板式定制家具生产线平衡优化.pdf

Furniture107企业管理家具2023年第4 4 卷第3 期Furniture2023Vol.44No.3第4 4 卷第3 期板式定制家具生产线平衡优化潘雨婷1，熊先青1，张江？（1.南京林业大学家居与工业设计学院，南京2 1 0 0 3 7；2.浙江云峰莫干山家居用品有限公司，湖州3 1 3 0 0 0）摘要：对M公司板式定制家具生产线的瓶颈工序进行优化，以改善车间生产线不平衡问题。通过汇总板件加工流程中各工序的平均作业时间，找出耗时最长的瓶颈工序并作为研究对象，然后通过秒表测时法总结出操作员与设备在一个加工周期内的作业情况，通过分析发现人员与设备协同工作效率的提升方向。根据ECRS原则优化操作流程，从生产系统模式、操作区域设计和操作流程3 个方面提出优化方案。采用以上方案后，瓶颈工序的平均作业时间从8 2.9 8 s减少至50.3 9 s；生产线平衡率从56.54%提升至6 8.50%。由此可见，以上方案对规范员工操作、提升生产线平衡以及提高生产效率方面具有显著作用。关键词：瓶颈工序；人机协作；生产线平衡；板式定制家具中图分类号：TS664文献标识码：A文章编号：1 0 0 0-4 6 2 9(2 0 2 3)0 3-0 1 0 7-0 4DI10:10.16610/ki.jiaju.2023.03.022Balance Optimization of Customized Panel FurnitureProduction LinePAN Yuting,XIONG Xianqing*,ZHANG Jiang(1.College of Furnishings and Industrial Design,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;2.Zhejiang Yunfeng Moganshan Household Products Co.Ltd.,Huzhou 313000,China)Abstract:In order to improve the unbalanced production line in the workshop,the bottleneck process of M companyscustomized panel furniture production line was optimized.By listing in the process average operation time of each pro-cess,the most time-consuming bottleneck process was figured out.Then through multiple observations,the operators andequipment in a processing cycle were summed up.Through the analysis,the improvement direction of the man-machinecoordination was determined and optimized according to the ECRS principle.Finally,the optimization scheme was pro-posed in aspects of production system mode,operation area design and operation process.The average operation time ofbottleneck process was reduced from 82.98 s to 50.39 s.The balance rate of production line increased from 56.54%to68.50%。T h e o p t i m i z a t i o n s c h e m e h a s a s i g n i f i c a n t e f f e c t o n s t a n d a r d i z i n g e m p l o y e e o p e r a t i o n,i m p r o v i n g t h e b a l a n c eof production line and improving production efficiency.Key words:bottleneck process;man-machine collaboration;production line balance;customized panel furniture为满足市场对个性化的需求和提升企业竞争实力，家具企业采取多品种小批量的生产方式。