六西格玛管理在装配线平衡中运用的综述

装配流水线生产是制造业广泛存在的一种生产制造模式，考量装配流水线管理水平高低的一个至关重要的因素就是装配流水线的平衡率。对于制造企业而言，他们所关心的两个问题一是产品的质量，二是流水线的生产效率，而对这两个问题产生直接影响的正是装配生产线的平衡率。我国是一个制造大国，在市场需求的快速变化，制造业竞争全球化的态势下，企业的竞争优势集中体现在质量、交期、成本以及服务这四个方面，提高装配流水线的生产平衡率，将会很好的提高我国制造企业的竞争力，因此对装配流水生产线的平衡进行研究是非常有意义的。

1 前言
现代制造业的生产主要是以流水线生产模式进行，分工作业降低了操作者的作业难度，提高了作业熟练程度，从而提高了单道工序的生产效率。但是由于产品工艺流程、流水线设计等固有条件的限制，要想使流水线上各个站位分配到的作业元素的操作时间完全相同是十分困难的，因此就会出现各站位间作业负荷不均衡的现象，从而影响了整条生产线生产效率的提高。然而实现生产线上各站位的负荷均衡，对于企业而言不仅能提高机器设备和作业工时的利用率，还有利于企业降低在制品库存，节约生产、管理成本，提高流动资金的周转速率。
六西格玛管理是上世纪80年代由美国摩托罗拉公司创立的一种质量管理策略，通用电气在上世纪90年代将其发展成为一种高效的企业流程设计、改造与优化的方法体系^[1]。如果把六西格玛管理的改善流程与生产线平衡方法相结合，不但可以实现更稳定的产品品质，还可以降低因生产线平衡调整所带来的品质变异，更能享有生产效率的提高所带来丰厚的企业经济效益。
2 国内外研究现状
生产线平衡是在满足某些特定的约束条件的情况下，解决主要两个方面的问题：一是各站位作业时间的均衡，即各站位之间的作业时间差距尽可能的小；二是保证生产线能够实现连续生产^[2]。自从福特汽车在1913年建立了流水装配生产线以来，生产线平衡问题就伴随产生。生产线平衡问题的提出引起了人们在学术与企业实践上的激烈讨论，至今为止对于该问题的研究已有了将近一百年的历史。从国内外研究学者对于生产线平衡问题的研究方法上，可以将其归纳总结为两大类：
2.1 基于数学建模与启发式算法的生产线平衡问题研究
    Bryton B.(1954)首次提出“汇聚过程法”，通过各站位作业元素的交换，让各个站位的工作时间收敛于同一个数值。Amiya K Chakravarty(1988)建立了一个带“学习效应”因子的生产线平衡模型，通过考虑生产环节中员工作业的“学习效应”，有效的避免了各工作站之间随着时间的推移出现越来越多的等待时间。Dooyoung Shin、Hobrymin（1991）提出了采取0-1整数规划的算法，一次解决了生产线的站位数与生产节拍两方面的优化，该算法与其他只优化单方面因素的算法相比较，优化效果明显，可以提高50%以上生产流水线的劳动生产率。Branhim、Rekiek（2001）给出了生产线平衡问题的一种改进遗传算法。Brain Carnahan（2001）在流水线平衡问题上第一次结合了人机工程与工效学，设计了三种启发式方法以求解多因素的生产线平衡问题。
国内学者对于装配线平衡问题的建模与算法研究相对于国外学者而言晚了许多，但是近年来随着遗传算法、蚁群算法、免疫算法等优秀算法的快速发展，国内的许多学者也将这些优秀的进行相应的改进或组合应用到实际的生产线平衡的问题求解中，他们的研究也取得了非常显著的效果。
卫东，金烨（2004）对于给定序列的混合装配生产线平衡问题建立了数学模型，为提高模型最优解的运算速度，针对模型设计开发了相应的遗传算法，通过实例运算证明了该算法的有效性。
丁力平，谭建荣（2009）为提高产品拆卸效率，针对拆卸线平衡问题建立了以最小线体闲置率与最小拆卸成本为目标的数学模型，并提出了一种基于Pareto解集多目标的改进蚁群算法来求解该模型。该算法以良好的收敛性与全局性提供了均匀分布的Pareto最优解集，从而为改善提供更大更好的决策空间，有效避免了决策的盲目性。
