作者：趙旭東

随着科學技術的發展與經濟全球化，企業要想在日益激烈的國際競争與經濟惡化的世界環境中立于不敗之地，必須适應快速變化的市場，以最小的運營成本産生最大的效益，這就要求企業必須在先進生産方式理念指導下盡快探索适合自己的新生産方式，精益生産方式應時而生，成為當前特别是汽車行業生産方式探索與實踐的主流方向。活塞生産因工藝與設備的複雜性，其生産方式也呈現出複雜性的特點，因此以精益生産為目标的活塞生産線布局問題也變得複雜而重要。

精益生産是以準時化生産（JIT）技術、成組技術（GT）和全面質量管理（TQM）為基礎，杜絕浪費、減小庫存、保持物流的順暢，以實現生産和管理過程的精簡高效的目标。根據精益生産的要求，生産線的布局應當遵循以下原則：

（1）物流原則：在物流設計方面，生産線的物流路線應盡量短，物流強度應盡量小，以減少搬運負荷。設備應按照實際工藝路線和生産流程排布成線，形成”一個流”的生産方式；有物料交換的設備應相互靠近，以減少物料移動距離；

（2）緊湊原則：應充分利用廠房面積，縮短物料運輸距離，生産線應保持較小的設備間距，便于工人操作；

（3）特殊的位置要求：滿足特殊設備的擺放位置，輔助設備按照功能需求形成單元進行布局，并預留一定的備用空間以加強布局設計的柔性；

（4）共用原則：對于價格昂貴或占地面積較大的設備，應考慮多生産單元共用。

對以精益生産理念運行的活塞生産線，也應該在遵循以上原則的基礎上進行重新布局，但同時也應考慮活塞生産線本身複雜多變的特點，形成真正适合本企業特色的生産方式，才能真正達到既定的精益生産目标。

某典型活塞生産加工工藝流程見表1。

與工藝流程相對應的活塞生産線設備布局如圖1所示，其中精加工區生産線在車間内的占用面積為29.97m(L)×4.87m(W)=145.973m2。

依照精益生産理念對該生産線布局進行分析，其存在的問題如下：

1.粗加工區的物流呈單向性。活塞如果具有油孔的加工特征，粗加工則需要兩名操作者；如果沒有該加工特征，活塞的物流長度達6m，由一名操作者操作三台設備時，每加工一隻活塞需要走12m的路程，操作者勞動強度較大。

2.精加工區設備布局雖然比較整齊，而且相對的每兩台設備組成一個加工單元，且物流路線單向流轉。但由于工序離散性大，工序節拍嚴重失衡，造成瓶頸工序前大量地在制品積壓、物流的嚴重不暢，而加工時間短的工序設備、人員的冗餘嚴重。

3.由于設備是兩兩相對放置，造成加工單元之間相互閉塞，開放性差。因為加工空間彼此幹涉，操作者無法打破原來的單元組成新的單元，不利于精益生産中提到的彈性作業人數少人化的實現，在不同的生産大綱下仍然需要采用“定員制”生産。

4.依照模塊化設計思想設計的新型多功能活塞加工設備很難布置到原生産線布局中，不利于企業的技術、管理改進和創新。

基于活塞生産線在新加工設備以及新生産方式下存在着諸多無法解決的問題，需要對現有工藝流程進行重新組合，對設備進行重新布局，才能适應新生産方式的需求。

1.活塞加工工藝流程的重組

針對活塞生産線存在的問題，借助成組技術對活塞加工特征進行分解，分解為通用加工特征與特殊加工特征；利用工序平衡理論進行活塞生産工藝流程重組，重組後工藝流程如表2所示。

2.活塞生産線設備布局優化重組

根據生産線的工藝流程重組，靈活應用可重組生産線理論，将活塞加工設備分類為通用特征加工設備與特殊特征加工設備。參照設備尺寸形狀、物流路線等進行生産線布局優化重組，創新性提出局部可重組方案：通用特征加工設備相對固定地布局在生産線上，預留出特殊特征加工設備的空間，根據活塞是否具有特殊加工特征而靈活地在生産線上進行局部重組。這樣，既保證了生産線的柔性，又保證了精益生産對設備布局本身的要求。具體重組方案如下：