实际生产中为减少浪费以及提高效率，采用多个订单揉单生产1-2 ,将形状、尺寸及加工工艺相似的产品按技术要求和规范分类成组,形成产品族3 ,在实际订单排产中同一产品族的产品多一起流转，当某个工序效率低下时，易造成前端工序的暂存区积压大量产品，多个订单发货延误，从而使企业蒙受巨大损失。因此为保证企业车间持续正常运作，必须建立一个高效且稳定的混流生产线4 。中小型定制家具企业由于车间整体自动化、智能化水平较低，各工序生产需依赖设备操作者5。相比于更换设备和厂区重新规划的投入，在现有条件基础上对工序局部进行调整并优化人员操作的方法更经济。以M公司板式定制家具生产线为研究背景，通过人机协作分析发现问题并进行优化，从而改善生产线平衡。希望对行业中小型企业的生产线改善提供一些思路。1生产线平衡现状分析板式定制家具生产线包含5道工序，分别为开料、封边、加工中心、分栋以及检验包装。为提高基金项目：“十三五 国家重点研发计划项目（2 0 1 8 YFD0600304）。作者简介：潘雨婷（1 9 9 7 一），女，硕士研究生，研究方向为家具设计与工程。E-mail：p d t 1 1 2 3 1 6 3.c o m。通信作者：熊先青（1 9 7 5一），男，教授，研究方向为家具设计与工程、家具智能制造。E-mail：9 6 x i o n g 0 4 50 s i n a.c o m。引文格式：潘雨婷，熊先青，张江.板式定制家具生产线平衡优化.家具，2 0 2 3，4 4（3）：1 0 7-1 1 0，57.1083FurnitureFurniture2023Vol.44No.3企业管理家具2023年第4 4 卷第3 期原材料利用率和生产效率，企业采用揉单生产模式，即将多个订单包含板件按工艺路线、原材料、工期等条件进行拆分重组形成多个分堆。在实际调研中发现企业大多存在个别工序待制品堆积和频繁加班的情况，生产线不平衡问题较为严重。以A公司涉及的门板生产线的所有加工工序为研究对象，通过秒表测时法测得各工序加工板件的平均时间，从工序优化的角度提升生产线平衡率。实地测算后得到各工序的作业时间（表1），将数据带入生产线平衡计算公式8 ：生产线平衡率=各工序作业时间总和（生产节拍工序数量）1 0 0%其中生产节拍是指生产线上作业时间最长的工序作业时间。计算得出优化前该门板生产线的平衡率为56.54%。根据生产线不平衡损失率的公式8 生产线不平衡损失率=1 生产线平衡率计算出该生产线不平衡损失率达到4 3.4 6%。将表1 数据绘制成各工序作业时间柱状图（图1）。由图1 可直观发现，门板生产线的加工中心工序作业时间是所有工序中最长的，且与分抹和检验包装的作业耗时差距较大，是影响生产线平滑生产的瓶颈工序。生产线平衡要求生产线上各工序作业时间均衡，瓶颈工序与其他工序作业时间差值越大，生产线不平衡损失越大，因此改善加工中心的作业方式以减少工序作业时间是提升门板生产线平衡率的关键。表1 优化前门板生产线各工序作业时间Table 1 The operation of each process in the door panelproduction line without optimization序号工序名称平均作业时间/s1开料56.222封边58.983加工中心82.984分栋21.425检验包装15.012板式家具生产线的瓶颈工序分析加工中心工序作为门板生产线的瓶颈工序，每块板件的平均作业时间达8 2.9 8 s，相较其他工序耗时长，对生产线平衡影响较大，可以从操作分析和动作分析两个角度进行研究9 门板生产线的加工中心作业模式是一人操作一台设备，完成板件的打孔和开槽工艺。通过实地调研，加工中心工序的作业流程总结为：板件以分堆形式流转，实际生产中操作者需完成板件分堆传输，然后进行3 1 次板件加工操作，最后将板件分堆运送至暂存区。由于板式定制家具产品尺寸多样且随意，工序每次加工的板件尺寸不相同，作业动作是连续且不完全重复的动作。