生产线平衡法在电子制造业中大有前途

作者：荷兰 Assembléon Paul Gerits

欢迎访问e展厅 展厅 3 管理咨询与服务展厅 企业文化, 战略管理, 生产管理/工业工程, 营销管理, 知识管理, ... 平衡制造功能一般不是生产环境所关心的问题，但是它对企业的总体业绩影响很大。市场需求直接决定着生产能力。产品的上市时间以及人们对产品满意度期望越来越高的趋势，要求生产能力的最低限度具有更大的灵活性。另一方面，由于价格的压力，制造商也无法以忽略生产线效率为代价来获得灵活性。本文考虑未来在安排表面安装技术（SMT）生产时可以实施的策略，而且建议技术路线应是将投资集中到正确的资源上，而不是局部最优化。 公司整体结构平衡非常重要（图1），而不应当只专注该结构中的某一项。如果物流达到最优化而人力资源部用人不当，业务就不会得到改善。同样，如果使用了合适的人力资源，但是没有给予他们恰当的培训，那也无法创造一个最佳的生产环境。任何一个"环节"没有最佳化都会直接影响企业的利润。 生产线平衡法考虑到部件、印刷电路板和加工工艺的差异、机器的能力、物流、开发和操作人员素质等等因素，它对于实现具有高质量和高效率的最佳产出至关重要。生产线平衡法不是讨论技术问题，而是进行个案研究，目的是求得一种解决方案，能够最大限度地照顾制造过程中有关各方利益，如同现实生活中的例子所显示的那样。 个案之一：切勿因小失大 下面举一个简单例子来说明，采购部门是如何因小失大破坏生产线的平衡的。假如生产部门要求采购部门提供某种部件 100,000只，分别粘贴在25条带上。采购部门发现，如果购买分别粘贴在 5 条带上的 100,000只部件，可以节省 200美元。但是，当这些部件运到生产线，则无法按照要求将它们分配到 25 个进料位置。因而只得调整整个生产线的生产，导致生产线的不平衡，产出下降，最终所影响的生产线效益远大于采购部门所节约的那点钱。增进生产部门、采购部门和财会部门之间的沟通可以节省开销。 个案之二：大不见得不好 同样，目前 有一条制造尺寸为 200× 180mm 电路板的生产线。开发部门决定重新设计电路板，以减小产品的尺寸，譬如减小到 100× 100mm。重新设计可能要在生产线上添置新的机器配件，增加开销。然而，也可以换一种方法，成倍改变电路板的尺寸，如 360× 400mm，这样机器无需改动，而且能更充分地发挥机器的性能。实际上，在百分之九十五的情况中，重新设计电路板的开销比建立生产线要小。所以，改善开发部门与生产部门之间的沟通可以节省开销。 生产线平衡法中，设备本身所占的份量不大，但十分重要。对各台机器速度和性能、电路板和机器的工艺、进料器要求、每个部件的抓放速度以及生产流程等因素的分析，决定了如何根据每台设备的功能将工作量分配到生产线的各台机器上。现实生活中许多例子也证实了这些因素的影响。 准备得当是实现平衡的先决条件 准备得当是实现平衡的先决条件，这涉及采用当今先进的生产线最优化软件，并由培训计划提供支持，让操作、监管和维护人员深入了解生产过程。 但是，虽然完备的生产线平衡法可以在大批量和极大批量生产环境中提供最好的解决方案，但是中等批量环境或大中批量混合环境里的最佳解决方案实际上却要求某台机器"失调"。在前一种环境中，完备的平衡可能把生产线上"最快"与"最慢"机器之间的循环时间降低到小于 3 %。而在后一种环境中，重点应当放在尽量少改动设备，例如，根据某段时间的批量要求、尺寸或元件的共同性，将某些电路板组合在一起。 生产线上的机器可以被看成一个"黑匣子"，其输入为要求、期望值和成本，输出为利润（见图 2 上部）。黑匣子的组成应当完成所要求的产品数量、质量和效益等。在下面所给的例子中，我们研究了如何平衡黑匣子的若干问题。 个案之三：一开始就抓好配置 假设黑匣子有高速生产的全套配置，即无需改动就可以生产三种产品：a、b 和 c ，其效率为 96%（在此讨论中，百分数都是假设的）。假定工厂的总效率为 85%，那么生产效率会降低到 85%（工厂效率） × 96%（设备效率）= 81.6%，但实现了所要求的利润。 如果现在引进了产品 d，那么生产线的配置也许要改动（图 2 的下部）。黑匣子的效率可能仍然为 96%，但是仅仅使用了整个黑盒子60%的性能。那么，效率便降低到 57.6%（96%的60%）。如果现在把工厂的效率加进来，则总效率降低到 85%（工厂效率） × 57.6%（设备效率），即49%。 结果，为生产某个单一产品所付出的代价非常高昂，导致工厂总生产能力一年里大打折扣。由于管理费用保持不变，因而利润大大下降。引进一个新产品而未重新使生产线最优化，或配置一条生产线时没有考虑到未来的产品，对生产线的效率和赢利都会产生很大的负面影响。 作为上策，有一种解决方案是一开始在设计生产线时就考虑到未来的某个单元，这样有助于在指定的时间期限内改善平衡性，生产更多产品，获得更多利润。 个案之四：效率的平衡 有时人们认为，最好的解决方案是使生产线最优化，以便使最快的机器能够按照 100%的效率工作。但是，实际情况未必如此。