作者 趙旭東

一、前言

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與經(jīng)濟全球化，企業(yè)要想在日益激烈的國際競爭與經(jīng)濟惡化的世界環(huán)境中立于不敗之地，必須適應快速變化的市場(chǎng)，以最小的運營(yíng)成本產(chǎn)生最大的效益，這就要求企業(yè)必須在先進(jìn)生產(chǎn)方式理念指導下盡快探索適合自己的新生產(chǎn)方式，精益生產(chǎn)方式應時(shí)而生，成為當前特別是汽車(chē)行業(yè)生產(chǎn)方式探索與實(shí)踐的主流方向?；钊a(chǎn)因工藝與設備的復雜性，其生產(chǎn)方式也呈現出復雜性的特點(diǎn)，因此以精益生產(chǎn)為目標的活塞生產(chǎn)線(xiàn)布局問(wèn)題也變得復雜而重要。

二、基于精益生產(chǎn)理念的生產(chǎn)線(xiàn)布局問(wèn)題

精益生產(chǎn)是以準時(shí)化生產(chǎn)（JIT）技術(shù)、成組技術(shù)（GT）和全面質(zhì)量管理（TQM）為基礎，杜絕浪費、減小庫存、保持物流的順暢，以實(shí)現生產(chǎn)和管理過(guò)程的精簡(jiǎn)高效的目標。根據精益生產(chǎn)的要求，生產(chǎn)線(xiàn)的布局應當遵循以下原則

（1）物流原則 在物流設計方面，生產(chǎn)線(xiàn)的物流路線(xiàn)應盡量短，物流強度應盡量小，以減少搬運負荷。設備應按照實(shí)際工藝路線(xiàn)和生產(chǎn)流程排布成線(xiàn)，形成”一個(gè)流”的生產(chǎn)方式；有物料交換的設備應相互靠近，以減少物料移動(dòng)距離；

（2）緊湊原則 應充分利用廠(chǎng)房面積，縮短物料運輸距離，生產(chǎn)線(xiàn)應保持較小的設備間距，便于工人操作；

（3）特殊的位置要求 滿(mǎn)足特殊設備的擺放位置，輔助設備按照功能需求形成單元進(jìn)行布局，并預留一定的備用空間以加強布局設計的柔性；

（4）共用原則 對于價(jià)格昂貴或占地面積較大的設備，應考慮多生產(chǎn)單元共用。

對以精益生產(chǎn)理念運行的活塞生產(chǎn)線(xiàn)，也應該在遵循以上原則的基礎上進(jìn)行重新布局，但同時(shí)也應考慮活塞生產(chǎn)線(xiàn)本身復雜多變的特點(diǎn)，形成真正適合本企業(yè)特色的生產(chǎn)方式，才能真正達到既定的精益生產(chǎn)目標。

三、典型生產(chǎn)線(xiàn)設備布局及存在問(wèn)題

某典型活塞生產(chǎn)加工工藝流程見(jiàn)表1。

與工藝流程相對應的活塞生產(chǎn)線(xiàn)設備布局如圖1所示，其中精加工區生產(chǎn)線(xiàn)在車(chē)間內的占用面積為29.97m(L)×4.87m(W)=145.973m2。

依照精益生產(chǎn)理念對該生產(chǎn)線(xiàn)布局進(jìn)行分析，其存在的問(wèn)題如下

1.粗加工區的物流呈單向性?；钊绻哂杏涂椎募庸ぬ卣?，粗加工則需要兩名操作者；如果沒(méi)有該加工特征，活塞的物流長(cháng)度達6m，由一名操作者操作三臺設備時(shí)，每加工一只活塞需要走12m的路程，操作者勞動(dòng)強度較大。

2.精加工區設備布局雖然比較整齊，而且相對的每?jì)膳_設備組成一個(gè)加工單元，且物流路線(xiàn)單向流轉。但由于工序離散性大，工序節拍嚴重失衡，造成瓶頸工序前大量地在制品積壓、物流的嚴重不暢，而加工時(shí)間短的工序設備、人員的冗余嚴重。