因此，调研采用秒表法，对连续作业中的员工操作进行多次重复观测后取平均值，作为该工序的作业时间。考虑到观察样本越大，观测结果越准确，但会消耗巨大时间和精力，调研以一个3 1 件板件的分堆为一个观测单元，对工序动作进行划分，每个动作时间定义为2 0次观测的时间均值，以确定工序人机作业情况(表2)1 0 9080706020100开料封边加工中心分栋检验包装工序名称图1 优化前门板生产线各工序作业时间柱状图Fig.1 Unoptimized operation time histogram of doorpanel production line由表可知，加工1 件板件时操作者空闲3 5s，设备空闲3 2 s，分别占加工时间的4 8.6 1%和4 4.4 4%，具有很大改善空间。一个分堆中一块板件的加工时间为7 2 s，因此加工一个分堆板件需要2 2 3 2 s。调研测得作业前找寻并传输板件分堆耗时1 9 6 s，加工完成后将分堆送至暂存区耗时1 4 4 s，整个流程耗时2 57 2 s。由此可知，分堆运输耗时占总流程的15.23%，此环节是不产生收益的，且造成设备等待，还会降低生产效率，应该消除。3瓶颈工序优化策略3.1生产系统的优化目前车间采用推动式生产系统，各工序按照各自生产计划完成生产任务即可，导致在车间存在大Furniture109No.3企业管理家具2023年第4 4 卷Furniture2023Vol.44第4 4 卷第3 期量物料暂存区，同工序间沟通不畅，需要设备操作者前往前端工序的加工品暂存区寻找板件并拖回，加工完毕后再送至下一暂存区，造成时间浪费。为减少设备的等待时间，提高设备的生产效率，可以在工序间设置电子屏以显示目前工序的制品加工进度以及之后加工计划，增设专门人员运送物料以及协调工序间的加工进度，加工中心作业效率即可提升1 5.2 3%表2 优化前人一机协作表Table 2 Human-machine collaboration table without optimization序号操作者设备时间/s1双手从地面辊筒拿取板件，确定二维码位置空闲22转身拿手持扫描枪，转身扫描板件上二维码识别二维码，显示加工信息43转身放置手持扫描枪并查看电脑屏幕空闲O24双手搬板，走至工作台空闲45正反查看板件正反及封边有无质量问题空闲36将板件放至工作台并调整横梁空闲77踩下脚踏真空开关真空吸附板件18走至电脑，按下启动按钮空闲49空闲进行打孔、开槽作业3510走至工作台双手拿取板件空闲411搬运板件放至地面辊筒空闲O412走至待加工分堆空闲2总计72其次，由于实际生产中员工没有提高效率的意识，认为不闲着就好，于是不管板件分堆整体的加工工艺要求而盲目找板件加工，遇到实在无法加工的再挑选出来。这会导致设备的等待和车间生产线路的混乱，给问题板件追溯也增加难度。需要加强员工的作业培训，同时优化生产计划的算法，及时更新设备信息3.2操作区域的优化待加工板件的存放区是在地面辊筒上，由于离地高度小，操作者在每次取板件时都需要弯腰且板件大而重，这极大地增加了员工的劳动强度1 2 ,也耗费时间。可以将工序与前后端工序间的运输推车改成可调节高度的推车，同时将加工中心工序缓存分堆的辊筒高度根据肘高与分堆高度加高至离地7 0 0 mml13，使操作者可以在站立姿势下拿取板件，避免弯腰动作。以上方法可以在保证板件于工序间流转的同时降低操作员工作强度并提升作业效率。3.3操作流程优化目前，操作显示屏与操作平台的位置设计让操作员在作业过程中的行动轨迹混乱（图2），影响作业效率。具体为：操作员从待加工板件分堆走1 步至电脑，然后5步走向工作台后走4 步返回电脑侧面，再走4 步至工作台，接下来走5步至已加工分堆，最后走4 步返回至待加工分堆，加工一块板件共需走2 3 步，加工3 2 块板件需走7 0 9 步。在这一过程中，操作员在工作台和待加工区往返3 次，增加了无效动作。根据ECRS原则1 4 对行动路径进行改善：可通过将显示屏方向顺时针转动9 0，将手持扫描仪放置区设置在待加工分堆侧，将启动按钮设置在工作台侧（图3），并优化操作流程（表3）的4 个改进点来简化行走路径。经优化后，操作员单独加工一块板件时，从待加工分堆走5步途经电脑后走至工作台，再走6 步至已加工分堆，最后走4 步返回至待加工分堆，加工一块板件共需走1 5步，相较之前减少7 步。