生产流水线的原理与设计

1、第三节流水生产组织研究生产过程组织的目的，是为了在空间上和时间上合理地组织生产过程，提高劳动生产率和设备利用率，缩短生产周期，加速资金周转，降低产品成本。采用对象专业化的空间组织形式和平行移动的时间组织方式，是达到此目的的两个重要方法。而流水生产把高度的对象专业化的生产组织和劳动对象的平行移动方式有机地结合起来，成为一种先进的生产过程组织形式。特别是在大量生产企业和成批生产企业中，流水生产占有十分重要的地位。流水生产的特征、形式和组织条件一、流水生产的特征流水生产是指劳动对象按一定的工艺路线和统一的生产速度，连续不断地通过各个工作地，顺序地进行加工并出产产品（零件）的一种生产过程组织形式。典型

2、的流水生产线具有以下特点：1、工作地专业化程度高，在流水线上固定生产一种或有限几种产品（零件），在每个工作地上固定地完成一道或几道工序。2、生产具有明显的节奏性，即按照规定的节拍进行生产。3、流水线上各工序之间的生产能力是平衡的，成比例的，即各道工序的工作地（设备）数同各道工序单件时间的比例相一致。设流水线上各道工序的工作地（设备）数分别为s1，s2，s3，sm，各道工序的单件时间分别为t1，t2，t3，tm，流水线节拍为r，为使流水线各工序之间保持平衡，必须有： （2.1）4、工艺过程是封闭的，并且工作地（设备）按工艺顺序排列成链状，劳动对象在工序间作单向移动。5、劳动对象流水般地在工序之间

3、移动，生产过程具有高度的连续性。将一定的设备、工具、传送装置和人员按照上述特征组织起来的生产线称为流水线。如果工作地（设备）是按工艺顺序排列，但不满足上述特征的要求，只能称为生产线。二、流水线分类1、按生产对象的移动方式固定流水线。即生产对象固定不动，由不同工种的工人（组或队）携带工具按规定的节拍轮流到各个产品上去完成自己所担任的工序。这种生产组织形式适用于装配特别笨重、巨大的产品，以及在造船、建筑、工程施工等部门中采用。移动流水线。即生产对象移动，工人和设备、位置固定，生产对象顺次经过各道工序的工作地进行加工或装配。这种生产组织形式在机械制造、服装等工业部门广泛采用。2、按生产对象的数目单一

4、对象流水线。即一条流水线只固定生产一种产品。故又称为大量或不变流水线。多对象流水线。即一条流水线上生产两种以上制品，并且按轮换方式不同，又可分为可变流水线、成组流水线和混合流水线。3、按生产过程的连续程度连续生产线。即生产对象从投入到出产连续地从一道工序转向下道工序，没有或很少有间断时间。它一般只适用于大量生产，是一种完善的流水生产形式。组织连续流水线的条件是工序同期化。间断流水线。即由于各道工序的劳动量不等或不成倍比关系，生产能力不平衡，加工对象在各工序之间会出现停放等待中断时间，生产过程是不完全连续的。4、根据流水线所达到的节奏程度不同，分为强制节拍流水线、自由节拍流水线和粗略节拍流水线。

5、强制节拍流水线是准确地按节拍出产产品的流水线，它是利用专门的装置来强制实现规定的节拍，工人必须在规定的时间内完成自己的工作，如有延误或违反技术规程，即会影响下道工序的生产。在自由节拍流水线上，不要求严格按节拍出产产品。节拍主要靠工人的熟练操作来保证，因而可能有波动。粗略节拍流水线的特点是，各工序的加工时间与节拍相差很大，如果按组织生产，就会使设备和工人处在工作时断时续的状态。为了充分利用人力和设备，工作地可以在一段时间内连续地进行生产，各个工作地经过不同的时间达到相同的产量。因此，可以规定一个合理的时间间隔，并按它组织各工作地的连续生产。这个规定的时间间隔就是粗略节拍。5、按机械化程度，可以分

