A企业包装线平衡分析与调整.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：符玉洁（1983），女，壮族，华南理工大学，管理科学与工程专业，工程师，研究方向为算法在生产中的应用和企业生产节点评估。-170-A 企业包装线平衡分析与调整 符玉洁 华南理工大学，广东 广州 510641 摘要：摘要：本论文研究 A 企业对配置溶解液产品 B 手工包装作业现状不平衡进行研究，针对流程布局不合理、操作动作不规范、运输转移的动作过多、生产速度依赖操作人员的工作状态等使该类型品种产能难以提升的问题，本论文选择使用平衡方案来作为产能提升的改善办法。根据鱼骨图分析法，对准备和操作两个环节的瓶颈点出发，使用 ECRS 法对各工序进行评估，对原有流程进行了局部变动，并合并消除了不合理工序，对包材在发放和包装过程中均使用了定置管理，并规范了操作动作细节。经过平衡法调整和改善，装配线平衡效率准备环节从 41.44%提升至 77.77%，操作环节从 70.83%提升至 80%，两个环节都获得了效率显著的提升，为企业竞争力的提升起了作用。关键词：关键词：装配线平衡；节拍；流程图；效率；改善 中图分类号：中图分类号：TB486 1 研究背景 1.1 行业状况 A 企业是一家具有生产粉针剂、水针剂、滴眼剂、口服液、冲剂、片剂、胶囊、干混悬剂等剂型能力的大型企业。该企业始遵循“健康予人”的企业宗旨，励精图治，造福于民，逐步实现品牌资产、销售、市场份额、渠道管理、团队建设等各项反映现代企业综合竞争力指标的实质性腾飞。随着药品生产行业的蓬勃发展，对于用药安全、有效、低价也成为国人所关注的重点。国内近期对药品方面出台了相关的政策均对药品市场产生了较大的影响，如何能保证质量的前提下，在药品市场取得一席之地，已经成为 A 企业运营的关注核心内容。A 企业是针剂为主要经营方向的企业，针剂的使用多为医院的护士，关注护士使用简便便成为主要的思路。我们关注到针剂使用需要搭配相关的溶解液，于是相关配置溶解液的产品便成为扩展市场的有力“武器”。在产品中配置溶解液，因为包装尺寸的情况，还未能实现连续性机器配置包装，所以这一操作，大多以制备好了两种制剂后手工包装为主。随着销售量的逐步上升，包装手工作业的程度高成为该类产品的限速瓶颈环节，主要原因为：工场布局不合理、操作动作不规范、运输转移的动作过多、生产速度依赖操作人员的工作状态等，使该类型品种产能一直难以提升，对营销需求耗时耗力才能满足。目前，该类产品的月销量从原来的 10 万瓶增至 50万瓶，面对该状况有两种解决方式，一是增加人员或增加班次来达产，另一种是计算并优化工作节拍、通过装配线平衡的方式来达产。方法一，人员新增作业动作不熟练不能快速达产，且当销售情况变化时会出现人员富余情况，经济投入过多，性价比高。方法二，通过现有资源的优化来实现产能，效果短快准。我们选择使用平衡方案来作为产能提升的研究重点。1.2 装配线平衡方法研究及运用情况 装配线平衡，是装配线上的工作站在固定时间内达到最大工作量的一种状态。将装配线上作业分派到各个工作站，每个工作站在固定时间内都没有闲暇时间做其他事，这样各工作站的空闲时间最少1。在制造业不断蓬勃发展的今天，如何在生产装配线上实现平衡，俨然已经成为各类型企业所关注的内容，研究课题从古至今不断的被完善和挑战。相对应的研究可以归纳为三大阶段，数学模式阶段、启发式算法阶段、人工智能阶段。数学模式阶段，也被人称为最优化阶段，是通过数学模型和数学计算来获得最优解决方案的。美国研究者 BrytonB（1954 年）首次在其论文中提出装配线平衡概念，即“汇聚过程法”的提出2，局部寻求到作业负荷均衡、空闲时间最短的作业最优方案，此研究引发了极大的关注。