【“5W1H”探析法和“ECRS”原则在车间生产线平衡优化中的应用案例17000字（论文）】

“5W1H”分析法和“ECRS”原则在车间生产线平衡优化中的应用案例目录TOC\o"1-2"\h\u2811摘要 1199601绪论 22727第1章：绪论。论述了生产线平衡问题的研究背景及意义。 394311.2.2研究技术路线 35142.1.1生产线平衡的概念 5209922.1.2生产线平衡评判指标 5111282.2.1程序分析 67462.2.3ECRS原则 7205993.1.1X公司简介 9117293.1.2X公司生产主要问题 9160453.3.1作业数据测定方法 11247173.3.2工序作业时间测定 13204883.3.3工序作业时间分析 14191914.2.1流程优化 17255904.2.2瓶颈工序优化 1824964.3.1生产线平衡数学模型的建立 20234234.3.2基于Lingo软件的模型求解 22摘要近年来，中国的经济增长和社会进步很快，人民的消费水平不断提高，制造业蓬勃发展。为了充分满足市场的多元化需要，提升市场的竞争力，企业必须尽量降低生产成本，实现同步生产。企业需要提高生产线的生产率，以满足客户的需求。实现一个流生产，使生产线的各个工序都能够达到平衡。生产线平衡要求在一个给定的约束条件下，将一系列的作业要素可以合理分配给合适数量的工位。并且能够满足各种作业要素之间的优先关系，从而大大提高生产线的生产效率。本文介绍了“5W1H”分析法和“ECRS”原则在案例企业SMT车间生产线平衡优化中的应用。通过分析生产线的评价指标，得到平衡效果。对SMT车间生产线的生产现状进行了深入的分析。对整个生产线的生产流程进行系统的整理，然后对生产线各个工序的作业时间采用秒表测时法进行测定。根据秒表测时法的步骤制定出生产线各个工序的标准作业时间。找出生产线上超出生产节拍的工序，对这一工序进行重点优化，降到生产节拍以下。通过计算生产线的平衡率，说明生产线的生产能力。根据生产线的实际情况，发现存在的问题，对生产线的生产流程进行优化。消除生产流程中的超节拍工序和不合理的工序，合并较为简单的作业工序。设计优化方案，利用0-1整数规划方法建立数学模型。再通过lingo软件求解，得到最小工作站划分方案。最后，重新计算生产线优化后的工序作业时间。对比分析优化前和优化后的生产线平衡率和平衡性指数，根据结果说明生产线平衡优化后得到了一定程度的提高。关键词：生产线平衡；SMT车间；lingo1绪论1.1研究背景及意义1.1.1研究背景目前，中国的经济正处于快速发展阶段，也带动了制造业的发展，制造业面临前所未有的挑战，是国家全力扶持的支柱产业。如果企业想占取更广阔的市场和获取更大的利益，就需要从自身出发，事实求事，找出问题的关键，并根据问题的实际情况采取相对应的措施进行整改，整改完之后还要进行系统的优化，这样更有利于提高生产效率，生产效率有了提高，市场的占有率和收益也会显著提高。一个高效的生产体系就意味着具有更高的生产效率，能给企业创造更多的利益。在大大提高生产效率这个方面，制造企业必须建立完善的作业指导书，以确保作业人员操作熟练。提高生产技术是企业首要实行的措施，也是提高效率的客观条件。使生产线达到更高的平衡并不断优化，保持更高的生产效率。X公司是一家生产汽车PCB板的公司。伴随着我国汽车行业市场的发展与繁荣，对汽车软硬件设备的需求量不断地增加，公司的订单量也随着需求量逐年增加，但公司产品产量不能满足市场的需求。同时，公司因为各种费用的增加，虽然公司经济收入在不断增加，但实际产品盈利并没有与营业收入同比例增长。因此，公司急不可耐地想改变这一现状，想要提高生产效率以此满足市场需求，并且降低成本来获取更多利润，可以通过生产线平衡优化来解决X公司的问题，以此达到想要的效果。1.1.2研究意义一个高效的生产系统可以使生产更加顺畅，流程更加合理，减少因为生产流程安排不恰当，导致的生产库存堆积过多和生产停滞不前，需要增强生产计划的规划与合理性，就此缩短生产周期，加快订单交付能力。因此，研究生产线的平衡问题非常关键，意义如下所述：（1）提高流水加工线中的生产效率。凭借着车间技术的改进，协调生产线的各方机会，重新梳理各生产线的工序内容。使生产过程中的每道工序变得更加顺畅，确保生产的持续性，减少生产过程中的不正常情况，使生产线效率有大幅度的提高，能够生产出更多的产品。（2）提高产品质量。生产作业的详细区分可以有效地减轻作业任务的繁琐，更加便于操作人员的实际操作。当产品有不足与缺陷时，能更迅速、更精准地找出问题的“漏洞”的操作过程，尽早地解决问题，使由此造成的停机时间和对生产工作进程的影响降到更低，同时也确保了产品的质量。（3）提高操作者的积极主动性。均衡生产确保了生产的公平性合理性，同时工作量也更加均衡。身在瓶颈工位的工人不需要过长时间处于高压高强度的工作状态之下。