张学谦高 清

（1.桂林电子科技大学商学院，广西 桂林 541004；2.桂林电子科技大学法学院，广西 桂林 541004）

生产线平衡与企业利润临界值关系的研究

张学谦1高 清2

（1.桂林电子科技大学商学院，广西 桂林 541004；2.桂林电子科技大学法学院，广西 桂林 541004）

在对企业生产线平衡问题分析的基础之上,结合具体实例，利用仿真方法对生产线平衡和企业利润进行了研究,并通过不断提高生产线平衡来寻求与企业利润之间的临界值。仿真结果表明，当生产线平衡小于89%时，企业的利润会随生产线平衡变大而不断增加；当生产线平衡介于89%到97%之间，企业利润基本上保持不变；当生产线平衡大于97%时，企业的利润反而会略微的有所下降。得出生产线平衡与企业利润之间临界值是89%左右。

生产线平衡；企业利润；仿真；临界值

当前，企业为了提高生产效率，会在作业标准化和生产流程设计中进行改善，提高生产线平衡问题是必不可少的环节[1]。随着经济的不断高速发展，企业也要迅速融入进这个多元发展时代的市场，要在流水线生产模式下减少不必要的工作站劳作，生产线平衡也反应了企业对于设备的利用率，而且对于日常的管理秩序和生产的建立都有积极的作用，也能保证产品的质量，降低对于能源和物资的消耗，使得流程中在制品的数目做到最少，使得生产节拍加快，工人操作更加流畅，资金也能更加顺畅的周转，使得企业尽可能的降低生产成品。

提高生产线平衡对企业日常生产有重要作用，可以解决企业中工时测量不合理、人机利用率不高、产品的瓶颈站等问题。生产线平衡问题设计多个方面的知识和领域，不能只从表面上对其进行理解，要到生产线平衡深处去发挥它的作用。从概念出发，生产线平衡指出企业的目视管理与均衡生产和企业所从事的“5S”活动之间的关系[2]。从中批生产产品的装配线平衡问题出发，形成了以减少成本、提高效率为目标的中批生产装配线的人力成本模型[3]。从主板计算机生产线的SMT段和作业测定出发，提出了一些科学性的、对实际生产线问题进行改善的方案[4]。从分析生产线平衡所存在的一些问题和特征出发，可以选择一个更优化、更高效的系统对产品生产进行改善，解决加快产品生产节拍的问题以降低成本[5]。可见，生产线平衡问题错综复杂，且对提高企业生产效率有重要作用。

1 生产线平衡

生产线平衡又可以称之为工序同期化，对装配线下生产节拍一定的产品，要求所需的作业人员人数和所需工序的工作站最少的方案，是对所有工序进行平均化，反应生产线工序效率的关键指标之一是生产线平衡，使生产线效能发挥最大作用，且产品工序作业时间最大限度相近的一种管理方式[6]。生产线平衡的公式如下：

其中，η为生产线平衡，ti为各工序作业时间总和，n为工序的数量，CT为生产线中工序作业最长时间，即瓶颈时间。

企业进行生产线改善时，往往都会把提高生产线平衡当做首要原则，这样来说一般效果还算明显，但如果要进行更行之有效的方法，则要从供应链、物流与生产线同步等方面进行改善。影响生产线平衡的原因一般来说有工作站的作业内容、机械设备生产的效率、工作人员的技术知识水平等方面[7]。工业工程中运用程序分析、时间分析和动作分析能够直接有效的提高生产线平衡，把工作站数量控制在最少，能够降低产品生产中工序时间最长的节拍，也就是产品生产的瓶颈时间，可以通过公式计算出节拍的最短时间来提高整个生产线的效率，因为瓶颈时间决定着整条生产线的生产进度，不管其它工作站的作业时间多快，都必须要等待最长作业时间的工作站，这样瓶颈时间拉低了整条生产线的效率，可能出现一些停工的现象，造成一些不需要的损失。所以，企业在生产线中一般会不断降低瓶颈时间，降低瓶颈时间也成了企业衡量生产线平衡的关键因素。可以看出提高生产线平衡会加快整个生产线的生产进度，也使得企业的物流供应与生产线更加同步，工作站中在制品的数目也会越来越少，这样整条生产线的平衡就得到了提高[8]。

