第四章生产线平衡

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第四章生产线平衡第一页，共六十五页。本章重点：流水生产线的特点流水生产线平衡中可能出现的问题单一对象流水线和多对象流水线平衡设计方法生产线平衡的改善原则与方法本章难点：多对象流水线平衡设计方法第二页，共六十五页。第一节流水生产线概述一、流水生产的基本概念二、生产线平衡的概念及意义第三页，共六十五页。●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流水生产方式的基础是流水生产线一、流水生产的基本概念第一节流水生产线概述第四页，共六十五页。●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第五页，共六十五页。●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第六页，共六十五页。●流水生产线的分类

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第一节流水生产线概述一、流水生产的基本概念第七页，共六十五页。●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。生产线平衡的目的是通过平衡生产线使现场更加容易理解“一个流”的必要性及生产作业控制的方法。第一节流水生产线概述二、生产线平衡的概念及意义第八页，共六十五页。●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第九页，共六十五页。一、流水生产线平衡设计应解决的若干基本问题二、

流水线平衡设计的准备工作三、

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

第十页，共六十五页。●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第十一页，共六十五页。●进行产品和零件的分类●改进产品和零件的结构，使之适合流水生产●审查和修改工艺规程●收集整理设计工作所需要的资料第二节流水生产线平衡设计的方法

二、流水线平衡设计的准备工作第十二页，共六十五页。●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第十三页，共六十五页。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1122510105.0～1012251020202.0～5.0125102020501.0～2.0125102050100<1.0≥105.02.01.00.50.20.1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第十四页，共六十五页。●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第十五页，共六十五页。●

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第十六页，共六十五页。例：一条组装线（其生产活动见下表）的总装配时间为66分钟。工厂确定每天的工作时间为480分钟，出产量为40。试画出顺序图并找出工序的最小数目。然后安排工序以平衡组装线。这条组装线的平衡效率是多少？第十七页，共六十五页。解：ADCEBIHGF工序11051211337114工序3工序2工序4工序5工序6第十八页，共六十五页。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很多，这里介绍一种简便而又能取得满意效果的方法——阶位法。第十九页，共六十五页。●流水线平衡的评价与再平衡

用下面的公式计算流水线负荷率，以评价流水线平衡后的效率：

式中E──流水线负荷率S──采取平衡措施后的流水线工作地数。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第二十页，共六十五页。●

多品种流水生产的基本形式

一种是可变流水线，又称转换流水线。它的基本特征是，在一条流水线上轮番生产几种产品。另一种是混合流水线。是指在同一时间内，在同一条流水线上按固定顺序混合地生产多种品种产品。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第二十一页，共六十五页。●多品种流水线主生产节拍的确定可变流水线节拍的确定混合流水线节拍的确定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第二十二页，共六十五页。可变流水线节拍的确定●代表产品换算法

就是在生产的产品中，选择一种产量大、劳动量大、工艺过程比较复杂的产品作为代表产品，然后将其它产品按劳动量比例关系换算成代表产品的产量，按换算后的代表产品的总产量计算每种产品的节拍。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第二十三页，共六十五页。●劳动量比例分配法

此法是将计划期有效工作时间按各种产品的劳动量比例进行分配，然后根据产品分得的有效工作时间和产量计算生产节拍。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可变流水线节拍的确定第二十四页，共六十五页。●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

第二十五页，共六十五页。●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

第二十六页，共六十五页。●产品组产量N组与产品组的构成及各产品的计划产量有关。它需分别对下面不同情况来加以确定：固定于流水线上生产的产品产量相等。流水线上生产的若干种产品的计划期产量成较小的整数比(如1:2:3或2:3:4等)。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