这样既保证作业速度不减缓，又保证产品质量不下跌。1.2研究内容及技术路线1.2.1研究内容本文主要运用“5W1H”分析和“ECRS”原则对生产线的生产流程进行分析，解决生产流程中所存在的问题，并运用0-1整数规划理论，建立数学模型后用lingo求解，重新划分生产线的各个工序，将一些工作站合并在一起，减少工序数，减少人员和机器，起到优化生产线的目的。第1章：绪论。论述了生产线平衡问题的研究背景及意义。第2章：相关理论概述。对生产线平衡优化中的相关理论与相关方法进行了介绍，为后续的研究提供一定的基础。第3章：X公司SMT车间生产线的现状分析。根据现实情况存在的一些现象分析了SMT车间生产线的生产流程存在的问题。根据生产线的生产流程，采用秒表测时法确定了生产线各个工序的作业时间。再整理数据得出标准作业时间。然后计算了生产线的平衡率和平滑性指数，得到生产线的平衡效果。第4章：SMT车间生产线优化方案。分析现状所存在的问题，优化SMT车间生产线的生产流程。采用0-1整数规划方法对生产线平衡问题进行研究，并建立数学模型，然后利用lingo软件进行求解。根据工作站划分方案，对生产线平衡进行优化。第5章：总结。对本文研究的内容及优化结果进行一个概括性的总结。1.2.2研究技术路线本文的研究思路，首先是明确研究的方向，其次是对相关理论与方法进行概述。接下来对所研究对象进行细致的现状分析，发现存在的问题有哪些。然后，根据问题提出相对应的优化方案并实施优化。最后，对其优化结果进行分析得出总结。技术路线如图1-1所示：图1-1研究技术路线图2相关理论概述2.1生产线平衡概述2.1.1生产线平衡的概念生产线平衡是对生产线各工序均衡情况进行分析的一种技术方法，对生产线的工序时间合理安排。通过调整各工序相互之间的作业时间平均化，让每个工序都可以实现负载均衡，相差不会太大。从而消除各种工序间的作业时间浪费，提升生产线的生产效率和减少等待时间。生产线平衡是生产流程优化与生产能力提高最重要的方法，对生产线的生产过程进行设计，合理分配，规范生产作业，平衡作业时间。在实际的生产环境中会受到各种条件的干扰，导致生产线都不能做到完全平衡。造成生产线不平衡的重要原因之一就是瓶颈工序的存在，如果不解决生产瓶颈，那么各工序作业不等会造成时间损失，这样就会严重影响到下一步的工序，导致工作的开展十分困难，甚至会影响整个生产线的正常运行，造成停滞，还会影响生产进度。实施生产线平衡优化的目的，是为了在生产工作的现场实现一个流的流畅生产模式。其理想状态是使工序和工序之间按照相同的节奏生产产品，消除多余的作业等待，减少等待时间，以此提高整个生产线在运行中的平衡性和稳定性，并且提高效率。2.1.2生产线平衡评判指标生产线的评价指标主要包括两个，这两个评价指标是生产线平衡率（LB）和平滑性指数（SI）。影响生产线平衡率和平滑性指数指标的因素有工序作业时间、瓶颈时间、生产节拍、空闲时间等。利用生产线平衡率公式计算得出结果，将结果与评价标准两者之间进行比较。得到对比的评价结果，这样可以更加了解生产线的平衡情况是怎样的。（1）生产线平衡率（LB）的计算公式如下:LB=其中:N表示生产线的工位数。T表示生产线第i个工位的操作时间。P表示生产线的瓶颈时间。通过计算生产线的平衡率，得到评价结果，将计算所得到的结果与生产线平衡效果的评价标准这两者之间进行比较。根据生产线平衡率的区间范围，看结果属于哪个范围内，得出生产线平衡性的结果。制定的平衡效果评价标准如表2-1所示:表2-1平衡效果评价标准表生产线平衡率（LB）评价结果LB≥90%优80%≤LB<90%良LB<80%差（2）平滑性指数（SI）的计算公式如下：SI=其中：SI表示生产线作业时间的平滑性指数。N表示生产线的总工位数。C表示生产线的生产节拍。平滑性指数的计算主要涉及到生产线的作业时间和生产节拍，还有总工位数。通过对生产线上不同工位作业时间，工位之间的这个关系来衡量生产线作业时间。看时间波动的大小，时间波动的情况，以此确定平滑性指数。采用平滑性指数的方法，可以对生产线平衡性进行一个补充，说明平衡效果。也可以对优化前和优化后的生产线进行平衡效果分析，对优化前后生产线的生产流程这两者之间进行比较。比较过后，在一定程度上可以体现优化前和优化后的效果，这样可以对以后的改进起重要作用。SI值越大，这就说明了工位与工位之间的作业时间分布越分散，均衡性也会变得越差。否则，说明工位与工位之间的作业时间分布越集中，时间相差不大。优化前后的偏差程度越大，优化的效果越明显。2.2工业工程相关理论和方法2.2.1程序分析程序分析这种方法的技术就是以生产线为主要分析对象，对整条生产线的生产过程进行系统的一步步拆分。分析改善整个生产线的生产过程中存在的一些不完善的生产内容和方法、生产程序及作业现场的空间结构配置情况。并通过严谨的考察与分析，制定一种最经济合理、最优化的解决方案。