六西格瑪管理在裝配線平衡中運(yùn)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(gè)至關(guān)重要的因素就是裝配流水線的平衡率。對(duì)于制造企業(yè)而言，他們所關(guān)心的兩個(gè)問題一是產(chǎn)品的質(zhì)量，二是流水線的生產(chǎn)效率，而對(duì)這兩個(gè)問題產(chǎn)生直接影響的正是裝配生產(chǎn)線的平衡率。我國(guó)是一個(gè)制造大國(guó)，在市場(chǎng)需求的快速變化，制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)全球化的態(tài)勢(shì)下，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)在質(zhì)量、交期、成本以及服務(wù)這四個(gè)方面，提高裝配流水線的生產(chǎn)平衡率，將會(huì)很好的提高我國(guó)制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，因此對(duì)裝配流水生產(chǎn)線的平衡進(jìn)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(jìn)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(shè)計(jì)等固有條件的限制，要想使流水線上各個(gè)站位分配到的作業(yè)元素的操作時(shí)間完全相同是十分困難的，因此就會(huì)出現(xiàn)各站位間作業(yè)負(fù)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上各站位的負(fù)荷均衡，對(duì)于企業(yè)而言不僅能提高機(jī)器設(shè)備和作業(yè)工時(shí)的利用率，還有利于企業(yè)降低在制品庫(kù)存，節(jié)約生產(chǎn)、管理成本，提高流動(dòng)資金的周轉(zhuǎn)速率。

六西格瑪管理是上世紀(jì)80年代由美國(guó)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(jì)90年代將其發(fā)展成為一種高效的企業(yè)流程設(shè)計(jì)、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(shí)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(lái)的品質(zhì)變異，更能享有生產(chǎn)效率的提高所帶來(lái)豐厚的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2 國(guó)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(gè)方面的問題：一是各站位作業(yè)時(shí)間的均衡，即各站位之間的作業(yè)時(shí)間差距盡可能的??；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(lái)，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?cè)趯W(xué)術(shù)與企業(yè)實(shí)踐上的激烈討論，至今為止對(duì)于該問題的研究已有了將近一百年的歷史。從國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)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(xué)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(gè)站位的工作時(shí)間收斂于同一個(gè)數(shù)值。Amiya K Chakravarty(1988)建立了一個(gè)帶“學(xué)習(xí)效應(yīng)”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(xué)習(xí)效應(yīng)”，有效的避免了各工作站之間隨著時(shí)間的推移出現(xiàn)越來(lái)越多的等待時(shí)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(dòng)生產(chǎn)率。Branhim、Rekiek（2001）給出了生產(chǎn)線平衡問題的一種改進(jìn)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(jī)工程與工效學(xué)，設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于裝配線平衡問題的建模與算法研究相對(duì)于國(guó)外學(xué)者而言晚了許多，但是近年來(lái)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(guó)內(nèi)的許多學(xué)者也將這些優(yōu)秀的進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)或組合應(yīng)用到實(shí)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(duì)于給定序列的混合裝配生產(chǎn)線平衡問題建立了數(shù)學(xué)模型，為提高模型最優(yōu)解的運(yùn)算速度，針對(duì)模型設(shè)計(jì)開發(fā)了相應(yīng)的遺傳算法，通過實(shí)例運(yùn)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(duì)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(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并提出了一種基于Pareto解集多目標(biāo)的改進(jìn)蟻群算法來(lái)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(xué)軍（2010）針對(duì)第一類生產(chǎn)線平衡問題，提出了一種改進(jìn)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(chǔ)，通過在任務(wù)與站位之間釋放信息素，加入解構(gòu)造的下界檢查，并利用多種優(yōu)先權(quán)規(guī)則作為啟發(fā)式信息。由于在迭代過程中僅對(duì)最優(yōu)解中的最優(yōu)成分進(jìn)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(duì)比實(shí)驗(yàn)表明了該算法的有效性。

范維博，周?。?012）建立了數(shù)學(xué)模型來(lái)優(yōu)化第一類裝配線平衡，并通過設(shè)計(jì)一種基于遺傳算法的編碼模式與解碼方法對(duì)該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了求解，并對(duì)實(shí)例進(jìn)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(jì)手段與工業(yè)工程的生產(chǎn)線平衡研究