2 生产线平衡存在的问题

企业通过运用工业工程的程序分析对生产线平衡进行改善，第一种是在无法改变非最长工序作业时间工作站的前提下，想法设法去降低最长工作站的时间；第二种是通过程序分析中 ECRS方法把最长工序的一些步骤合并到前面或者后面的工序中去，来减少瓶颈工序的空闲时间，提高非瓶颈工作站的生产效率。通过对比两种方法，可以看出第二种方法比较容易实现，因为它只需要专业的工程师人员对设备进行仔细分析后重新分配下每个工序的作业时间即可实现，不需要增加设备，也不需要增加投资；而第一种方法则需要购买设备来降低瓶颈的工作时间，这样会使企业增加投资而不愿意去购买。所以这就让企业管理者和工程师误以为只要不断提高生产率平衡，就能够为企业带来更高的利润。其实不然，在生产线平衡提高到一定的程度后，此时的生产线平衡对生产线的每一个工作站都及其敏感，如果某一个工作站出现一点小问题则对整个生产线都有很大的影响，甚至产生停工的可能性。因为此时生产线平衡已经达到很高的程度，生产线上的每一个工作站都没有空闲时间，每一站更没有多余的生产材料，这样如果某一工作站出现一些小问题，比如工人没有将物料及时供应等，则会迅速影响后面整条生产线，导致生产加工节拍出现停顿，如果经常出现则会影响企业的正常生产进度和供应链平衡问题；如果这时候不管这一工作站错误，直接强行继续进行生产，那么企业生产出来产品的质量就会降低，这是企业生产线中绝不允许出现的情况；所以既不能让整个生产线停工，也不能强行生产出劣质的产品，这都生产线平衡达到一定高度的结果。所以企业为了提高效益，不能仅仅注意提高其生产线平衡，因为生产线平衡达到一定程度后，生产的产品效率反而会降低。

由上面看出，提高生产线平衡可以为企业增加收入，但当生产线平衡提高到高度的时候，企业在各方面的投入资金也会加大，反而使得利润没有不断减少，那就要把握好这其中的临界点，为企业带来最大的利润。从图 1中可以得出，生产线平衡在a%之前时，企业利润是随着生产线平衡提高而增多，当生产线达到a%时，这时达到企业最大利润b，当生产线大于a%以后，企业的利润反而比b小。那么可以得出这个a%就是生产线平衡与企业利润之间的临界值。

生产线平衡临界值的a%并不是一直不变的，临界值也会随着不同企业、不同产品而改变的，当企业的生产效率越高的时候，那么临界值也就会越来越大，图1中生产线平衡点a也会不断往右移，利润最高点 b也会不断往上移，这也是企业所期望达到的结果。

图1　生产线平衡率效益曲线

3 实例分析

3.1调查背景

进一步研究生产线平衡和企业利润临界值之间的关系，还需要用仿真的方法对一电脑生产公司进行分析，对N公司组装和包装段进行分析，发现其需要20个步骤，其中的操作分析包括双手操作、人机操作和联合操作的作业方式，每年可以包装1200多万台，每台包装的利润为30元，其中生产线的主要步骤包括以下 5个方面：耳机排线组装，贴、按压按键金属片，点胶烘干，导光柱组装和按键开关面板组装。

3.2数据分析

每个工作站在正常的工作过程中都会产生一定规律的故障，如贴、按压按键金属片，大概生产线每生产50台上下的产品，即EXPO(50p)～50的概率分布，其中就会有10s左右的故障；还有种故障随时在任何工序中都可能发生的为无法预料故障，大概占用作业工序0.5%的时间，生产线的5个关键工作站的平衡工时如表1。

