装配生产线平衡问题的研究.docx

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装配生产线平衡问题的研究

摘要

在流水线生产模式下，如何提高生产线的整体效率，减少工序间的在制品，决定着企业设备、人员的利用率，并限制着生产线生产能力的提高。

目前，生产线平衡问题已被认为是生产流程设计及作业标准化过程中关键的一环。

制造业的生产多半是在进行细分化之后的多工序流水化连续作业生产线，此时由于分工作业，简化了作业难度，使作业熟练度提高了，从而提高了作业效率。

然而，经过了这样的作业细分化之后，各工序的作业时间在理论上、实践上都不能完全相同，这就势必存在工序间作业负荷不均衡的现象。

F公司在装配生产线中就经常遇到这种问题，作业负荷不平衡给F公司造成无谓的工时损失，还造成大量的工序堆积，严重时会造成生产线的中止。

在市场需求越来越大的今天，F公司研究改善生产线就迫在眉睫。

实现均衡生产不仅有利于保证设备、人力的负荷平衡，从而提高设备和工时的利用率，同时还有利于建立正常的生产秩序和管理秩序，保证产品质量和安全生产；均衡生产还有利于节约物资消耗，减少在制品数量，加速流动资金周转，从而降低生产成本。

在均衡生产的基础上实现“单元生产（cellproduction）”，也提高了企业生产应变能力，对应市场变化实现柔性生产系统；通过平衡生产线，可以综合运用程序分析、操作分析、动作分析、Layout分析、时间分析等传统工业工程手法，能提高全员的综合素质。

总之，现代生产企业在大力提倡现代工业工程应用时，不要忽视基础工业工程方法在企业中所起的事半功倍的作用。

关键词：

生产线平衡作业效率现代工业工程作业细分

Abstract

Inthemodeoflineproduction,howtoimprovetheoverallefficiencyoftheproductionlineandhowtoreduceworkintheprocessofproductiondecidetheenterpriseequipmentandpersonnelutilization，andatthesametimeitwillrestricttheimprovementofproductionline'sproductioncapacity.Atpresent,theproblemofproductionlinebalancinghasbeenfoundtobethekeylinkofproductionprocessdesignandstandardizationofworkprocess.Manufacturingproductionismostlymultipleprocessflowcontinuousproductionlineafterfinedifferentiation.Atthistime,workdivisionsimplifytheoperationdifficulty,improveoperationskillandimproveoperationefficiency.However,afterthisworkdifferentiation,theprocessesoftheoperationtimecannotbethesameexactlybothintheoryandpractice,andthiswillleadtoworkingloadimbalanceintheprocess.Itwillcausenotonlydeadweightloss,butalsoalotofprocessheap,andsometimesevencauselinetermination.Fulfillingbalancedproductioninenterprisesisconducivenotonlytoensuretheequipment,manpowerloadbalanceinordertoimprovetheutilizationrateofequipmentandworkinghours,butalsotoestablishnormalproductionorderandmanagementordertoensureproductqualityandsafeproduction.Atthesametime,balancedproductioncanhelpsavetheconsumptionofmaterials,reduceworkinprocess,acceleratecapitalturnoverandasaresultreduceproductioncost.Achievingcellproductiononthebasisofbalancedproductioncanimproveenterprises'productionstraincapacity,andrealizetheflexibilityofproductionsystemincorrespondingofchangesinthemarket.Throughthebalanceofproductionline,wecanmakecomprehensiveuseoftraditionalindustrialengineeringofprogramanalysis,operationanalysis,motionanalysis,Layanalysisandtimeanalysistoimprovetheoverallqualityofallworkers..Allinall,whenmodernproductionenterprisesenergeticallyadvocatemodernindustrialengineering,theyshouldnotignoremultipliereffectfundamentalindustrialengineeringmethodsbringinenterprises.