6、为手工流水线、机械化流水线和自动化流水线。手工流水线多用于机器、仪器、仪表的装配，机械化流水线应用最广泛。自动化流水线是流水线的高级形式，由于投资大，在应用上受到一定的限制。以上流水线的分类如图2-5所示。图2-5 流水线分类图三、组织流水线生产的条件流水生产的主要优点是能够使产品的生产过程较好地符合连续性、平行性、比例性以及均衡性的要求。它的生产率高，能及时地提供市场大量需求的产品。由于是专业化生产，流水线上采用专用的设备和工艺装备，以及机械化的运输装置，因此可以提高劳动生产率，缩短生产周期，减少在制品占用量和运输工作量，加速资金周转，降低生产成本；还可以简化生产管理工作，促进企业加强生产技

7、术准备工作和生产服务工作。流水生产的主要缺点是不够灵活，不能及时地适应市场对产品产量和品种的变化的要求，以及技术革新和技术进步的要求。对流水线进行调整和改组需要较多的投资和花费较多的时间。工人在流水线上工作比较单调、紧张，容易疲劳，不利于提高生产技术水平。由于以上原因，组织流水生产必须具备以下条件：1、产品结构和工艺相对稳定，而且是长期大量需要的产品。2、工艺过程能够划分为简单的工序，又能根据工序同期化的要求把某些工序适当合并和分解，各工序的单件时间不宜相差过大。3、制品的产量足够大，单位制品的劳动量也较大，以保证流水线各工作地有足够的负荷。4、原材料、协作件必须是标准的、规格化的，并能按时供

8、应。5、要有安装流水线的条件。具备了上述条件，并通过技术经济的论证或可行性研究，作出决策。决定采用流水生产方式后，就可以进行流水线的具体组织设计。单一对象流水线的组织设计一、流水线的组织设计与技术设计流水线设计，包括组织设计与技术设计两个方面。后者是指工艺规程的制订、专用设备的设计、设备改装设计、专用工夹具的设计、运输装置的设计等等；前者是指流水线节拍的确定，设备需要量和负荷系数的计算、工序同期化工作、工人配备、生产对象传送方式的设计、流水线平面布置设计、流水线工作制度、服务组织和标准计划图表的制订等等。流水线的组织设计和技术有密切关系。组织设计是技术设计的根据，技术设备应当保证组织设计的每一

9、项目的实现。不论是组织设计，还是技术设计，都应当符合技术先进、经济合理的原则，事先做好建立流水线的可行性研究。二、流水线组织设计的准备工作在设计流水线之前，应做好以下各项准备工作：1、进行产品零件的分类，明确适于和不适于用流水生产形式制造的产品和零部件，并规定流水线形式。2、改进产品结构，使之适合于流水生产。3、审查和修改工艺规程，其内容包括：在一条流水线上生产的产品、零件或零件组的全部工序封闭在流水线上完成；产品、部件的装配和零件加工的顺序要完全一致，工序的组成最好相同；产品、部件、零件的加工（装配）基准应力求一致；提高工序作业的机械化程度，减少手工操作，使工序单件时间保持稳定。4、收集整理

10、设计所需资料，如工厂和车间的现有设备明细表、有关车间的厂房建筑和生产面积资料、车间平面布置图、工时定额及实际完成资料与技术组织措施计划等。三、单一对象流水线的组织设计与计算1、确定流水线的形式和节拍流水线的形式首先取决于制品的年产量和劳动量。全面考虑企业的生产任务和现有生产技术条件，对制品结构、工艺的稳定性等进行综合分析后，决定其形式。流水线的节拍是指流水线上出产相邻两件相同制品的时间间隔。节拍是流水线最重要的参数，也是一种期量标准，它决定流水线的生产能力、生产速度和效率。确定节拍的依据是计划时期的产量和有效工作时间，计算公式如下： （2.2）式中： r流水线节拍（分/件） Fe计划期有效工作

