基于精益生产的工厂产线设计方法

徐文强 黎志雄 熊江伟 郭伦军

（1.安徽精工智能系统有限公司，安徽 合肥 230000；2.广州市浩洋电子股份有限公司，广东 广州 511450；3.宁德时代新能源科技股份有限公司，福建 福鼎 355203）

0 引言

随着现代经济的迅速发展，市场需求已发展到了多元化、个性化时代，在全球经济化的背景下，如何适应高速发展的市场需求是一场全世界范围内的生存竞争，能迅速生产出市场需要的质优价廉产品的企业才能够长久生存下去。面对先进的国际制造业，国内企业普遍存在生产方式落后、缺乏管理技术的情况。在工厂里，生产线是产品形成的重要阵地，如何保证产品能够高效地产出？针对产品设计适合的产线是非常重要的因素。

精益生产是指运用多种现代管理方法和手段，以社会需要为依据，以充分发挥人的积极性为根本，有效配置和使用企业资源，以彻底消除无效劳动和浪费为目标，最大限度地为企业谋取经济效益的生产方式。通过在产线设计阶段结合精益思想，采用工业工程的工作研究、作业测定等方法，先对现有的作业方法、工艺流程等分析，再根据ECRS（取消、合并、重排、简化）原则，排除掉不合理、不增值的浪费，制定更经济、更高效的作业流程，并以此作为产线设计的基础，从而保证产线的精益化、高效化。

该文以A公司的其中一个车间（终端车间）为研究对象，详细描述制造工厂产线的设计方法。

1 需求分析

1.1 未来目标产值

A公司主要生产产品为终端及工控、配电、智能电工3大类产品，依据公司2019年、2020年、2021年连续3年的销售业绩，公司制定2023年的销售目标为100亿，其中终端及工控产品2023年销售目标40.96亿元。终端及工控产品为A公司核心产品，且品种较多，目前产线生产过程资源浪费较大，产线产能较低。该文以终端及工控产品为研究对象，对其产线进行精益设计。A公司各产品销售业绩及销售目标见表1。

表1 A公司2019—2023年销售业绩及目标

1.2 需求产能分析

通过对终端及工控产品的各产品型号2019—2022年的日产能进行分析，以及结合2023年的销售目标，对终端及工控各产品型号2023年的日产能目标分解见表2，确定各产品2023年需求量，以便进一步分析。

表2 各产品型号未来需求产能

2 产品PQ分析

从产品种类上看，A公司的终端及工控产品属于多品种产品，需要进一步明确改善重点对象，对各产品2023年产能目标进行分析，可以发现其中NDB1-63产品日产量193534件，产量占比总产量66.2%；NDB1L-32产品日产量32094件，产量占比总产量11%，这两款产品累计占总产量的77.2%，为终端车间的主要产品（大批量）；NDG1、NDB1-125产品产量分别占总产量的6.2%、6%，为终端车间的次要产品（中批量）；其余6款产品合计占总产量的10.64%，为终端车间的多品种小批量产品。终端车间各产品产量占比见表3。

表3 终端车间各产品产量占比

对各产品产量进行帕累托图分析，以明确各产品产量类别，分析如图1所示。

图1 产品帕累托图数据分析

3 产品PR分析

3.1 识别产品族

为保证产线适合产品生产，通过对产品生产工艺进行分析，产品从上线到下线一共经过13道工序的加工，10款产品可根据生产工艺细分为3个产品族：喷码移印、仅喷码、仅移印，为保证产线满足且适合产品生产，减少生产过程资源浪费，杜绝后期的产线改造，须对不同产品族针对性设计产线，确保产线最优化。各产品工艺分析见表4。

表4 终端车间各产品工艺分析

3.2 产线设计思路

结合产品的PQ-PR分析，可以看出终端车间的主要产品（NDB1-63、NDB1L-32）同属于“喷码移印”产品族，产品批量大且工艺统一，可针对设计自动化线体，采用先进的自动化智能化设备进行加工装配，提高生产效率和制造水平，减少作业人员投入；针对次要产品（NDG1、NDB1-125）同属于“仅喷码”产品族，产品批量较大且工艺相对统一，可对应设计柔性半自动化线体，专用件人工组装，通用件自动化装配，兼顾柔性和效率，实现中批量产品的快速切换和高效生产；针对多品种小批量产品同属于“仅移印”产品族，可对应设计柔性生产线体，零部件在线组装，对岗位进行优化设计，确保产线工序节拍平衡，实现多种产品工艺共线生产。

