基于工业工程的M公司电脑装配线平衡优化.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：袁震（1999），男，汉族，安徽天长人，硕士研究生，河北科技大学，研究方向为生产过程与系统优化。-114-基于工业工程的 M 公司电脑装配线平衡优化 袁 震 赵红星 李亚冉 河北科技大学经济管理学院，河北 石家庄 050000 摘要：摘要：以 M 公司电脑装配线为研究对象，对于装配线存在的不平衡，且瓶颈工位严重影响生产效率，运用工业工程的方法对瓶颈工位，存在动作浪费的工位以及部分工位空闲时间过长，进行平衡优化。首先，对 A 型号电脑的整个装配流程进行“5WIH”法提问，针对提问得到的结果，运用“ECRS”理论对不必要的工位直接取消，对空闲程度较高的工位与合适的工位进行合并，对瓶颈工位进行人机作业分析，达到 1 人 2 机的效果，提高了人员的利用率。经过改善，将生产线的平衡率 55.61%增至 76.57%，提高 20.96%，平滑性指数从 21.85 到 10.49，使得工位之间的作业负荷更为均衡。本文研究有效降低产品成本及浪费，有效提升企业生产作业效率，可以为同类产品或公司提供经验和借鉴。关键词：关键词：工业工程；电脑装配线；生产效率 中图分类号：中图分类号：TM503 0 引言 制造业是国民经济可持续发展的根本，是主要支柱产业。产品、质量、成本、交货期和服务水平这五大因素决定了制造性企业核心竞争力的服务水平1。随着世界经济全球化，企业的经营环境也在不断地转变，不确定性增加，竞争日益激烈，谁能够更加快速地顺应这些变化，缩小与客户需求的回应时间，制造出客户想要的价低质优的产品，谁就可以占领市场，就能够赢得竞争。李峰 2 以空压机装配生产线为研究对象，通过“5W1H”提问技术、ECRS 分析原则和联合作业分析对其空压机装配线的瓶颈工作站进行改善优化，缩短了瓶颈工作站作业时间，起到了改善效果。吕方、周炳海 3 根据标准工时制作的发动机内装配线工时平衡优化墙，并确定瓶颈工序，采用 TOC 等多种方法进行分析和研究，并给出具体优化和改进措施，达到平衡优化目的。何满辉、郑凯 4 采用模特法（MOD）对 PC 组装线的瓶颈主板工序进行标准化动作分解，并结合“5W2H”和动作经济原则进行改善达到标准化、规范化。周云飞 5 通过生产线平衡原理以及工业工程方法对 MP3 装配线的生产布局、工艺改进、作业平衡和瓶颈站位四个方面对进行改善，达到较好平衡状态。张兰彬 6 针对座舱总装生产线平衡问题，采用价值流分析的理论对全面分析评价，并结合精益生产管理思想，对其的产品类别、生产计划、物流组织形式和微观布局等方面提出有效的改进方法。M 公司是一家笔记本代加工企业，经过实际调研发现该公司的生产效率低下，经过实地测量并计算，发现生产线的线平衡率效率低下，因此提高生产线的平衡率成为了该公司目前迫切想要的问题。1 相关概念和基础准备 装配线是指工件以一定的速率连续、均匀地通过一系列装配工作站，并按照一定要求在各装配工作站完成相应装配工作的生产线，其中各工作站的依次排列顺序是由已知加工对象工艺路线确定的 7。装配线平衡的衡量指标有线平衡率和最小平滑指数。最大线平衡率：整条或者部分生产线的平衡和连续状况：max =（=1/()最小平滑指数：这个指通常用最小平滑指数 SI 进行衡量，SI 的值越小，表示装配线中所有工位点的工作负荷越均匀：mTCTSImii12)(min 式中：P：装配线平衡率；m：装配线总工作站数量；中国科技期刊数据库 工业 A-115-表 1 A 产品作业情况表 工作站 工序名称 工序时间 1 投料；刷枪 32.37 2 组 WLAN 19.59 3 组天线（左）11.63 组天线（右）13.02 4 扣天线 18.92 5 组转接小板 8.29 锁转接小板螺丝 20.52 6 组普通 Cemera 21.61 组 IR Cemera 10.25 7 组 