考虑屠宰特征的生产效率改善研究*

□ 刘依涵，石 芳，赵凯迪

(南京农业大学 工学院，江苏 南京 210000)

1 引言

我国猪肉消费水平稳居世界第一，随着贸易全球化，国外进口生猪的竞争势力随之增强，历史最高进口数量高达162万吨[1]。增加国内生猪消费比例，提高生产效率，降低生产成本是关键。屠宰业是劳动密集型产业，劳动力成本占生产成本比例较大。伴随着生产环节成本的下降空间越来越小，促使部分企业已经把目光转移到企业物流的精益化[2]。企业物流可分为采购物流、厂内物流、销售物流、退货物流、废弃物回收物流[3]。厂内物流管理是精益生产的重要组成部分,同时精益思想对厂内物流管理具有指导意义[4]。本文对某屠宰企业物流加工中心进行实地调研，基于精益生产、厂内物流、物流设备等概念，以低成本、低劳动力、高效率生产为目标，通过模拟仿真法对屠宰加工业厂内物流进行优化研究。

2 模型构建

2.1 生产线平衡模型

该企业的生产线由于各工序作业时间不同，导致作业负荷不均衡，在制品在生产线上发生等待，物料流通不顺畅，而生产线平衡是一种对生产线上的全部工序进行平均，调整作业负荷，使各作业时间尽可能相近的管理手段[5]。

第一步：测量生产线节拍

通过对生猪加工流水线上各工序的作业时间进行多次测量取平均值如下图所示。

图1 生产节拍折线图

第二步：仿真模拟

通过witness仿真软件从以下两个方面进行模拟：①缩短瓶颈工序所需时间，即投入资金购买新设备，提高在“劈半”工序的作业能力；②分解瓶颈工序的动作，将其部分工作内容移至其前后的工序中去执行。“劈半”作为该生产线的瓶颈工序，该动作仅需一步完成，无法对其进行分解，因而尝试在该环节增加一个工作人员，即增加该工序的冗余。

表1 优化各工序繁忙率对比表

另一方面，从非瓶颈工序耗时较短的工序入手，用ECRS分析法，通过取消不必要的动作、合并可合并的单元格、调整加工工序的顺序。将对生猪“从下向上”和“从上向下”开膛破肚合并为一个工序，“胴体检查”和“复查”合并为一个工序，将“去头”移至“预摘头”一次完成。

第三步：结合人因工程讨论

精益生产方式认为作业现场就像一个相互影响的系统，环境会影响工人的注意力，当工人的注意力被外界影响分散时，将会引起工人操作的标准程度下降，生产线产生波动，从而影响生产线的平衡性。该生产车间存在以下几个问题不符合人因作业：

①噪声超标，通过一段时间的噪声测量，该生产车间为稳态噪声，平均值达到89db，作业人员长期在此环境下工作会造成听阈位移，使得听力损失；

②作业环境局部的空气温度、湿度、气流速度和设备构成了对作业者产生影响的微气候。作业环境潮湿加上夏天温度较高时，工人需要长时间在此高温高湿的作业环境下工作，换气量不足；

③生产工具、半成品随意摆放。生产现场工具运输的小车随处乱放，过道两边堆满了空货架，只留出一个小车通过的宽度，在100多米长的过道仅支持物料的单向搬运。

2.2 物流搬运设备模型

本模型以生产效率、厂内设备现状、生产规模为考虑因素，多角度的分析出最优优化方法，再以材料承载力、猪肉重量、出货速度等制约因素，探究方案的可行性。本研究主要基于机械设计方法理论，首先列出改进计划，在考虑厂内设备现状和生产规模的前提下，设计出合理的机械结构，再运用ANSYS软件进行有限元分析，综合分析出材料的最大承载力，再结合猪肉重量与出货速度，得出总体设计方案。

第一步：明确计划

在对目标厂内生产效率进行分析的过程中发现，有部分问题是由于机械方面布置不合理所导致。进一步调查与研究发现，该生产线大部分设备已经更新换代为最先进的加工设备，但仍有部分地方由于改进难度大，自动化设备费用高等原因，没有最大化提高企业生产的效率，可从小型机械入手，以小型机械来辅助厂内综合设备的运转，达到提高效率的目的。

在对各个阶段比较分析后，得到目标厂内出货口有进行改进的必要。其问题主要集中在，猪肉出货时需要从厂内挂钩由人工搬运到车内，再转挂到车内挂钩上，这种纯人工转挂方法有几点弊病:①工人劳动强度大；②耗用人力；③卫生状况不佳;④装车效率低。因此，我们将目标设定为设计一种可行的小型工具，用以辅助工人装车，能达到提高效率，减少人力的目的。该小型工具要求为材料易于获得，价格经济性，耐用且不会对酮猪进行污染。

第二步：方案设计

针对改进目标，改进方案主要集中在以下两方面：第一种是对挂钩的改进。假定挂钩能承载足够重量的猪肉，设计出一种可用于车内与厂内的通用挂钩，尝试可用该挂钩直接从厂内转运到车内，无需进行人工搬运。第二种是对轨道进行改进，轨道的改进主要是延长轨道到车内，可通过某种方式将厂内延伸轨道转挂到车内固定轨道，达到转运目的。

从改进目标出发，依据各项改进需求，对可能的改进方案进行评估。第一种改进方案，不能满足需求。原因主要集中在以下两方面：一方面为该挂钩既要用于厂内生产线悬挂，又要用于车内运输悬挂。生产线悬挂的目标为足够牢靠，不易掉落；车内运输悬挂目标为便于运输，更加稳定。两者需求不同，因此不能使用同一种挂钩。另一方面为，该挂钩若要投入使用，则厂内所有挂钩，包括但不局限于轨道都需要改进，违背了经济性原则。综上，该方案不合理。第二种改进方案，符合各项使用要求，且满足经济性、环保性，因此该方案初步合理。

