生产线平衡与改善

IE工业工程

-----生产线平衡

主讲:2023/1/92课程内容生产线平衡一、生产线平衡的概述二、流水生产线概述三、生产线平衡的设计四、生产线平衡的方法及改善原则5、案例分析2023/1/93一、生产线平衡的概述1.概念

生产线平衡即对生产的全部工序进行平均化，调整作业负荷，以使各作业的时间尽可能相近的技术手段与方法，它是生产流程设计及作业标准化中最重要的方法，是通过平衡生产线使现场真正实施生产同步化，从而达到“一个流”的理想。

实施生产线平衡前，管理人员应先处理好个别效率与整体效率之间的关系2023/1/94一、生产线平衡的概述2.目的通过平衡生产线可以达到以下几个目的：⑴加快产品流动,减少生产周期。⑵消除工程瓶颈,提高作业效率,稳定产品质量,优化作业流程,减少单件产品的工时消耗，降低成本（等同提高人均产量）。⑶减少工序在制品，真正实现“一个流”。⑷在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高生产应变能力，对应市场变化实现柔性生产系统。⑸通过平衡生产线可以综合应用程序分析、动作分析、布置分析，搬动分析、时间分析等工业工程方法，提高全员综合素质。2023/1/95一、生产线平衡的概述3.生产线平衡表示法

一般使用生产流动平衡表来表示,纵轴表示时间,横向则依工程顺序表示,并划出其标准时间,注:划法可使用曲线图或柱状图4.平衡图的应用方法1>.将确的定各工程顺序(作业单位),填入生产流动平衡表内.2>.测算各工序实际作业时间以DM或分或秒为单位记入平衡表内.注:1DM=0.01分=0.6秒

DM(DecimalMinute)2023/1/96二、流水生产线概述

流水生产是在“分工”和“作业标准化”的原理上发展起来的流水生产方式的诞生必须依赖加工技术的支撑流水生产方式的基础是流水生产线1、流水生产的基本概念●流水生产的原理2023/1/97二、流水生产线概述●流水生产的特点

工作的专业化程度高生产按节拍进行工艺过程是封闭的生产对象在工序间作单向移动工作地之间有传送装置连结1、流水生产的基本概念2023/1/98二、流水生产线概述●组织流水生产的条件

产量要足够大，单位产品的劳动量也比较大制造的工艺过程能划分成简单的工序，又能根据工序同期化的要求把某些工序适当的合并和分解，使各工序的作业时间基本相等或成整数倍产品结构和制造工艺相对稳定必要的场地等1、流水生产的基本概念2023/1/99二、流水生产线概述●流水线生产的分类单人单产品式单产品固定式多产品固定式自由流水式连续传动流水式间歇传动流水式分组式1、流水生产的基本概念2023/1/910三、流水生产线平衡的设计方法●确定流水生产线上的基本作业并制定相应的作业标准●确定完成基本作业的先后次序，并绘制基本作业顺序图●确定流水生产线的循环时间(节拍)●

把基本作业按一定的准则分配到各工位上去1、流水生产线平衡设计应解决的若干基本问题2023/1/911三、、流流水水生生产产线线平平衡衡的的设设计计方方法法●进行行产产品品和和零零件件的的分分类类●改进进产产品品和和零零件件的的结结构构，，使使之之适适合合流流水水生生产产●审查查和和修修改改工工艺艺规规程程●收集集整整理理设设计计工工作作所所需需要要的的资资料料2、流流水水线线平平衡衡设设计计的的准准备备工工作作2023/1/912三、流水水生产线线平衡的的设计方方法①确定流水水生产的的节拍当流水线线的运输输批量等等于1的情况下下，节拍拍按下式式计算：：式中C——流水线节节拍；Fe——计划期有有效工作作时间；；N——计划期应应完成的的产量。。3、单单品种流流水线平平衡方法法2023/1/913三、流水水生产线线平衡的的设计方方法若按批运运输时，，则流水水线节拍拍为式中Q——运输批量量。①确定流水水生产的的节拍3、单单品种流流水线平平衡方法法