MIC（左）14.67 组 MIC（右）13.86 8 投料，刷枪 13.87 9 穿三根排线(EDP、WLAN、SENSOR)12.09 10 插三根排线 30.22 11 压合 WLAN（可前移）5.93 12 组 Cap Flat 27.51 13 投料;刷枪(panel,bezel)21.03 14 锁 Bezel 螺丝 24.25 15 插 TS board FPC 到 Touch 小板 31.30 组 Touch 小板 16 合屏（panel）30.38 17 检查外观及合屏有无缝隙（合并）20.18 18 压合 10.03 19 投料；刷枪 31.11 20 锁 KB 螺丝 39.56 21 检查 KB GAP 27.67 22 组 RGB 小板 28.03 23 贴 KB mylar，组指纹 28.61 24 锁螺丝 27.84 25 刷枪；投料（TP、WLC）19.46 26 锁 TP 螺丝 36.21 27 组 HPD 18.08 28 锁 HPD 螺丝 12.00 29 组 WLC 16.63 30 LCD to BASE 23.99 31 组 hinge 13.07 32 刷枪，投料（MB、I/O）14.54 33 插四根排线 21.93 34 贴四根排线 15.91 35 插 IR 排线 8.23 36 锁 MB 螺丝 25.57 37 插 WLC、插 KB 排线 16.60 38 组左右 I/O 小板 30.72 39 锁 I/O 小板螺丝 29.61 40 锁 MB FPC、WLAN FPC 螺丝 29.99 41 刷枪;投料（SPK、WWAN）18.36 42 组左右 SPK 26.20 43 组 WWAN 15.37 44 内结构检查 6.23 45 刷枪；投料（Theermal Fan、Battery）28.41 46 锁 Thermal 螺丝 16.25 47 插 Thermal FPC 10.46 48 扣 WWAN 天线 34.70 49 组 Battery 27.49 50 扣 Lower 9.25 51 锁 Lower 螺丝 19.39 总计 1134.01 Ti：第 i 个工作站工时；CT：生产节拍；SI：装配线最小平滑指数 2 M 公司生产线现状及存在的问题 2.1 公司现状 公司主要产品有笔记本电脑、pad、手机、车用电子产品网卡等。M 公司具有健全的制造体系，严格的品管制度，以质量优先为第一原则，保证产品能够满足中国科技期刊数据库 工业 A 客户的要求，所属工厂已分别通过 ISO-9001 国际质量认证、ISO-14001 国际环保认证及 OHSAS18000 国际认证。A 产品作为公司的新产品，重新组成了新的装配线，凭借 IE 部门的工程师凭借经验，从人员到设备重新培训和评估。所以此生产线一直存在着工位布局不合理，人员动作不经济，部分工站工作负荷不均衡的问题。通过对 M 公司进行实地调研，对每个工位进行测时，对数据进行可靠性分析，用三倍标准差法剔除异常值，从各个工站的作业标准时间可以看出工站之间的作业时间差异较大，工作负荷不平衡，部分人员空闲时间较长，而瓶颈工位的操作人员繁忙程度高，负荷过大，同时下一工位会出现等待时间，造成了人工成本的浪费，降低了企业的生产效率。通过实地调查，搜集数据，据 M 公司制定标准时间的标准，评定系数为 1，即所测的操作人员均为熟练工人，操作速度为正常操作速度，宽放率为 0.08。以下为 M 公司作业标准时间以及工序流程，见表 1。2.2 当前生产线指标 从表中可以看出生产线较多工位存在工作时间不均衡的现象，部分工位的疲劳程度较高。根据当前的作业标准时间，可以计算得出当前的线平衡率和平滑指数。线平衡率：max =（=1/()=1134.01/（5140）=55.61%平滑指数：=()2=1=24352.6351=21.85 根据计算结果平衡率只有 56.21%，属于较低的水平，各工作站之间存在较大的不平衡，且平衡指数较大，说明工位间作业负荷严重不均衡，可改善的空间较大。