專題八生產線平衡2012-5-21內容提要第一節流水生產線概述第二節流水生產線平衡設計的方法第三節流水生產線平衡實例分析●流水生產的原理流水生產是在“分工”和“作業標準化”的原理上發展起來的流水生產方式的誕生必須依賴加工技術的支撐一、流水生產的基本概念第一節流水生產線概述●流水生產的特點工作的專業化程度高生產按節拍進行工藝過程是封閉的生產對象在工序間作單向移動工作地之間有傳送裝置連結第一節流水生產線概述一、流水生產的基本概念●組織流水生產的必要條件

產量要足夠大，單位產品的勞動量也比較大制造的工藝過程能劃分成簡單的工序，又能根據工序同期化的要求把某些工序適當的合并和分解，使各工序的作業時間基本相等或成整數倍產品結構和制造工藝相對穩定必要的廠房條件第一節流水生產線概述一、流水生產的基本概念●流水生產線的分類

單產品固定式多產品固定式自由流水式連續傳動流水式間歇傳動流水式第一節流水生產線概述一、流水生產的基本概念●生產線平衡的概念

生產線平衡就是對生產的全部工序進行均衡化，調整作業負荷，以使各作業時間盡可能相近的技術手段與方法。它是生產流程設計及作業標準化中最重要的方法。

第一節流水生產線概述二、生產線平衡的概念及意義木桶定律與生產線平衡一、何為木桶定律

1.木桶定律 一個木桶盛水多少，并不取決于桶壁上最高的那塊木板，而恰恰取決于桶壁上最短的那塊木板，這一規律我們稱之為“木桶定律”。

2.木桶定律的三個推論

A.只有桶壁上所有木板都足夠高,木桶才能盛滿水

B.所有木板高出最低木板的部分是沒有意義的,而且高出越多,浪費就越大

C.提高木桶容量最有效的辦法就是設法加高最低木板的高度●平衡生產線的意義通過平衡生產線可以達到以下幾個目的：⑴提高作業人員及設備工裝的工作效率。⑵減少單件產品的工時消耗，降低成本（等同提高人均產量）。⑶減少工序在制品，真正實現“一個流”。⑷在平衡的生產線基礎上實現單元生產，提高生產應變能力，對應市場變化實現柔性生產系統。⑸通過平衡生產線可以綜合應用程序分析、動作分析、布置分析，搬動分析、時間分析等工業工程方法，提高全員綜合素質。第一節流水生產線概述二、生產線平衡的概念及意義一、流水生產線平衡設計應解決的若干基本問題三、

單品種流水線平衡方法四、

多品種流水生產的平衡設計五、

生產線平衡的改善原則與方法六、

生產線平衡與“一個流”生產第二節流水生產線平衡設計的方法

●確定流水生產線上的基本作業并制定相應的作業標準●確定完成基本作業的先后次序，并繪制基本作業順序圖●確定流水生產線的循環時間(節拍)●把基本作業按一定的準則分配到各工位上去第二節流水生產線平衡設計的方法

一、流水生產線平衡設計應解決的若干基本問題●確定流水生產的節拍當流水線的運輸批量等于1的情況下，節拍按下式計算：

(4-8)式中C——流水線節拍；

Fe——計劃期有效工作時間；

N——計劃期應完成的產量。第二節流水生產線平衡設計的方法

三、單品種流水線平衡方法若按批運輸時，則流水線節拍為

(4-9)式中Q——運輸批量。●確定流水生產的節拍第二節流水生產線平衡設計的方法

三、單品種流水線平衡方法

1

1

2

2

5

10

10

5.0～10

1

2

2

5

10

20

20

2.0～5.0

1

2

5

10

20

20

50

1.0～2.0

1

2

5

10

20

50

100

<1.0≥10

5.0

2.0

1.0

0.5

0.2

0.1工序平均加工時間（分）運輸批量單件單件重量（kg）流水線運輸批量參考值●計算最少工作地數在給定了節拍時間后，最少工作地數應為：

(4-10)式中的[]符號表示大于或等于W/C的最小整數。W表示制造單位產品所需全部作業元素加工時間總和。流水線的最少工作地數可以作為衡量流水線利用程度的一個標準，用來檢查工作地任務分工組織的合理性。第二節流水生產線平衡設計的方法

