专题八：生产线平衡

专题八生产线平衡2012-5-21内容提要第一节流水生产线概述第二节流水生产线平衡设计的方法第三节流水生产线平衡实例分析●流水生产的原理流水生产是在“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一、流水生产的基本概念第一节流水生产线概述●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第一节流水生产线概述一、流水生产的基本概念●组织流水生产的必要条件

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厂房条件第一节流水生产线概述一、流水生产的基本概念●流水生产线的分类

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第一节流水生产线概述一、流水生产的基本概念●生产线平衡的概念

生产线平衡就是对生产的全部工序进行均衡化，调整作业负荷，以使各作业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。

第一节流水生产线概述二、生产线平衡的概念及意义木桶定律与生产线平衡一、何为木桶定律

1.木桶定律 一个木桶盛水多少，并不取决于桶壁上最高的那块木板，而恰恰取决于桶壁上最短的那块木板，这一规律我们称之为“木桶定律”。

2.木桶定律的三个推论

A.只有桶壁上所有木板都足够高,木桶才能盛满水

B.所有木板高出最低木板的部分是没有意义的,而且高出越多,浪费就越大

C.提高木桶容量最有效的办法就是设法加高最低木板的高度●平衡生产线的意义通过平衡生产线可以达到以下几个目的：⑴提高作业人员及设备工装的工作效率。⑵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。第一节流水生产线概述二、生产线平衡的概念及意义一、流水生产线平衡设计应解决的若干基本问题三、

单品种流水线平衡方法四、

多品种流水生产的平衡设计五、

生产线平衡的改善原则与方法六、

生产线平衡与“一个流”生产第二节流水生产线平衡设计的方法

●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第二节流水生产线平衡设计的方法

一、流水生产线平衡设计应解决的若干基本问题●确定流水生产的节拍当流水线的运输批量等于1的情况下，节拍按下式计算：

(4-8)式中C——流水线节拍；

Fe——计划期有效工作时间；

N——计划期应完成的产量。第二节流水生产线平衡设计的方法

三、单品种流水线平衡方法若按批运输时，则流水线节拍为

(4-9)式中Q——运输批量。●确定流水生产的节拍第二节流水生产线平衡设计的方法

三、单品种流水线平衡方法

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工序平均加工时间（分）运输批量单件单件重量（kg）流水线运输批量参考值●计算最少工作地数在给定了节拍时间后，最少工作地数应为：

(4-10)式中的[]符号表示大于或等于W/C的最小整数。W表示制造单位产品所需全部作业元素加工时间总和。流水线的最少工作地数可以作为衡量流水线利用程度的一个标准，用来检查工作地任务分工组织的合理性。第二节流水生产线平衡设计的方法

三、单品种流水线平衡方法瓶颈的（BottleNeck)定义:阻碍企业流程更大程度增加有效产出或减少库存和费用的环节谓之瓶颈，瓶颈可能是有形的,也可能是无形的。生产系统的目标是平衡物流,而不是平衡生产能力;“非瓶颈”资源的充分利用不仅不能提高有效产出,而且还会使库存和搬运增加;瓶颈环节损失1小时,相当于整个系统损失1小时,而且是无法补救的;非瓶颈环节上节约1小时,毫无实际意义;瓶颈制约了生产系统的有效产出和库存;瓶颈的常见表现:整体进度缓慢,生产效率下降;出现产品零部件不能配套的现象;一些工序加班赶货,而另一些则很轻松;一些工序的半成品堆积过多,而另一些则很少;个别工序在等材料、设备,其他工序进展正常;个别生产线流动停止,出现在制品滞留时间过长情况。瓶颈的不良影响:A.工序的先后关系,会影响后续工序进度:B.工序间的平行关系，则会影响产品配套●

流水线平衡

最少工作地数只是一种理想情况。在生产中，有许多因素限制着作业元素的分配。一种是工艺顺序的约束，即作业元素的分解合并必须遵循装配过程的要求，不能任意插补或颠倒。一种是技术上的约束，即为保证技术要求，必须防止工序之间的干扰。当然，还有一个基本的约束，即任何工作地的含量时间不能大于节拍。于是，应在工艺与技术的约束下，按流水线的节拍要求，为每个工作地分配作业任务，使它们的负荷尽可能地充分而均衡，这就是流水线平衡。