本研究方案初步拟定为对出货口轨道进行改进，使轨道可以伸向车内，在可能的情况下不消耗人力或减少人力。方案要求设计出的轨道能足够承载生猪的重量，初步设定使用期限为8～10年。轨道材料依据现有情况，以厂内轨道材料为准，选用铬轴承钢。

第三步：技术设计

本方案对机械的设计主要为轨道整体布局，轨道具体形状等细化结构，已经依照厂内现有轨道进行设计。以下为从整体视角得到的改进前后轨道布局。

改进前出货口轨道如图2所示：出货口处连接一条厂内运输轨道A，运输车内有四条挂钩轨道B、C、D、E,轨道A所在直线处于B、C轨道之间。

图2

改进后出货口轨道如图3所示：为了使轨道A上的白条肉能直接挂到轨道B、D上，在轨道A上设置两条分流轨道M、N。轨道M、N所在直线分别处于轨道B、D和C、E之间，并将轨道A、M、N延长一米使之能进入运输车内。

图3

3 模型验证分析

3.1 生产线优化结果分析

该企业通过对加工工序进行调整和作业环境的改善，从仿真的结果看到缩短瓶颈工序的作业时间能有效的降低瓶颈工序的繁忙率，同时提高了非瓶颈工序的繁忙率。通过对加工工序进行合并调整后，工作人员的数量发生变化，工作人员由原来的12人减少为9人，生产平衡率提高到了64.48%，在提高生产率的同时，优化生产线上的人员分配，减少之前由于工序时长不平衡导致的人力的浪费。

对于作业现场可以采用5S现场管理改善这一现状：

①整理：撤掉生产过程不需要的东西，将一些暂时不用的货架放入仓库，待需要时再取出；

②整顿：按使用频率放置工具，并贴上标识，让工人能快速的找到需要的东西；

③清扫：经常清扫现场的脏物，防止生猪的丢弃物变质产生恶臭气味；

④清洁：定期卫生检查，采取防止污染，降低噪声，增加车间的通风量，使现场整洁明亮为工人提供一个良好的工作环境；

⑤素养：对工作人员进行培训，强化他们的工作技能，加强他们对自我重要性的认识，建立和谐融洽的工作环境，让员工拥有归属感。

通过对生产线平衡率对瓶颈工序的调整、平衡和从符合人因的角度出发改善作业环境，可以解决瓶颈工序，对生产线五要素中人、物、环之间的关系进行改进，使各因素能及时稳定的工作，保证流水线工作的顺畅，从而提高生产线平衡率，为企业创造更多的经济效益。

3.2 搬运设备可靠性验证

延长厂内轨道一米，使轨道A伸入运输车内，并能够保证伸出的轨道位于运输车库内部两轨道之间，从厂房内轨道推入带有白条肉的滑轮挂钩停在轨道A上，同时轨道B和轨道C上挂有运输车库内部的滑动挂钩。此时，两位工人将运输车库内B,C轨道上的滑动挂钩一侧插入A轨道滑轮挂钩上的白条肉中。

接下来两位工人需将两扇白条肉一起往前推，如此会使轨道A上的滑轮挂钩从A上脱落，因为轨道A的前方是断开的，所以A上的滑轮会从轨道内掉出，不再承担白条肉的重量。此后，白条肉的重量就由轨道B和C上的滑动挂钩来承担了，其转挂工作到此完成。当轨道A的滑轮从轨道中掉出来时，第三位工人应用手将滑轮挂钩取下来放在一旁的收纳盒中，如此便完成了轨道A上两扇白条肉的出货工作。

此时轨道B和C上的滑动挂钩只有一侧挂上了胴体，接着将轨道B、C上刚挂上白条肉的滑动挂钩拉回至出货口处，重复轨道A上肉的出货过程，使轨道M、N上的肉完成出货。依此循环，完成装车工作后，轨道B、C上滑动挂钩两侧都装有白条肉，轨道D、E上滑动挂钩一侧装有白条肉。由于车内一条轨道上满载时可装30头猪的白条肉，按改进后的方法装车最多可装90头猪的白条肉，满足一辆车的出货量。

为了探究出轨道的稳定性，运用了ANSYS软件对轨道进行仿真模拟。假设伸出轨道长1m，一扇猪肉重35kg～50kg，轨道形状为条型钢，材料为铬轴承钢(GCr15)，其回火后的屈服强度为1667～1814 MPa。材料弹性模量为2.1*10^5Mpa，泊松比为0.3。

表2

通过对轨道强度的探究，得到轨道强度可同时承载3头重量为50kg的猪肉，假如超出4头，可能会造成轨道断裂的情况发生。但此情况不对我们研究有影响，在实际操作中我们可以通过人工控制轨道上猪肉的数量，以此来保证轨道的稳定性。所以方案符合初步设想。

在现有改进方案下假设轨道上每次运输两扇猪，每次耗时30秒，装一车猪肉预计耗时25分钟，需3人进行操作。相较于改进前的50分钟，节省时间约50%，节省2人。所以结果符合预期目标，能够对工厂效率进行有效的提高。

4 结论

应用精益生产物流思想，综合厂内物流、精益生产、搬运设备等概念，对某屠宰物流加工中心进行了精益改善研究。通过精益改善后，生产线效率提高了16.12%，节省人力2～5人，装车搬运时间节省接近50%。实践证明，生产线工序效率的小幅度提高对于整体产能有显著影响。装卸搬运设备的使用，使物流中心的机械化程度和作业效率都实现了提升[6]。屠宰业生产效率的提升不应局限于对先进设备的引进，从小的方面，以较低成本精益改善亦能提高企业产能增加企业利润。