三、單品種流水線平衡方法瓶頸的（BottleNeck)定義:阻礙企業流程更大程度增加有效產出或減少庫存和費用的環節謂之瓶頸，瓶頸可能是有形的,也可能是無形的。生產系統的目標是平衡物流,而不是平衡生產能力;“非瓶頸”資源的充分利用不僅不能提高有效產出,而且還會使庫存和搬運增加;瓶頸環節損失1小時,相當于整個系統損失1小時,而且是無法補救的;非瓶頸環節上節約1小時,毫無實際意義;瓶頸制約了生產系統的有效產出和庫存;瓶頸的常見表現:整體進度緩慢,生產效率下降;出現產品零部件不能配套的現象;一些工序加班趕貨,而另一些則很輕松;一些工序的半成品堆積過多,而另一些則很少;個別工序在等材料、設備,其他工序進展正常;個別生產線流動停止,出現在制品滯留時間過長情況。瓶頸的不良影響:A.工序的先后關系,會影響后續工序進度:B.工序間的平行關系，則會影響產品配套●

流水線平衡

最少工作地數只是一種理想情況。在生產中，有許多因素限制著作業元素的分配。一種是工藝順序的約束，即作業元素的分解合并必須遵循裝配過程的要求，不能任意插補或顛倒。一種是技術上的約束，即為保證技術要求，必須防止工序之間的干擾。當然，還有一個基本的約束，即任何工作地的含量時間不能大于節拍。于是，應在工藝與技術的約束下，按流水線的節拍要求，為每個工作地分配作業任務，使它們的負荷盡可能地充分而均衡，這就是流水線平衡。

第二節流水生產線平衡設計的方法

三、單品種流水線平衡方法平衡改善的基本原則和方法：

A.首先考慮對瓶頸工序進行改善,作業改善方法可參照程序分析、動作分析、工裝自動化等工程方法和手段

B.將瓶頸工序的作業內容分割給其它工序。

C.合并相關工序,重新排布生產線。

D.分解作業時間較短的工序,把它安排到其它工序中去。

E.增加作業員,只要平衡率提高了,人均產量就提高了,單位成本也隨之下降。作業時間

作業改善工序12345作業時間工序23作業改善壓縮分割轉移并行作業，增加人員拆解去除作業時間1人作業2人作業

工序12345作業時間工序12345作業時間工序12345作業時間工序12345作業改善后合并重排生產線平衡方法：

主規則:以其后跟隨任務數目最多的秩序安排工位。

附加規則:最長作業時間的任務先排階位法電風扇裝配由下列任務組成：任務時間(Mins)任務描述緊前任務A2裝配外框無B1安裝開關AC3.25裝配馬達架無D1.2將馬達架裝入外框A,CE0.5安裝扇葉DF1安裝格柵EG1安裝電纜BH1.4測試F,G生產線平衡:畫優先圖（任務緊前任務A NoneAB ABC NoneCD A,CD任務緊前任務E DEF EFG BGH E,GHACBDEFGH23.2511.20.511.41問題:哪一個工序決定了最大產出率？答案:任務C決定了生產線的CT，也就決定了最大產出率。ACBDEFGH23.2511.20.511.41工位1工位2工位3任務后續任務時間(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4ACBDEFGH23.2511.20.511.41工位1工位2工位3A(4.2-2=2.2)任務后續任務時間(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4ACBDEFGH23.2511.20.511.41A(4.2-2=2.2)B(2.2-1=1.2)任務后續任務時間(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4工位1工位2工位3ACBDEFGH23.2511.20.511.41A(4.2-2=2.2)B(2.2-1=1.2)G(1.2-1=0.2)Idle=0.2任務后續任務時間(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4工位1工位2工位3ACBDEFGH23.2511.20.511.41C(4.2-3.25)=0.95任務后續任務時間(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4A(4.2-2=2.2)B(2.2-1=1.2)G(1.2-1=0.2)工位1工位2工位3Idle=0.2Idle=0.95ACBDEFGH23.2511.20.511.41C(4.2-3.25)=0.95任務后續任務時間(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4A(4.2-2=2.2)B(2.2-1=1.2)G(1.2-1=0.2)工位1工位2工位3Idle=0.2Idle=0.95D(4.2-1.2)=3ACBDEFGH23.2511.20.511.41C(4.2-3.25)=0.95任務后續任務時間(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4A(4.2-2=2.2)B(2.2-1=1.2)G(1.2-1=0.2)工位1工位2工位3Idle=0.2Idle=0.95D(4.2-1.2)=3E(3-0.5)=2.5ACBDEFGH23.2511.20.511.41C(4.2-3.25)=0.95任務后續任務時間(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4A(4.2-2=2.2)B(2.2-1=1.2)G(1.2-1=0.2)工位1工位2工位3Idle=0.2Idle=0.95D(4.2-1.2)=3E(3-0.5)=2.5F(2.5-1)=1.5ACBDEFGH23.2511.20.511.41C(4.2-3.25)=0.95任務后續任務時間(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4A(4.2-2=2.2)B(2.2-1=1.2)G(1.2-1=0.2)工位1工位2工位3Idle=0.2Idle=0.95D(4.2-1.2)=3E(3-0.5)=2.5F(2.5-1)=1.5H(1.5-1.4)=0.1Idle=0.1ACBDEFGH23.2511.2.511.41工作站1工作站2工作站3工作站分配裝配線的效率縱軸表示工序的作業時間；橫軸表示各工序的作業。作業時間工序號5101520253035人員113030225025312727456789372241303011112626202034342727合計12流動作業速度DM生產線平衡的表示法:流動生產圖人均實際階位法的工作步驟如下

