六西格瑪管理在裝配線平衡中運用的綜述

裝配流水線生產(chǎn)是制造業(yè)廣泛存在的一種生產(chǎn)制造模式，考量裝配流水線管理水平高低的一個至關重要的因素就是裝配流水線的平衡率。對于制造企業(yè)而言，他們所關心的兩個問題一是產(chǎn)品的質(zhì)量，二是流水線的生產(chǎn)效率，而對這兩個問題產(chǎn)生直接影響的正是裝配生產(chǎn)線的平衡率。我國是一個制造大國，在市場需求的快速變化，制造業(yè)競爭全球化的態(tài)勢下，企業(yè)的競爭優(yōu)勢集中體現(xiàn)在質(zhì)量、交期、成本以及服務這四個方面，提高裝配流水線的生產(chǎn)平衡率，將會很好的提高我國制造企業(yè)的競爭力，因此對裝配流水生產(chǎn)線的平衡進行研究是非常有意義的。

1 前言

現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)主要是以流水線生產(chǎn)模式進行，分工作業(yè)降低了操作者的作業(yè)難度，提高了作業(yè)熟練程度，從而提高了單道工序的生產(chǎn)效率。但是由于產(chǎn)品工藝流程、流水線設計等固有條件的限制，要想使流水線上各個站位分配到的作業(yè)元素的操作時間完全相同是十分困難的，因此就會出現(xiàn)各站位間作業(yè)負荷不均衡的現(xiàn)象，從而影響了整條生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的提高。然而實現(xiàn)生產(chǎn)線上各站位的負荷均衡，對于企業(yè)而言不僅能提高機器設備和作業(yè)工時的利用率，還有利于企業(yè)降低在制品庫存，節(jié)約生產(chǎn)、管理成本，提高流動資金的周轉(zhuǎn)速率。

六西格瑪管理是上世紀80年代由美國摩托羅拉公司創(chuàng)立的一種質(zhì)量管理策略，通用電氣在上世紀90年代將其發(fā)展成為一種高效的企業(yè)流程設計、改造與優(yōu)化的方法體系^[1]。如果把六西格瑪管理的改善流程與生產(chǎn)線平衡方法相結(jié)合，不但可以實現(xiàn)更穩(wěn)定的產(chǎn)品品質(zhì)，還可以降低因生產(chǎn)線平衡調(diào)整所帶來的品質(zhì)變異，更能享有生產(chǎn)效率的提高所帶來豐厚的企業(yè)經(jīng)濟效益。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

生產(chǎn)線平衡是在滿足某些特定的約束條件的情況下，解決主要兩個方面的問題：一是各站位作業(yè)時間的均衡，即各站位之間的作業(yè)時間差距盡可能的小；二是保證生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)^[2]。自從福特汽車在1913年建立了流水裝配生產(chǎn)線以來，生產(chǎn)線平衡問題就伴隨產(chǎn)生。生產(chǎn)線平衡問題的提出引起了人們在學術與企業(yè)實踐上的激烈討論，至今為止對于該問題的研究已有了將近一百年的歷史。從國內(nèi)外研究學者對于生產(chǎn)線平衡問題的研究方法上，可以將其歸納總結(jié)為兩大類：

