基于Citespace 的国内生产线平衡研究现状分析

李钟恒

（山东理工大学管理学院，山东 淄博 255000）

引言

《中国制造2025》是中国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领，目标是到2025 年，中国制造业整体素质大幅度提升，劳动生产率提高，智能化、服务化、绿色化达到国际先进水平，中国进入世界制造强国的行列[1]。在此背景下，企业进行生产线平衡以提升生产效率是提升中国制造业整体素质的必然要求。生产线平衡指对生产线的工序进行负荷分析，通过调整工序间的负荷分配使各工序达到能力平衡的技术和方法。企业实行生产线平衡不仅可以提高工时和设备的利用率，同时还有利于建立正常的生产秩序和管理秩序，提高企业生产应变能力，对应市场的变化实现柔性生产系统[2]。对于制造企业来说，平衡生产线是极为实用、高效的生产管理方法，可在较短时期内降低生产成本，增强其市场竞争力。

自流水线生产方式问世以来，生产线平衡问题便进入了学者们的视野，并在世界范围内受到广泛推广应用。近年来科技的不断发展及研究的深入，生产线平衡方法更加多样化，但目前尚未有文章对生产线平衡的相关研究进行文献可视化计量分析。对生产线平衡进行文献可视化分析可以了解研究领域近年来的研究现状和发展趋势，具有重要重要参考价值。在文献的可视化分析软件中，Citespace 因其易用性、美观性在各个领域的文献可视化分析中受到广泛应用。但目前使用Citespace 开展生产线平衡研究的成果较少，因此，亟待利用Citespace 软件对生产线平衡优化研究进行可视化分析，梳理研究现状，并为后续研究提供参考。本文基于中国知网数据库，采用文献计量学方法，对国内生产线平衡研究现状进行分析总结，以期发现未来的生产线平衡研究的热点和方向。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

Citespace 是由陈超美博士开发的用来分析、挖掘和可视科研文献数据的应用软件，通过分析寻找某一学科领域的研究热点，并以可视化的方式呈现。该软件可通过关键词共现、聚类及突现等直观展示研究领域内知识热点发展演变过程。该软件自诞生以来就受到国内外广大学者使用。文章使用的软件版本为5.5.R2。

1.2 数据来源

本文以国内文献数量最多、覆盖面最广的中国知网（CNKI）数据库作为数据源，检索主题词为“生产线平衡or 生产线优化”，检索时间跨度为2000—2022年5 月，文献类型选择学术期刊，为保证文献质量及研究先进性，来源类别中选择SCI 来源期刊、EI 来源期刊、北大核心、CSSCI、CSCD，为确保文献数据有效性，经过去除重复文献和与本研究主题无关的文献，最终得到311 篇文献。

2 结果与分析

2.1 文献基础分析

2.1.1 发文量分析

通过CNKI 数据库分析可以看出我国生产线平衡研究文献数量在2000—2008 年间增长缓慢，但2009 后发文数量迎来大幅增长。原因是2008 年国际金融危机后，国内重新认识到制造业等实体经济的重要性，而生产线平衡是提升制造企业业效率和加快制造业高质量转型的必然途径。2009—2022 年间国内生产线平衡研究发文量整体平缓，2008 年前生产前平衡研究偏向于理论研究，2008 年后研究更注重于应用研究，往往以某具体企业内的生产线为研究对象开展研究。见下页图1。

2.1.2 文献来源分析

从国内文献来源看，《同济大学学报（自然科学版）》的发文量最多，为8 篇，《锻压技术》5 篇，其次是《纺织学报》和《统计与决策》各4 篇，再其次是《机械工程学报》和《农业机械学报》，分别为3 篇和2 篇。

2.2 发文作者与发文机构

2.2.1 发文作者

根据中国知网数据库来看，发文量最高的是李爱平，高达12 篇；其次是刘雪梅6 篇。徐立云6 篇，靳志宏5 篇，高广章5 篇，张于贤4 篇。其中，李爱平、刘雪梅和徐立云三人同属于同济大学，具有合作关系。从发文作者的发文数量及合作关系看，整体呈现为“大分散，小集聚”的特征，同一机构内研究者合作关系较多。

2.2.2 发文机构

发文量最高机构的是同济大学，高达33 篇；其次是郑州航空工业管理学院13 篇、上海交通大学10篇、桂林电子科技大学9 篇、合肥工业大学8 篇、清华大学7 篇、华南理工大学7 篇、上海理工大学7 篇、天津科技大学6 篇、大连科技大学5 篇。由此可见，国内生产线平衡优化研究多集中于同济大学、郑州航空工业管理学院、上海交通大学等机构，其他发文机构较为分散。

2.3 研究热点分析

通过关键词的分析可以得出生产线平衡优化领域的研究热点，由表1 可知，对CNKI 数据库关键词频次进行分析，得出频次最高的是是生产线平衡，出现的次数高达81 次，随后的是遗传算法、仿真、生产线、优化等词。根据文献的中心性分析，生产线平衡、遗传算法、仿真、生产线和flexsim 这5 个关键词的中心性均高于0.1，表明这5 个关键词是近年来生产线平衡优化研究的热点，通过大量文献查询也证实将仿真与算法结合是当前生产线平衡优化的基本方法，受到广大研究人员使用。