SalvesonM（1955 年）提出生产线中国科技期刊数据库 工业 A-171-平衡线性规划模型，首次用解析法对生产线平衡进行研究3。1961 年阶位法被 Birne D P 和 Helgeson W H两位学者所提出4，该方法通过对一个作业环节及其之后的环节进行加权求和，然后找到加权数高的作业放在前段的工作站内，以减少工作站。因为方法的简便，所以在实际运用中很常被使用。这个阶段在计算机技术水平不高时期，因求解过于复杂只能作为理论存在，实际应用比较少，目前因计算机运算的加入在解决混合型生产线平衡方面将会得以重新的关注和开发。启发式算法阶段，“开山鼻祖”Tonge（1960 年）通过降低目标节拍，作业进行组内合并以降低维度，以组的方式进行优化和分配，该方法叫做启发式算法，是系统及规模化的应用方法5。该阶段不像最优化阶段，不用建模不用繁杂的数学运算，将发生的历史情况作为经验分析，这个阶段比较接近现实发生的情况，极易被接受。人工智能阶段，工业工程不断发展，使相关的技术得以广泛的推广和应用，同时相关的研究也不断的兴起，如 Erel E 与 Gokcen（1998 年）提出的 0-1 整数规划模型，以加入新变量的方式有效解决混合生产线的平衡问题6。国内鲁建夏（2003 年）等人，通过动作、操作、程序等一系列的分析技术找到瓶颈及不合理工位进行改进7。80 年代开始，仿真技术的运用，让装配线平衡有更多的测算可能，在没有大量运算和几乎不用增加成本的条件下，将生产效率提高，生产节拍更紧凑，浪费更小，可见此阶段工业工程的应用更为行之有效。1.3 装配线平衡具备的意义 生产装配线不平衡最直接的反映就是操作人员作业劳动时间长、生产线效率低下，间接的表现出产成品供货周期长、生产成本高。做装配线平衡工作的研究和评估，可以通过合理的理论方式去对作业线进行改善和管理，在一个生产线中，将各步骤达到一种平衡，可以起到降低节拍时间，破解该作业线工序瓶颈，减少操作人员工作移动及工作时长降低，减少在制品的中间停留时间加快进仓，企业资金周转也会变快，提高了企业的竞争力水平。2 课题研究目的和内容 2.1 目的 现有带溶解剂品种 B 的单人包装节拍约为 60*8/6=80（秒/箱），正常一班的产量为 6 箱*10 人=60箱，原每月需求 10 万瓶/200 瓶/箱=500 箱/月，需要工作 8.5 天方能完成需求；目前该类产品因优势在多省实现中标，则其月需求提升为 30 万瓶/月（1500箱/月），按原工序能力则需要工作25天方能完成需求。为了能在现有人员配置的情况下，消除工序中不合理和限速的环节，平衡生产节拍，使产品能在短期内满足市场供货需求。2.2 内容 通过鱼骨分析法，从人机料法环管六方面进行研究，优化节拍、调整各组作业内容，从而找到工作站数目最少的平衡方案，提速增效以解决短时间该类产品达产问题。拟设定按如下的方式进行我们的研究工作，并能以此形成标准流程，在 A 企业实施下去。流程改善：评估现有的作业分配情况，针对问题用 ECRS 原则评估作业内容的必要性，通过模拟测试，找到最优动作方式，从而对作业内容进行调整，达到流程改善。操作动作改善：计算现有各工作站的节拍，通过熟练工每一个操作动作比对，确定标准的作业方式，将节拍值减少，规定固定时间内需要完成的基础作业量，测评标准作业时间，以基础作业为底薪支出加计件工资的方式进行提效。物料放置位置和质量改善：评估目前物料摆放和质量情况，调整不合理因素，减少因物料因素引起节拍时间过长现象。