2.3 存在的问题 A 型号笔记本电脑装配过程中存在人机协同操作，但观察到部分工位存在人员闲置的情况。如在锁 KB 螺丝工序时，由于螺丝数量较多，操作人员在将机体放入自动锁螺丝机后，一直处于等待状态，造成了人员得浪费。且部分工序的工作简单，例如合屏之后的压合操作，只需要将机器放入压合机，再取出即可，操作时间较短，长时间处于空闲状态，还有部分工序操作不便，需要工具或机器的辅助，例如扣天线工序，天线头较小，人手难以扣准，即使扣上，也经常发现松开的现象，需要工具来扣紧天线头。3 M 公司电脑装配线优化 3.1 工艺程序分析 首先对各工序应用 5W1H 法进行提问，观察有无改进可能，用 ECRS 原则进行改进。以对工作站 1 进行提问为例，具体提问表如表 2 所示。表 2 工序 1 作业提问表 工序 1 作业提问表 Q 工序 1：投料，刷枪是做什么的？what why when where who A 将 Cover、camera、左右 MIC、WLAN、转接小板刷枪并放置在托盘上。Q 为什么要进行工序 1？A 为下面的工序进行提供零部件，并对零部件进行管控。Q 此工序在什么时候开始？A 在笔记本装配线的第一步开始。Q 在装配线的什么位置操作？A 在装配线的第一个工位。Q 可以在其他地方进行吗？A 不可以，只能在第一个工位。后面的工序都要基于此工序。Q 谁来做工序 1？A 能够看懂是否刷枪完成，并能够简单处理错误的工人 Q 有没有更合适的人？A 目前没有。Q 这个工序是必须的吗？A 是，没有工序 1，产品无法继续组装，也无法对有问题的材料进行追踪。Q 能不能将此工序与后面的工序合并？A 不能。Q 能不能将工序进行简化 A 可以，可以优化扫码操作。Q 怎么优化扫码操作？A 将手操扫码枪改为固定式扫码枪进行扫码。经过对工序 1 进行一系列提问，发现工序 1 不能取消，不能合并，但可以简化操作。因此经过研究与主管人员的讨论，确定可以采用自动扫码枪进行扫码（将这种扫码枪与万利管绑定，固定在传送带上方），工人负责将零部件整齐放好，置于托盘。既减轻了工人的疲劳程度，又使其注意力更易集中，提高产品的生产率。由于处在首个站别，需要投料的数量较多，工序 1 经过优化工时由 32.37s 改善为 25.88s。对装配线的所有工序进行 5WIH 提问和 ECRS 原则进行改进，由于篇幅有限，未能一一列出，总结得到如下改善内容：116中国科技期刊数据库 工业 A-117-（1）改进扫码枪不止可以优化工序 1，包含此操作的还有工作站 8、工作站 19、工作站 25，工作站 32，工作站 41，工作站 45。但工作站 32 由于二维码过小，且与厂商对接，无法扩大二维码大小，因此并未得到改善。经过改善工时分别减少 2.23s、3.13s、3.34s、4.29s、3.88s。经过改善，从 QA 部门了解到，外观不良率得到降低。（2）对工作站 6 进行双手分析，优化双手的操作流程，消除无效动作，减少动作的浪费，此次优化减少工时 2.11s。（3）工序 11-压合小板工序，总工时为 15.93 秒，其中人的操作仅为将机台从流水线拿起放置到压合机内，再启动机器，待压合完成后取出机台放回流水线。人的操作时间仅为 5.93 秒，机器的加工时间为 10s。可与工序 8 合并，减少操作人员 1 名。（4）工序 15 中包含的作业要素为插 TS board FPC到 Touch 小板、组 Touch 小板，其中插 TS board FPC到 Touch 小板为独立作业，不需要在装配线上完成，可移至线外，由线外辅助人员在空闲时间完成组装，降低线上人员疲劳程度。（5）工序 17-检查外观可与工序 18-压合，作业相互独立，检查完外观无误直接完成屏幕压合，操作顺畅，可将其合并到一个工作站。减少工序 18 人员空闲率过高的问题，减少操作人员 1 名。