其中的分析方法主要包括有生产流程图和线路图。程序分析可以反映流程的整体状况，根据现有流程存在的问题，研究出改进的对策，可以提高流程的效率。它是以符号这种形式来记录整个流程，分析和改进生产过程的一种IE方法。程序分析的目的是：（1）把握生产过程的整个流程。确定生产流程的步骤，工序和工序之间的总的关系和每一个操作人员需要的作业时间，找出工序和工序之间存在的一些不平衡问题。（2）查找生产线的流程问题。发现和合理完善一些可能经常会让人觉得时间多余的一些工序，看到在生产过程中可能用时比较多的一些工序，重新安排工序间的内容，合理的合并相似的这些工序，去掉一些暂停和闲余的工序，合并一些生产过程中过度细分的工序或者说只是一些重要性大的工序。2.2.2“5W1H”分析“5W1H”分析法通过对每一个生产过程的问题点进行持续发问，发现存在的问题，再找出问题的原因是什么，分析每道工序在设计上的改进，找到更好的工序方法，并结合ECRS原则给出具体的改进方法。“5W1H”这种提问方法能对工序调查结果进行系统的一次次提问，在对生产线的工序进行充分的调查。了解工序的细致内容，工序的耗时时间，工序存在的必要，研究工序的诸多因素。对生产线的工序内容(What)、生产线的操作人员(Who)、生产线的工序位置(Where)、生产线的操作时间(When)、怎么操作(How)和为什么这样做(Why)，对生产线的这几个问题通过变化方式，变化方法进行第一次提问、第二次问题和第三次提问，根据答案分析工序与工序之间的相关性，找到问题产生的原因并对其进行分析，找到可以完善工序和改进工序的方法。通过表2-2能更加清晰的看懂这个提问法。表2-2“5W1H”提问表提问点第一次提问第二次提问第三次提问提问现状提问原因能否优化What（作业内容）是做什么的有没有必要做能否缩减内容Why（作业原因）为什么要做如何做的原因能否换个方法When（作业时间）什么时候做那时做的原因能否换个时间Where（作业地点）在什么地点做那里做的原因能否换个地点Who（作业人员）哪个人员来做这人做的原因能否换个人员How（作业方式）用什么方式做这样做的原因能否换个方式在对作业内容、作业原因、作业时间、作业地点、作业人员、作业方式，这几个必须提问的问题进行第一次提问后，可以初步了解现状。第二次提问后，就可以大致了解所存在的问题，第三次的提问就是找出优化方法的可能性，为接下来的进一步优化做好铺垫。2.2.3ECRS原则在“5W1H”分析的理论基础上，结合ECRS原则进行一步的分析。在ECRS原则的之下可以从实践中找出一个对于生产流程大致的改进方向，并找到一种更好的方法来替换目前存在问题的方法。运用ECRS的四项原则，一是取消、二是合并、三是重组、四是简化，在四项原则中找到更好的方法帮助企业解决生产线平衡问题。（1）取消。通过取消生产线的生产流程中没有必要的工序、动作、操作，有效的改进生产线，是改进的最高原则。通过研究生产线的某一工作内容是否可以取消，改进工作程序，提高生产线的生产效率。没有必要存在的作业操作、搬运动作、人工检验等都应取消，特别针对在生产流程中一些工作量较大的作业工序，可以适当取消部分工序。（2）合并。对于不能取消工序而又有必要的工序，看是不是能够合并在一块，可以合并就合并在一块，这样可以达到节省时间和简化工序的目的。合并就是将工序合起来变成一个，有工序和工序之间的合并，还有工具和工具之间的合并。经过合并调整操作之后，减少了工序，避免发生重复情况，节省人力物力。当生产线的工序之间出现不平衡时，可以考虑是否合并。（3）重排。取消和合并以后，重新排列生产线的所有作业时间，合理的安排作业人员的顺序和作业工序的步骤。在重新排列这一过程中，还可以反复思考是否还有更优的排列方案，发现是否还有其他工序可以取消和合并的。让整个生产线的生产流程重新排列后更加合理，使生产线的生产效率提高。（4）简化。经过取消、合并、重排这三个步骤的操作后，分析作业工序有没有简化的可能，尽可能的减少生产作业时间。简化生产流程，节省作业人员，节省工序的作业时间、节省一些机器产生的固定费用，提高生产线的整体工作效率。经过简单优化之后，会让整个生产线的生产流程得到了更好的优化。2.3Lingo软件简介Lingo软件是一个和数学相关的软件，对数学类的研究非常深入，这款软件的操作还非常简单，还是非常实用的。这款软件可以求解各种优化问题，对非线性、线性和整数规划等数学问题能非常快的运行出来。允许决策变量是整数，内置的建模语言包含了几十个内部函数，使用非常简单方便，功能强大。只需要在页面窗口中输入集合定义段，目标函数段，约束和数据段。通过计算机自动运行可以得到目标值的最优解，和其他软件的求解方法对比，省去了复杂的中间计算过程。Lingo软件在数学规划这个方面是比较有自己特点的，通过以下说明：（1）模型语言简单Lingo软件可以使编辑出来的程序更加便于用户理解和修改。