20世紀(jì)初泰勒提出了工業(yè)工程改進(jìn)思想，其通過數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、系統(tǒng)論、工程分析與設(shè)計(jì)的理論與方法，實(shí)現(xiàn)了由人、機(jī)、料、法、環(huán)所構(gòu)成的生產(chǎn)系統(tǒng)的改進(jìn)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(shí)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(yùn)籌學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、精益生產(chǎn)等學(xué)科與生產(chǎn)理念的發(fā)展下，對(duì)現(xiàn)代企業(yè)實(shí)現(xiàn)更有效更精準(zhǔn)的管理具有重大意義。

吳曉艷(2007)通過統(tǒng)計(jì)分析中的X-σ管制方法，修正了生產(chǎn)線的工時(shí)，并依據(jù)調(diào)整后的生產(chǎn)節(jié)拍，運(yùn)用ECRS、人機(jī)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(shí)間，減少了生產(chǎn)站位，節(jié)約了人力、設(shè)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(dòng)作分析，分析了某公司的Polaris Housing裝配流程，測(cè)定了裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍。通過對(duì)瓶頸產(chǎn)能釋放，人機(jī)操作優(yōu)化、工序合并、重排等改善方案實(shí)施，對(duì)比了改善前后裝配線的生產(chǎn)效率與產(chǎn)能，實(shí)踐證明了工作研究與動(dòng)作分析方法良好的改進(jìn)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(duì)某扶梯裝配車間的工序流程進(jìn)行改善。通過ECRS與5W2H方法的應(yīng)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(yùn)浪費(fèi)。通過對(duì)裝配車間的精益改造，使得裝配線的在制品滯留時(shí)間減少了50%左右，交貨周期縮短60%，裝配線效率提升了57%，實(shí)現(xiàn)了扶梯裝配線90%的平衡率。以企業(yè)實(shí)際案例驗(yàn)證了該優(yōu)化方式的有效性。

3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀評(píng)述

生產(chǎn)線平衡問題的國(guó)內(nèi)外研究已經(jīng)有了很長(zhǎng)的研究歷史，許多研究學(xué)者通過建立數(shù)學(xué)模型并采用各種啟發(fā)式算法來(lái)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(fù)雜性、多變性使得所建立的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，約束條件越來(lái)越多，龐大而復(fù)雜的建模計(jì)算過程給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了很大的困難。單一的運(yùn)用統(tǒng)計(jì)與基礎(chǔ)工業(yè)工程的手段與方法改善現(xiàn)有的復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，也會(huì)出現(xiàn)改善不全面，缺乏對(duì)各種影響因素的權(quán)重判定的方法，使改善處于一個(gè)較為被動(dòng)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(fù)雜化的情況下，如何尋求一種快速、有效、主動(dòng)的改善方法，將成為企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)的一個(gè)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(duì)企業(yè)整體生產(chǎn)、服務(wù)流程能力的展開與應(yīng)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(shí)際運(yùn)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(xiàng)目中提供有效的工具與方法。但目前將二者結(jié)合起來(lái)運(yùn)用的研究相對(duì)較少，可以通過生產(chǎn)實(shí)踐，將六西格瑪DMAIC改進(jìn)模式運(yùn)用于線平衡改善，那么將會(huì)給企業(yè)實(shí)際運(yùn)作提供有效的指導(dǎo)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(guó)內(nèi)外研究成果，針對(duì)特定的裝配線可以得出以下平衡技術(shù)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(biāo)，并全面分析影響裝配線平衡的各影響因子。

3.針對(duì)各影響因子進(jìn)行權(quán)重等級(jí)的判定，確定關(guān)鍵影響因子。

4.針對(duì)關(guān)鍵影響因子制定平衡優(yōu)化方案，并構(gòu)建平衡優(yōu)化指標(biāo)評(píng)定優(yōu)化方案所取得的優(yōu)化效果。

5.構(gòu)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(lái)源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://xwlcp.cn/w/qk/21223.html