表1　关键工作站工时和故障分析

为了更好反应生产线平衡和企业利润之间的关系，需要对每一道工序的时间进行调整，通过调整自变量，来对因变量的变化进行观察。表 2以工序时间为自变量，以企业利润为因变量，现保证工序出现故障和调整后的平均工作时间保持不变，通过平衡率得病改变，来观察因变量利润的变化。

表2　工时调整表

企业的生产线上，相比于其它因素（如发生的故障），每一工作站的工作能力为生产线的主要部分，为了调查取样更加方便有效，只考虑每一个工序的工作站逻辑之间的关系。如图2模型结构图和图3生产流程的子模型组织结构图所示。企业接到订单先要考虑是否还有能力继续接受订单，一般订单可以安排到一个月。如果企业有足够生产能力，则开始准备生产；若订单数量超过企业的正常生产能力，则要放弃多余订单。企业接到订单按先后顺序生产。接到订单进入生产线后，订单中每个产品都要经过耳机排线组装，贴、按压按键金属片，点胶烘干，导光柱组装，按键开关面板组装这 5个关键工作站的工序，每个工作站之间允许一定数量的缓存，一般来说缓存不超过 5台，不然某一工作站出现问题，则会影响到整条生产线的生产进度。产品生产完后还要进行数量等方面的统计再入库。

图2　模型结构

图3　生产流程子模型

为了不使企业因为订单不足而导致停产的严重后果，所以要将生产线生产能力的效率发挥到最大，企业要有足够的订单来保证正常的生产。由于该生产线最低工时为 20.28s,设置订单模块每 20s生成一个即将要加工的产品。为了防止生产线中因等待作业产品过多而出现问题，当生产的数量超过3000个时，则要放弃。

在产品生产过程中考虑到每一工作站最多缓存5台，设备出现故障进行相关设置。生产过程中 5个关键工作站的供需时间按照工时、调整1、调整2、调整3…调整10，这11项数据依次填入，对填好的每一项进行数据仿真。数据进行统计时，开始记录生产的具体数量(A)，产品通过一次记录一次利润。P=Ax30-M。M为劳动成本，M=(900+0.019xA)x5。

3.3仿真结果及分析

仿真运行时间设置为500 h，每一项测试20次，将每个参数的平均值记下；测试结束后，记下该数值下仿真的利润值。前后11轮仿真后，利润如表3所示。

表3　仿真结果

根据表3利润间的关系，绘制图4利润曲线。

图4　仿真结果利润曲线

根据仿真结果获得的曲线可以得出：当生产线平衡未达到 89%时，总利润随着平衡率的提高而不断增加；当生产线平衡率介于89%～97%时，总利润没有增加，基本保持不变；当平衡率继续增加到97%以后，总利润反而开始下降。

可见，当生产线平衡达到一定程度之后，企业的利润并不会一直增加，反而会有所降低。所以，企业提高生产线效率不能只关注生产线平衡。

4 改善方法

针对生产线平衡前中后时期出现的问题，运用不同的方法对其进行改善，这过程中会发现工序分配不合理、工人缺乏专业知识、物流供应不流畅等问题，这些都会对企业生产线平衡产生重要影响，主要改善措施如下：

（1）合并分割瓶颈工作站。这种方法主要是对生产线的前期进行改善，这时候各种设备还没有发挥最大的效率和功能，各个工作站之间可以通过合并一些工序，来减少生产线上的空闲时间来提高生产线平衡，把瓶颈的某些工序合并到前面的作业时间里去，来达到提高企业的利润，这也是切实可行的，不需要企业进行资金的投资。

（2）改善物流与生产线之间的关系。进行前期减少瓶颈工作站时间后，中期应该考虑下除装备生产线以外的因素，例如员工与取材料的距离，是不是符合工业工程里的双手操作等原则，以节约更多的时间来提高整体生产线的效率。这需要专业的管理人员进行科学的分析再实践，对于生产线高度平衡的流水线，取材的时间也能对整条生产线产生很大的影响，所以这一时期要改善取材与整个生产线同步之间的关系。