KeyWords:

LineBalancing,Operatingefficiency,ModernIndustrialEngineering,Operatingsegments

1绪论

1.1论文选题的背景及意义

在现代化大生产中，诸如以汽车、家电、电动自行车等产业为代表的大批量生产方式是一种主要的生产类型。

而在大批量生产条件下，流水生产线是一种较好的被广泛采用的生产组织形式。

现代企业中的流水生产线多为具有一定柔性的可以生产不同品种产品的混流生产线。

在流水生产线中，如果各个工作站间的符合不平衡的话，则会严重影响生产线的效率、员工的士气及产品的质量，因此流水生产线的作业分配和线平衡问题尤为重要。

F公司是国内一家私营企业，从简单的单件生产发展起来，但是，随着经济发展，市场对电动自行车的需求越来越大，加上劳动力成本不断扩大，研究F公司的生产线平衡问题的研究现状，寻找正确的改良方式是非常必要的。

1.2国内外研究现状

流水线生产一般可分为两种:

加工生产线,装配线。

加工生产线是一系列机器上制造及加工零件,例如冰箱的部件。

装配线则是在一系列工作台上将制造出的零件组合在一起,包括部件装配线及产品总装线。

装配线（包含自动化、半自动化和手工装配线）是制造行业中应用很广泛的生产方式。

生产线平衡是这种生产方式评价的重要指标,因此研究人员对其进行了大量的研究工作。

目前国内外对于流水线平衡的理论研究已达到相当高的水平,提出了各种算法：

Jackson算法、分枝定界算法、遗传算法、随机算法、启发式算法等,用建立模型并求解的方式来解决一般装配线的平衡问题。

事实上从数学算法上来进行求出最优解较为简单,在第一生产线的IE工程师很难理解现有的理论和方法,且这些方法往往带有复杂的计算,给实际应用带来困难。

还可以通过仿真技术来模拟生产中可能出现的状况,该方法侧重于对系统中运行的逻辑关系的描述,能够对生产调度方案进行评估,分析系统的动态性能,并选择系统的动态结构参数,其中数学模型是仿真的基础,只有建立起正确的数学模型和数据,才能得到正确的仿真结果。

这同样给现场管理人员带来一定专业技术上的难度。

西方的工业化已经经历了将近一个世纪的发展,从20世纪初泰勒等人的工作研究及时间研究,到80年代左右计算机技术在工业领域的应用及至90年代通讯及网络技术的发展,工业化的内涵和外延都发生了很大变化[4]。

应用工业工程（IndustrialEngineering,IE）理论和方法的企业在发展取得了很大进步,同时也获得了可观的效益。

对于我国企业,因经历了计划经济到市场经济的转变,大部分企业仍处于研发投入不足,工业基础薄弱及管理水平不高的状态,且主要从事设备及人员密集型的产业,急需要提升整体水平。

传统的装配线理论主要把注意力放在劳动力的有效利用上,对设备及设施的利用不充分,且通常把问题看成静态并寻找最优的解决方案。

1.3研究思路及主要内容

本论文通过对F公司生产现场的考察，采用秒表测时、工作抽样、预定时间标准等方法测定F公司中存在的生产线不平衡问题，对现有的或拟议的工作方法进行系统记录和严格的考察，并开发和应用更容易、更有效的工作方法从而提高生产线的平衡率,进而提升作业效率。

通过对F公司分析，体现出国内许多制造型企业存在亟待解决的生产线不平衡问题，而这问题直接制约着企业的发展和整体管理水平的提高。

本文旨在通过对生产线均衡及基础工业工程的方法和作业测定的研究,以及目视管理进行分析,以使我国企业能够重视基础工业工程方法的研究,从而为现代工业工程方法的应用打下良好的基础。

2生产线平衡的基本原理

2.1生产线平衡的目的和原则

生产线平衡是指为了有效地达成预计的生产目标，在既定的条件下，把生产线上的各作业者的负荷时间作平衡的分配，即就是指为了有效地达成计划性的生产，而对设备和人员的调整作适当设计。