第二节流水生产线平衡设计的方法

三、单品种流水线平衡方法平衡改善的基本原则和方法：

A.首先考虑对瓶颈工序进行改善,作业改善方法可参照程序分析、动作分析、工装自动化等工程方法和手段

B.将瓶颈工序的作业内容分割给其它工序。

C.合并相关工序,重新排布生产线。

D.分解作业时间较短的工序,把它安排到其它工序中去。

E.增加作业员,只要平衡率提高了,人均产量就提高了,单位成本也随之下降。作业时间

作業改善工序12345作业时间工序23作业改善压缩分割转移并行作业，增加人员拆解去除作业时间1人作业2人作业

工序12345作业时间工序12345作业时间工序12345作业时间工序12345作业改善后合并重排生产线平衡方法：

主规则:以其后跟随任务数目最多的秩序安排工位。

附加规则:最长作业时间的任务先排阶位法电风扇装配由下列任务组成：任务时间(Mins)任务描述紧前任务A2装配外框无B1安装开关AC3.25装配马达架无D1.2将马达架装入外框A,CE0.5安装扇叶DF1安装格栅EG1安装电缆BH1.4测试F,G生产线平衡:画优先图（任务紧前任务A NoneAB ABC NoneCD A,CD任务紧前任务E DEF EFG BGH E,GHACBDEFGH23.2511.20.511.41问题:哪一个工序决定了最大产出率？答案:任务C决定了生产线的CT，也就决定了最大产出率。ACBDEFGH23.2511.20.511.41工位1工位2工位3任务后续任务时间(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4ACBDEFGH23.2511.20.511.41工位1工位2工位3A(4.2-2=2.2)任务后续任务时间(Mins)A62C43.25D31.2B21E20.5F11G11H01.4ACBDEFGH23.2511.20.511.41A(4.2-2=2.2)B(2.2-1=1.2)任务后续任务时间(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任务后续任务时间(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任务后续任务时间(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任务后续任务时间(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任务后续任务时间(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任务后续任务时间(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任务后续任务时间(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工作站分配装配线的效率纵轴表示工序的作业时间；横轴表示各工序的作业。作业时间工序号5101520253035人员113030225025312727456789372241303011112626202034342727合计12流动作业速度DM生产线平衡的表示法:流动生产图人均实际阶位法的工作步骤如下

①作图表示装配工艺过程中各作业元素的先后关系，并标明每项作业元素的时间。

②从作业元素先后关系图找出每项作业元素的后续作业元素，计算它们的时间总和，即每项作业元素的阶位值。

③按阶位值的大小，由大到小，将作业元素排队，制成作业元素阶位表。

④从阶位值最高的作业元素开始，向工作地分配作业要素。每分配一项作业元素，计算一次在节拍时间内的剩余时间。若剩余时间足够安排另一项作业元素，从阶位表中找出阶位值次高的作业元素分给该工作地。若剩余时间不够安排其它作业元素，就向下一个工作地分配，直到全部作业要素都被安排入工作地为止。装配流水线平衡的方法阶位法。●混合流水线的生产组织方式是，在同一时间内多种产品混合编组在一条流水线上进行生产。●它具有如下的特点：按固定的混合产品组组织生产产品组在各工作地的作业含量时间与流水线节拍应相等或成倍比关系生产中转换品种时，不需要对设备或工艺装备重新调整第二节流水生产线平衡设计的方法

四、多品种流水生产的平衡设计混合流水线节拍的确定

●混合流水线的节拍是按产品组计算的。其计算公式为：

（4-14）式中----混合流水线的平均节拍；

----计划期内产品组的产量。第二节流水生产线平衡设计的方法

四、多品种流水生产的平衡设计混合流水线节拍的确定

例：某混合流水线上有A、B、C三种产品，平均日产量分别为40台、10台、30台，一个工作日一班，不考虑停工时间，各产品作业顺序如图。求混合流水线的节拍、Smin、并进行混合流水线的平衡。解：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）产品作业顺序图5⑤④⑥①⑦5431335441213141718②4⑧⑨3431641511⑩522③产品A、B、C的综合作业图将各作业元素合并成工序，要求合并后的工序数尽可能小。具体要求：不违反作业先后顺序必须满足评价平衡结果。混合流水线负荷率：混合流水线在计划期内的工作时间损失：进行混合流水线的平衡平衡结果评价：混合流水线在计划期内的工作时间损失：混合流水线负荷率：

一般，流水线负荷率在75%以上即可认为满意。若达不到这个比率，则需设法改进，重新对流水线进行平衡。用同样办法，也可计算每工作站的负荷率，通过工作站负荷率可检查负荷分配的均衡性。若负荷分布不均衡，也需重新调整作业元素的分配，即使总的负荷率略有降低，也是值得的，因为这有利于今后产量的提高，也有利于员工积极性的调动。第二节流水生产线平衡设计的方法