Lingo软件的数学建模语言方式与其他软件的数学语言是非常接近的，通俗易懂，用户可以很方便的在软件上进行数学建模。（2）数据读取方便Lingo软件根据实际问题建立的数学模型，在输入和输出数据方面很方便，读取数据库中的资料也很快速，结果运行速度也是非常快的。操作方法很简单，可以快捷生成数据的报告。（3）建模函数较多Lingo软件里面包括了很多的实际应用中会用到的一些常用的建模函数，从而能以比较少的语句，较直观的方式描述比较大规模的优化模型，方便与其他软件交换数据，使用户建模操作更易上手。（4）求解器运行快Lingo软件有一个特点是对数学规划问题的求解很迅速，原因是因为Lingo软件有一个很厉害的求解器。这个求解器是非常重要的一个部分，正是由于有了它，运行速度才很快。在求解其他规划问题的时候，用户可以通过Lingo软件直接读取模型，而无需指定相应的求解器，软件会自动选择适合的求解器。（5）模型功能强大Lingo软件还为用户设计开发了一套功能很厉害的模型环境。这个模型的功能厉害之处在于，可以让用户在页面窗口中输入代码时，直接选择在软件内运行用户之前就已经编辑保存过的模板，对这个模板直接调用。很方便的针对数学模型求解，使用起来也很容易操作。3X公司生产线现状分析3.1X公司概况3.1.1X公司简介X公司成立于2009年，专注于对各项系统的技术开发、原材料的购买、生产制造等一系列相关的设计。当下，公司拥有先进完整的自动化生产线、机器设备以及功能强大的ERP系统。有8条SMT生产线，4条DIP生产线，产品成品的组装线有2条。研发团队和技术团队人员占比有十分之一，工程师级别的人员是最多的占比。客户遍布北美、欧洲、亚洲，公司的业务范围是主要做医疗器械产品、汽车设备产品、智能工控产品及各种PCB板的设计，研发生产各类电子产品。本文选取X公司汽车产品生产线作为研究对象，以优化生产线平衡为目标。整个生产线的生产过程可以划分为两块：前道生产和后道生产。其中前道的作业工序主要是在SMT车间贴片生产PCB板，后道的作业工序则是DIP插件。前道的生产都是依靠自动化生产，自动化的机器生产有助于提升作业生产流程的标准化。这也是公司为什么要优化SMT车间生产线的主要因素。后道生产多采用人工进行插件大个的元器件，相对于机器来说，手工操作的速度比不上机器自动操作。加上公司特别重视生产线的不断优化改进，作业指导书一直改变，造成作业人员对操作内容和方法没有完全掌握，不够熟悉，这会导致生产线产能上不去。3.1.2X公司生产主要问题（1）产能不足目前，X公司配置有8条SMT生产线，本文以BYD客户订单为例进行研究。根据公司近期收到的BYD客户订单，客户月均需求量约为24640件产品。如果要满足订单的需求，按照公司目前的生产进度，今后的日产量需要达到1120件，即生产节拍为35.3s。通过企业当前的每天生产数量的报表数据得知，每天的产出数量为980件，这个数量并不能满足订单所需求的数量。因此，企业为了储备库存，生产计划经常进行修改，每天都变化，再根据客户的要求，有些产品需要安排优先生产。生产线经常换线，会导致产品产出速度遭到耽搁。必须提前生产一定量的产品，有合理的库存，才不会每天被客户催。为了订单能及时完成，对生产线进行优化刻不容缓。瓶颈工序是优化的关键，是整条生产线上用时最长的一个作业工序。这一工序决定生产线的产量，想要提高生产线的生产能力，必须缩短瓶颈工序的作业时间。（2）生产不平衡X公司各个工序作业不均衡，各工序间所产生的问题、浪费和矛盾显而易见，在发现问题时，分析找出存在的原因，给出解决的方法。然后把人、机器、时间充分利用，使作业人员能同时操作多台自动化机器，培养成为多能工，按生产线的生产流程顺序对机器设备进行合理的安排，减少作业过程的浪费，缩短作业程序的时间，有效降低生产成本。根据一个流的基本思路，及时制造，消除一切浪费，设计一条较为均衡的生产流程。使产品在生产过程中平均的流动，消除每一道作业工序之间的停滞状态，将工序内容进行优化组合，使生产线作业时间达到均衡。X公司一直都很看重到生产方面的管理，开展线上及线下的生产管理方面的相关培训，在管理上减少不合理，从而使效率得到提升。但是，在生产过程中时常会出现突发状况，对生产线的正常运转造成一定的压力。因为不合理的作业时间分配会导致作业时间偏差比较大，导致作业时间的浪费。而且，处于长期未进行设备维护的生产车间工作，产量也不能得到保证。如果这些问题没有改善，那么生产线的平衡率和效率不会提高，这样订单要求也满足不了，这种情况会一直持续，得不到改善。3.2SMT生产流程分析SMT即表面组装技术。将锡膏印刷到模具上，再根据设计好的电路图，把各类电子元器件快速而准确的通过吸嘴仪器贴装到PCB的焊盘位置上。贴片整个生产中最关键和复杂的工序，不同的电子元器件适用不同的贴片机。贴片完成后经过检测再通过回流焊炉进行焊接，并检测是否符合设计要求。