当采用表3 的操作流程后，操作者在等待设备加工期间开始第2 块的准备工作，形成每边都是单向的三角形路径，加工分堆3 1 块板件共需4 6 8步，比原路径少2 4 1 步，减少3 3.9 9%的路程。同时为保证优化效果，需重新制定详细的操作规范，并让员工认真学习，同时做好日常巡检的监督工作，将高效的作业流程真正落实。110Furniture下转第57 页）50总计2111空闲进行打孔、开槽作业10进行打孔、开槽作业正反面查看板件有无质量问题9识别二维码，显示加工信息拿取身侧手持扫描枪，扫码8进行打孔、开槽作业从待加工板件区拿取板件，确定二维码位置进行打孔、开槽作业走至待加工分堆处66进行打孔、开槽作业查看加工质量，搬运板件至已加工板件区进行打孔、开槽作业按下启动按钮真空吸附板件搬起已加工板件，踩下脚踏真空开关9空闲将板暂放在工作台侧，调换板件位置，调整台面横梁空闲搬板走至工作台空闲搬板走至电脑前确认加工参数序号时间/s设备操作者Table3Optimizedorationtable儿后人-机协作表No.3Furniture2023Vol.44企业管理家具2023年第4 4 卷第3 期屏幕手持扫描枪电脑启动按钮4*34工作台5脚踏真空开关图2 优化前的行动路径图Fig.2 Unoptimized action path diagram表3优化4优化效果分析瓶颈工序在实施上述优化方案后，加工一个3 1块板的分堆耗时1 56 2 s，平均作业时间50.3 9 s，相较于优化前的作业速度提升3 0%。全部优化前后数据对比如表4 所示。优化后的生产线平衡率从56.54%提升至6 8.50%，生产线不平衡率从4 3.4 6%下降至3 1.50%，瓶颈工序平均作业时间从8 2.9 8 s减少至52.3 9 s。可以明显看出瓶颈工序的单位作业时间减少，生产中的动作浪费、等待浪费等情况减少，生产线平衡率得到改善，员工操作得到进一步规范。表4 优化前后各项数据对比Table 4 Comparison of various data after optimization项目名称优化前优化后变化量生产线平衡率/%56.5468.5011.96生产线不平衡损失率/%43.4631.50-11.96瓶颈工序平均时间/s82.9850.39-32.595结语针对定制家具生产线中的瓶颈工序作业，从人屏幕手持扫描枪启动按钮电脑5工作台46脚踏真空开关图3 优化后的行动路径图Fig.3 Optimized action path diagram机操作角度进行分析，发现人员和设备在协同作业中存在等待浪费、动作浪费以及搬运浪费，根据ECRS原则进行作业优化设计，并通过生产系统模式、操作区域设计和操作流程3 个方面的改善，实现瓶颈工序的平均作业时间从8 2.9 8 s减少至50.3 9 s，大大提升工序生产效率。同时生产线平衡率从56.54%提升至6 8.50%。由此可见，改善瓶颈工序对提高生产效率以及减少浪费具有重要意义，但为实现持续改进，后续仍需对新的瓶颈工序加以研究和改善。参考文献：1】熊先青，刘慧，庞小仁.大规模定制家具柔性制造系统构建与关键技术.木材工业，2 0 1 9,3 3（2)：2 0-2 4.2裴晓涵，吴智慧，谢序勤.工业4.0 理论下板式定制家具生产线典型设备和布局J.家具，2 0 2 2，4 3（2)：1 1 7-1 2 1.3熊先青，岳心怡，马莹。基于成组技术的家具制造车间整厂物流规划J.木材科学与技术，2 0 2 2,3 6(1):2 9-3 5.4杨振.基于精益生产理论的针织车间混流生产线平衡研究D武汉：武汉纺织大学，2 0 2 0.Furniture057为）吴（责任编辑陈英华上接第1 1 0 页）为）吴陈英华设计研究家具2023年第4 4 卷第3 期Furniture2023Vol.44No.3第4 4 卷第3 期而滑动噪音、调节性差、异味等缺点是消费者无法接受的。设计人员应充分挖掘消费者需求点，结合现有需求，并深入剖析用户潜在需求，进行针对性设计。5结语基于大数据背景下的数据采集及分析能更直观地展示产品数据，从而对数据量化比对分析得出的结论能更精确掌握消费者的偏好及购买需求，并指导企业的设计实践和产品开发，明确产品优化和改进的方向，以期对相关领域的产品研发提供参考。风格简约、强稳定性、材质良好、坐感舒适、可实现不同调节功能且具可成长性的产品将更符合消费者需求及偏好。此外，在产品研发过程中应从材质、结构、功能等多方位去优化产品异味、噪音、调节性差等缺点，以实现产品的最佳使用体验。