（6）工序 26-锁 TP 螺丝引入螺丝机，由人工锁附螺丝改为机器锁附，效率得到极大的提升，但需要对锁附前后 TP 组件的状态进行检查，经过优化，工序时间有一定程度降低，为 7.24s。（7）首先对工序 27-组 HPD 进行简化，然后将工序 27-组 HPD 和工序 28-锁 HPD 螺丝合并，简化的改善方法为增加一个吸附治具，之前在组装好HPD组件后，由于组装治具将组件整个包裹其中，存在不好取出的问题，加上吸附治具后问题迎刃而解。可以直接将其锁附在机体上，合并为一道工序，减少操作时间 2.01s,减少人员 1 名。（8）工序 34-贴四根排线与工序 35-插 IR 排线可以对调顺序，将排线贴附在 MB 板上的黏性不强，插 IR排线排线需要将 MB 来回翻动，容易造成排线的脱落，调换顺序可以减少脱落的可能性，且不影响装配流程，并将其合并为一道工序。（9）工序 44-内结构检查工时较短，工序 45-刷枪，投料在优化扫码枪后工时降低，可以将两个工序合并减少一个工作站，同时减少一个操作人员。（10）工序 48-扣 WWAN 天线由于天线头较小，依靠人手存在扣不到位的风险，易脱落。因此制作了一个简易治具，帮助工人操作，工序时间减少了6.33秒，且后面人员返工的概率降低。后发现治具适用于工序4-扣天线，此工序工时下降 3.48s。通过对装配线工艺流程上的所有工序进行5W1H提问，并对有可能优化的工序，对其不合理，不符合经济原则的部分，以 ECRS 原则为依据对其进行改善。此 表 3 优化总结表 序号 优化前 优化后 优化内容 工序 工序时间/s 工序 工序时间/s 1 工序 1：投料，刷枪 32.37 工序 1-投料 25.88 改用固定式扫码枪 2 工序 6：组装 camera 31.86 工序 6：组装 camera 29.75 简化工序 3 工序 11-压合小板 工序 8-投料，刷枪 13.87 工序 8-投料，压合 17.57 采用固定式扫码枪 合并两道工序 4 工序 15-组 Touch 小板 31.30 工序 15-组 Touch 小板 29.30 将插 TS board FPC 到Touch 小板移至线外 5 工序 17-检查外观 25.18 工序 17-检查外观，压合屏幕 25.18 合并为一道工序 工序 18-压合屏幕 6 工序 26-锁 TP 螺丝 36.21 工序 26-锁 TP 螺丝 28.97 简化工序，引入螺丝机 7 工序 27-组 HPD，工序28-锁 HPD 螺丝 18.08 工序 27-组 HPD，并锁螺丝 28.07 简化工序 27，再将两道工序合并 12.00 8 工序 34-贴四根排线 15.91 工序 35-贴四根排线 工序 34-插 IR 排线 15.91 工序34和工序35调换装配顺序，合并两道工序 工序 35-插 IR 排线 8.23 8.23 9 工序 44-内结构检查 6.23 工序 44-内结构检查、投料 30.35 改用固定式扫码枪 合并两道工序 工序 45-刷枪，投料 28.41 10 工序 48-扣 WWAN 34.70 工序 48-扣 WWAN 28.37 增加扣天线头治具，简化操作 中国科技期刊数据库 工业 A 次一共取消了 4 个工作站，合并了 4 道工序，调增了 1 个工作顺序，简化了 4 个工序，共减少操作人员 4 名。以下为工艺改善内容，见表 3。3.2 人机操作分析 由第三章的标准作业公时表可知，工位 20-锁 KB螺丝为瓶颈工位，工时为 40s 工时远超装配线的其他工作站，严重影响了 A 型号笔记本电脑的生产效率，因此对该工位进行人机作业分析，探寻是否有改进的空间。目前该工位采用的是 1 人 1 机，对此工位进行观察，发现人机操作存在等待现象，造成了浪费。以下为人机操作分析图：图 1 人机操作分析图 通过人机操作分析图可以看出工序的操作时间为40s，当前的人工操作时间为 17s，空闲时间为 23s，人工利用率为 42.5%，机器工作时间为 23s，空闲时间为 17s，机器利用率为 57.5%。