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1、1内衣生产线平衡与优化方法研究梁永生 指导老师： 叶飞 副教授（华南理工大学工商管理学院 2004 级工程硕士 研究领域：工业工程）摘要：认识到基础工业工程理论对提高企业生产效率的重要性。结合一家内衣生产企业存在的生产线不平衡的问题，分析研究了如何应用瓶颈工序消除法和工序重排法进行生产线平衡和优化。改善前后的定量和定性对比说明了生产线平衡对提高企业生产效率的显著作用。关键词：内衣生产线、生产线平衡、生产线布置Research of Line Balancing & Optimization Methods in Underwear Manufacturing FactoryLiang Yong
2、 Sheng Supervisor：Ye Fei vice Professor（School of Business Administrator of SCUT, 2004ME Major in：Industrial Engineering）Abstract: The significance of fundamental industrial engineering theories to the improvement of production efficiency has been realized. Accompanied by a real industrial case of p
3、roduction line balancing problem in an underwear manufacturing factory, this paper addresses how to improve the production line balancing and optimization by removing the bottleneck and process resetting. The quantitative and qualitative analysis demonstrates that production line balancing play a cr
4、itical role in the improvement of production efficiency.Key Words: Underwear Production Line; Production Lind Balance; Production Line Layout 1 引言与文献综述1.1 引言随着国际分工的快速发展，中国成为世界制造中心的趋势越来越明显。其中，服装制造业是最有代表性的行业之一。早在 80 年代初，国外的服装生产企业（当时主要是香港的服装生产企业）就已经开始在刚实行改革开放的中国大陆设立生产工厂，利用中国极其低廉的劳动力和其它资源开展“三来一补”业务，并带动了
5、中国本地服装制造企业的快速发展。发展到现在，中国已经成为名副其实的世界服装生产基地。根据中华纺织网数据，服装与纺织产业是中国目前的支柱产业之一，每年为中国提供 9%以上GDP 和 25%以上外汇收入，中国纺织服装出口额占世界纺织服装出口总额的 1/5。然而，我国的服装制造业目前仍然处在劳动力密集型的 OEM（Original Equipment Manufacturer）阶段，中国服装出口方式主2要以贴牌为主（通过给国外品牌厂家提供 OEM 生产挣取加工费），自主品牌产品的出口量只占 10%左右，并且以中低档产品为主。中国本地的服装制造企业若想摆脱目前的处境，想在国际市场上与国外企业展开全方位
6、的竞争，必须要做到：增强开发能力、提高产品的技术含量和质量；应用先进的管理理念加强运作管理，降低成本；提高品牌的市场知名度。工业工程（Industrial Engineering，IE）的核心目标是提高企业的运作效率和效益。综观世界工业生产模式的发展过程，从 Henry Ford 于 1913 年发明生产流水线使大量生产模式(Mass Production）成为世界工业企业提高生产效率和降低生产成本的有效手段开始，到国际制造业纷纷仿效日本丰田汽车公司采用准时制生产方式（JUST-IN-TIME，JIT）以期望实现“基于大量生产基础上，使用相同的设备/生产线实现少批量、多品种、高效率、低成本、高
7、质量的柔性混流生产，并在生产过程中实现零缺陷和零库存”的目标，生产线平衡化一直以来都是世界制造业提高运作效率和效益的有效途径之一。生产线平衡率越高的企业，其生产效率越高。1.2 文献综述基础工业工程理论的研究最早由美国工程师 F.W.Taylor 等人在 20 世纪初进行，工作研究是工业工程领域最早进行的理论研究，包括方法研究和作业测定。方法研究主要通过程序分析、操作分析和动作分析来消除生产系统中不合理、不均衡和不经济的因素，以达到改进和使工作方法标准化的目标。而作业测定则是在方法研究的基础上，对生产活动中劳动力如何使用及应当如何使用的问题进行定性、定量的测定并制定标准作业时间。工业工程在企业
8、运营中可以起到以下的作用：系统的规划；利用经济学、心理学、生理学和行为科学的理论、方法和工具进行商务流程的创新，为企业带来更高的效率与良好的效益；对企业运作的改进，这是工业工程理论在企业管理中最广泛的作用。工业工程的基本特征：工程性。借助科学、技术、经济、管理和其它社会科学知识与方法，利用自然资源与社会资源实现顾客完全满意和国家与社区的要求。社会技术性（Sociotechnique）。工业工程要进行的是以人为中心、有特定目标、有技术和社会两个子系统相互作用的社会活动。接口性。工业工程是为解决系统间、子系统间、人与人间、部门与部门间、以及组织与外部环境间各种工业工程界面的互联问题，使系统整体协调