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0.1工序平均加工时间（分）运输批量单件单件重量（kg）流水线运输批量参考值2023/1/914三、流水水生产线线平衡的的设计方方法●案例：生生产线平平衡分析析案例(直流式流流程序为为例)设某一产产品从原原料到成成品，需需经过A、B、C、D四个工序序，其基基本标准准工时（（秒/个）及相相关生产产效率、、良率、、投入机机台/人员数分分别见表表1-1：可以求各各工序每每小时产产量为：：A工序每小小时产量量=（3600秒÷6.90）×90%×95%×1=470.87个B工序每小小时产量量=（3600秒÷5.1）×80%×99.5%×1=470.87个C工序每小小时产量量=（3600秒÷34.40）×100%×99.9%×2=209.09个D工序每小小时产量量=（3600秒÷30.40）×100%×99.5%×2=238.8个。3、单单品种流流水线平平衡方法法2023/1/915三、流水水生产线线平衡的的设计方方法●案例：生生产线平平衡分析析案例3、单单品种流流水线平平衡方法法2023/1/916三、流水水生产线线平衡的的设计方方法●案例：生生产线平平衡分析析案例由表一可可知A、B、C、D四个工序序每小时时产量处处于不平平衡的状状态，整整体生产产线的产产量受限限于C工序，每每小时只只能产出出209.09个，其他他的工序序的产出出高于209.09个，只会会堆积在在生产线线上而造造成半成成品库存存积压，，而D工序更将将因为C工序的产产量，而而形成时时间的等等候。比较B、C两个工作作站，将将可发现现B工作站的的产能为为C工作站站的2.69倍，B、C两个工工作站站将积积压大大量的的半成成品。。若以以传统统追求求各工工作站站提升升效率率的方方式进进行管管理，，B工作站站的效效率提提升，，只会会恶化化B、C站的半半成品品积压压的浪浪费，，而无无助于于整体体产量量的提提高（（假设设B工作站站经训训练生生产效效率达达100%，则B工作站站每小小时产产量将将达702.35个，产产量为为C工作站站的3.36倍）。。生产线线通过过多道道工序序完成成成品品，追追求效效率的的方向向应以以整体体的生生产效效率，，也就就是以以最终终成品品数量量和配配置的的资源源（人人员、、设备备）的的多少少来衡衡量3、单单品品种流流水线线平衡衡方法法2023/1/917三、流流水生生产线线平衡衡的设设计方方法●木桶理理论与与项链链理论论3M（浪费费、负负荷过过重、、不平平衡））浪费：：搬运运的浪浪费、、不良良品浪浪费、、动作作浪费费、在在库浪浪费、、加工工过度度的浪浪费、、等待待的浪浪费、、过量量生产产的浪浪费负荷过过重：：机器器负荷荷过重重可能能导致致故障障，人人员负负荷过过重可可能导导致安安全、、效率率和质质量问问题。。不平衡：导致致浪费和负荷荷过重等.3、单品种种流水线平衡衡方法2023/1/918三、流水生产产线平衡的设设计方法②平衡图分析产能平衡图是是以目视的方方式对单一产产品于各工序序所需的时间间进行图示分分析。由于平平衡图可以识识别瓶颈工序序的可能发生生工序，并以以动作分析进进行平衡。通通常情况下，，运用平衡图图主要对产品品于各工序加加工所需时间间进行分析。。案例2-1平衡图分析案案例假设某一产品品需经四道加加工工序A、B、C、D，其加工所需需时间（标准准工时）分别别见表2-1所列工序产量量表。3、单单品品种种流流水水线线平平衡衡方方法法2023/1/919三、流水生产线平衡的设计方法②平衡衡图图分分析析2023/1/920三、流水生产线平衡的设计方法②平衡图分分析---改善案例例:2023/1/921三、流水生产线平衡的设计方法③生产线平衡率的的计算:衡量生产产线平衡衡的好坏坏，可以以用生产产线平衡衡率或平平衡损失失率来进进行定量量衡量。。在计算生生产线平平衡率或或平衡损损失率前前，必须须先设定定计算的的时间基基准，即即生产周周期。