3 包装线现状解析 3.1 包装线现状 A 企业带溶解剂品种 B 包装线目前采用的是传统的包装作业方式，这样的传统包装方式的生产流程为：物料核对及发放包装物料的印制手工包装监管码扫码进仓，以上环节中主要含括如下工位：待包装品种B核对及发放、溶剂核对及发放、塑托核对及发放、说明书核对及发放、小盒三期的打印、小盒核对及发放、粘盒贴发放、纸箱印流水号、纸箱核对及发放、箱签三期打印、箱签核对及发放、入托、入小盒、黏贴粘盒贴、扫盒码、贴箱签、入箱、扫箱码、码箱。现有带溶解剂品种 B 的单人包装节拍约为 60*8/6=80（秒/箱），正常一班的产量为 6 箱*10 人=60中国科技期刊数据库 工业 A-172-箱，原每月需求 10 万瓶/200 瓶/箱=500 箱/月，需要工作 8.5 天方能完成需求；目前该类产品因优势在多省实现中标，则其月需求提升为 30 万瓶/月（1500箱/月），按原工序能力则需要工作25天方能完成需求。3.2 现有环节平衡统计 目前要对包装现状进行研究，物料核对发放人员 2人，包装材料印制人员 3 人，包装人员 10 人，监管码扫码人员 1 人。研究过程中对每一个工作站及每一个工作站流程中的各工位进行了编码且对应的生产时间进行了用时测量，测量的时间中包含了走动时间、拿取时间、停滞时间等所有耗用的时间，每个工位的测量次数10 次用以保证准确性。获取的数据信息如下：按上表显示的工位 A-K 为准备环节（物料核对及发放包装物料的印制）、L 到 S 为操作环节（手工包装监管码扫码进仓），所以我们分开不同的统计单位来进行，这样能更细致和真实的体现工作流程。我们先对上诉环节测绘流程图，如图 1 所示，流程图中我们可以将表内统计的数据以较为直观的方式看到各工位的相互关系及其所耗时的状况。图 1 带溶解剂品种 B 包装流程图 从数据分析上看出准备环节中 E、H、J 三个包装表 1 溶剂品种 B 的包装步骤及作业时间 编号 作业 描述 时间（s）紧前工作 A 待包装品核对及发放 核对品名、规格、数量、生产三期、发送工场等信息，并进行发放 300 B 溶剂核对及发放 核对品名、规格、数量、生产三期、发送工场等信息，并进行发放 300 C 塑托核对及发放 核对品名、规格、数量、形状等信息，并进行发放 180 D 说明书核对及发放 核对品名、规格、数量、版次号等信息，并进行发放 480 E 小盒三期的打印 核对小盒品名、规格、数量、版次号等信息，使用小盒打印机对品种的三期进行打印，涉及字粒的安装核对、印制品品质检查等 7000 F 小盒核对及发放 核对品名、规格、数量、版次号、三期印刷等信息，并进行发放 480 E G 粘盒贴发放 核对图形及数量进行发放 60 H 纸箱印流水号 手工进行流水号的编码，并印制于纸箱上 1200 I 纸箱核对及发放 核对品名、规格、数量、版次号等信息，并进行发放 300 H J 箱签三期打印 核对箱签品名、规格、数量、版次号等信息，使用箱签打印机对品种的三期进行打印，涉及字粒的安装核对、印制品品质检查等 1200 K 箱签核对及发放 核对品名、规格、数量、生产三期、版次号、发送工场等信息，并进行发放 300 J 合计 12400 从 L 工序后以单人、单个包装单位计算时间 L 入托 将待包装品及溶剂放置入托，成中间品 a 4 A、B、C M 入小盒 将中间品 a 加入说明书放置入盒，关闭盒口 4 D、F、L N 黏贴粘盒贴 在盒口粘附封口贴 2 M O 扫盒码 将包装好的小盒过监管码 2 N P 贴箱签 在箱上规定位置黏贴箱签 7 I、K Q 入箱 将过了监管码的小盒装入已粘附好箱签的箱中，箱封口 3 O、P R 扫箱码 匹配小盒对应扫描箱的监管码 2 Q S 码箱 将扫过码的箱堆叠放置在运输小车上 10 R 合计 34 中国科技期刊数据库 工业 A-173-材料的印制工序是较为耗时的，其中 E 小盒的三期打印耗时尤其之多，用了 7000s，所有的准备工序都需要等待 E 到 F 环节的完成才能进入操作环节，所以在准备环节中 E 成为了准备环节的“瓶颈”。