SMT是新一代电子装联技术，也是电子组装行业里最流行的技术和工艺。SMT车间的生产线详细生产流程如表3-1所示：表3-1SMT生产流程表工作站名称人数机器数描述1PCB板上机（TOP面）11放入PCB板2印刷锡膏11点胶、上锡膏3自动检测SPI11机器检测4高速机贴片33贴装CHIP元件5泛用机贴片11贴装异形元件6回流焊接11焊接7AOI检测11机器检测+人工操作确认8焊接点检测11人工目检质量9QA抽验10人工目测检查10装周转车12待生产另一面11PCB板上机（BOT面）11装PCB板12印刷锡膏11点胶、上锡膏13自动检测SPI01机器检测14高速机贴片22贴装CHIP元件15泛用机贴片11贴装异形元件16回流焊接11焊接17AOI检测11机器检测+人工操作确认18分板11拼板切割19PCB板清洗11机器自动清洗20ICT测试11机器检测+人工操作确认21包装12包装22入库10入库接下来，根据生产流程图能直观且清晰的看到SMT车间的生产流程。先对生产线中一些经常会用到的符号阐述意义，说明符号代表的流程和意义，具体的符号说明如表3-2所示：表3-2流程符号解释表符号流程意义○加工原材料或半成品在过程中逐渐变成成品的状态变化搬运原材料或半成品从一个地方移动到另一个地方的过程▽储存原材料或半成品在某一地方储存暂存或等待原材料或半成品在某一地方出现暂停□检查检查原材料或半成品的质量通过对SMT车间生产线进行现场观察和记录，绘制出生产流程图如图3-1所示：图3-1SMT生产流程图从生产流程图能明显看到，生产线的过程中暂存现象和等待现象的占比是比较多的。这两种现象说明这个生产流程是有卡顿，是不流畅的，工序和工序之间负荷也是不均匀的，这些就是造成生产线平衡率较低的原因之一。3.3生产作业数据测定与分析3.3.1作业数据测定方法确定作业数据测定的方法主要包括4种：秒表时间研究法、样本法、预定时间标准法和标准资料法。根据实际情况，分析具体操作的可行性和考虑具体数据的准确性。本文采用秒表时间研究法来测量生产线每一道工序的作业时间。秒表时间研究这种方法是以生产过程中的工序为研究对象，通过直接的连续观测作业工序一定时间。按照预先确定好的观测次数运用秒表或电子计时器，确定操作者完成某一工序所需的标准时间。秒表测时方法常用的包括连续测时法、归零测时法、累积测时法等。考虑实际操作过程中作业时间的精确性和测时的方便性，采用连续测时法。测定步骤如下：（1）做好准备。进行作业测定时，做准备工作时需准备的有秒表、时间记录表、计算器等一些简单的工具。（2）观测次数确定。用秒表时间法测定出作业时间，观测的样本容量取决于结果是不是更准确。一般来说，样本越多，所花费的时间越多，这样操作人员就需要记录的次数越多。得到标准的作业时间是重要的，但是为了不耗费人力和时间，采用抽样，抽取一定量的样本次数。用统计学中的其中一种方法，误差界限法来确定所需要观察记录的次数。这个方法要多次观察数据的平均值与标准差，对不正常的数值要去掉，得到的数据才会更准确。误差界限法的计算方法如下：在实际的情况当中，一般来说，观测值呈正态分布，不能得到总体标准差（σ），因此本文使用了样本标准差（S）来确定观测数次。计算式（3-1）：σ≈S=样本容量为n时，样本均值标准差为σxσ对操作人员取误差5%，可靠度为95%，则：2σ公式中的0.05表示的是精确度，将式（3-2）代入式（3-3）得到式（3-4）：N=上面的公式中：xin表示所观测的次数N表示所需要观察的次数通过上面的方法，这样通过公式计算，求解出观测时间的次数，这样算出来的数据是比较科学的。这种方法是要对样本进行很多次的观测，对数据准确的记录，然后再计算最后的值，得出观测次数。（3）时间测量。使用秒表计时工具观察和记录操作人员的实际操作时间。当第一个工序开始工作时，开始秒表计时，秒表在整个测时过程中一直连续走动，不暂停，只有当工序中的单个作业元素结果时才记录秒表的时间，当所有记录完成后，减去两个相邻作业工序的最终时间。相减之后得到的作业工序时间才是实际所花费的时间。（4）观测数据处理。通过秒表取得每一个工序所需要的测试次数后，记录到表上。对测得的作业数据中的异常值进行再次剔除，异常值是某工序时间受其他因素的影响。作业时间超出正常范围，最常用的异常值剔除方法为三倍标准差法。（5）确定宽放时间。一般，在生产作业中，实际情况是作业人员不可能一整天都在忙碌，是有休息时间的。要是一天都处在高强度的作业中，这种状态是不可取的，所以在确定工序的作业时间时，要结合现实的因素，考虑作业人员有宽放时间。（6）制定标准作业时间。根据上面的步骤对生产线上的每一个工序的时间都认真测定，确保准确。要得到标准的作业时间，对数据的要求是很高的，一点小误差都会影响数据准确，所以要对作业工序的时间准确把握。3.3.2工序作业时间测定在确定方法来进行作业测定后，根据步骤做好准备。