人员的利用率不高，有一定的改进空间，可以提高装配线的生产率。由人机作业分析图可知，人工在机台放置到螺丝机后没有进行任何操作，造成了资源的浪费。针对当前存在的问题，考虑增加一台螺丝机，增加人员利用，并减少该瓶颈工序工时，具体改善分析如下。经过人机作业分析，发现此工序的人工还可以再操作一台机器，经过测时和计算，当前人工操作时间为 34s，空闲时间为 1s，人员利用率为 97.1%，机器的 图 2 第一次人机改善分析图 图 3 第二次改善人机作业分析图 表 4 对预锁螺丝过程提问表 对预锁 KB 螺丝过程提问表 Q 是否可以取消这个操作 A 不可以，需要对 KB 进行固定 Q 对 KB 进行预锁螺丝的目的是什么 A 将 KB 固定在中框上，防止在螺丝机补齐螺丝时移位，损伤 KB Q 能不能优化操作过程 A 可以，将人工手搓螺丝改为螺丝投料机自动供给螺丝 Q 是否有空间进行螺丝投料机的摆放 A 有，在装配线的支架上进行安装，且不影响操作 操作时间为 23s，机器空闲时间为 12s，机器的利用率为 65.70%。由人机操作分析图可知，作业时间又40s，下降至 35s，使瓶颈工序的时间有较大调整，产品 员工部门A32人17人23机23机17利用率人42.50%机时间时间121启动机器14023113557.50%机器空闲时间3.512354053.57.5人作业者工作时间检查是否浮锁、漏锁，并进行补锁空闲取KB并撕包装，组中框预锁2颗螺丝机器加工空闲空闲23512员工部门A32日期人34人1机123机112机223机212利用率 人97.10%机1机265.70%时间时间121启动机器1241空闲251启动机器265.70%131210总时间35作业者工作时间空闲时间2022年303515.5237.55512233.57.53.5人3.511预锁2颗螺丝131210机器1机器2机器加工取KB并撕包装，组装KB至中框预锁2颗螺丝机器加工空闲空闲取KB并撕包装，组装KB至中框机器加工检查是否浮锁、漏锁，并进行补锁检查是否浮锁、漏锁，并进行补锁员工部门A32日期人29.2人1机123机17.2机223机27.2利用率 人97.70%机1机276.20%时间时间10.61启动机器121.21空闲22.21启动机器2检查是否浮锁、漏锁，并进行补锁机器加工1030.2检查是否浮锁、漏锁，并进行补锁484139.66.1预锁2颗螺丝14.13.5取KB并撕包装，组装KB至中框20机器加工空闲1220.26.1预锁2颗螺丝3.526.2作业者2022年工作时间空闲时间总时间30.2157.276.20%人机器1机器23.5取KB并撕包装，组装KB至中框空闲37.2机器加工118中国科技期刊数据库 工业 A-119-表 5 改善后 A 产品作业情况表 工作站 工序名称 工序时间 1 投料；刷枪 25.88 2 组 WLAN 19.59 3 组天线（左）24.65 组天线（右）4 扣天线 15.44 5 组转接小板 28.81 锁转接小板螺丝 6 组普通 Cemera 31.86 组 IR Cemera 7 组 MIC（左）28.53 组 MIC（右）8 投料，刷枪,压合 WLAN 17.57 9 穿三根排线(EDP、WLAN、SENSOR)12.09 10 插三根排线 30.22 11 组 Cap Flat 27.51 12 投料;刷枪(panel,bezel)21.03 13 锁 Bezel 螺丝 24.25 14 插 TS board FPC 到 Touch 小板 25.09 15 合屏（panel）30.38 16 检查外观及合屏有无缝隙,压合 25.18 17 投料；刷枪 27.98 18 锁 KB 螺丝 30.20 19 检查 KB GAP 27.67 20 组 RGB 小板 28.03 21 贴 KB mylar，组指纹 28.61 22 