浅析精益生产中单件流和线平衡理论

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【中图分类号】F27【文献标识码】A

【文章编号】1007-4309（2012）01-0102-1.5

一、单件流理论

按照精益大师沃麦克主持的美国精益研究院LET编著的精益词典《Lean Lexicon》给单件流或连续流的定义是：“每次生产和移动一个（或一个小的、固定批量的）工作，使得工件尽可能连续的通过一系列的加工步骤，并且每一步都刚刚在下一步需要的时候完成。连续流可以采用从移动式装配线到手工转移的生产单元等多种方式实现。连续流可以采用从移动式装配线到手工转移的生产单元等多种方式实现。连续流也成为一个流、单件流和完一个走一个等等”。

我们从单件流的定义出发，对单件流需要有更清楚的理解：单件流强调的是“流”和单件或小批的流转，而不是整批的转移、间歇和等待。单件流是构成精益价值链的最高境界。单件流过程是自动（由工人自主）流动，不设置工序间的间歇和人工的控制，零件进入单元后自动周转，直至完工或流出单元；在实现单件流时，在同一台设备上加工不同的品种零件的快速换装和快速转移是最基本的条件。但是连续的流动和各工序之间刚刚好衔接是单件流更本质的特征。所谓刚好衔接也是考虑了各站位的工作负荷；单件流和按箱或按小批流动是不矛盾的。实际上，在多数实行JIT生产的企业中，看板拉动的单位都是标准容器（箱）。并且根据企业的产品特点――体积小、数量相对较大，使用一件一件的转移并不方便。

二、复杂产品制造实现单件流的挑战

满足上述大部分条件要靠长期的精益生产基础的积累，如持续的进行标准化工作、提供全员设备管理创造好的稳定的生产环境，增强质量意识等等。快速换装在实现单件流中非常重要，在多数工厂中也是个非常困难的问题。快速换装问题的症结不在于技术，而在于现有规章制度和业务分工对工装改进的认可。做到按单件流动起来很不容易，但是做到按配套的品种均衡的流动更不容易。要害有两个障碍：单件流的系统设计：单件或单件流是构成精益价值链的最高境界。在复杂零件的制造过程往往因为工艺的多样化而难以实现全线的单件流，一般都是分段实现的，在两个单件流之间有超市或其他精益组织形式作为缓冲。单件流作为零件族价值链的一部分，它的设计必定是与整个零件族的流程设计捆绑在一起的。设计价值流的最有效的方法是是价值流图VSM。

怎样创造流动的渠道：构建面向零件族的制造单元问题：怎样才能实现均衡投产的问题。对于复杂产品制造企业其难度在于：毛坯供应的不均衡，形不成均衡的价值流，成为实现单件流的最大障碍；传统的大批量生产的观念，不适应控制节拍的生产，“早投多投”的做法根深蒂固，总是要出来干扰新的生产秩序。面对这些困难，在复杂产品制造企业实现怎样的单件流就是一个非常需要讨论的问题。

三、线平衡理论

生产线平衡（Production Line Balancing）就是对生产线的全部工序进行平均化，调整作业负荷，以使作业作业时间尽可能相近的技术手段与方法，是生产流程设计及作业标准化中最重要的方法体系。

丰田公司的创新之一是将流水线从装配环节拓展到了整个生产过程，如及加工、冲压、焊接等，实现生产整个过程的“一个流”。尽管生产流水线与装配线上的作业任务性质不同，但流水线设计的原理是一致的，线平衡问题的研究内容是一致的动作分析就是通过观察手、足动作和眼、头活动，把动作的顺序和方法与两手、眼的活动联系起来详尽地分析，用记号记录和分类，找出动作顺序和方法存在的问题、单手等待、不合理动作以及浪费动作等问题并加以改善的一种分析方法。应用动作分析可以消除动作浪费进一步提高生产线平衡率和设备利用率。