生产线平衡的目的主要有以下几个方面：

1）物流快速，减少生产周期；

2）减少或消除物料、半成品周转场所；

3）减少在制品堆积；

4）消除工程瓶颈，提高作业效率；

5）稳定产品质量；

6）提升员工工作士气，改善作业程序。

生产线平衡的原则主要有以下几个方面：

a）调整作业元素组成，各工序的作业时间不超过生产线节拍,又不违反工序先后顺序,并使工序数目尽可能减少。

b）各工序损失时间尽可能少,且较均匀,使装配时间损失率最小。

2.2生产线平衡要满足的约束条件

生产线平衡要满足下面的约束：

1）节拍的约束：

生产线节拍是生产相邻两件产品的时间间隔，每个工作站的总作业时间不能超过生产线节拍。

2）优先关系的约束：

优先关系是由产品设计和生产工艺所确定的作业元素之间的加工先后顺序，在生产线平衡中当且仅当一个作业元素的所有紧前作业元素被分配完毕，这个作业元素才能被分配。

3）其他方面的约束：

由于场地、设备的限制，一些作业元素只能被分配到固定的工作站，一些作业元素不能（或只能）分配到同一个工作站等等。

2.3影响生产线平衡的主要因素

2.3.1标准作业指导书的制定对生产线平衡的影响

标准作业指导书（StandardOperationProcedure,简称SOP）是生产线生产的重要依据，它规定了生产线的工序划分、作业流程、作业人员应完成的作业内容，并指导作业人员按一定顺序完成作业。

生产线上每一个工位都有一份相对应的标准作业指导书，该指导书由工业工程（IE）分析人员制定，在更换产品品种、新产品上线之前编制并发到生产线的领班手中，领班根据标准作业指导书来收料、排线和布置生产线。

对于每个工位的SOP，包括各种材料的摆放顺序、操作顺序及对应材料的单耗，只有严格按照SOP，才能将产品正确地完成。

工业工程人员制定的SOP是他们认为最合适、快捷的作业顺序，配以合理的流向设计，达到以尽可能少的动作、尽可能有利于操作人员作业的顺序来完成作业，从而使生产线达到平衡。

然而在实际生产中经常出现生产线的不平衡状况，尤其是多品种可变生产线，需要轮番更换品种，特别是新品种上线试产时，因SOP的试运行或制定的不合理，不平衡问题尤为明显；在新品种上线后，或更换品种后，生产线的速度将不断加快，操作人员的熟练程度不断提高，作业速度也不断加快，在达到某一速度后将努力维持这一速度，在高速作业过程中，即使是一个微小的SOP问题，也会引起生产线的不平衡。

