基于Flexsim的X公司生产线平衡性优化研究

郑璇ZHENG Xuan；吴鸿宇WU Hong-yu；赵龙基ZHAO Long-ji；刘洋LIU Yang

（中国矿业大学（北京），北京 100080）

0 引言

近年来，我国的制造业不断迅猛发展，在瞬息万变的行业变革中，企业能否不断提高自身生产效率、降低生产成本，在行业竞争中至关重要。其中，家电行业也正面临激烈的市场竞争，要想在同行业中保持生存活力乃至长远发展，家电类产业迫切需要对自身生产管理、生产效率、创新能力、成本控制等方面进行有效把控[1]。而作为工业工程专业领域最初始也是最基本的问题，对生产线进行平衡性改善能够对其企业内部生产进行合理调配，消除生产过剩、作业间不平衡导致的效率损失[2]。

本文以X 公司的65F6 机型生产线为研究对象，在对生产线的现状运用工业工程相关方法进行分析的基础上，借助生产线平衡的相关理论并运用ECRS 原则提出优化方案，同时结合FLEXSIM 仿真软件对改进前、后的生产线进行数据仿真，以验证方案的合理性。

1 生产线现状

X 公司作为一家传统的制造企业，其生产线作业方案制定主要是按照工艺方式与作业顺序，工位安排与产线布局粗糙，不同工作站之间作业时间相差较大，不同作业单元的工人劳动强度悬殊，由此导致生产效率低下。基于此原因，对X 公司目前生产线进行平衡性改善研究，提高生产线平衡率、重新规划工作站提高产量，降低成本。

1.1 生产工艺流程

X 公司的65F6 机型生产线主要分为机型模组生产线与整机生产线，机型模组共包括33 道工序，整机生产线包括29 道工序，主要简化生产流程如图1、图2 所示。

图1 模组工艺流程图

图2 整机工艺流程图

1.2 生产线时间测定

工序作业时间是生产线平衡率的衡量依据，可以根据工序时间与标准时间的差异寻找出瓶颈工序[3]。现利用作业测定中的秒表测时法确定65F6 机型模组、整机各工序的作业时间。X 公司规定的统一宽放率为13.6%。（图3、图4）

图3 改善前模组各工序作业时间

图4 改善前整机各工序作业时间

1.3 计算生产线平衡率

生产节拍的计算方式如下：

其中：CT：生产线节拍；TW：总工时；Q：在制品数量[4]。

由公式（1）计算出原始状态下的生产线平衡率，装OC工序工位数为81：

这意味着在65F6 机型的生产过程中，有36.45%的时间由于当前生产线的布置不平衡损失掉了。

2 结合Flexsim 的生产线分析

2.1 Flexsim 仿真建模搭建与运行

最基础生产线平衡性改进需要选定一个目标生产节拍，对生产线上的各个作业单元的作业时间进行测量，选出超出目标节拍的工序并对其进行分析改进即可。本文拟用Flexsim 仿真软件搭建该产线的仿真模型，并根据模型运行结果选取目标工序。

根据仿真模型搭建步骤以及生产现场布置情况搭建初始生产线仿真模型，如图5 所示。

图5 初始生产线仿真模型

2.2 仿真模型有效性分析

仿真模型中，每月的彩电生产量为54543 台，以平均每月工作30 天计算，日产量为1818 台；实际生产中，平均每天的彩电生产量为1650 台，每日误差为9.241%，符合误差要求。（1818-1650）/1818×100%=9.241%

2.3 瓶颈工位及过剩工位分析

仿真系统运行至设定时间后即可自动结束运行，并生成数据。传统的瓶颈工位分析直接对作业时间进行分析，此类分析方式存在的问题是没有考虑实际作业中不同工序之间的互相影响，由图6 可以看出，加工率和工序时间不成严格正比关系。

图6 作业时间与占有率对比

因此本文以每月30 天，将模型运行2678400 秒，选取仿真结果中加工率较高且与其他工序加工率差别较大的前八道工序以及靠后的五道工序作为改进目标，具体如表1、表2 所示。

表1 设备加工率前十的工序名称及加工率

表2 设备加工率后五的工序名称及加工率

2.4 瓶颈原因分析

通过各工序工时测量以及输出线平衡图的分析，可以知道影响线平衡的工位在于加工下面壳、固定灯支撑、装OC、套纸箱工位。从人员、物料、机器、方法以及环境究其原因分析，但由于人员、环境与机器的改善成本较高，且主要改善方面应是人力部门与动力部门，故本次改善不考虑人员与机器的因素。

2.4.1 材料的因素

面壳作为产品的外部质量体现，要避免出现外观不平整或者和变形的情况。T 公司产品的面壳大都由公司下注塑厂生产，质量检验大都为员工观察检验，易出现检验失误状况。但对65F6 机型的面壳进行查验，发现并无规格与质量的差异。故排除物料原因[5]。

2.4.2 方法的因素

生产过程中的好作业方法能够降低员工操作难度，同时提高生产效率。但不恰当的生产方法除了拉低生产效率以外，还会对操作者的身体造成一定伤害。从人因工程的角度来说，这是不人性的[6]。