表1 关键词频次表

2.4 阶段性前沿领域分析

研究前沿的识别和追踪可为研究者明确学科领域的最新演化动态，为下一步研究指明方向。突变词指在较短时间内出现较多的关键词，根据突变词词频变化可以判断研究领域的前沿与趋势。分析研究前沿可通过关键词突发性检测进行研究，通过考察关键词词频时间分布，从中探测出频次变化率高的主题词。

如表2 所示，“价值流图”“仿真”“生产线”是近年来的研究热点，说明研究人员近年来较多使用仿真及价值流图进行生产线平衡研究。

表2 关键词突发性检测

从下页图2 可以看出，生产线平衡研究的发展呈现一个逐渐递进的过程，从关键词可以看出这个过程体现在研究方法的转变上。国内生产线平衡的研究大致可以分为三个发展阶段，不同阶段关键词也略有不同：第一阶段是发展初期（2006—2008），关键词有“生产线平衡”“生产线”等，该阶段关于生产线平衡的研究逐步开展，相关研究增多，但研究多为理论层面；第二阶段是发展期（2009—2011），关键词有“仿真”“遗传算法”“作业测定”“标准时间”“工作研究”“模特排时法”等，该阶段在生产线平衡方法进一步多样化和细化，开始采用多种方法展开研究，研究多以实际应用为主；第三阶段是成熟期（2014—2016），关键词有“精益生产”“价值流图”“最优化调度”“flexsim”“飞机总装配”等，这一阶段研究更加深入，表现为研究对象的扩宽及方法的改善。

2.5 发展路径及研究阶段

从CNKI 数据库的时间线图谱中可以看出（见下页图3），聚类#0 时序2000 年持续到2022 年是生产线平衡优化研究中热度最高的，平衡生产线时序，减少等待与浪费是生产线平衡研究的主要内容。聚类#1 智能制造从2009 年兴起一直持续到2022 年，智能制造是实现新一轮工业革命的核心技术，也是“中国制造2025”的主攻方向[3]，其中包括了节拍、设备布局、工业工程等热点问题。聚类#2 遗传算法从2009年持续到2017 年，遗传算法因为在解决组合优化问题方面巨大的优势和有效性，在解决生产线平衡问题中收到了广泛应用。聚类#3 标准时间是生产线平衡研究中的基本问题，其中的热点包括工作研究、标准时间、模特排时法等关键词，都属于制定标准时间的基本概念和方法。聚类#4 精益生产从2014 年持续到2020 年，其中热点包括生产节拍、精益生产、价值流图等关键词，该聚类主要通过精益生产的方式进行生产线平衡，。聚类#5 为生产线，其中热点包括生产线、petri 网、最优化调度等关键词。

国内进行生产线平衡的研究多以案例作为研究对象，使用的方法大体可以区分为四种。第一种是工业工程改善方法，通过对生产线进行实地调研，结合现场的实际情况提出合理的改善方案，使生产线平衡率提升[4]。常用的方法包括ECRS 原则、5W1H 提问技术、程序分析、操作分析、模特排时法及精益生产思想等。第二种是数学分析方法，数学分析方法是通过建立数学模型，经过大量数学计算来寻求问题最优解的方法。常用的数学分析方法有整数规划模型、线性规划模型、动态规划模型、网络模型等[5]。第三种是计算机算法，生产线平衡研究常用的方法有遗传算法、启发式算法、粒子群算法、PSO 算法等，通过计算机运算得到一定约束条件下的最优解，根据结果进行生产流程、工序等的调整[6]。算法具有所需信息少，计算简便的特点，但大多都有容易陷入局部最优解的缺点，而且如何针对具体问题提高算法精度也是需要探讨的问题。第四种是仿真模拟，使用flexsim、arena 等计算机仿真软件进行生产线平衡优化。首先通过调研获取生产线时序、设备布局、工位设置等信息，将信息输入仿真软件建立仿真模型，其次运行仿真模型，通过仿真结果进行数据分析，最后根据数据分析结果找到瓶颈工位或改善点，制定针对性改善方案[7]。另有部分研究将仿真模拟与前三种方法结合，在运用工业工程改善方法、数学分析方法或计算机算法对生产线优化后，使用仿真软件进行优化前后效果的对比，从数据层面简单直观反映优化后的效果，使优化方案具有可信度[8]。

3 结论

国内生产线平衡优化研究自开展以来已经持续了几十年的时间，无论是理论研究还是在应用研究上都取得了大量的成果，本文利用文献信息可视化软件Citespace 对近二十年来国内核心期刊生产线平衡优化研究的文献信息进行了知识图谱分析，得出以下结论：

1）国内生产线平衡研究在2009 年间出现了爆发式增长，原因可能与2008 年国际金融危机有关。从文献来源上看，国内生产线平衡研究在制造业内应用广泛，但在机械制造领域覆盖较广，这说明我国生产线平衡优化研究尚有其它制造业领域应用空间。

2）发文作者及机构之间的合作呈现为“小集聚，大分散”的特征，需进一步加强交流合作。

3）“时序”是整个生产线平衡研究热点最高的关键词，且贯穿整个研究过程。生产线平衡的基本目标是调整各个工序作业时间，使全部工序时间平均化，从而消除作业间不平衡的效率损失及生产过剩，因此，这个关键词始终是专家学者关注的重点。此外，“智能制造”“仿真”“遗传算法”等关键词也是该研究领域的热点词汇。智能制造背景下生产线的平衡是未来研究趋势，将生产线平衡理念融入智能制造中，使生产线平衡与智能制造相契合。