2.1 基于數(shù)學建模與啟發(fā)式算法的生產(chǎn)線平衡問題研究

    Bryton B.(1954)首次提出“匯聚過程法”，通過各站位作業(yè)元素的交換，讓各個站位的工作時間收斂于同一個數(shù)值。Amiya K Chakravarty(1988)建立了一個帶“學習效應”因子的生產(chǎn)線平衡模型，通過考慮生產(chǎn)環(huán)節(jié)中員工作業(yè)的“學習效應”，有效的避免了各工作站之間隨著時間的推移出現(xiàn)越來越多的等待時間。Dooyoung Shin、Hobrymin（1991）提出了采取0-1整數(shù)規(guī)劃的算法，一次解決了生產(chǎn)線的站位數(shù)與生產(chǎn)節(jié)拍兩方面的優(yōu)化，該算法與其他只優(yōu)化單方面因素的算法相比較，優(yōu)化效果明顯，可以提高50%以上生產(chǎn)流水線的勞動生產(chǎn)率。Branhim、Rekiek（2001）給出了生產(chǎn)線平衡問題的一種改進遺傳算法。Brain Carnahan（2001）在流水線平衡問題上第一次結(jié)合了人機工程與工效學，設計了三種啟發(fā)式方法以求解多因素的生產(chǎn)線平衡問題。

國內(nèi)學者對于裝配線平衡問題的建模與算法研究相對于國外學者而言晚了許多，但是近年來隨著遺傳算法、蟻群算法、免疫算法等優(yōu)秀算法的快速發(fā)展，國內(nèi)的許多學者也將這些優(yōu)秀的進行相應的改進或組合應用到實際的生產(chǎn)線平衡的問題求解中，他們的研究也取得了非常顯著的效果。

衛(wèi)東，金燁（2004）對于給定序列的混合裝配生產(chǎn)線平衡問題建立了數(shù)學模型，為提高模型最優(yōu)解的運算速度，針對模型設計開發(fā)了相應的遺傳算法，通過實例運算證明了該算法的有效性。

丁力平，譚建榮（2009）為提高產(chǎn)品拆卸效率，針對拆卸線平衡問題建立了以最小線體閑置率與最小拆卸成本為目標的數(shù)學模型，并提出了一種基于Pareto解集多目標的改進蟻群算法來求解該模型。該算法以良好的收斂性與全局性提供了均勻分布的Pareto最優(yōu)解集，從而為改善提供更大更好的決策空間，有效避免了決策的盲目性。

查靚，徐學軍（2010）針對第一類生產(chǎn)線平衡問題，提出了一種改進的蟻群算法，該算法以最優(yōu)成分信息素更新規(guī)則為基礎，通過在任務與站位之間釋放信息素，加入解構造的下界檢查，并利用多種優(yōu)先權規(guī)則作為啟發(fā)式信息。由于在迭代過程中僅對最優(yōu)解中的最優(yōu)成分進行信息素的釋放，使得該算法不僅能保留最優(yōu)解信息，還能探索更優(yōu)解。仿真對比實驗表明了該算法的有效性。

范維博，周?。?012）建立了數(shù)學模型來優(yōu)化第一類裝配線平衡，并通過設計一種基于遺傳算法的編碼模式與解碼方法對該數(shù)學模型進行了求解，并對實例進行了求解，求解結(jié)果顯示了該算法的有效性。

2.2 基于統(tǒng)計手段與工業(yè)工程的生產(chǎn)線平衡研究

20世紀初泰勒提出了工業(yè)工程改進思想，其通過數(shù)學、自然科學、系統(tǒng)論、工程分析與設計的理論與方法，實現(xiàn)了由人、機、料、法、環(huán)所構成的生產(chǎn)系統(tǒng)的改進和優(yōu)化。企業(yè)可以在較少投資甚至不需要投資的情況下，就能實現(xiàn)大幅的提升生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，降低人員作業(yè)疲勞度，提供產(chǎn)品質(zhì)量。尤其在工業(yè)工程結(jié)合了運籌學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、精益生產(chǎn)等學科與生產(chǎn)理念的發(fā)展下，對現(xiàn)代企業(yè)實現(xiàn)更有效更精準的管理具有重大意義。

吳曉艷(2007)通過統(tǒng)計分析中的X-σ管制方法，修正了生產(chǎn)線的工時，并依據(jù)調(diào)整后的生產(chǎn)節(jié)拍，運用ECRS、人機操作分析等工業(yè)工程的方法與手段，調(diào)整了工序作業(yè)內(nèi)容，均衡了各工序的作業(yè)時間，減少了生產(chǎn)站位，節(jié)約了人力、設備成本，使生產(chǎn)能力得到了有效的提高。