因此，生产线上SOP制定是否合理、准确和切合企业实际将对生产线的平衡影响很大。

2.3.2排线对生产线平衡的影响

排线是指生产线上的领班按照SOP的要求，对生产线进行安排和布置。

例如：

每个工位具体的人员安排、人员的数量等。

在高速作业过程中，由于作业人员的能力有别、熟练程度的差异，人员安排不当或位置安排不当，将会造成个别工位工时较紧，在排线的过程中出现瓶颈，造成生产线不平衡。

2.3.3员工责任心对生产线平衡的影响

1）操作人员在8h工作时间内，会因某些生理要求而离位，这时必须由流动人员来顶位，因流动人员不熟悉每个工位的操作，作业速度赶不上节拍，出现生产线不平衡。

2）操作人员无故请假或在没有预先通知的情况下辞工，由其他操作人员顶位，跟不上节拍，必然造成生产线不平衡。

3）在8h工作时间内，长时间紧张工作使部分操作人员操作速度波动，生产线出现不平衡。

4）材料员供料不及时或者少料、错料、混料、也会造成生产线不平衡。

5）不良品种的出现，需在个别工位重工，出现堆积，生产线亦出现不平衡。

2.4生产线平衡问题的方法研究

程序分析、操作分析和动作分析分别按从宏观到微观、从粗略到具体的步骤介绍生产线平衡的实施要点和实务,可为生产线的改进提供指导。

2.4.1程序分析

程序分析是指整体性制造过程各作业运用剔除，合并，重排及简化使之合理化。

删减（Eliminate）,合并（Combine）,重组（Rearrange）,简化（Simplify）,简称ECRS,用于对生产过程进行优化。

使用较少的人数及较短的时间，一面谋求作业负荷均等，一面使作业人员能舒服地完成作业,如表2所示。

对于生产线上手工装配作业比较密集的区域,可以根据实际情况,采用“一人完结方式”,使该区域各工位作业量达到均衡。

例如设计适当的治具,或是进行工位合理地调配,使得所有作业内容可以合并在一个工位进行。

很显然,这样一来,每个工位的作业量都相同,消除了由于不平衡造成的浪费，以便人力精减。

2.4.2操作分析

操作分析是对某部分的作业分析操作者的作业方法，或及机器的关系达到改善作业方法，降低工时消耗，提高设备利用率。

操作分析可分为：

人机操作分析,联合操作分析,双手操作分析。

1）人机操作分析

主要在分析人工或机器之能量闲置,以谋消除浪费增进效率之道,“人”的工作时间以及“机器”的工作时间所占之比例有多少，一个“人”最多可操作几部机。

人—机操作图（Man-Machinechart）,又称为多项活动图,是一种描述有多个工人,或是一个工人及一台机器或多台机器的工作系统中,联动的同步活动的图表方法。

每一个工人或每一台机器的工作过程,分别平行列示在图表中,以显示它们之间的相互配合关系。

是以图表的方式,如图3,记录操作人及一部机器或多部机器之操作关系,并藉此记录来进一步分析及改善。

它的作用主要表现在：

1.了解在现况下,操作人之时间或机器之时间是否妥善应用。

2.依上述之记录加以质疑,寻求改善之地方。

3.比较改善前后之差异情形。

以模型来定义人员作业时间及机器作业时间,当作业人员的作业时间及等待时间有较明显的分段进行时,可粗略地估算出人机比例,如图3所示。

通过量测单人操作一台机器设备，分别量测出人员作业时间及机器作业时间,当然,机器在作业期间有时需要作业人员的参及,故以机器自行运作的时间作为人员在过程中等待的时间。

假设人员作业时间为T人,机器自行运作的时间为T机,可估出一个作业人员可操作的设备数N,

考虑人员实际能力,所得结果小数部人需全部舍掉,不可采用四舍五入的方式。

此方法可作为人-机操作图的补充及简单验证。

如图4可看出,一个作业循环的作业时间介于3倍及4倍的人员作业时间之间,即表示在此期间,一个人可以操作3台设备。

2）联合操作分析

在生产现场，常有两个或两个以上的操作员同时对一台机器（一项工作），进行工作，则称谓联合操作。

3）双手操作分析

生产现场的具体工作，主要由工人的双手完成，调查、了解如何用双手进行实际操作的情况，称双手操作分析。

2.4.3动作分析

动作分析是对操作者细微身体动作进行分析，删除其无效动作，提高生产效率。

动作分析的十大原则：

1）双手的动作应同时而对称。

2）人体的动作应尽量应用最低等级而能得到满意结果为妥。

3）尽可能利用物体的动能；曲线运动以方向突变的直线运动为准；弹道式运动较受控制的运动轻快；动作尽可能有轻松的节奏。

4）工具、物料应置于固定处所及工作者前面近处，并以最佳的工作顺序排列。

5）零件、物料应尽量利用其重量运送至工作者前面近处。

6）应有适当的照明设备，工作台及座椅式样及高度应使工作者保持良好的姿势及坐立适宜。

7）尽量解除手的工作，而以夹具或足踏工具代替。

8）可能时，应将两种或两种以上工具合并为一。

9）手指分别工作时，各指负荷应按其本能给予分配；手柄的设计，应尽可能增大及手的接触面；机器上的杠杆、手轮的位置，尽可能使工作者少变动其姿势。

10）工具及物料尽可能预放在工作位置。

以上共十个原则,皆是根据工业工程理论及实践经验进行的总结,对于实际生产具有很好的改善意义。

3F公司整车流水线的情况概述

3.1F公司概况

F公司是国内一家著名电动自行车生产企业，创立于1997年，那时候，中国的电动车事业才刚刚起步，新创立的F公司及其它电动车行业的先驱们一起积极推动了中国电动车产业的快速发展，虽历经风雨，但痴心不改，走出了一条独具特色的绿色交通之路。