查靓，徐学军（2010）针对第一类生产线平衡问题，提出了一种改进的蚁群算法，该算法以最优成分信息素更新规则为基础，通过在任务与站位之间释放信息素，加入解构造的下界检查，并利用多种优先权规则作为启发式信息。由于在迭代过程中仅对最优解中的最优成分进行信息素的释放，使得该算法不仅能保留最优解信息，还能探索更优解。仿真对比实验表明了该算法的有效性。
范维博，周俊（2012）建立了数学模型来优化第一类装配线平衡，并通过设计一种基于遗传算法的编码模式与解码方法对该数学模型进行了求解，并对实例进行了求解，求解结果显示了该算法的有效性。
2.2 基于统计手段与工业工程的生产线平衡研究
20世纪初泰勒提出了工业工程改进思想，其通过数学、自然科学、系统论、工程分析与设计的理论与方法，实现了由人、机、料、法、环所构成的生产系统的改进和优化。企业可以在较少投资甚至不需要投资的情况下，就能实现大幅的提升生产线的生产效率，降低人员作业疲劳度，提供产品质量。尤其在工业工程结合了运筹学、概率论与数理统计、精益生产等学科与生产理念的发展下，对现代企业实现更有效更精准的管理具有重大意义。
吴晓艳(2007)通过统计分析中的X-σ管制方法，修正了生产线的工时，并依据调整后的生产节拍，运用ECRS、人机操作分析等工业工程的方法与手段，调整了工序作业内容，均衡了各工序的作业时间，减少了生产站位，节约了人力、设备成本，使生产能力得到了有效的提高。
高广章(2009)通过工作研究与动作分析，分析了某公司的Polaris Housing装配流程，测定了装配线的生产节拍。通过对瓶颈产能释放，人机操作优化、工序合并、重排等改善方案实施，对比了改善前后装配线的生产效率与产能，实践证明了工作研究与动作分析方法良好的改进效果。
黄鸫(2010)结合工业工程与精益生产的理论与工具，对某扶梯装配车间的工序流程进行改善。通过ECRS与5W2H方法的应用，调整了扶梯装配线的工序作业内容，重排了装配车间的生产布局，消除了生产过程中不必要的搬运浪费。通过对装配车间的精益改造，使得装配线的在制品滞留时间减少了50%左右，交货周期缩短60%，装配线效率提升了57%，实现了扶梯装配线90%的平衡率。以企业实际案例验证了该优化方式的有效性。
3 国内外研究现状评述
生产线平衡问题的国内外研究已经有了很长的研究历史，许多研究学者通过建立数学模型并采用各种启发式算法来求解生产线平衡的最优解，但是由于企业生产系统的复杂性、多变性使得所建立的数学模型结构越来越复杂，约束条件越来越多，庞大而复杂的建模计算过程给实际应用带来了很大的困难。单一的运用统计与基础工业工程的手段与方法改善现有的复杂的生产系统，也会出现改善不全面，缺乏对各种影响因素的权重判定的方法，使改善处于一个较为被动的情况。
在影响企业生产线平衡与生产效率的因素多样化、复杂化的情况下，如何寻求一种快速、有效、主动的改善方法，将成为企业在激烈的市场竞争中获得优势的一个保证。六西格玛管理在其二十多年的发展历程中，其管理理念已俨然从原先的质量改善工具转变成了对企业整体生产、服务流程能力的展开与应用。如果在六西格玛管理的大流程中嵌入生产线平衡优化与效率提升的小流程，一方面六西格玛管理为生产线实际运行中所遇到的问题提供有效的定义、分析与控制，另一方面生产线平衡为六西格玛在具体的改善项目中提供有效的工具与方法。但目前将二者结合起来运用的研究相对较少，可以通过生产实践，将六西格玛DMAIC改进模式运用于线平衡改善，那么将会给企业实际运作提供有效的指导与帮助，从而降低企业生产成本，提高生产效率。
根据国内外研究成果，针对特定的装配线可以得出以下平衡技术路线：
1.分析六西格玛管理与生产线平衡的理论与方法，得出二者所具有的共通特性，确定六西格玛管理的改善流程与生产线平衡优化方法相结合是可行的并且是有效的。
2.基于六西格玛管理的改善流程——DMAIC，装配线的改善范围、量化改善目标，并全面分析影响装配线平衡的各影响因子。
3.针对各影响因子进行权重等级的判定，确定关键影响因子。
4.针对关键影响因子制定平衡优化方案，并构建平衡优化指标评定优化方案所取得的优化效果。
5.构建平衡控制流程，确保优化效果的持久性与稳定性。