11、时间（分） N 计划期制品产量 Fo计划期制度工作时间（分）时间有效利用系数考虑了设备检修、设备调整、更换工具的时间，以及工人班内休息的时间，一般取0.90.96。产量包括计划产量和废品量。如果计算出来的节拍很小，产品的体积、重量也很小，不便于按件运输时，则可以等加工到一定数量后，成批地进行运输。这时，流水线上前后出产两批相同产品之间的时间间隔称为节奏，它等于流水线节拍与运输批量的乘积，即： （2.3）式中：rg节奏（分/批）n运输批量（件/批） 2、组织工序同期化工序同期化是组织连续流水线的必要条件，也是提高劳动生产率，使设备充分负荷和缩短产品生产周期的重要方法。所谓工序同期化，就是根据流水

12、线节拍的要求，采取各种技术的、组织的措施来调整各工作地的单件时间，使它们等于节拍或节拍的倍数。工序同期化一般分两步进行。第一步是初步同期化，这是在流水线的设计阶段进行，主要要找出影响同期化的关键，使各工序的节拍与流水线节拍之比，基本上可达到0.851.05范围内。第二步是精确同期化，这是在流水线的调整中进行，以进一步提高工序同期化的水平。对于关键工序，通常可采用以下措施来解决工序同期化的问题。提高设备的机械化、自动化水平，采用高效率的工艺装备，减少工序的作业时间；改进操作方法和工作地的布置，减少辅助作业时间；提高工人的操作熟练程度和工作效率，改进劳动组织，如调熟练工人到高负荷工序工作，组织相邻

13、工序协作，或选拔一名或几名工人沿流水线巡回，协助高负荷工序完成任务等；建立在制品储备；对单件时间很长而又不能分解的工序，增设工作地数，组织平等作业。3、计算设备（工作地）数量和设备负荷系数每道工序的设备（工作地）数量等于工序单件时间与流水线节拍之比，即： （2.4）式中：流水线第i道工序所需设备数（台） 流水线第i道工序的单件时间定额（分/件）计算出的设备需要量若为整数，就可以确定为该工序的设备数；若不为整数，则采用的设备数应取大于计算数的最小整数。表明设备负荷程度的指标称为设备负荷系数，其计算公式为： （2.5）式中：流水线第i道工序的设备负荷系数；流水线的总设备负荷系数为： （2.6）设备

14、负荷系数决定了流水线生产的连续程度。一般来讲，负荷系数越大，流水线的生产效率越高。在设计时通常要求机器工作流水线的负荷系数不应低于0.75，以手工为主的装配流水线的负荷系数应在0.850.9以上。4、计算工人人数在以手工劳动为主的流水线上，工人人数可按下式计算： 式中：第i道工序的工人人数第i道工序每一工作地同时工作的工人人数（人/台班）每日工作班次（班）整条流水线的工人数，就是所有工序的工人人数之和，即： （2.7）式中：P流水线所需人数（人）5、确定流水线节拍的性质和实现节拍的方法选择节拍的依据，是工序同期化程度和加工对象的重量、体积、精度、工艺性等特征。当工序同期化程度很高，工艺性能良好

15、，制品的重量，精度和其它技术条件要求容许严格地按节拍现产制品时，采用强制节拍，否则采用自由节拍或粗略节拍。强制节拍流水线，一般采用连续式运输传送带、分配式传送带、连续式工作传送带、间歇式（脉动式）工作传送带等。自由节拍流水线，一般采用连续式传送带、滚道（辊道）、平板运输车、滑道等运输装置。粗略节拍流水线，一般采用滚道、重力滑道、手推车、叉车等运输工具。下面以带式连续流水线为例对节拍的实现方法加以说明。假设在具有工作传送带的连续流水线上，制品放置在传送带上，互相保持相等距离，制品的间距 称为流水线分区单位长度或跨步。传送带速度V等于分区单位长度 除以流水线节拍r，即：（米/分）（2.8）为了按节