在生产制造中，装配线生产是一种被广泛使用的系统格式。四十多年来，装配线生产线平衡问题的重要性和复杂性一直受到学术界的广泛关注。所谓装配线就是，其工作按产品装配工艺路线的先后顺序排列，其功能是使加工对象按规定的速度，一件接一件，在每个工作站逐步附加一些零件，形成成品，像流水似的通过所有工序而转换成制品（零件、部件或产品）。一条装配生产线通常由若干个站位以及连接这些站位的传动装置构成。被装配的对象按照一定的工艺路线，顺序通过装配生产线的各个站位，并按照一定的生产速度完成各自站位的工艺操作作业。根据被装配产品的种类，装配生产线可以分为单一品种的装配生产线（Single-Model Assembly Line），多品种装配生产线（Mixed-Model Assembly Line）。上述类型装配生产线运行时一般都具备流水线生产的基本特征：专业化程度高。在装配生产线上固定生产一种或者几种产品，在每个工作站位上固定完成一道或者几道工序。生产具有很明显的节奏性。由于传动装置以一定的速率在移动，因此要求各个工作站位上的工序时间应该满足一定的节拍，避免各个工作站位上的工作任务堆积和工时损失。工作站位按工艺顺序排列成链条形式，被加工对象在工作站位之间作单向流动。

由计划期内的产量计算出装配线的生产节拍，即单位产品的计划工作时间。形式上的表现是两个相邻产品的平均产出时间间隔。通过判断生产线节拍是否为强制，装配生产线又可以分为同步装配生产线（Paced Assembly Line）和异步装配生产线（Unpaced Assembly Line）两种类型。前者利用专用的传动装置进行强制实现规定的节拍，而后者则有装配线作业员自行保证。

一个工作站位上的工序时间是单件产品在此工作站位上需要完成的所有装配操作任务的工时之和。但是由于产品结构和工艺的限制，这些装配操作任务之间可能存在着一定的装配先后顺序关系。在一个生产流程中，如果各个工作站位的工序时间不一致，将产生瓶颈工序，那么瓶颈工序以外的其他工序泽一定有空闲时间。由此可见，生产流程中的瓶颈工序不仅会限制整个流程的Lead time，而且还会限制其他环节的生产能力。反之，当一个流程的各工作站位的生产能力基本相同时，整个流程就可以做到是均衡的，这就是生产线平衡。它是组织连续流水先生产的必要条件，也是缓解瓶颈、减少等待时间、提高生产效率、使设备充分负荷和缩短产品生产周期的重要方法。

在大量生产方式下，装配线线平衡是装配生产线规划设计的一项重要内容。在平衡过程中，通过将装配任务组合成工序，并派分给一定数量的工作站位，使各个工作站位的工序时间接近或时等于装配生产线节拍，以达到装配生产线线平衡的目的。装配线平衡问题实质上是一种组合优化的问题，并随着装配操作数量的增加，组合数会显著增加，以至于无法计算出最优的平衡方案。混合产品生产线的平衡问题还与产品的排序过程有关，规划设计和管理过程更为复杂。

四、装配线平衡的方法

由于装配线的平衡总是离散性组合优化的问题，因此寻求最优解确实比较困难，采取适合的方法解决装配线平衡问题引起了学术界广泛关注。主要有以下几种典型的求解方法。第一种，启发式方法。这种方法简便、易懂、快速赢得众多管理者的信赖和欢迎。他的产生主要是为了克服现实生产中的建模困难，提供了一种有效的决策工具。第二种方法，最优化法（数学模型），其中包括，线性规划法、动态规划法这两种方法。第三种方法，工业工程法。工业工程死刑最早提出的是科学管理之父泰勒在二十世纪初提出的，它是一人、机、料、能源和信息组成的集成系统为主要研究对象，综合利用工程技术、管理科学和社会科学的理论方法，使其达到降低成本，提高质量和效益，同时为科学管理提供决策依据。

目前，对于装配线平衡问题的研究主要分为以下三个方面：1．给定装配线的节拍，求最小工位数量，通常在装配线的设计和安装阶段；2．给定装配线的最小站位数量，要求装配线的节拍最小，对已存在的装配线进行调整优化；3．在装配线的站位数量和节拍得到优化的确定前提下，均衡装配线各站位的工作负荷，各作业员以一种公平感。

【参考文献】

［1］〔日〕石渡纯一，加藤贤一郎，高柳昭等著，严新平，朱小红，熊辉译．最新管理［M］．广州：海天出版社，2004．

［2］何善平，奚立峰，汪建．发动机装配线平衡方法研究［J］．工业工程，2005（3）：24-27．

［3］MaCaskill J L C Production-line balances for mixed-model lines．1972．

【作者简介】张锋：天津财经大学2010级MBA。