高廣章(2009)通過工作研究與動作分析，分析了某公司的Polaris Housing裝配流程，測定了裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍。通過對瓶頸產(chǎn)能釋放，人機操作優(yōu)化、工序合并、重排等改善方案實施，對比了改善前后裝配線的生產(chǎn)效率與產(chǎn)能，實踐證明了工作研究與動作分析方法良好的改進效果。

黃鶇(2010)結(jié)合工業(yè)工程與精益生產(chǎn)的理論與工具，對某扶梯裝配車間的工序流程進行改善。通過ECRS與5W2H方法的應用，調(diào)整了扶梯裝配線的工序作業(yè)內(nèi)容，重排了裝配車間的生產(chǎn)布局，消除了生產(chǎn)過程中不必要的搬運浪費。通過對裝配車間的精益改造，使得裝配線的在制品滯留時間減少了50%左右，交貨周期縮短60%，裝配線效率提升了57%，實現(xiàn)了扶梯裝配線90%的平衡率。以企業(yè)實際案例驗證了該優(yōu)化方式的有效性。

3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀評述

生產(chǎn)線平衡問題的國內(nèi)外研究已經(jīng)有了很長的研究歷史，許多研究學者通過建立數(shù)學模型并采用各種啟發(fā)式算法來求解生產(chǎn)線平衡的最優(yōu)解，但是由于企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的復雜性、多變性使得所建立的數(shù)學模型結(jié)構越來越復雜，約束條件越來越多，龐大而復雜的建模計算過程給實際應用帶來了很大的困難。單一的運用統(tǒng)計與基礎工業(yè)工程的手段與方法改善現(xiàn)有的復雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，也會出現(xiàn)改善不全面，缺乏對各種影響因素的權重判定的方法，使改善處于一個較為被動的情況。

在影響企業(yè)生產(chǎn)線平衡與生產(chǎn)效率的因素多樣化、復雜化的情況下，如何尋求一種快速、有效、主動的改善方法，將成為企業(yè)在激烈的市場競爭中獲得優(yōu)勢的一個保證。六西格瑪管理在其二十多年的發(fā)展歷程中，其管理理念已儼然從原先的質(zhì)量改善工具轉(zhuǎn)變成了對企業(yè)整體生產(chǎn)、服務流程能力的展開與應用。如果在六西格瑪管理的大流程中嵌入生產(chǎn)線平衡優(yōu)化與效率提升的小流程，一方面六西格瑪管理為生產(chǎn)線實際運行中所遇到的問題提供有效的定義、分析與控制，另一方面生產(chǎn)線平衡為六西格瑪在具體的改善項目中提供有效的工具與方法。但目前將二者結(jié)合起來運用的研究相對較少，可以通過生產(chǎn)實踐，將六西格瑪DMAIC改進模式運用于線平衡改善，那么將會給企業(yè)實際運作提供有效的指導與幫助，從而降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

根據(jù)國內(nèi)外研究成果，針對特定的裝配線可以得出以下平衡技術路線：

1.分析六西格瑪管理與生產(chǎn)線平衡的理論與方法，得出二者所具有的共通特性，確定六西格瑪管理的改善流程與生產(chǎn)線平衡優(yōu)化方法相結(jié)合是可行的并且是有效的。

2.基于六西格瑪管理的改善流程——DMAIC，裝配線的改善范圍、量化改善目標，并全面分析影響裝配線平衡的各影響因子。

3.針對各影響因子進行權重等級的判定，確定關鍵影響因子。

4.針對關鍵影響因子制定平衡優(yōu)化方案，并構建平衡優(yōu)化指標評定優(yōu)化方案所取得的優(yōu)化效果。

5.構建平衡控制流程，確保優(yōu)化效果的持久性與穩(wěn)定性。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://m.xwlcp.cn/w/qk/21223.html