9、整合。创新性。工业工程以创造组织的全浅力为主要特征（全潜力是指创造最优的业绩结果和经验）。实践性。工业工程强调从需求出发，通过实践不断改进和创新。流水线生产模式也称为大量生产模式（Mass Production）,是 Henry Ford 于 1913 年提出的，机械化流水线的应用大幅度提高了福特汽车当时的生产效率，使其每台汽车的生产时间由 1908 年的 514分钟减少到了 1913 年的 1.19 分钟。随着产量的快速提高，成本的大幅度降低，福特 T 型汽车的售价由1908 年的 850 美元降到了 1926 年的 290 美元。流水线生产模式的主要特点是：零部件标准化和互换化；分工细致化
10、；装配作业简单化；零部件移动机械化；采用专用的设备；企业拥有较为完整的生产单位（大部分的零配件自己生产）；生产规模较大；生产设施按生产流程布置为流水线形式和缺乏适应品种变化的能力（即缺乏柔性）；拥有过大的库存；过多的供应厂家；过多的工人和过多的生产场地；产品单一和品种少。生产线的布置方式包括：固定式布置（Fixed Position Layout）。产品的位置固定不变，生产设备和工人的位置根据产品的加工位置而转移，通常用于体积大且重产品的生产；按产品布置（Product Layout）。即按生产对象专业化原则布置设备和工人，最常见的流水线就是这种布置方式；按工艺过程布置（Process Lay
11、out）,指按照工艺专业化原则把设备和工人集中布置；按成组制造单元布置（Layouts Based On Group Technology）。即根据一定的标准将结构和工艺相似的零件组成一个零件组，确定出零件组的工艺流程，根据工艺流程的加工内容选择设备和工人组成一个生产单元。生产线平衡（Line Balancing）即是对生产的全部工序进行平均化，调整作业负荷，使各工序的作业时间尽可能相近的技术手段与方法，是生产流程设计及作业标准化中最重要的方法。生产现场的改善与革新永远围绕着质量效率原料消耗（成本）这几方面进行的，而效率改善的核心即是消除工序不平衡，消除工时浪费，实现“一个流”生产。生产线平衡
12、的意义包括：提高作业员及设备工装的工作效率；减少单件产品的工时消耗，降低成本；减少工序的在制品数；在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高生产应变能力，对应市场变化，实现柔性生产系统；通过平衡生产线可以综合应用到3程序分析、动作分析、Layout 分析、搬动分析、时间分析等全部 IE 手法，提高全员综合素质。生产线平衡的方法包括：确定瓶颈工序，对瓶颈工序进行作业改善；将瓶颈工序的作业内容分担给其它工序；增加瓶颈工序的作业员；合并相关工序，重新排布生产工序；分解某些作业工序，把该工序安排到其它工序中去。与生产线平衡有关的概念包括“节拍”、“瓶颈”、“空闲时间”、“生产线平衡率或平衡损失率”。流程的
13、“节拍”（Cycle Time）是指连续完成相同的两个产品之间的间隔时间，即指完成一个产品所需的平均时间。节拍通常只用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间，如果产品必须是成批制造的，则节拍指两批产品之间的间隔时间。在流程设计中，如果预先给定了一个流程每天（或其它单位时间段）必须的产出，首先需要考虑的是流程的节拍。通常把一个流程中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈”（Bottleneck）。流程中存在的瓶颈不仅限制了一个流程的产出速度，而且影响了其它环节生产能力的发挥。与节拍和瓶颈相关联的另一个概念是流程中的“空闲时间”（Idle Time）。空闲时间是指工作时间内没有执行有效工作任务的那
14、段时间，可以指设备或人的时间。当一个流程中各个工序的节拍不一致时，瓶颈工序以外的其它工序就会产生空闲时间。本文的研究将结合一家中国本地的内衣服装生产企业的一件式文胸生产线存在的由于生产线不平衡而导致生产效率低的实际情况，以系统化的方法，综合应用上述各种工业工程的理论和方法，探讨如何进行生产线平衡和优化,并通过生产线平衡和优化的方法提高其生产效率。2 问题描述和数据收集服装企业生产效率的高低主要由缝制生产线的效率来确定。工业化的服装生产是将一件服装的制作划分成若干工序，由不同的工人协同完成，每个人反复操作自己所分担的工作。这种方式的优点在于，生产人员只从事单一工序的操作，生产技能和生产效率可在短
15、时间内迅速提高。同时，即使操作者的水平有高低，产品品质也不会相差过大，而且由于每个工序都能进行专门化操作，易于引进专用设备。但这种生产方式也有其不可避免的缺点，由于生产人员只操作特定的工序，因此不可能掌握其他更多工序，并且生产者彼此之间有很大的关联度，如果生产线上有人缺勤的话，一部分的工序就会停滞，从而影响到整体生产。换言之，这种生产方式的顺畅与否在于如何让各项分工做到同步化（也就是说要使每个工序所需的时间均一化） 。工序同步化是组织流水线的必要条件，也是提高生产效率、缩短生产周期的重要方法之一。就服装缝制而言，一个合理的缝制工序组合编排方案除了能够实现均匀的作业负荷，还能有效地减少企业的各种
16、资源的消耗。顺畅的服装流水线就像是一首优美的乐章，而构成乐章的要素之一是“节拍” 。它决定流水线的生产能力、生产速度和效率。实际生产中，真正决定流水线生产速度的是瓶颈，节拍主要由工人的熟练操作来保证。服装缝制在进行了作业细分之后的多工序流水化连续作业后，各工序的作业时间在理论上和现实上不可能完全相同，这就势必存在工序间节拍不一致时，出现瓶颈现象。一旦出现瓶颈现象，将产生“空闲时间” 。为了解决以上问题就必须对各工序的作业进行平衡，同时对作业进行标准化，以使生产线能顺畅活动。实现生产线平衡隐含着三个要素：(1)周期时间；(2)作业顺序；(3)标准储备量。周期时间，是指缝制服装的某个部件所需要的时间，是一天需要生产的数量除以劳动时间得出的结果。作业顺序，顾名思义是指操作人员按时间先后排列的生产加工顺序。标准储备量是指作业时停留在工位上的必要数目的加工件。一般的标准是附在各个机器上的服装加工部件，即要足够使用