3.由于設備是兩兩相對放置，造成加工單元之間相互閉塞，開(kāi)放性差。因為加工空間彼此干涉，操作者無(wú)法打破原來(lái)的單元組成新的單元，不利于精益生產(chǎn)中提到的彈性作業(yè)人數少人化的實(shí)現，在不同的生產(chǎn)大綱下仍然需要采用“定員制”生產(chǎn)。

4.依照模塊化設計思想設計的新型多功能活塞加工設備很難布置到原生產(chǎn)線(xiàn)布局中，不利于企業(yè)的技術(shù)、管理改進(jìn)和創(chuàng )新。

基于活塞生產(chǎn)線(xiàn)在新加工設備以及新生產(chǎn)方式下存在著(zhù)諸多無(wú)法解決的問(wèn)題，需要對現有工藝流程進(jìn)行重新組合，對設備進(jìn)行重新布局，才能適應新生產(chǎn)方式的需求。

四、活塞生產(chǎn)線(xiàn)重組和布局優(yōu)化

1.活塞加工工藝流程的重組

針對活塞生產(chǎn)線(xiàn)存在的問(wèn)題，借助成組技術(shù)對活塞加工特征進(jìn)行分解，分解為通用加工特征與特殊加工特征；利用工序平衡理論進(jìn)行活塞生產(chǎn)工藝流程重組，重組后工藝流程如表2所示。

2.活塞生產(chǎn)線(xiàn)設備布局優(yōu)化重組

根據生產(chǎn)線(xiàn)的工藝流程重組，靈活應用可重組生產(chǎn)線(xiàn)理論，將活塞加工設備分類(lèi)為通用特征加工設備與特殊特征加工設備。參照設備尺寸形狀、物流路線(xiàn)等進(jìn)行生產(chǎn)線(xiàn)布局優(yōu)化重組，創(chuàng )新性提出局部可重組方案 通用特征加工設備相對固定地布局在生產(chǎn)線(xiàn)上，預留出特殊特征加工設備的空間，根據活塞是否具有特殊加工特征而靈活地在生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行局部重組。這樣，既保證了生產(chǎn)線(xiàn)的柔性，又保證了精益生產(chǎn)對設備布局本身的要求。具體重組方案如下

（1）針對粗加工區在活塞沒(méi)有特殊加工特征時(shí)物流路線(xiàn)太長(cháng)，工人空行程等同于物流長(cháng)度的現狀.將粗加工鉆油孔設備預留區調整到精加工車(chē)間，粗加工三臺設備采用緊湊的單元化布局方式（U型），由一人操作三臺機床如圖2所示。

采用圖2的布局方式，物流路線(xiàn)減少至5m，而且由于活塞進(jìn)口與出口在同一位置，消除了工人的空行程，工人的行走路線(xiàn)等同于物流路線(xiàn)，從而減少了工人的勞動(dòng)強度和輔助勞動(dòng)時(shí)間，間接增加了產(chǎn)量，提高了生產(chǎn)效率。

（2）對精加工區，受設備數量多、活塞的加工特征變化多、物流路線(xiàn)不同、生產(chǎn)線(xiàn)變化復雜、生產(chǎn)車(chē)間總體規劃等因素的影響，生產(chǎn)線(xiàn)的布局優(yōu)化重組也呈現出復雜性。

工藝流程與設備重組后的活塞生產(chǎn)線(xiàn)機床尺寸數據如表3所示，其中Pn表示固定設備，LPn表示可重組的特殊加工特征設備。

由于活塞在生產(chǎn)線(xiàn)上按照工藝流程做單向流動(dòng)，因此一般只在相鄰的上下工序加工設備之間存在物流關(guān)聯(lián)，而且是由上工序設備單方向流向下工序設備。當不存在特殊加工特性時(shí)，則直接流向再下一工序；當存在并聯(lián)的兩臺同工序設備時(shí)，則該工序的每臺設備同上、下工序間的物流關(guān)聯(lián)度（或物流強度）是單臺串聯(lián)設備物流關(guān)聯(lián)度的1/2。