企业对产品的生产工序排位时，往往是依据以往工作经验与人数两个因素，有时并未完全考虑到前后工序影响以及各工序作业内容的平衡。这样就容易出现前后工序相互干扰以及部分工位作业内容过多生产节奏较慢，而另一部分工位操作员等待时间过长。生产线的很多工序安排并不合理，例如，固定灯支撑工序作业内容是取灯支撑*16、放置灯支撑*16、放灯条*3，作业人数5 人，由于作业内容过多导致后续工位等待时间较长。

分析以上问题，导致X 公司生产线不平衡的主要因素有产线中工序安排不合理、生产线不平衡等。

3 基于传统工业工程方法的生产线平衡改善

3.1 生产线局部改善

根据现场的观察，工序装扩散板，装膜片，点灯检查工位布置完全不符合工厂对于各工位作业空间的规定，装膜片工位与点灯检查工位员工作业间隔过小，作业空间严重不足，在作业时经常互相制约，拖缓生产线生产速率，需要进行改善。通过观察，装膜片与点灯检查作业人员在同一侧作业，作业空间较小而造成相互影响。而装扩散板工位作业空间较大，考虑将点灯检查工位移至对侧装扩散板工位旁，增加人员作业空间，减少人员作业时的相互影响，降低等待浪费。

3.2 针对瓶颈工位、过剩工位的改善

在利用时间测定对X 公司生产线目前存在的问题进行分析后，运用ECRS 四大改善原则，并结合动作经济性原则以及其他生产线平衡理论，改善瓶颈工位、提高过剩工位饱和度，从而提高产线综合平衡率与生产率。

根据ECRS 的改善顺序，寻找可以取消的工序、简化作业内容过多的工序、合并作业相近的工序、重排作业顺序。根据工艺程序图，运用5W1H、ECRS 四原则进行分析，对生产线进行如下改进：

3.2.1 取消工序

取消2 条侧双面胶，改由供应商投背板与海绵垫。

3.2.2 合并工序

①取消清洁扩散板工艺，将扩散板与装膜片工位合并；

②合并插LB 线1 与插LB 线2 工位，将插LB 线2 中的防尘麦拉工艺移至反射片工位；

③将贴胶纸工位作业移至胶纸固定线工位，取消贴胶纸工位；

④由于后外观检查和前外观检查是并行关系，后外观检查人员作业时不影响前外观检查人员作业，故将后外观、前外观检查工位合并，减少作业时间；

⑤取消贴条码工位。由于将贴条码移至放左右泡胶工位。

3.2.3 重排工序

固定灯支撑工位作业内容过多，将该工位拆分为固定灯支撑1 与固定灯支撑2，每个工位2 人，每工位固定8个灯支撑。

3.2.4 简化工序

①降低胶框预加工中粘贴双面胶的数量；

②由于套纸箱工位的线体宽度远大于纸箱宽度，员工套纸箱需要调整箱位置，故在线体上增加一段导轨，起到定位的作用，消除作业人员调整纸箱的动作，消除工位瓶颈。

4 工业工程方法改善结果

4.1 作业单元平衡图

由改善后工时测定统计表输出改善后55F6 机型模组与整机的平衡图分别如图7，图8。从平衡图可知，模组与整机各工序作业时间最高为27.66s，过剩工位的作业情况更加趋于饱和，工序之间差异性明显降低，作业内容更加合理、工序数量较之前有也有较大改变，从整体上看，65F6机型生产线的瓶颈工序与过剩工序都得到良好的改善，整体生产线生产状况更加趋于平衡。

图7 模组改善后各工序作业工时

图8 整机改善后各工序作业工时

平衡率分析：

由公式（2）可知改善后的平衡率为：

65F6 机型的生产线平衡效果已经达到良，改善效果明显。

4.2 仿真分析

基于改进后的生产线数据，重新搭建生产线仿真模型，对改善结果进行评价，改善后模型如图9 所示。

图9 改善后生产线仿真模型

运行该模型，取每月30 天，将模型运行2678400s 得改进后生产线月产量由54543 台提升至改善之后的79443 台，产量提高了45.65%。机器的利用率大幅度提升。具体加工率分布如图10 所示。

图10 改进前后生产线各工位加工率散点图

4.3 分析结果

通过上述步骤，生产线主要改善如下：

①生产流程中操作工序得到减少。模组减少了2 步加工，整机减少了2 步加工，1 步检查；

②瓶颈作业时间CT，改善前为38.57s，改善后为27.66s，降低了28%；

③生产线平衡改善前为62.55%，改善后为85.85%，提升了37%。

由图10 可以看到，改善后工位的加工率分布从之前的集中分布于75～40%变为了集中分布于85～50%，设备利用率大大增加，公司盈利能力得以提高。基于理论分析，改善方案可行且改善效益明显。

5 结语

本文以X 公司电视机生产线作为研究对象，选取65F6 机型分析生产线所存在的具体问题。选取传统工业工程方法对生产线进行分析，为了解决生产线所存在的按工艺流程分布工作站所导致的各个工作站加工时间不平衡问题，运用Flexsim 仿真软件搭建模型，进行仿真分析，用传统工业工程方法解决瓶颈问题，最终达到均衡工作站作业负荷、提高生产效率，与生产线平衡率的目的。