如如案例2-1，可以发发现决定定生产线线的作业业时间周周期的工工序时间间是最长长工序的的时间（（PitchTime）,也就是说说PitchTime(节拍时间间)等于周期期时间(Ct)（注：在在完成各各工序后后，每隔隔PitchTime完成一个个或批产产品）另外一种种计算方方法同样样可以得得到CycleTime，即由以以每小时时平均成成品产量量，求得得一个产产品的Ct2023/1/922三、流水生产线平衡的设计方法③生产线线平衡率率的计计算:Ct=瓶颈工工序单单位产产品产产出时时间生产线线的平平衡率率计算算公式式如下下：生产线线平衡衡率=实际作作业所所需时时间总总和÷作业时时间总总和=∑Ti÷÷（Ct××N）Ti——各作业业资源源加工工时间间N—作业资资源数数总和和若以平平衡图图与生生产线线平衡衡率做做比较较，平平衡率率等于于图中中白色色部分分的面面积（（加工工时间间）除除以平平衡图图的全全部面面积（（作业业时间间总和和）2023/1/923三、流水生产线平衡的设计方法③生产线线平衡率率的计计算:以案例例2-2进行计计算，，对C工序增增加作作业资资源数数作为为改善善，将将有助助于生生产平平衡率率由64.17%提高至至77%，产能能从30分钟生生产一一个成成品，，提高高到20分钟生生产一一个产产品，，产能能提高高50%2023/1/924三、流水生产线平衡的设计方法③生产线线平衡率率的计计算:若对C工序进进行动动作分分析研研究，，将部部分工工作分分配给给闲置置的B、D两工序，则则将有助于于一产平衡衡率由64.17%提高至96.25%。产能比30分钟生产一一个成品，，提高到20分钟生产一一个成品，，产能提高高50%.2023/1/925三、流水生产线平衡的设计方法③生产线平衡率的计计算:若评估上述述两方案，，对瓶颈工工序C进行动作分分析的生产产线平衡改改善方案较较增加作业业资源的生生产线平衡衡改善方案案的效果为为佳（无须须增加一个个工位）2023/1/926三、流水生产线平衡的设计方法④生产线平衡损失率率的计算:生产线平衡衡损失率计计算公式如如下：平衡损失率率=（非加工时时间总和））÷作业时间总总和=∑LTi÷（生产节拍拍×N）=1-生产线平衡衡率LTi---各作业资源源非加工时时间；N—作业资源数数总和。若以平衡图图与生产线线平衡损失失率做比较较，平衡损损失率等于于平衡图中中阴影部分分面积（非非加工时间间）除以平平衡图的全全部面积（（作业时间间总和）2023/1/927三、流水生产线平衡的设计方法④生产线平衡损失率率的计算:2023/1/928四、生产线线平衡的改改善方法与与原则1、平衡率改善善的基本原原则:是通过提高高作业资源源的产出、、调整工序序的作业内内容，使各各工序作业业时间达到到平衡。实实施时可采采用以下方方法:对瓶颈工序序进行作业业改善。作作业改善的的方法包括括对于良率率的提升、、效率的提提高和设备备的开动率率的提高（（设备开动动率指实际际设备开动动时间与可可开动（负荷）时间间之比，计计算如下：：设备开动动率=实际设备开开动时间÷设备负荷时时间）凭借增加瓶瓶颈工序的的作业资源源数，提高高平衡率。。分解瓶颈工工序的作业业内容，并并分提给其其它工序。。减少非瓶颈工工序的作业资资源数，以提提高平衡率；；合并相关工序序，重新排布布生产工序。。相对来讲，，在作业内容容相对较多的的情况下容易易平衡。在精精益生产中，，可凭借U形布局的多能能工轻易达到到目的。分解作业时间间较短的工序序，把该工序序排到其它工工序中去。2023/1/929四、生产线平平衡的改善方方法与原则2、平衡率改善的的图示。2023/1/930四、生产线平平衡的改善方方法与原则2、平衡率改善的的图示。2023/1/931四、生产线平平衡的改善方方法与原则2、平衡率改善的的图示。2023/1/932五、生产线平衡的其它案例①计算最少工作作地数=各工序作业时时间÷除以节拍在给定了节拍拍时间后，最最少工作地数数应为：式中的[]符号表示大于于或等于W/C的最小整数。。W表示制造单位位产品所需全全部作业元素素加工时间总总和。流水线的最少少工作地数可可以作为衡量量流水线利用用程度的一个个标准，用来来检查工作地地任务分工组组织的合理性性。1、单品种种流水线平衡衡方法2023/1/933五、生产线平衡的其它案例例：一条组装装线（其生产产活动见下表表）的总装配配时间为66分钟。工厂确确定每天的工工作时间为480分钟，出产量量为40。试画出顺序序图并找出工工序的最小数数目。然后安安排工序以平平衡组装线。。这条组装线线的平衡效率率是多少？