由于活塞生產(chǎn)線(xiàn)存在著(zhù)多臺并聯(lián)的同工序加工設備，因此無(wú)法按精益生產(chǎn)中提到的U型方式進(jìn)行設備布局，本文依照產(chǎn)品布局為主、綜合考慮生產(chǎn)單元的混合式布局原則，采用了一種類(lèi)似于U型生產(chǎn)線(xiàn)的方式--雙列直排式布局方式。

根據前面精益生產(chǎn)方式下的生產(chǎn)線(xiàn)布局原則，活塞生產(chǎn)線(xiàn)最優(yōu)布局的約束條件為 各活塞加工機床按雙列（Y向）直線(xiàn)式排列；固定設備在X方向的最小間距為800mm，預留可重組設備空間，可重組設備之間及其與固定設備之間最小間距500mm；相對兩機床及同工序并聯(lián)的兩設備在Y方向上幾何中心點(diǎn)的X值盡量??；全線(xiàn)長(cháng)不能超過(guò)30m，寬不能超過(guò)5m。經(jīng)與山東大學(xué)合作，應用相關(guān)軟件綜合運行求解，結合企業(yè)與生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)際情況，最后確定生產(chǎn)線(xiàn)布局安排如圖3所示。

優(yōu)化后活塞生產(chǎn)線(xiàn)占用面積為117.798m2，比優(yōu)化前的145.973m2減少了28.175m2。同時(shí)，由于物流主要在X長(cháng)度方向上單向流動(dòng)，生產(chǎn)線(xiàn)長(cháng)度由布局優(yōu)化前的29.87m減小到優(yōu)化后的22.38m；物流總長(cháng)度也隨之由57.15m減小到31.48m，減少了25.69m；因為設備間距最小化及多工序的合并，工人的行走距離從人均6.97m/只減小至5.13m/只。從而實(shí)現了總物流搬運最小化的設計目標。

同時(shí)，由于設備的重新選擇和布局的重組，減少了操作工人的需用數量。當所生產(chǎn)的活塞具有所有的特殊加工特征而且生產(chǎn)計劃充足時(shí)，操作人員由原來(lái)的10人減少至7人。除粗加工操作人員的物流搬運長(cháng)度由優(yōu)化前的3.7m/只（兩人操作）增加到5m/只略有增加外，精加工區操作者的人均物流搬運長(cháng)度由優(yōu)化前的7.14m/只減小至5.25m/只，人均物流搬運強度（長(cháng)度）也到了顯著(zhù)優(yōu)化。

另外，重組后的生產(chǎn)線(xiàn)由于采用了預留特殊特征加工設備位置的局部可重組方式，當活塞不具有某一或某幾項特殊加工特征或生產(chǎn)量有所變化時(shí)，生產(chǎn)線(xiàn)可以打破原來(lái)封閉式的單元化生產(chǎn)方式，組成新的生產(chǎn)單元而不會(huì )造成操作者之間操作空間的相互干涉，可以較容易地實(shí)現精益生產(chǎn)所倡導的“少人化”彈性作業(yè)方式。對比圖4與3可以看出，在僅有通用加工特征時(shí)精加工區可由6人減少到4人甚至3人，而每位操作工人所承擔的物流長(cháng)度又不會(huì )過(guò)長(cháng)（4人時(shí)6.62m/只，3人時(shí)8.83m/只）。

五、結語(yǔ)

精益生產(chǎn)方式具有系統化的特點(diǎn)，僅通過(guò)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)或某一方面的改進(jìn)是不可能實(shí)現的，必須綜合考慮生產(chǎn)系統的各個(gè)方面進(jìn)行系統性、創(chuàng )新性的研究與實(shí)踐，才可能取得先進(jìn)生產(chǎn)方式的探索成功。篇幅所限，精益生產(chǎn)中涉及的管理等方面的研究實(shí)踐在以后文章中再詳細論述。