16、拍完成每道工序的作业，需沿着传送带运动的地面，划分工作地范围，并标明界线。如果工序等于节拍，则工作地范围长度等于 ；如果工序时间等于节拍的两倍、三倍，则工作地范围长度相应地为2 ，3 。因此，第i道工序工作地范围的标准长度 可按下式计算：（2.9）如果考虑工人操作的机动性，可以对某些工作地设置一定的后备范围，则后备范围长度为： （2.10） 式中： 第i道工序工作地后备范围长度为分区单位长度的百分比。因此包括后备范围的工序工作地范围总长度为： （2.11）则传送带工作部分的总长度为：（2.12）6、流水线的平面布置流水线的平面布置应使机器设备、工具、运输装置和工人操作有机地结合起来，合理安排各

17、个工作地，使产品的运输路线最短，便于工人操作和生产服务部门进行工作，充分利用车间的生产面积。流水线平面布置的形状，一般有以下几种形式，见图2-6所示。图2-6 流水线平面布置形状示意图直线形用于工序少，每道工序的工作地数也较少的情况。当工作地或工序较多时，可采用双直线排列。当工序或工作地数更多时，可采用直角形、开口形、蛇形等布置。山字形布置用于零件加工和部件装配相结合的情况。环形在工序循环重复时采用。7、流水线标准计划指示图表的编制流水线标准计划指示图表应当反映流水线各项期量标准、工作制度和工作程序，它是编制月度生产作业计划的重要依据。8、计算流水线的经济效果指标流水线的主要经济效果指标有：产

18、品产量增加额及增长率，劳动生产率及其增长幅度，流动资金节约额，产品成本降低额及降低率，基本投资的节约额或追加额，追加投资回收期，年度综合节约额等。多对象流水线的组织设计在成批生产企业中，虽然产品品种、规格较多，但是有许多零件是相同或相似的，这就有可能组织多对象流水生产。一、多对象可变流水线的组织设计多对象可变流水是多对象流水线在生产中应用相当广泛的一种。它具有以下特征：流水线上成批轮番地生产若干种对象，各加工对象在结构上和工艺上是近似的，所以当更换加工对象时，设备和工装进行调整的工作量不大。每种加工对象在流水线所有工序上的设备负荷系数应大致相同。由于可变流水线具有以上特征，所以就计划期（月度、

19、季度）来说，加工对象有若干种，但在计划期的各段时间内，仍如单一对象流水线一样工作，只生产一种产品。1、流水线节拍的计算可变流水线的节拍应分别按每种加工对象计算。设某可变流水线加工A、B、C三种零件，其计划年产量分别为NA，NB，NC，流水线上加工各零件的各工序单件时间定额之和分别为TA，TB，TC，可用以下两种方法计算节拍。代表零件法将各零件的产量按加工劳动量折合成一种零件的产量，然后据以计算出产品节拍。假定A为代表产品，则：式中：、零件B、C的单件时间与零件A的单件时间的比值，即： （2.13）则各零件的节拍按下式计算，即： （2.14） ， （2.15）例2-2假设可变流水线上生产A、B、

20、C三种产品，其计划月产量分别为2000、1875、1857件，每种产品在流水线上各工序单件时间之和分别为40、32、28分，流水线按两班制工作，每月有效工作时间为24000分，现选择A为代表产品，则：计划期代表产品的产量= =2000+1500+1300 =4800（件）代表产品（A）的节拍=24000/4800=5（分/件）产品B的节拍= =50.8=4（分/件）产品C的节拍= =50.7=3.5（分/件）加工劳动量比重法按零件在流水线上加工总劳动量所占的比重分配流水线有效作业时间，然后计算各零件的节拍。首先计算各零件的劳动量比重，即：（2.16）式中：j零件的劳动量比重； j零件的计划产量