（3）合理解决供应链问题。在经过前期和中期的改善后，后期需要从整个产品供应方面进行考虑，比如：供过于求造成很多产品积压、原材料储存不足等问题。解决这些问题要调查市场对企业产品的需求，对企业生产进行科学合理的管理，以不至于产品出现供过于求或者供不应求，通过解决企业供应链平衡问题来提高生产线平衡[9]。

从上面改善措施可以看出，开始应该做的工作是把瓶颈时间给减少，通过程序分析里的一系列合并措施，把瓶颈作业时间的部分供需转移到前面的生产线工序中去，以达到提高生产线平衡，而在这之后是需要从整体平衡关系出发，重点转移到生产线和物流体系整体平衡的关系，以及供应链之间的关系，比如解决好企业生产与销售之间关系的平衡，不能做到供不应求或者供过于求，但是企业自身生产要保证一定的弹性，不能因为一点小意外而导致整体生产线受影响甚至瘫痪的严重程度，要有能够应对突发状况的机制，同时也要保证工人要有专业熟练的操作技术和知识，遇到问题时能冷静果断的解决，最大程度的降低损失，来为企业生产带来更多的效益和更大的利润。

生产线平衡改善其实是一个相互影响、循环往复的过程，前期应该从生产线改善出发，中期再从企业车间进行改善，后期从整体销售与生产之间的供应链来优化。后期优化达到理想效果后，又可以对前期生产线产生良好的效果，这样形成一个循环往复、效率不断提升的螺旋图，进而为企业带来更大的利润，如图5。

图5　制造型企业改善生产的步骤

5 结论

当生产线平衡小于 89%时，企业的利润会随生产线平衡变大而不断增加；当生产线平衡介于89%到97%之间，企业利润基本上保持不变；当生产线平衡大于 97%时，企业的利润反而会略微的有所下降。所以得出生产线平衡与企业利润之间临界值是89%左右，进一步改善还需要从生产线与物流、供应链整体之间的关系进行改善。

[1] 孙建华.生产线平衡的手段与方法研究[J].成组技术与生产现代化,2013,21(4):34.

[2] 徐学军,陆德谋,李文娇,等.生产线平衡与企业利润关系的研究[J].工业工程, 2012,12(4):315.

[3] 陈诚和.基于仿真优化的制造企业生产线平衡问题研究[D].合肥:合肥工业大学,2013.

[4] 于双.长春西门子jatco生产线平衡分析与改进设计[D].长春:吉林大学,2012.

[5] 兰秀菊,陈勇,汤洪涛.SMT生产线平衡的持续改善分析[J].工业工程与管理,2012,11(2):111.

[6] David Ardit,i ASCE1M, Onur B Tokdemir,et a.l Challengesin line-of-balance scheduling[J].Journal of Construction En-gineering andManagement,2013,128(6):556.

[7] 吴杰明.应用FOG方法提高生产线平衡率浅析[J].上海电力学院学报,2012,20(2):58.

[8] 李瑞琴.工艺平衡在流水生产线中的重要性[J].内蒙古科技与经济,2013,160(6):329.

[9] 隋瑞政.对货车构架检修工艺过程中生产节拍的一点认识[J].铁道车辆,2013,39(2):25.

Research on the critical value of line balance and enterprise profit

On the basis of analysis production line balancing problem, with specific examples, use simulation methods to study production line balancing and corporate profits, and through continuous improvement of production line balancing to seek the critical value between corporate profits. Simulation results show that when the production line balance less than 89%, corporate profits will continue to increase with the line balance increase; When the production line balance between 89% to 97%, corporate profits remained essentially unchanged; When the production line balance is higher than 97 percent, but the corporate profits will decline slightly. The critical value between the line balance and corporate profits are about 89%.

Line balance; enterprise profit; simulation; the critical value

F272

A

1008-1151(2015)11-0145-04

2015-10-10

张学谦（1991－），男，桂林电子科技大学商学院硕士研究生。

高清（1962－），女，桂林电子科技大学教授，从事资源与环境保护法的研究工作。