（1）針對粗加工區在活塞沒有特殊加工特征時物流路線太長，工人空行程等同于物流長度的現狀.将粗加工鑽油孔設備預留區調整到精加工車間，粗加工三台設備采用緊湊的單元化布局方式（U型），由一人操作三台機床如圖2所示。

采用圖2的布局方式，物流路線減少至5m，而且由于活塞進口與出口在同一位置，消除了工人的空行程，工人的行走路線等同于物流路線，從而減少了工人的勞動強度和輔助勞動時間，間接增加了産量，提高了生産效率。

（2）對精加工區，受設備數量多、活塞的加工特征變化多、物流路線不同、生産線變化複雜、生産車間總體規劃等因素的影響，生産線的布局優化重組也呈現出複雜性。

工藝流程與設備重組後的活塞生産線機床尺寸數據如表3所示，其中Pn表示固定設備，LPn表示可重組的特殊加工特征設備。

由于活塞在生産線上按照工藝流程做單向流動，因此一般隻在相鄰的上下工序加工設備之間存在物流關聯，而且是由上工序設備單方向流向下工序設備。當不存在特殊加工特性時，則直接流向再下一工序；當存在并聯的兩台同工序設備時，則該工序的每台設備同上、下工序間的物流關聯度（或物流強度）是單台串聯設備物流關聯度的1/2。

由于活塞生産線存在着多台并聯的同工序加工設備，因此無法按精益生産中提到的U型方式進行設備布局，本文依照産品布局為主、綜合考慮生産單元的混合式布局原則，采用了一種類似于U型生産線的方式--雙列直排式布局方式。

根據前面精益生産方式下的生産線布局原則，活塞生産線最優布局的約束條件為：各活塞加工機床按雙列（Y向）直線式排列；固定設備在X方向的最小間距為800mm，預留可重組設備空間，可重組設備之間及其與固定設備之間最小間距500mm；相對兩機床及同工序并聯的兩設備在Y方向上幾何中心點的X值盡量小；全線長不能超過30m，寬不能超過5m。經與山東大學合作，應用相關軟件綜合運行求解，結合企業與生産線實際情況，最後确定生産線布局安排如圖3所示。

優化後活塞生産線占用面積為117.798m2，比優化前的145.973m2減少了28.175m2。同時，由于物流主要在X長度方向上單向流動，生産線長度由布局優化前的29.87m減小到優化後的22.38m；物流總長度也随之由57.15m減小到31.48m，減少了25.69m；因為設備間距最小化及多工序的合并，工人的行走距離從人均6.97m/隻減小至5.13m/隻。從而實現了總物流搬運最小化的設計目标。

同時，由于設備的重新選擇和布局的重組，減少了操作工人的需用數量。當所生産的活塞具有所有的特殊加工特征而且生産計劃充足時，操作人員由原來的10人減少至7人。除粗加工操作人員的物流搬運長度由優化前的3.7m/隻（兩人操作）增加到5m/隻略有增加外，精加工區操作者的人均物流搬運長度由優化前的7.14m/隻減小至5.25m/隻，人均物流搬運強度（長度）也到了顯著優化。

另外，重組後的生産線由于采用了預留特殊特征加工設備位置的局部可重組方式，當活塞不具有某一或某幾項特殊加工特征或生産量有所變化時，生産線可以打破原來封閉式的單元化生産方式，組成新的生産單元而不會造成操作者之間操作空間的相互幹涉，可以較容易地實現精益生産所倡導的“少人化”彈性作業方式。對比圖4與3可以看出，在僅有通用加工特征時精加工區可由6人減少到4人甚至3人，而每位操作工人所承擔的物流長度又不會過長（4人時6.62m/隻，3人時8.83m/隻）。

精益生産方式具有系統化的特點，僅通過先進生産技術或某一方面的改進是不可能實現的，必須綜合考慮生産系統的各個方面進行系統性、創新性的研究與實踐，才可能取得先進生産方式的探索成功。篇幅所限，精益生産中涉及的管理等方面的研究實踐在以後文章中再詳細論述。

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