由于对消费者隐性需求及需求洞察不够深入以及对在线评论获取数量有限且存在一定主观性，后续计划寻找文本挖掘的新方法，对用户的使用行为、在线评论等数据进行定量分析，聚类划分用户群体，逐步实现对消费者需求的深度部析。参考文献：1】陈星艳，向仕龙，陶涛.家具类电商平台的发展现状.林产工业,2 0 1 9,5 6(1 0):5 5-5 8.2】刘紫瑶，胡若痴。家具电商发展的现实困境及科学化路径研究J.家具与室内装饰,2 0 2 2,2 9(3)：4 0-4 4.3王頔，王育凯.0 2 0 销售渠道创新研究 家具与室内装饰，5王丽娜，许柏鸣，张振华.基于IE理论的家具零部件雕刻平面加工作业分析研究J.家具，2 0 1 7,3 8（1)：2 8-3 3,5 6.6鲁建厦，兰秀菊，陈勇，等.工作研究在生产装配线优化设计的应用J.工业工程与管理，2 0 0 4,9(1)：8 3-8 5.7】秦晓宇，徐伟，詹先旭.定制家具企业订单组批方式对板材利用率的影响J.林业工程学报，2 0 2 2,7(2)：1 9 3-1 9 8.8】覃乾.MOD法在生产线平衡中的应用J.机械管理开发,2 0 1 1,26(1):106-107,109.9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,2 0 1 2,2 6(3)：3 6-3 9.2021,28(11):54-56.4黄琼慧.新零售业态下实体书店的营销策略J.出版广角，2021,27(4):51-53.5张会，徐伟.线上销售儿童床调研与设计分析J.林业机械与木工设备,2 0 2 0,4 8(1 2):6 5-6 9.6黄星海，毛敏明，邱强.电商平台销售的产品质量更差吗：基于儿童家具产品质量检测数据的研究J.生产力研究，2 0 2 0,3 5(5):126-130.7邱子宸，于娜，张宸婧.智能化儿童学习椅的设计现状及创新设计原则J.戏剧之家，2 0 2 0,2 5(9)：2 2 1.8 ZHANG SJ,ZHU JG,WANG GK,et al.Furniture online consumerexperience:a literature reviewJJ.BioResources,2022,17(1):1627-1642.9李翔，胡昀，王毅力.基于SPSS和在线评论分析的产品用户需求洞察方法研究.包装工程,2 0 2 2,4 3(2)：1 0 6-1 1 5.10】喻欢，陈于书.线上餐桌的消费偏好分析研究.家具与室内装饰，2 0 2 0,2 7(5)：1 7-1 9.11黎洋，周橙曼，李明坤，等.数据采集在小件电商家具市场分析中的应用.家具,2 0 2 1,4 2(3)：1 1 3-1 1 8.12谷文慧，周橙曼，李明坤.基于大数据统计的电商家具市场分析J.家具与室内装饰，2 0 2 1,2 8(3)：8 4-8 7.13吉湘.对话日本Karimoku：家具品牌的发展与创新J.家具与室内装饰，2 0 1 9,2 6(5）：9 4-9 9.14徐立城，徐伟，梁峰，等八大经济区视角下中国家具产业的空间分布特征及差异性.家具，2 0 1 9,4 0(1)：1-7.15 KIM H-S,NOH Y.Elicitation of design factors through big dataanalysis of online customer reviews for washing machinesJ.Jour-nal of Mechanical Science and Technology,2019,33(4):2785-2795.16崔月，关惠元，李翰坤学龄前儿童可成长型桌椅探析J.家具,2 0 2 3,4 4(1):4 1-4 5.（责任编辑10何满辉，郑凯.采用MOD法的PC机组装生产线平衡改善研究.现代制造工程,2 0 1 7,3 9(7):5 1-5 5.11刘洋.J公司M产品生产线平衡问题分析及改进D.上海：上海大学，2 0 2 0.1 2 刘成成，祁忆青，黄琼涛.MOD分析法在人造板贴面岗位作业中的应用.家具，2 0 2 0,4 1(5)：6-9.13】谢林枝.基于MOD法木门木工工序生产线平衡改善研究D.杭州：浙江农林大学，2 0 1 9.14】赵华丽，严伟，王煜.基于ECRS原则与工序重构的发动机装配线平衡问题分析J.机械工程师，2 0 1 5，4 2（8）：1 1 2-1 1 5.