假设建立了这样一条生产线，设备 A 按照 100%效率工作，而设备 B 的工作效率为 99%，设备 C 的工作效率为 98%，而设备 D 的工作效率仅为72%，那么生产线的总效率为 70%（即 100× 99 × 98 × 72）。如果现在对生产线进行平衡，使得最快的机器仅按照 90%效率工作，但最优化使其他设备的工作效率分别为 95%、94%和 95%，总效率就提高了 6%以上。单台机器能够影响总效率，但是，生产线平衡法可使总效率达到最佳，实现更高的利润/成本比。 个案之五：高速生产线中快慢机器的平衡 假设在图 3 上部的生产线中，机器 A 每小时加工 38,000个部件，机器 B 每小时加工 35,000个部件, 机器 C 每小时加工 2,000个部件，机器 D 每小时加工 35,000个部件，那么该生产线每小时加工 110,000个部件。假设机器 A 的循环时间是 45 秒，机器 B 的循环时间是 37 秒，机器 C 的循环时间是 20秒，机器 D 的循环时间是 37 秒。黑匣子的总产出为 3600/45 秒（生产线的循环时间为 45 秒，按此循环时间重新计算产出），即每小时加工 96,300个部件和每小时 80件产品。 虽然机器 B 的产品循环时间仅为 37 秒，但是实际产出小于预计的 35,000，因为每45 秒（机器 A 的循环时间）B 才得到一个产品，因而效率为 82%，即 28,700（35,000× 0.82）个部件。对机器 C 和 D 可以进行同样计算。所得的结论是最慢的机器 A 决定生产线的输出，整个生产线的输出"仅仅为"80件产品。 现假设某些部件转移到机器 C，所以它每小时加工 3000个部件，其循环时间为 40秒 （现在可以达到的生产线总输出为 111,000）。尽管机器 C 的平均加工值更差了，但是生产线的总体性能可能提高了。假设由于某些部件转移到机器 C，机器 A 的循环时间提高到 40秒。机器产出保持不变，但A 和 C的循环时间有所改善，而B 和 D 的循环时间保持不变。采用上面同样的计算方法，生产线每小时加工的部件总数提高到 105,750个，即每小时可生产 90（3600/40）件产品，效率提高了 11.25%。 现在增加一台机器（见图 3 的底部），使得所有其他机器的循环时间都变为 33 秒。此时，新增的机器加工 1000个部件，所以生产线的产出增加到 112,000个。但是循环时间短得多，使每小时的产品达 109 件，效率又提高了 21%（109 比 90件产品），如与第一次相比，效率提高了 36%。 个案之六：生产线的组成设备越少，效率越高 假定一条生产线有五台抓放机器。譬如，每台机器的工作能力为每小时加工 20,000个部件。假设每台机器的技术效率为 98 %，那么五台机器的总效率为 90.3 %，即所达到的产出仅为每小时 90,000部件，而不是所期望的最大产出值每小时 100,000部件。如果所需要的产出值为每小时 95,000部件，那么至少要增加一台抓放机器；但是这样会进一步降低总效率。 现在假设生产从一开始就安排由一台产出值为每小时100,000部件的抓放机器来完成。那么，只要机器的技术效率为 95 %就能达到所需要的产出值。 95 %的效率比较容易实现，因为此时只涉及一台机器。随之而来的还有许多正面效应，如节省占地、节约人员、减少维护、降低部件库存等，所有这一切都不用多开销一分钱。 沟通的重要性 高科技制造环境不是在真空中运行的，有许多因素影响其效率（图 4）。例如，现在需要训练有素的人员高效地开动生产线。实际中通常做法是，为了节省开支，或许只派一个操作员去参加某项正规的生产培训课程，然后再要求他去培训他的同事们。而接受培训的操作员只能将在学习原课程时掌握知识的一部分准确地传授他人。所以，利用工厂内部培训的生产线操作人员，从一开始就达不到生产线的最大效率。 在短时间内，人员的轮换会进一步减少知识库存。由于不了解实现生产最优化应采取的步骤，新员工会沾染坏习惯，效率会逐渐恶化。一两年后，经过正规设备操作训练的操作员也许所剩无几。生产线的平衡遭到破坏，无法开展正常维护，错误百出。 起初，尽管生产线没有按照最高效率工作，但是仍然达到了生产目标。这个阶段一过去，人们就会发现该生产线在低效运行。真实情况是，凭借并非最佳的培训和维护，生产线总是低效运行的。未曾开发的能力，本可以被用来生产其他产品，或用更少的时间生产规定数量的产品，节省可观的生产成本。例如，现在用三个班次生产出一定数量的产品，但是如果运行更有效的话，排两班就可以了。 如果生产部门与人力资源管理部门之间沟通得更好，那么更多的人就会认识到操作人员在实现最高产出方面所起到的关键作用，从而对训练会持一种更加开明的态度。培训方面投资的回报可能非常快，如同在生产线设备供应商的专门技术上的投资一样。通过借助于定期评估、意见和建议等服务，制造商可以实现稳定生产。选择一家设备供应商，它不仅提供设备级或生产线级的支持，而且提供工厂甚至企业级的支持，是实现正常生产运行时间、生产率和利润率等最优化的最经济途径。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/6/2005)