锁螺丝 27.84 23 刷枪；投料（TP、WLC）19.46 24 锁 TP 螺丝 28.97 25 组 HPD；锁 HPD 螺丝 28.07 26 组 WLC 23.00 27 LCD to BASE 23.99 28 组 hinge 13.07 29 刷枪，投料（MB、I/O）14.54 30 插四根排线 21.93 31 插 IR 排线，贴四根排线 24.15 32 锁 MB 螺丝 25.57 33 插 WLC、插 KB 排线 16.60 34 组左右 I/O 小板 30.72 35 锁 I/O 小板螺丝 29.61 36 锁 MB FPC、WLAN FPC 螺丝 29.99 37 刷枪;投料（SPK、WWAN）14.07 38 组左右 SPK 26.20 39 组 WWAN 15.37 40 内结构检查；刷枪；投料（Thermal Fan、Battery）30.35 41 锁 Thermal 螺丝 16.25 42 插 Thermal FPC 10.46 43 扣 WWAN 天线 28.37 44 组 Battery 27.49 45 扣 Lower 9.25 46 锁 Lower 螺丝 19.39 总计 1084.30 的生产效率有明显提高。对优化后的工作站 20-锁 KB 螺丝进行观察，发现在预锁螺丝过程，由于 KB 螺丝相比其他部件的螺丝螺帽的直径较小，抓取困难，人工很难将其吸附至电动螺丝刀，并且在锁附过程中需要两次检查作业，考虑是否可以合并。因此采用 5W1H 提问法和 ECRS 原则进行优化，过程如下，见表 4。此优化同样适用于对锁好和漏锁进行补锁的工序，中国科技期刊数据库 工业 A 对优化后的工作站 20 进行重新的时间测定。测定结果如下表 5。优化后工序的作业时间降为 30.20s，人的操作时间为 29.2s,空闲时间任为 1s，人员的利用率为 97.7%，机器1和机器2的工作时间为23 秒，空闲时间为7.2s，机器1和机器2的利用率均为76.2%，较之前均有提升。4 优化效果分析与评价 通过基础工业工业理论和方法的优化，工作站由51 个改善为 46 个，瓶颈时间由 40s，优化为 31.86s。生产线各工作站之间更加平衡，人员负荷更加均衡，有效减轻部分人员的疲劳程度及生产成本，见表 5。优化后的平衡指标：线平衡率：max =（=1/()=1084.30/（4630.72）=76.57%平滑指数：=()2=1=5061.2546=10.49 此次改善一共取消了 4 个工作站，合并了 4 道工序，调增了 1 个工作顺序，简化了 5 个工序，共减少操作人员 4 名。装配线平衡率由较低的 55.61%增至 76.57%，提高 20.96%，平滑性指数从 21.85 到 10.49，大幅减少，改善效果显著，达到提高电脑装配线效率、降低产品成本的目标。5 结语 针对 M 公司当前遇到的问题，从基础工业工程的角度出发，通过实地调研，收集数据，对问题进行摸索和思考，运用“5W1H”、理论对问题进行寻找，运用ECRS 理论对问题寻找解决的可能，减少了无效动作，减轻作业人员的作业疲劳。在平衡指标上也体现出了较大的进步，证明了此次改善具有一定的参考和借鉴的价值。参考文献 1何珺.我国制造业增加值连续 12 年居世界首位J.今日制造与升级,2022(03):10-11.2李峰.空压机装配生产线平衡的研究和改善J.湖北汽车工业学院学报,2012,26(3):36-39.3吕宁,周炳海.发动机装配线平衡改善J.精密制造与自动化,2017(2):54-57.4何满辉,郑凯.采用 MOD 法的 PC 机组装生产线平衡改善研究J.现代制造工程,2017(7):51-55.5周云飞.Z 公司装配线生产作业改善研究D.长春:吉林大学,2015.6张兰彬.基于价值流分析的座舱模块总装流水线研究D.上海:上海交通大学,2012.7来阿娟.装配线平衡问题建模与求解D.西安:长安大学,2014.120