先用秒表连续记录各个工序的作业时间，记录多次数据，再对观测数据用误差界限法处理，得到准确的数据。还要把作业人员的宽放时间考虑进去，最后制定出来的标准作业时间都是准确的。由于SMT车间的生产线是大都由自动化的机器来运作，只需要人工检查，照看机器。机器的生产时间都是相对固定的，每一个机器的速度都可以计算出，可以直接把测得的时间数据列出。各工序的作业时间表如表3-3所示：表3-3各工序作业时间表工作站工序名称作业人数机器数作业要素作业测定时间（s）1PCB板上机（TOP面）11装PCB板13.82印刷锡膏11点胶、上锡膏21.033自动检测SPI11机器检测26.254高速机贴片33贴装CHIP元件18.125泛用机贴片11贴装异形元件21.366回流焊接11焊接20.847AOI检测11机器检测+人工确认38.58焊接点检测11人工目检质量35.929QA抽验10人工目测检查9.6110装周转车11待生产另一面24.4611PCB板上机（BOT面）11装PCB板13.812印刷锡膏11点胶、上锡膏21.0113自动检测SPI01机器检测26.1314高速机贴片22贴装CHIP元件26.9215泛用机贴片11贴装异形元件28.8616回流焊接11焊接18.0517AOI检测11机器检测+人工确认32.4818分板11拼板切割18.7919PCB板清洗11机器自动清洗3720ICT测试11机器检测+人工确认38.7121包装12包装17.8822入库10入库9.32总计2424518.843.3.3工序作业时间分析对每一个工序记录得到的作业时间进行分析，确定生产线实际的工序时间。用秒表测时法得到的生产的作业时间是标准的，数据是可靠的。秒表测时法这种方法是实用的，根据上表中已经测定的作业时间。用这个数据来计算生产线的平衡率（LB）和平滑性指数（SI）：生产线平衡率的计算公式如下：LB=在公式（3-5）中：N表示生产线的工位数。Ti从工序作业时间表中可以看出，生产线的总工位数N=22。作业时间最长的工位用时P=38.71，工序总时间518.84，代入式（3-5）可得：LB=518.84/根据生产线平衡率的评判标准，该生产线的平衡性小于80%，平衡性为差。平滑性指数的计算公式如下：SI=公式中的C表示生产线的节拍时间。生产线的生产节拍是根据公司订单需求来确定的，计算出的生产节拍为35.3s。经过计算得到SI≈14.57。根据生产线平衡效果的评判标准，该生产线的平衡效果SI值偏小，平衡效果为差。把生产线各个工序的标准作业时间表示出来，如图3-2所示。图中可以清楚地看出生产线各个工序间的作业时间不均匀，高低不平。其中有4个工序的作业时间是在生产节拍那条线上面的，说明超过了生产节拍，超过生产节拍的工序是会影响生产进度的。图中有一些工序用时相差很大，这种差距是造成生产线平衡率较低的原因之一。图3-2工序作业时间山积图4SMT车间生产线优化方案4.1优化方案的设计原则如果需要更好且更有效的了解并解决生产线一些问题，例如：生产不平衡和布局不够完整等一系列问题。面对这些存在问题，需要采取相对应的措施，比如怎样才能有效提高生产效率并尽量满足客户所提出的一系列要求，当然，这也需要考虑公司具体的实际情况，所以在进行思考方案并拟定方案的同时，必须遵守以下原则：（1）首先，要对该系统进行优化，并且要和优化前形成鲜明对比，通过对比会发现可能存在的某些问题，发现问题之后，在加以优化，直到方案最优为止。（2）提到优化，面临的问题又来了，如何对该生产流程进行优化。对生产过程中的工序进一步改进，需要注意不能对生产线的整体结构和设计做出任何的改变。（3）在制定最优化方案设计时，首先应考虑本公司是否有能力支持该方案，当然，大部分公司设计方案的原则都以低风险，高收入为目的，所以这需要尽可能的维持原有的状况，并加以针对性的优化，还需要增强产品中的市场竞争力，不购买重型机器设备，不进行高额的资金投入。（4）优化后需要能够直观的看出这是已经经过很多次优化后的方案，突出优化效果。有必要比对优化前和优化后的结果，对结果进一步分析，能充分体现优化方案的有效性。（5）在已经制定完成的方案还要在进一步优化，这里面所包含的内容要求有很多很多，例如：该操作是否可行，是否方便大规模的生产，是否需要专业人员来讲解等。这样更有利于工作人员和每个工序的操作人员能够更加容易接受。4.2基于IE方法的优化IE方法就是从公司实际发展现状出发，对生产线平衡所存在的问题进行分析。从五个方面，也就是人、机、料、法、环。这五个方面主要是对生产线平衡率较低产生的原因通过鱼骨图来研究，看看具体是哪一些原因。如图4-1所示：图4-1生产线平衡分析图4.2.1流程优化通过对生产线生产流程的优化和改进，将会在一定程度上提高生产线的效率。同时在工序方面发生了改变，能够调节整个生产线。