任务生产时间（分钟）前项任务A10—B11AC5BD4BE12AF3C、DG7EH11EI3G、H总时间662023/1/934五、生产线平衡的其它案例解：ADCEBIHGF工序11051211337114工序3工序2工序4工序5工序62023/1/935五、生产线平衡的其它案例阶位法的工作作步骤如下①作图表示示装配工艺过过程中各作业业元素的先后后关系，并标标明每项作业业元素的时间间。②从作业元元素先后关系系图找出每项项作业元素的的后续作业元元素，计算它它们的时间总总和，即每项项作业元素的的阶位值。③按阶位值值的大小，由由大到小，将将作业元素排排队，制成作作业元素阶位位表。④从阶位值值最高的作业业元素开始，，向工作地分分配作业要素素。每分配一一项作业元素素，计算一次次在节拍时间间内的剩余时时间。若剩余余时间足够安安排另一项作作业元素，从从阶位表中找找出阶位值次次高的作业元元素分给该工工作地。若剩剩余时间不够够安排其它作作业元素，就就向下一个工工作地分配，，直到全部作作业要素都被被安排入工作作地为止。装配流水线平平衡的方法很很多，这里介介绍一种简便便而又能取得得满意效果的的方法——阶位法。2023/1/936五、生产线平衡的其它案例②流水线平衡衡的评价与再再平衡用下面的公式式计算流水线线负荷率，以以评价流水线线平衡后的效效率：式中E──流水线负荷率率S──采取平衡措施施后的流水线线工作地数。。1、单品种种流水线平衡衡方法2023/1/937五、生产线平衡的其它案例2、多品种种流水线生产产的平衡设计计①多品种流水生生产的基本形形式一种是可变流流水线，又称称转换流水线线。它的基本本特征是，在在一条流水线线上轮番生产产几种产品。。另一种是混合合流水线。是是指在同一时时间内，在同同一条流水线线上按固定顺顺序混合地生生产多种品种种产品。2023/1/938五、生产线平衡的其它案例2、多品种种流水线生产产的平衡设计计②多品种流水线线主生产节拍拍的确定可变流水线节节拍的确定混合流水线节节拍的确定2023/1/939五、生产线平衡的其它案例2、多品种种流水线生产产的平衡设计计可变流水线节节拍的确定●代表产品换算算法就是在生产的的产品中，选选择一种产量量大、劳动量量大、工艺过过程比较复杂杂的产品作为为代表产品，，然后将其它它产品按劳动动量比例关系系换算成代表表产品的产量量，按换算后后的代表产品品的总产量计计算每种产品品的节拍。2023/1/940五、生产线平衡的其它案例2、多品种种流水线生产产的平衡设计计●劳动量比例分分配法此法是将计划划期有效工作作时间按各种种产品的劳动动量比例进行行分配，然后后根据产品分分得的有效工工作时间和产产量计算生产产节拍。可变流水线节节拍的确定2023/1/941五、生产线平衡的其它案例2、多品种种流水线生产产的平衡设计计混合流水线的的生产组织方方式是，在同同一时间内多多种产品混合合编组在一条条流水线上进进行生产。它具有如下的的特点：按固定的混合合产品组组织织生产产品组在各工工作地的作业业含量时间与与流水线节拍拍应相等或成成倍比关系生产中转换品品种时，不需需要对设备或或工艺装备重重新调整③混合流水线节节拍的确定2023/1/942五、生产线平衡的其它案例2、多品种种流水线生产产的平衡设计计③混合流水线节节拍的确定●混混合流水线线的节拍是按按产品组计算算的。其计算算公式为：式中----混合流水线的的平均节拍；；----计划期内产品品组的产量。2023/1/943五、生产线平衡的其它案例2、多品种种流水线生产产的平衡设计计③混合流水线节节拍的确定●产产品组产量N组与产品组的的构成及各产产品的计划产产量有关。它它需分别对下下面不同情况况来加以确定定：固定于流水线线上生产的产产品产量相等等。流水线上生产产的若干种产产品的计划期期产量成较小小的整数比(如1:2:3或2:3:4等)。2023/1/944五、生产线平衡的其它案例2、多品种种流水线生产产的平衡设计计编制综合的作作业元素顺序序图选择平衡工作作地作业量的的时间周期计算作业元素素在平衡周期期内的作业时时间多品种流水生生产线的平衡衡式中:di——第i作业元元素的的作业业时间间Nj——产品j在周期期内的的产量量δij——系数，，产品品j含有作作业元元素i时，，δij=1，否否则则，，δij=0ti———第i作业业元元素素的的单单件件作作业业时时间间2023/1/945五、生产线平衡的其它案例2、多多品品种种流流水水线线生生产产的的平平衡衡设设计计例：：某混混合合流流水水线线上上有有A、B、C三种种产产品品，，平平均均日日产产量量分分别别为为40台、、10台、、30台，，一一个个工工作作日日一一班班，，不不考考虑虑停停工工时时间间，，各各产产品品作作业业顺顺序序如如图图。。