一般我们把生产中节拍最慢的环节叫做瓶颈，瓶颈环节限制了作业的整体水平。瓶颈的概念是以色列学者 Goldratt 最早提出的8，核心思想就是用于一个软件中，该软件用于优化生产技术，通过这个软件运行的长期积累，完整的一套约束理论（TOC）就由此生成了。在操作环节中看到 S 环节是较为耗时的，而从 LO 是需要连续进行的，作为一个工作站其总耗时为 12s，在操作环节中LO 成了“瓶颈”环节。目前实际的生产节拍即是找出的两个环节的瓶颈时间，即准备环节节拍时间为7000s，操作环节节拍时间是 12s，对目前装配线平衡效率进行计算：效率=完成作业所需的总时间（T）/（工作台实际数目（Na）节拍（C）准备效率=12400/（47480）=41.44%；操作效率=34/412=70.83%如上计算可以看出，准备效率和操作效率均小于80%，两部分的状态均不够理想，可见整个包装工序的平衡仍有潜力可以进行挖掘。3.3 包装线平衡状况分析 3.3.1 分析方法 找到包装工序两环节中的瓶颈环节，对该瓶颈环节使用鱼骨图（图 2）的分析方法，从人机料法环管六个方面进行分析，从每一个方面分析出存在的问题8。图 2 产生生产瓶颈原因鱼骨图 3.3.2 准备环节 目前准备环节的工作站分配情况为工作站 1：A、B、C、D、G,总耗时为 1320s；工作站 2：E、F，总耗时为7480s；工作站 3：H、I，总耗时 1500s；工作站 4：J、K，总耗时 1500s。从数据上可见各工作站的节拍均有明显差异，导致相对应的停滞等待时间过长，在四个工作站中节拍差异最大的为工作站 2，其耗时明显为其余工作站的 34 倍。对工作站 2 中涉及的工序小盒打印及小盒发放的状况从人机料法环管六个方面进行了评估，存在以下的问题。人：小盒打印工序操作人员 2 名，一名人员为设备使用者，另一名人员为辅助加质量核对。人员工作问题在于设备调试环节技能不熟练，装机加调试的时间耗费较占打印环节的 15%；人员辅助操作与人员的合作性不协调，出现在物料放置和拿取过程中的冲突，需要停滞进行等待。小盒发放人员 2名，一人操作一人复核。两名人员与工作站 1 的人员是重复的，目前瓶颈环节为工作站 2 时，因为有较长的等待时间，未出现矛盾状况，当调整工作站 2 节拍后，会存在人手不足的问题。机：小盒打印设备一台，生产效率为 80-110 个/分钟，按最大效率计算 12000 个110 个/分钟60分 钟=6545s，占 工 作 站 2 耗 时 的 6545/7480 100%=87.5%，该设备效率过低或是设备不足是引起该工作站节拍时间过长的原因。小盒发放不存在设备问题。料：在小盒打印过程中，小盒的纸质含水量对打印有一定的影响，含水量大会出现小盒软塌，导致放盒动作不连贯，一直需要进行调整；且水量大印制的油印面容易出现打印内容拖沓或花面，导致打印小盒质量不能过关，浪费过大。三期印制字粒的质量也有一定的影响，字粒表面光洁度及字粒高度的不一致，引发印出的三期出现崩口现象箱，导致调机时间过长。小盒发放不存在物料问题。环：小盒打印工序的未打印小盒摆放位置不合理，造成人员问题中提及的物料放置和拿取的冲突，导致停滞等待时间过长。发放工序场地不足，几种物料发放均在同一处，在发放时存在需要物料移位及搬动等多余动作。工作站 2 暂未发现方法和管理问题。3.3.3 操作环节 操作环节的工作站分配情况为工作站 5：L、M、N、中国科技期刊数据库 工业 A-174-0,总耗时为 12s；工作站 6：P,总耗时为 7s；工作站 7：O、R，总耗时 5s；工作站 8：S，总耗时 10s。从数据上可见各工作站的节拍相差不算明显，所以对工序进行鱼骨分析法外，加入了工序流程是否合理的评估。