调节后使得生产线的工序运行时间变得更均衡，生产线的生产流程变得更顺畅。对流程的优化的很有必要的，需要分析每一个工序作业的内容，特别是对工序时间的减少，有一定作用。所以通过对生产线流程的设计和优化，将大大提高整个生产线之间的平衡性。接下来，在“5W1H”提问法的基础上，对生产线上的每一道工序都一一提问，详细提问具体的内容的原因。先对最开始的工序1进行提问，如表4-1所示：表4-1工序作业提问表A工序1的用途是什么?B工序1的用途主要是将PCB板安装到上板机上A这一工序有必要进行吗?B将PCB板安装到上板机这是非常有必要的A为什么?B因为上板机必须有PCB板才能继续下一步的操作，所以PCB板安装是必须要做的A在哪个地方操作?B在供板机的旁边A为什么选择在这个地方进行操作?B因为PCB板在上板机的旁边，拿取快速和方便A有没有比这更合适的地方?B暂时是没有的，因为供板机不能够随便移动A适合什么时候安装?B在供板机PCB板数量不够的时候进行安装A为什么在这个时候安装?B如果不在这个时候进行安装，那么将会导致后面的工序不能正常进行A有没有其他更合适的时间?B没有，因为生产线的最开始的工序就是这个，如果不能及时让供板机供料，下一步的工序就停止了A由谁来负责?B负责SMT生产线上料的专业人员A选此人来做的理由是什么?B因为SMT生产线的上料组需要有专业人员负责，不然可能会导致断料情况A有更合适的人吗?B目前没有经过对生产线的第一个作业工序连续提问后，逐一回答所问的问题，根据回答找到可以解决的方法。对剩下的其余工序也是按照一样的提问方法进行提问，提问过程中也可以对工序与工序之间存在的搬运、一些不合理的安排、作业人员的可替换性、工序存在的必要性等问题全面进行相似的提问。根据回答的答案来分析，各工序之间的平衡，找到平衡性改进的方法。由于文章字数限制，不再就生产线具体的提问过程进行赘述。根据22道工序的“5W1H”连续提问并结合“ECRS”原则，对需要改善的工序总结出的改善方案如下：（1）可以将工序7的AOI检测中的人工操作这一作业要素合并到下一道人工QA抽验工序中，这样可以减少工序7的作业时间，减少时间后可以满足生产节拍。（2）能把工序8的焊接点检测这一工序取消掉，这一工序因为采用了自动化的机器进行回流焊接，而且机器产生的不良率几乎为0，所以不必经过人工重新进行检查。（3）工序19的PCB板清洗是机器自动清洗，可由上道工序的工人兼并操作，节省人工。具体优化情况及优化前和优化后的对比如表4-2所示：表4-2工序优化前后对比表工序号工序名称优化说明优化人数优化设备数优化前作业时间（s）优化后作业时间（s）7AOI检测优化前:本道工序人工操作确认检测结果优化后:人工操作由下地道工序工人进行1138.532.218焊接点检测优化前:人工进行目测检查焊接质量优化后:取消该道工序1035.92019PCB板清洗优化前:分板完成后进行一次清洗优化后:由上道工序工人进行11370采用“5W1H”分析法分析完所有工序后，需要对各个工序和生产流程进行调整。检查是否会影响正常生产，优化改善后是否会对生产线的平衡性产生积极影响。4.2.2瓶颈工序优化通过对工序作业时间的观察，可以看出超出生产线生产节拍的工序有4道。超出的工序分别是工序7的AOI检测、工序8的焊接点检测、工序19的PCB板清洗、工序20的ICT测试。工序7的AOI检测、工序8的焊接点检测、工序19的PCB板清洗通过生产流程进行优化，已经达到生产节拍的要求，接下来，对瓶颈工序ICT测试进行优化，将作业时间降至生产节拍以下，满足订单要求。ICT测试工序是所有工序中作业时间用时最长的工序，作业时间为38.71s，超过生产节拍35.3s。生产线的生产能力会受到该工序的作业时间的影响，因此，对其进行优化刻不容缓。结合“5W1H”提问法和“ECRS”原则，可以发现工序之间的问题。由于分板工序与包装工序之间采用的是连线方式，造成ICT测试工序作业时间耗时较长。在经过分板这一工序后，下一道工序就是包装。是先分板，然后板子通过传送带传送到下一工序的，到下一个工序后才会进行包装。而作业工序用时最长是工序是ICT测试这一道工序，这道工序则采用的是先进先出的模式。这种模式在每一次测试时，所测的数量都有限的，测不了太多，对数量是有限制的。这就导致了ICT测试这一工序的工作效率不高，为了能够提高工作效率，又能缩短测试时间，可以考虑变换模式。将ICT测试的模式由原先的连线模式修改为非连线模式，这样做之后，就变成了集中测试，测试数量增多，效率也就提升了。改善前和改善后的ICT测试工序的作业时间经过整理后，如表4-3所示：表4-3改善前后作业时间对比表测试数量（片）人数作业时间（s）改善前3138.71改善后4135.3改变了ICT测试工序的模式之后，这一工序的作业时间相比较之前，作业时间得到了减少。时间缩短了3.41s，小于节拍时间35.3s，已经符合生产节拍所要求的时间。