下文以终端车间主要产品NDB1-63产品为例，详细介绍线体设计过程。

4 生产线体设计

4.1 确定产线节拍

产线精益设计是为了在满足需求的基础上进行高效生产，所以需要先确定需求节拍（），即为满足需求生产一件产品的时间，NDB1-63产品日需求193534件，A公司每天出勤工时21h（双班），可算出NDB1-63产品产线为0.39s

4.2 产品作业测定

为保证产线生产高效，须进一步研究产品生产流程作业内容以及作业时间，采用录像观测法对产品作业进行时间测定，确定每个工序作业时间见表5。NDB1-63产品传统产线采用流水作业方式，分有12个作业岗位，每个岗位1个作业人员，主要依靠人工作业，可以明显看出，产线生产瓶颈工位为装配组件岗位，瓶颈节拍17.72 s，小时产能（UPH）为203件/h，产线产能远低于需求产能，无法满足未来需求；且产线平衡率42.3%，各工序作业节拍严重不平衡，造成生产过程人员等待、设备利用率低等浪费，不利于产能进一步扩张。

表5 NDB1-63产品作业时间

4.3 作业改善

通过对NDB1-63产品生产流程的作业动作进行进一步分析，基于动作经济原则并结合自动化模拟验证，对各工序在“取消、合并、重排、简化”等优化基础上，再模拟导入自动化，消除作业中的浪费动作，以提高产线生产效率，同时保证设备高利用率运作，减少产线人力投入。对NDB1-63产品作业流程共制定12项改善方案见表6。

表6 NDB1-63产品作业改善方案

4.4 线体岗位设计

对NDB1-63产品优化后的作业进行重新排岗见表7，产线采用全自动化线体，共设置17个作业岗位，其中16个岗位采用自动化作业，线体作业人数1人（打包），产线瓶颈节拍（CT）1.58s，UPH为2278件/h，满足未来产能需求；同时产线平衡率达到86.2%，各工序生产节拍均衡化，消除生产过程中的人员等待、设备闲置等浪费，基本达到设计目标。

表7 NDB1-63产品自动化产线

传统NDB1-63产线主要为人工流水作业，共设置12个作业岗位，每个岗位1个作业人员，线体总人数12人，瓶颈节拍17.72s，小时产能（UPH）为203件，线体平衡率42.3%，产线产出低且生产过程浪费大，不适用于未来产量高速扩展。

精益NDB1-63产线对比传统产线，从3个方面可明显看出优势：1）产线人力投入少。产线采用全自动化线，整条线体投入人数1人，再辅以1人用于设备装料即可，人员较传统产线减少10人/线。2）产线产出效率高。产线瓶颈节拍（CT）1.58 s，UPH为2278件/h，产线效率较传统产线提高1022%。3）产线平衡浪费小。产线共设置17个作业岗位，将瓶颈岗位进行拆分简化，产线平衡率达到86.2%，较传统产线平衡率提高43.9%。

综上所述，基于产品分析设计的精益产线相较传统产线在人力投入、产出效率和产线平衡方面有明显优势，更能满足企业的快速发展需求，同时，在行业激烈的市场竞争下，企业能够展现先进的制造水平和高效的生产能力，以便于获取更多的市场份额，保证企业长久持续发展。

5 结语

针对产品设计精益产线是保证产品高效产出的关键，在产品投产前期，就需要科学地对产品进行分析，将产品分族针对性设计产线、对产品作业进行分析合理排岗，可有效提高产线产能及产线平衡率。该文从精益生产的角度对工厂产线设计进行系统分析，针对产线设计提出的方法，对工厂产品投产前的线体设计具有一定的指导意义。在A公司产线设计过程中，发现因车间物流迂回造成人员走动浪费大，此问题主要原因为车间布局不合理、不连贯，笔者将继续开展车间精益布局方面的研究。