21、（件）； j零件的各工序单件时间定额之和（分）。则各零件的节拍为：，（2.17）如上例中A，B，C三种产品的节拍计算如下：A产品劳动量占总劳动量的% =41.67%B产品劳动量占总劳动量的% =31.25%C产品劳动量占总劳动量的% =27.08%产品A的节拍 =5（分/件）产品B的节拍 =4（分/件）产品C的节拍 =3.5（分/件）从上面计算可知，在同样的条件下，用代表零件法和加工劳动量比重法计算的节拍，其数值是完全相同的。2、确定各工序的设备数量及计算设备负荷系数首先按不同加工对象计算各工序的设备需要量，计算时仍用公式，即可算出各零件在流水线第i道工序的设备需要量Seji，即： 表示取整数

22、 （2.18）将各种零件在各道工序的设备需要量列表进行对比分析，如有： 则第i道工序的设备数就可确定为： 若： 则取Max=作为第i道工序的设备数。在计算和确定设备数量的过程中，同样要进行工序同期化，尽可能提高设备的负荷系数。各工序的设备系数按下式计算： （2.19）式中：第i工序的设备负荷系数；第j号零件在第i工序的单件时间定额（分/件）；第j号零件的计划产量（件）；n零件种数。流水线的总负荷系数为： （2.20）式中：流水线采用的设备总数（台）。各工序的设备数量确定后，就可以配备工人、确定流水线节拍的性质、选择运输工具和运输方式，进行平面布置。在可变流水线上加工的第j零件在第i工序的设备负

23、荷系数为： （2.21）每种零件在各工序上的设备负荷系数应保持如下关系：这样才能保证各种零件的加工在流水线的各道工序上在大致相同的时间间隔内进行。如果设备负荷系数不能保持以上关系，就意味着当加工对象改变时，设备负荷可能发生大幅度的提高或降低，给组织生产带来困难。二、多对象按组加工流水线的组织设计多对象按组加工流水线与可变流水线有显著区别，它具有以下特征：1、一个零件组、一个零件组地进行加工，成组地在工序之间移动；2、在组内各零件是顺序地加工；3、零件组在各道工序的加工时间与流水线节拍相等或成整数倍比的关系；4、由加工一种零件转换为加工另一种零件时，不需要对设备和工艺装备进行调整，这是区别可变流

24、水线的主要点。设零件组包括A、B、C三种零件，它们在流水线某道工序的时间定额为tAi，tBi，tCi，零件组在第i工序的加工时间为tgi，流水线出产零件组的节拍为rg，则根据工序同期化的要求，有：tgi =tAi+tBi+tCi=rg （=1，2，3，）多对象按组加工流水线的节拍为： （2.22）式中：零件组数量（组）。各工序的设备需要量按一个零件组在各该工序的加工时间和零件组节拍计算： （2.23）确定设备数量，工序同期化和计算设备负荷系数，以及其它计算同前。三、多对象混合流水生产与平准化生产单一对象流水线和可变流水线，从形式上看，前者是长期大量生产一种或很少几种制品，后者是采取成批轮番方式

25、，即在一定时间内其产品品种是单一的。这与社会对产品需求的多样化发生矛盾。如果采取增加库存产品的办法，势必大量占用企业的流动资金；如果按产品相应地组织生产，又会打乱流水线节拍，造成生产不均衡。克服这个矛盾可采用多品种混流生产平准化组织来解决。例2-3 某总装流水线，全月装配甲、乙、丙三种产品，其有关资料和安排生产的方案如表2-4所示。表2-4生产平准化是指在同一条流水线上，制造多种产品时，做到产量、品种和工时都均衡。由于多品种混合流水生产一般用于装配线上，因此，生产平准化要求在装配线上不是成批装配完一种产品，再成批装配另一种产品，而是组织各个品种按要求互相交替地装配，如上例的按件按序生产。因此，