①作圖表示裝配工藝過程中各作業元素的先后關系，并標明每項作業元素的時間。

②從作業元素先后關系圖找出每項作業元素的后續作業元素，計算它們的時間總和，即每項作業元素的階位值。

③按階位值的大小，由大到小，將作業元素排隊，制成作業元素階位表。

④從階位值最高的作業元素開始，向工作地分配作業要素。每分配一項作業元素，計算一次在節拍時間內的剩余時間。若剩余時間足夠安排另一項作業元素，從階位表中找出階位值次高的作業元素分給該工作地。若剩余時間不夠安排其它作業元素，就向下一個工作地分配，直到全部作業要素都被安排入工作地為止。裝配流水線平衡的方法階位法。●混合流水線的生產組織方式是，在同一時間內多種產品混合編組在一條流水線上進行生產。●它具有如下的特點：按固定的混合產品組組織生產產品組在各工作地的作業含量時間與流水線節拍應相等或成倍比關系生產中轉換品種時，不需要對設備或工藝裝備重新調整第二節流水生產線平衡設計的方法

四、多品種流水生產的平衡設計混合流水線節拍的確定

●混合流水線的節拍是按產品組計算的。其計算公式為：

（4-14）式中----混合流水線的平均節拍；

----計劃期內產品組的產量。第二節流水生產線平衡設計的方法

四、多品種流水生產的平衡設計混合流水線節拍的確定

例：某混合流水線上有A、B、C三種產品，平均日產量分別為40臺、10臺、30臺，一個工作日一班，不考慮停工時間，各產品作業順序如圖。求混合流水線的節拍、Smin、并進行混合流水線的平衡。解：⑤④⑥①⑦55431335441213141718⑤⑥①⑦4313544141718②4⑧⑨3431641511⑩5⑤⑥①⑦431354414171822③(1)A產品FA=4+3+3+4+1+5+5+3+4+5=37（分）(2)B產品FB=4+4+3+4+1+4+3+3+4+5=35（分）(3)C產品FC=4+5+3+4+1+2+2+3+4+3+4+5=40（分）產品作業順序圖5⑤④⑥①⑦5431335441213141718②4⑧⑨3431641511⑩522③產品A、B、C的綜合作業圖將各作業元素合并成工序，要求合并后的工序數盡可能小。具體要求：不違反作業先后順序必須滿足評價平衡結果。混合流水線負荷率：混合流水線在計劃期內的工作時間損失：進行混合流水線的平衡平衡結果評價：混合流水線在計劃期內的工作時間損失：混合流水線負荷率：

一般，流水線負荷率在75%以上即可認為滿意。若達不到這個比率，則需設法改進，重新對流水線進行平衡。用同樣辦法，也可計算每工作站的負荷率，通過工作站負荷率可檢查負荷分配的均衡性。若負荷分布不均衡，也需重新調整作業元素的分配，即使總的負荷率略有降低，也是值得的，因為這有利于今后產量的提高，也有利于員工積極性的調動。第二節流水生產線平衡設計的方法