第二十七页，共六十五页。编制综合的作业元素顺序图选择平衡工作地作业量的时间周期计算作业元素在平衡周期内的作业时间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多品种流水生产线的平衡式中:di——第i作业元素的作业时间Nj——产品j在周期内的产量δij——系数，产品j含有作业元素i时，δij=1，否则，δij=0ti——第i作业元素的单件作业时间第二十八页，共六十五页。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、综合作业顺序图，并进行混合流水线的平衡。解：第二十九页，共六十五页。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）产品作业顺序图第三十页，共六十五页。5⑤④⑥①⑦5431335441213141718②4⑧⑨3431641511⑩522③产品A、B、C的综合作业图第三十一页，共六十五页。将综合作业图中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第三十二页，共六十五页。混合流水线平衡的具体步骤：按作业先后次序将综合作业顺序图划分成区间。5个作业区间编制作业元素关系表，明确哪些作业元素的先后次序是可变的进行平衡分配作业元素时的原则：①按区间顺序进行分配。②在同一区间内尽可能先分配di值较大者。按一日一班计，使∑di≤480分钟，尽可能达到工作地数目最小。③在一个区间内不易继续分配时，可用能够移动的作业元素进行调整。平衡结果的评价工序的进一步合并第三十三页，共六十五页。5⑤④⑥①⑦5431335441213141718②4⑧⑨3431641511⑩522③ⅠⅡⅢ作业区间的划分ⅣⅤ第三十四页，共六十五页。第三十五页，共六十五页。480360修正后的累计时间320ⅢⅢⅢⅡⅡⅡⅡⅡⅡΙΙ41017ⅣⅢⅡΙ740040018Ⅴ6909016Ⅲ4402401452002001339012015270200127030⑨Ⅱ44040⑧4606011340080⑦320320⑥45060⑩2390240⑤150150③120④移至区间Ⅱ510150③36040②1320320①Ι作业工序作业元素的移动∑didi作业元素区间平衡的结果及过程第三十六页，共六十五页。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：第三十七页，共六十五页。工序的进一步合并

现在有7道工序。由于第三道与第四道工序相互没有先后关系，说明两道工序可以同时进行，即可以合并为一个工序而设两个工位，由两个工人在同一工作地上操作。因此，该混合流水线最后可并为6道工序7个工位。第三十八页，共六十五页。做好流水线平衡是混合流水线设计的一个步骤。要在生产中真正实现均衡化，还需做好产品混合生产的计划和组织工作。应合理搭配产品品种，不但保证生产按节拍，不间断地进行，达到产量均衡，而且还必须保证工时和品种的均衡。这样的一种组织生产的方法称为生产的平准化。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生产的平准化第三十九页，共六十五页。●生产平准化具有如下的特点：同一条流水线上有多种产品在同一时间内循环变换生产为达到均衡生产，应减少批量，增加批次合理选择各种品种的投产顺序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生产的平准化第四十页，共六十五页。编排投产顺序的方法之一——生产比倒数法仍以上例分析，其步骤为：计算生产比。从各品种的计划产量中，找出最大公约数，计算各品种的生产比。公式为式中：xj——品种j的生产比

Nj——品种j的计划产量

dc——各品种计划产量的最大公约数xA=40/10=4xB=10/10=1xC=30/10=3计算生产比倒数mj。公式：

mA=1/4mB=1mC=1/3第四十一页，共六十五页。按以下规则确定投产顺序：①全部品种中生产比倒数值最小的品种先投。②在具有多个生产比倒数最小值的情况下，晚出现生产比倒数最小值的品种先投。若出现连续投入同一品种时，应排除这一品种，在剩下的各种品种中选择晚出现生产比倒数最小值的品种先投。在已选品种的mj上标上*号，并更新mj值（即加上该产品的mj值）各个品种在混合流水线上的流送顺序称为连锁，即一个循环中产品的投产顺序。第四十二页，共六十五页。第四十三页，共六十五页。一个连锁的生产周期为：每日可进行480/48=10（次）循环就可完成全部任务（40台A、10台B、30台C）第四十四页，共六十五页。●实施时可遵循以下方法首先应考虑对瓶颈工序进行作业改善将瓶颈工序的作业内容分担给其他工序适当增加各作业人员合并相关工序，重新排布生产工序分解作业时间较短的工序，把该工序安排到其他工序中去第二节流水生产线平衡设计的方法

五、生产线平衡的改善原则与方法第四十五页，共六十五页。

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”生产第四十六页，共六十五页。●“一个流”所追求的理念尊重人性的生产方式最大限度地适应市场变化（柔性生产作业管理）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”生产第四十七页，共六十五页。第三节流水生产线平衡实例分析一、玩具小车生产线平衡实例二、

重型汽车总装配流水线平衡设计实例三、焊接生产线平衡实例第四十八页，共六十五页。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第四十九页，共六十五页。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第五十页，共六十五页。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第五十一页，共六十五页。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第五十二页，共六十五页。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第五十三页，共六十五页。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。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第五十四页，共六十五页。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第五十五页，共六十五页。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。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第五十六页，共六十五页。(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。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第五十七页，共六十五页。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。表4-7按阶位法分配作业元