计算库存容量。

S（库存容量）=T（存储单元数）×P（存储数量/存储单元）[1];存储单元数P=3排×5列×6层=90个，P（存储数量/存储单元）=5个/存储单元（按照最大卷料尺寸计算）;库存容量S=90×5=450卷。

综上计算得出：改善后的库存容量，满足计划库存容量400卷到450卷之间的存储需求。

优化高位货架布局方面：依据改善后的库存容量和通道损失，现有4排高位货架通道损失较大;其改善方案和措施为：在保持单位库存数量不变的情况下，4排高位货架整合为3排，靠墙放置。“小物料存储区”4排小货架，与左右靠墙的高位货架背对背放置（参见图2）;改善后重新计算蜂窝损失和通道损失;其中E（H）为空缺系数，La为通道损失，Wa为通道宽度;d为堆货深度。

E（H）=[2]

E（H）==X（++…++0）≈0.48

La=0（高位货架均靠墙放置，无通道）<0.23（改善前）

蜂窩损失=E（H）X（1-La）[2]=0.48X（1-0）=0.48

空间总损失=La+E（H）[2]=0.48+0=0.48<0.58（改善前）

经过上述计算可以得出，重新对高位货架优化布局后，降低了的通道损和空间总损失，提高货架空间利用率;另外，对车间仓库中间高位货架的拆除，将低位货架和高位货架顺次靠墙放置，空出中间区域（参见图2），便于裁切工位及时投产，同时提高操作的安全性;更重要的是：通过上述对布局优化改善，将外仓物料全部搬移到厂区内，缩短物料配送距离、提高配送效率。

现有车间布局中：丈量打齿/打磨工位，由于考虑到部分带子（宽度：长度<4.2）接着后不能翻转，需要接着前喷码，故将喷码工位设置在丈量打齿/打磨工位附近，便于喷码。另外一部分带子，则依据工序位置，顺次流转。这样从图1中可以得知，丈量打齿/打磨工位、喷码工位与接着工位之间，物流线路存在迂回和交叉。在实际生产过程中研究发现，操作人员频繁走动于三个工位之间操作生产，时常有订单因来不及喷码积压物料形成瓶颈，延误订单交期。

解决瓶颈其改善方案为：在丈量打齿/打磨工位，将现有座式喷码机改用手持式喷码机，现有座式喷码机移到打齿工序前，接着工序后（参见图2）。从图2得出，改善后的物流走向满足物流的“2个避免原则”即避免迂回和交叉[2];改善后通过对实际操作发现：本次改善满足部分带子在丈量打齿/打磨工位喷码的工艺需求，也确保半成品在生产流动中不再迂回、交叉。

3.2 车间流水线平衡优化改进

通过前期背景调查得知，TC龙带成品交期为3天，满足不了客户2天交期需求。图3和表1为TC龙带在车间各工位，工时和操作人员数据统计。

客户要求交期为2天，合计16小时，订单量为30条/2天，TC龙带生产工序为7个。

单条的目标时间TT1=可用生产时间/订单量=（8hx 2day-1h）X60/30pcs=0.5h/pcs

由于TC龙带是5条一起做，工位目标时间TT2=5pcs/timeX0.5h/pcs=2.5h，平衡率计算：

流水线平衡P=∑单件工时T1/（瓶颈工时T2X工序数Q）[2]= 24h/（8hX7）≈42.86%

从上平衡率计算结果看出，改善前流水线效率较低，改善空间较大。结合图4可以清楚得知，在裁切工位和丈量打齿工位，实际工时远大于目标工时;同时在现场观察还发现，当流水线在生产TC系列的产品时，裁切工位和丈量/打齿工序耗时最长占用的操作人员最多，需要将2个工位人员参与其操作，直接导致其他订单暂停生产，无法正常流转到后续工位，进而延误当天订单交付。综合图表数据分析和现场观察，可以确定裁切工位和丈量打齿工位正是瓶颈所在。

对此，对裁切工位和丈量打齿工位操作流程和时间记录，参见表2和表3。

从表2中看出，TC卷料在用SM600设备分条时占用大半时间。通过现场观察，TC龙带在裁切工位均用到SM3003和SM600裁切设备。由于TC龙带原材料尺寸规格在：长度100m×宽度4m左右，需要将带子分两次裁切;第一次使用SM3003设备，将原材料带子裁切宽度低于600mm左右;再由SM600设备按照客户需求分切成20mm/25mm/30mm等尺寸规格;在使用SM600设备时，需要3人左右协助完成，分切好的带子放入铁框回收暂放;从表2中看出：分条工序占用时间过长，导致其他带子无法使用SM600设备裁切，进而延误当天交期;从表2结合现场观察，此处正是裁切工序瓶颈所在。

从表3中看出，TC在订单核对物料，丈量操作过程中占用大部分时间。结合现场观察，由于龙带分条后较长且散乱放置在铁框内暂存，人员需要按照订单尺寸规格逐一找实物进行匹配，费时费力。在丈量操作时，有2人在车间通道地面丈量共同完成，测量方式不仅费时费力，而且占用车间通道，影响其他工位周转。从表3结合现场观察，确定地面测量方式是工序瓶颈所在。

基于上述两个瓶颈工作研究判断，运用操作流程程序“四大原则——ECRS”[3]即取消、合并、重排、简化，对瓶颈工序操作流程优化改进，方案见表4。

经过上述改善后，重新对裁切工位、丈量打齿工位进行操作流程分析和工时测量，参见表5和表6。

改善后产品交期为14.5h<16h客户交期要求，并对重新计算流水线平衡率：

流水线平衡P=∑单件工时T1/（Max工时T2X工序数Q）[2]= 14.5h/（2.3hX7）≈90%>42.86%（改善前）。

通过对生产流水线的改善，提升产品交期满足TC龙带客户需求，验证改善设计方案可行性和合理性。

4 结语

本次优化改善是充分运用工业工程理论和方法，结合车间的实际情况进行的;首先通过工作研究找到车间瓶颈所在，在此基础上针对性提出改善方案，并进一步落实到位;最后，通过对比改善后的结果，进一步验证精益生产方案的合理性和可行性;在此过程中，方案与相关员工进行充分沟通和交流，并得到一些建设性的意见和建议，在此表示感谢！

参考文献

[1] 王连新，等.仓储物流[M].北京：中国经济出版社，2013.

[2] 伊俊敏，等.物流工程[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3] 汪应洛，等.工业工程基础[M].北京：中国科学技术出版社，2005.