六、生產線平衡與“一個流”生產一、玩具小車生產線平衡實例

某J型玩具小車要在一個傳送帶上組裝，每天需生產500輛。每天的生產時間為420分。表4-3列出了J型小車的裝配步驟及其定額時間，請根據節拍和作業次序的限制，求使工作站數量最少的生產線平衡方式。1.繪制裝配生產線的流程圖圖4-4給出了表4-1中的次序關系（表示作業次序關系，箭頭長度無實際意義）。第三節流水生產線平衡實例分析作業時間（秒）描述必須提前的作業A45安裝后軸支架，擰緊4個螺母—B11插入后軸AC9擰緊后軸支架螺栓BD50安裝前軸，用手擰緊4個螺母—E15擰緊前軸螺栓DF12安裝1#后車輪，擰緊輪軸蓋CG12安裝2#后車輪，擰緊輪軸蓋CH12安裝1#前車輪，擰緊輪軸蓋EI12安裝2#前車輪，擰緊輪軸蓋EJ8安裝前軸上的車把手，擰緊螺栓和螺釘F，G，H，IK9上緊全部螺栓和螺釘合計195表4-1J型小車的裝配步驟及其時間第三節流水生產線平衡實例分析ABDEICFGHJK圖4-4J型小車的流程圖第三節流水生產線平衡實例分析2.計算節拍3.工作站最小值（理論上）第三節流水生產線平衡實例分析4.選擇作業分配規則

研究表明，對于特定的問題有些規則會優于其他規則。一般來說，首先安排有許多后續作業或者持續時間很長的作業，因為它們會限制裝配生產線平衡的實現。這種情況下，我們選用如下規則：規則一：按后續作業數量最多規則優先安排作業；規則二：按作業時間最長規則優先安排作業；規則三：按該項作業元素時間與后續作業元素時間的總和最大規則優先安排作業（階位法）。第三節流水生產線平衡實例分析5.平衡裝配生產線，將所有作業分配到各工作站

(1)平衡方案A：選用規則一，按后續作業數量最多規則來平衡裝配生產線。各項作業的后續作業數量如表4-2所示。根據后續作業最多規則給工作站1，2安排作業，在規則一遇到問題時，采用規則二，直至所有作業安排完畢。表4-3列出了實際的安排。作業元素后續作業元素數量作業元素后續作業元素數量A6F,G,H或I2B或D5J1C或E4K0表4-2各項作業的后續作業數量第三節流水生產線平衡實例分析工作站作業作業時間（s）剩余時間（s）可安排的緊后作業緊后作業最多的作業時間最長的作業1A455.4空閑無2D500.4空閑無3B1139.4C、EC、EEE1524.4C、H、ICF、G、H、IC915.4F、G、H、IF、G、H、IH、IF123.4空閑無4G1238.4H、IH、IH1226.4II1214.4JJ86.4空閑無5K941.4空閑無表4-3根據后續作業最多規則平衡裝配生產線第三節流水生產線平衡實例分析計算流水線負荷率：

77.38%的負荷率意味著該裝配線不平衡或閑置時間達22.62%（有57秒閑置），最空閑的是工作站5。表4-4所示的工作地5的負荷率僅為17.86%。那么我們能否得到更好的平衡方案呢？下面我們給出平衡方案B。工作地工作地作業元素工作地作業時間工作地負荷率（%）12345ADB,E,C,FG,H,I,JK45504744989.2999.2193.2587.317.86表4-4平衡方案A中各工作地負荷率第三節流水生產線平衡實例分析(2)平衡方案B：選用規則三（階位法），即按該項作業元素時間與后續作業元素時間的總和（階位值）最大規則優先安排作業。

首先，計算各作業元素的階位值。其計算過程如表4-5所示。表中的1表示直接后續元素，+表示間接后續元素。作業元素的階位值就是該項作業元素時間與后續作業元素時間的總計。作業元素ADBECFGHIJK總計作業時間(s)4550111591212121289195階位值10610661565029292929179緊前工序——ADBCCEEF,G,H,IJ表4-6J型小車作業元素階位表第三節流水生產線平衡實例分析按節拍為50.4秒依作業元素的階位值的高低次序分配作業元素到工作地的過程如表4-7所示。工作地作業元素階位值緊前作業作業時間(s)累計作業時間(s)剩余時間(s)1A106—45455.42D106—50500.43BECF6