在这个评估中，找到如下几个原因：物料发放按个人进行发放，发放处只有一个，存在排队领取物料的情况，该处有停滞时间；手动包装，每一个人的入托和开盒动作不一致，导致在这个过程中存在包装时间上的个体差异；每个人都是个体，重复从 L 到 Q的所有动作，从工作站的时间上看，各部分节拍不够平衡，工作站工作内容需要调整；扫码设备只有一套，盒子的扫码和箱签的扫码都需要在该设备上进行，人员在这个部分存在重复劳动，且受限于该设备的使用；4 平衡改善方案 4.1 改善总体思路 流程改善：用 ECRS 原则评估作业内容的必要性，对流程进行合并及改善。操作动作改善：标准操作动作比对确定作业方式，规定固定时间内需要完成的基础作业量，以基础作业量为底薪支出加计件工资的方式进行提效。物料放置位置和质量改善：调整不合理因素，缩短节拍时间。4.2 包装平衡改善方案 4.2.1 流程改善 根据包装线平衡分析，我们对每个工序的时间状况，调整包装线的流程，使用 ECRS 方法对各工序进行评估：由表 2 分析，并根据作业分配的规则，首先将后续作业或持续时间较长的作业安排在前面，也就是将限制时间安排在流程前，那我们可以作出如下调整：发放工作可以重拍，包装印制人员及包装操作人员在发放时有空闲时间，可调整增加人员；小包装印制工序用增加设备和人员来简化该工序工作，使生产节拍时间缩短，且考虑到工序设置准备环节的工作与操作环节的节拍计算方式不一致，将准备环节的工序进行调整来替代增加设备的投入，如提前一天以少人少设备对包材的印制进行工作，不影响到包装工序的作业；贴箱签工序统一调整至箱签打印工序后，由纸箱流水印制人员统一进行黏贴，根据计算的工作站周期设置相应的人数，使生产节拍时间缩短；扫码工序增加设备，合并盒子与箱的扫码，避免重复进行入箱动作，可以缩短节拍。表 2 溶剂品种 B 的包装步骤分析过程表 编号 作业 可否取消 可否合并 可否重拍 可否简化 A 待包装品核对及发放 否 否 可 否 B 溶剂核对及发放 否 否 可 否 C 塑托核对及发放 否 可 可 否 D 说明书核对及发放 否 否 可 否 E 小盒三期的打印 否 否 可 可 F 小盒核对及发放 否 否 可 否 G 粘盒贴发放 否 可 可 否 H 纸箱印流水号 否 可 可 否 I 纸箱核对及发放 否 否 可 否 J 箱签三期打印 否 否 可 否 K 箱签核对及发放 否 否 可 否 L 入托 否 否 否 可 M 入小盒 否 否 否 可 N 黏贴粘盒贴 否 否 否 否 O 扫盒码 否 可 否 可 P 贴箱签 否 可 否 可 Q 入箱 否 可 否 可 R 扫箱码 否 可 否 可 S 码箱 否 可 否 可 4.2.2 操作动作改善 评估包装岗位操作情况，比对个人操作和流程操作的用时，进行了如下调整：要求包装人员将原本以个人为包装单位的操作模式，调整成为装托工位放说明书入盒工位小盒扫码工位入箱工位+箱扫码工位；对入托操作动作、开盒操作动作、说明书放置动作进行了规范动作的培训；根据扫码和入箱的停滞时间设置了多组并行的入托和入盒流水工作组，充分利用了时间;重新评估了码箱的位置和码箱的外箱放置，减少了不断走动带来的时间停滞。4.2.3 物料放置位置和质量改善 操作方法及物料情况评估，并设置改善方案：入托及入盒工位对所有操作用具及物料进行定制管理；包装材料进行纸质筛选，对供应商提出内控要求，并改善库存存放环境，对库房的存放温湿度进行了控制。