六、生产线平衡与“一个流”生产一、玩具小车生产线平衡实例

某J型玩具小车要在一个传送带上组装，每天需生产500辆。每天的生产时间为420分。表4-3列出了J型小车的装配步骤及其定额时间，请根据节拍和作业次序的限制，求使工作站数量最少的生产线平衡方式。1.绘制装配生产线的流程图图4-4给出了表4-1中的次序关系（表示作业次序关系，箭头长度无实际意义）。第三节流水生产线平衡实例分析作业时间（秒）描述必须提前的作业A45安装后轴支架，拧紧4个螺母—B11插入后轴AC9拧紧后轴支架螺栓BD50安装前轴，用手拧紧4个螺母—E15拧紧前轴螺栓DF12安装1#后车轮，拧紧轮轴盖CG12安装2#后车轮，拧紧轮轴盖CH12安装1#前车轮，拧紧轮轴盖EI12安装2#前车轮，拧紧轮轴盖EJ8安装前轴上的车把手，拧紧螺栓和螺钉F，G，H，IK9上紧全部螺栓和螺钉合计195表4-1J型小车的装配步骤及其时间第三节流水生产线平衡实例分析ABDEICFGHJK图4-4J型小车的流程图第三节流水生产线平衡实例分析2.计算节拍3.工作站最小值（理论上）第三节流水生产线平衡实例分析4.选择作业分配规则

研究表明，对于特定的问题有些规则会优于其他规则。一般来说，首先安排有许多后续作业或者持续时间很长的作业，因为它们会限制装配生产线平衡的实现。这种情况下，我们选用如下规则：规则一：按后续作业数量最多规则优先安排作业；规则二：按作业时间最长规则优先安排作业；规则三：按该项作业元素时间与后续作业元素时间的总和最大规则优先安排作业（阶位法）。第三节流水生产线平衡实例分析5.平衡装配生产线，将所有作业分配到各工作站

(1)平衡方案A：选用规则一，按后续作业数量最多规则来平衡装配生产线。各项作业的后续作业数量如表4-2所示。根据后续作业最多规则给工作站1，2安排作业，在规则一遇到问题时，采用规则二，直至所有作业安排完毕。表4-3列出了实际的安排。作业元素后续作业元素数量作业元素后续作业元素数量A6F,G,H或I2B或D5J1C或E4K0表4-2各项作业的后续作业数量第三节流水生产线平衡实例分析工作站作业作业时间（s）剩余时间（s）可安排的紧后作业紧后作业最多的作业时间最长的作业1A455.4空闲无2D500.4空闲无3B1139.4C、EC、EEE1524.4C、H、ICF、G、H、IC915.4F、G、H、IF、G、H、IH、IF123.4空闲无4G1238.4H、IH、IH1226.4II1214.4JJ86.4空闲无5K941.4空闲无表4-3根据后续作业最多规则平衡装配生产线第三节流水生产线平衡实例分析计算流水线负荷率：

77.38%的负荷率意味着该装配线不平衡或闲置时间达22.62%（有57秒闲置），最空闲的是工作站5。表4-4所示的工作地5的负荷率仅为17.86%。那么我们能否得到更好的平衡方案呢？下面我们给出平衡方案B。工作地工作地作业元素工作地作业时间工作地负荷率（%）12345ADB,E,C,FG,H,I,JK45504744989.2999.2193.2587.317.86表4-4平衡方案A中各工作地负荷率第三节流水生产线平衡实例分析(2)平衡方案B：选用规则三（阶位法），即按该项作业元素时间与后续作业元素时间的总和（阶位值）最大规则优先安排作业。

首先，计算各作业元素的阶位值。其计算过程如表4-5所示。表中的1表示直接后续元素，+表示间接后续元素。作业元素的阶位值就是该项作业元素时间与后续作业元素时间的总计。作业元素ADBECFGHIJK总计作业时间(s)4550111591212121289195阶位值10610661565029292929179紧前工序——ADBCCEEF,G,H,IJ表4-6J型小车作业元素阶位表第三节流水生产线平衡实例分析按节拍为50.4秒依作业元素的阶位值的高低次序分配作业元素到工作地的过程如表4-7所示。工作地作业元素阶位值紧前作业作业时间(s)累计作业时间(s)剩余时间(s)1A106—45455.42D106—50500.43BECF6