求求混混合合流流水水线线的的节节拍拍、、Smin、综合作作业顺序序图，并并进行混混合流水水线的平平衡。解：2023/1/946五、生产线平衡的其它案例2、多多品种流流水线生生产的平平衡设计计⑤④⑥①⑦55431335441213141718⑤⑥①⑦4313544141718②4⑧⑨3431641511⑩5⑤⑥①⑦431354414171822③(1)A产品FA=4+3+3+4+1+5+5+3+4+5=37（分）(2)B产品FB=4+4+3+4+1+4+3+3+4+5=35（分）(3)C产品FC=4+5+3+4+1+2+2+3+4+3+4+5=40（分）产品作业业顺序图图2023/1/947五、生产线平衡的其它案例5⑤④⑥①⑦5431335441213141718②4⑧⑨3431641511⑩522③产品A、B、C的综合作业图图2023/1/948五、生产线平衡的其它案例将综合作业图图中各作业元元素合并成工工序，要求合合并后的工序序数尽可能小小。具体要求求：不违反作业先先后顺序必须满足评价平衡结果果。混合流水线负负荷率：混合流水线在在计划期内的的工作时间损损失：进行混合流水水线的平衡2023/1/949五、生产线平衡的其它案例混合流水线线平衡的具具体步骤：：按作业先后后次序将综综合作业顺顺序图划分分成区间。。5个作业区间编制作业元素关关系表，明确哪些些作业元素素的先后次次序是可变变的进行平衡分配作业元元素时的原原则：①按按区间顺序序进行分配配。②在同同一区间内内尽可能先先分配di值较大者。。按一日一一班计，使使∑di≤480分钟，尽可可能达到工工作地数目目最小。③③在一个区区间内不易易继续分配配时，可用用能够移动动的作业元元素进行调调整。平衡结果的的评价工序的进一一步合并2023/1/950五、生产线平衡的其它案例5⑤④⑥①⑦5431335441213141718②4⑧⑨3431641511⑩522③ⅠⅡⅢ作业区间的划分ⅣⅤ2023/1/951五、生产线平衡的其它案例作业元素关系表区间作业元素移动的可能性di区间累计Ι①320②40③若移1516，可移至区间Ⅱ150510510Ⅱ④若移1213，可移至区间Ⅲ120⑤240⑥320⑦80⑧40⑨可移至区间Ⅲ30⑩若移1516，可移至区间Ⅲ6011若移16，可移至区间Ⅲ609501460Ⅲ12可移至区间Ⅳ20013可移至区间Ⅳ2001424015可移至区间Ⅳ12016可移至区间Ⅳ908502310Ⅳ173203202630Ⅴ1840040030302023/1/952五、生产线平衡的其它案例平衡的结果及过程区间作业元素di∑di作业元素的移动修正后的累计时间作业工序Ι①3203201Ι②40360Ι③150510移至区间Ⅱ360Ⅱ④120480Ι③150150Ⅱ⑤2403902Ⅱ⑩60450Ⅱ⑥320320Ⅱ⑦804003Ⅱ1160460Ⅱ⑧40404Ⅱ⑨3070Ⅲ12200270Ⅲ15120390Ⅲ132002005Ⅲ14240440Ⅲ1690906Ⅳ17320410Ⅴ1840040072023/1/953五、生产线平衡的其它案例平衡结果评评价：混合流水线线在计划期期内的工作作时间损失失：混合流水线线负荷率：：2023/1/954五、生产线平衡的其它案例工序的进一一步合并现在有7道工序。由由于第三道道与第四道道工序相互互没有先后后关系，说说明两道工工序可以同同时进行，，即可以合合并为一个个工序而设设两个工位位，由两个个工人在同同一工作地地上操作。。因此，该该混合流水水线最后可可并为6道工序7个工位。进一步合并工序示意表工序号123456所分配的作业元素①②④③⑤⑩⑥⑦11⑧⑨12151314161718工位数112111工作顺序图[1][2][3][4][5][6][3´]2023/1/955五、生产线平衡的其它案例做好流水线线平衡是混混合流水线线设计的一一个步骤。。要在生产产中真正实实现均衡化化，还需做做