中国科技期刊数据库 工业 A-175-4.3 包装平衡改善呈现的效果 图 3 带溶解剂品种 B 包装平衡改善后流程图 表 3 溶剂品种 B 的包装平衡改善后的作业步骤及时间 编号 作业 描述 时间（s）紧前工作 A 待包装品核对及发放 核对品名、规格、数量、生产三期、发送工场等信息，并进行发放 150 B 溶剂核对及发放 核对品名、规格、数量、生产三期、发送工场等信息，并进行发放 150 C 塑托核对及发放 核对品名、规格、数量、形状等信息，并进行发放 90 D 说明书核对及发放 核对品名、规格、数量、版次号等信息，并进行发放 240 E 小盒三期的打印 核对小盒品名、规格、数量、版次号等信息，使用小盒打印机对品种的三期进行打印，涉及字粒的安装核对、印制品品质检查等 1500 F 小盒核对及发放 核对品名、规格、数量、版次号、三期印刷等信息，并进行发放 240 E G 粘盒贴发放 核对图形及数量进行发放 30 P 贴箱签 在箱上规定位置黏贴箱签 300 H 纸箱印流水号 手工进行流水号的编码，并印制于纸箱上 500 I 纸箱核对及发放 核对品名、规格、数量、版次号等信息，并进行发放 150 H、P J 箱签三期打印 核对箱签品名、规格、数量、版次号等信息，使用箱签打印机对品种的三期进行打印，涉及字粒的安装核对、印制品品质检查等 500 K 箱签核对及发放 核对品名、规格、数量、生产三期、版次号、发送工场等信息，并进行发放 150 J 合计 3500 从 L 工序后以单人、单个包装单位计算时间 L 入托 将待包装品及溶剂放置入托，成中间品 a 3 A、B、C M N 入小盒+黏贴粘盒贴 将中间品 a 加入说明书放置入盒，关闭盒口，在盒口粘附封口贴 4 D、F、L O Q 扫盒码，入箱 将包装好的小盒过监管码，将过了监管码的小盒装入已粘附好箱签的箱中，箱封口 4 N R S 扫箱码，码箱 匹配小盒对应扫描箱的监管码，将扫过码的箱堆叠放置在运输小车上 5 Q 合计 16 中国科技期刊数据库 工业 A-176-调整后生产节拍即是两个环节的瓶颈时间，即准备环节节拍时间为 1500s，操作环节节拍时间是 5s，对目前装配线平衡效率进行计算：效率=完成作业所需的总时间（T）/（工作台实际数目（Na）节拍（C）准备效率=3500/（31500）=77.77%；操作效率=16/45=80%包装平衡调整后，各环节处于合理化，工序停滞的时间变少，能实现节拍时间的缩短，并能使各工序得以平衡，包装总耗费的时间缩短，提升了产能；通过统一动作、取消合并等做法，让各工序的操作更合理化，改善效果还是显而易见的。5 结论 通过对 A 企业带溶解剂品种 B 包装线包装作业方式进行评估，从生产平衡节拍方面和人员操作动作等方面进行理论计算研究，细致的剖析了目前的作业流程和方式，识别出作业中影响节拍的瓶颈环节、作业动作及管理方式，通过流程调整、操作动作规范及限定物料摆放和质量三种改善，使包装作业线基本达到平衡状态。包装线存在准备环节和操作环节，虽然装配线平衡效率已经有明显的提升，但目前两个环节的操作节拍仍存在较大的区别，且离精益生产所要求的 85%效率仍有差距，如何让前后工作的安排更趋于合理，充分的调整运用人力，使投入最少化、效率最高化、成本最低化成为可能，这将是后续需要再进一步研究的课题。参考文献 1陆雄文.管理学大辞典M.上海:上海辞书出版社,2013.2邵晋.变速器装配线的节拍提升及其平衡改善研究J.上海交通大学机械与动力工程学院,2014(5).3Salveson M E.The assembly line balancing problemJ.Journal of industrial Engineering,1995,6(3):18.4W.H.Helgeson,D.Ebirnie.Assembly line balancing using the ranked positional weight techniqueJ.The 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