历经十余年发展，F公司现已成为集研发、制造、销售、服务为一体的现代化集团公司。

集团总部位于江南一座美丽的城市，下辖四个主要制造基地，以及多个研究中心和生产实体。

近年来，随着市场份额的不断扩大，为应对不断扩大的市场压力，F公司大规模使用IE技术，公司IE人员经常去美国、日本等IE技术先进的国家进行参观学习，不断引进新的技术。

抱着学习提高的心态，笔者参观在F公司进行了为其三周的实习工作，参及研究F公司整车流水线的现状及存在的问题。

3.2F公司装配生产线平衡的情况概述

3.2.1F公司电动车生产流程现状

图1整车流线

如图1所示，整车流水线为回形的流水线，该流水线上只有三个工位，占用了现场很大的面积。

整车流水线的速度及总装流水线的速度比较，整车流水线的速度要快的多。

从另一种角度来说，就是一种浪费。

3.2.2F公司电动车生产中存在的关键问题

图2整车流水线到总装流水线图片

1）整车流水线上的安装的零件主要是后平叉，后减震，中支撑，边支撑，弹簧，前叉，前轮。

2）后平叉，后减震，中支撑等零部件位于电动车的底部，所以将车架反面向上放在支架上进行安装作业。

于是在装配完成之后，就需要将车架做一个180°的翻转至总装流水线上。

该动作的翻车动作危险系数大，增加了员工的劳动强度，且对流水线的损伤也大。

3）由于整车工位是回形的，工作位置边上的料架就必须摆放在流水线的一边，使得员工的搬运的距离较远。

4F公司整车流水线平衡的解决方案

4.1F公司整车流水线平衡整改方案

为了解决电动车底部的零件的安装问题，若将车架吊挂在半空中，然后开始安装作业，就可以解决车架的翻转问题。

吊挂作业的速度应及流水线的速度要一致或略大于流水线的速度

图3为吊挂方案的设想图，并且按照设想图已经在精益生产试验线开始了试验。

安装后轮，前轮安装后平叉，后减震，中支撑，边支撑。

紧固各个螺钉

图3整车工位整改后设想图

现在将整车流水线进行了整改，以整车1工位为例，绘制员工的流程程序图,见表4.1。

表1整车4.1工位人员流程程序图

4.2整车线及吊挂方案对比

该工位作业工序为上车架，安装后平叉，后减震，一共三个工序。

但是由于工作位，料架的等等的限制因素，造成了该工位的作业人员每制造一辆车，就要走23.8M的路程。

若一天以250辆车计算，走的路程为：

250辆*23.8米=5950米=5.95公里

改善之后走的路程为：

250辆*7米=1750米=1.75公里

可以减少走动的距离为：

5.95公里-1.75公里=4.2公里

表4.2回形整车流水线及吊挂方案对比

整车流水线

吊挂装置

占地面积大

占地面积不到整车线的1/3

翻车动作危险系数大，费力，对流水线的伤害大

消除了翻车的动作，降低了员工的劳动强度，对总装线也起到了的保护作用

工位边的料架离流水线较远，增加了员工的移动距离

完成250辆车要移动5.95公里距离

工位边的料架里吊挂装置较近，移动距离少

完成250辆车要移动1.75公里距离

员工作业时平稳，基本无晃动

存在晃动现象

5结论

本文对生产线平衡的理论经行了研究，同时结合工业工程的理论，将所在工厂中实际生产所碰到的问题进行分析并进行了了改善。

经过改善,除了实际生产的线平衡率,产能有了较大幅度的提高,人员也进行了精减,降低了生产成本,更重要的是总结了一些对于生产线平衡的改善经验,对企业深入掌握工业工程理论和方法,提高企业工业化基础及管理水平有指导意文。

但是由于经验不足加上时间仓促,此次研究就行的不够透彻,在以后的学习工作中还要做出一些努力来弥补缺陷.

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