26、对多品种混流生产组织平准化生产，主要是根据各品种的产量不同而采用不同的方法来确定投产顺序。1、各种产品的产量相同例如，生产A、B两种产品，产量各为10件，则可按以下三种投产顺序安排生产。第一种： 第二种： 第三种： 2、各种产品的产量不同在这种情况下，安排投产顺序较为复杂，通常采用逻辑运算法和生产比倒数法来安排投产顺序。下面分别举例说明。例2-4 设在混合流水线上生产60台如A产品和40台B产品，试用逻辑运算法决定其投产顺序。第一步，进行基本逻辑分析根据A、B产品的产量（，），A与B的基本生产比为：nA：nB=60：40=3：2将各个品种在混合流水线上的流送顺序称为连锁。如果连锁是某特定的周期

27、反复进行而形成的，则称每一周期的连锁为循环流程。循环流程的总产量n为：n=3+2=5按此基本生产比和循环流程总产量来编排投产逻辑顺序。并按照比值最大的先安排的原则和逐次修正生产比的程序进行。可用下式逐次进行修正。nAi：nBi=（nAijn）：（nBijn）式中：i投产顺序（i=1）j已选取投产次数（j=1）。第二步，绘制逻辑顺序安排表如选择第一投产单位时，因nA1：nB1=（nA105）：（nB105） =（30）：（20）=3：2所以，应选A，用A*1表示。在选择第二投产单位时，nA2：nB2=（nA215）：（nB205） =（3215）：（220）=1：4故选B，用B*2表示。在此类推

28、，可将投产顺序全部安排完毕。见表2-5所示。表2-5 逻辑顺序安排表第三步，绘制逻辑顺序投产图，如图2-7所示。图2-7 逻辑顺序投产图例2-5设某混流生产线的品种A、B、C，其计划产量分别为3000、2000、1000台，试用生产比倒数确定其投产顺序。第一步，计算生产比首先从各品种的计划产量中，求出最大公约数为1000，则各品种的生产为： =3：2：1将生产比值之和作为一个循环流程的总产量n，则n为：n= nA+nB+ nc=3+2+1=6第二步，计算生产比值的倒数mi，即： ， 将上述倒数分别记入表2-6的计算过程1的各品种栏内。表2-6第三步，选定投产对象按照下述规则，选取投产对象：规则

29、1：从全部品种中，选出生产比倒数最小的品种。规则2：在具有最小值的品种有多个的情况下，选出品种的识别记号较晚的一个。本例中，为最小值的品种，所选第一投产顺序为A，并在被选出的品种的mA右上角标上识别记号“*”。第四步，更新mA的值即将已选出的品种的mA值，加上该品种的生产比值的倒数，即。并将更新值记在计算过程2的品种A栏内。第五步，再选取投产对象。即重复第三步、第四步，直至选完。见表2-6所示。投产顺序为： 装配线的时间平衡在装配生产线上，工人装配产品，要经过许多工序，而工序又可以划分为很多操作单元或工步，其中有些工步的顺序不能变动，是固定的；有些工步的顺序则不完全固定，可在以一定范围内进行调整。如何根据出产节拍和工步的顺序，将工步组合为工序，然后分配给各工作地，使整个装配流程顺利进行，没有停顿、等待和闲置现象，这就涉及到装配线的时间平衡问题。装配流水线平衡是生产线平衡的一种。装配线的平衡，实质上是工步与工序的编组问题，在理论上有求出最优解的可能。但如果增加工步数目就会使编组数量急剧增大。因此装配线的时间平衡是有效地求出最佳解问题。一、装配线时间平衡的基本要求由于装配流水线具有工序分解和工步合成的特点，因此，在进行时间平衡中遵循以下基本要求：1、根据计划期产品出产数量确定节拍，并在此前提下把全部工步合理地组合为工序，使每个工序的单件时间（ti）不超过节拍（