通过上面基于IE方法对生产线进行的优化，改善了生产流程。取消了工序8焊接点检测和工序19的PCB板清洗，工作站数量由22减少成20，也使作业时间用时最长的瓶颈工序ICT测试得到了优化。改善之后，各工序的作业时间均符合了生产节拍35.3s。生产线的生产流程经过优化后，取消了一些工序，工作站数量也减少了，这就满足了生产线的平衡。通过对生产线优化前的各个工序的作业时间数据进行分析，整理出优化后新的生产流程和新的工序作业标准时间，如表4-4所示：表4-4优化后工序作业时间表工作站工序名称作业人数机器数作业要素作业测定时间（s）1PCB板上机（TOP面）11装PCB板13.82印刷锡膏11点胶、上锡膏21.033自动检测SPI11机器检测26.254高速机贴片33贴装CHIP元件18.125泛用机贴片11贴装异形元件21.366回流焊接11焊接20.847AOI检测11机器检测32.218QA抽验10人工目测检查9.619装周转车11待生产另一面24.4610PCB板上机（BOT面）11装PCB板13.811印刷锡膏11点胶、上锡膏21.0112自动检测SPI01机器检测26.1313高速机贴片22贴装CHIP元件26.9214泛用机贴片11贴装异形元件28.8615回流焊接11焊接18.0516AOI检测11机器检测+人工确认32.4817分板11拼板切割18.7918ICT测试11机器检测+人工确认35.319包装12包装17.8820入库10入库9.32总计2222463.224.3基于0-1整数规划的最小工作站划分通过IE方法的优化，在一定程度上提高了生产线的平衡。现在看来所有生产线的工序都在生产节拍要求的节拍时间之下，但是还是看得出工序之间的作业时间波动太大了，起伏高低不平。因此，可以对生产线的工作站进行重新划分，进一步优化工作站的划分结果。通过减少工作站的数量，这样来提高生产线的生产效率和生产线的平衡率。数学方法因为操作简单、容易计算，常被用作划分工作站的方法。这种数学方法分析的第一步是先确定要使用的数学模型，确定好后再建立相应的数学模型。再借助计算机进行求解，得到最优的值。本文使采用0-1整数规划来对工作站进行划分求解。4.3.1生产线平衡数学模型的建立当生产节拍C已知时，对作业单元进行划分，使工作站数量最少，建立生产线平衡问题的0-1规划模型。（1）模型参数的解释C：表示生产线的节拍。n：表示作业单元的个数。i，j：表示作业单元的序号，i,j=1,2,3,……,n。ti：表示完成第i个作业单元操作所需要的时间，i=1,2,3,……,n。Pred=(i,j)：指作业单元i是作业单元j的紧前作业；其中，Pred为作业单元的优先集。K：指生产线能划分出的最大工作站数目。k：工作站号，k=1,2,3,……,K。（2）决策变量xik:xik是0-1变量，如果作业单元i被分配到工作站k，那么，Ak:A建立X公司SMT车间生产线平衡问题的0-1整数规划模型如下：①生产线上的每个作业单元必须分配到某一个工作站，数学式表达式如下：X即：②每个工作站上所有作业单元操作时间之和应小于生产节拍。数学式表达如下：X即：③需要考虑作业单元之间的优先级关系，如果将作业单元i分配给工作站k，它的紧前工序就一定不能被分配到工作站k之后，否则不成立。数学式表达如下：X整个生产线的所有作业单元之间的优先关系用数学式表达如下：k=1④如果一个工作站中已经被分配了作业单元，那么这个工作站的值应该等于1，数学式表达如下：X即：生产线平衡问题是指在生产线的节拍时间已知时，可以建立数学模型来求最少的工作站数，因此，对于X公司SMT车间生产线平衡问题，建立的数学模型如下：目标函数：min=约束条件：4.3.2基于Lingo软件的模型求解因为lingo软件编程的过程简单，运行速度快，所以常用来解决各类数学规划问题。本文将使用lingo软件求解0-1整数规划数学模型，得出最优解。一般来说，使用lingo软件的解决方案有2个步骤。如下：步骤一：建模。建立需要解决问题的数学模型；步骤二：求解。根据实际问题建立的数学模型，用lingo软件来进行运行求解。（1）参数设置①计算节拍时间X公司BYD客户订单的需求为每日1120件，每天的有效工作时间为11小时，则生产线的节拍时间为：C=②确定各作业单元之间的相互关系，根据X公司现有生产线的实际运行情况，将其现有作业单元划分为20个，各作业单元之间的优先级集合表示为：pred={（1，2）（2，3）（3，4）（4，5）（5，6）（6，7）（7，8）（8，9）（9，10）（10，11）（11，12）（12，13）（13，14）（14，15）（15，16）（16，20）（17，18）（18，19）（19，20）}（2）0-1整数规划的Lingo求解根据lingo软件的编程要求，将数学模型中的数据输入到页面窗口中，输入完成后点击执行图标，就会跳出运行状态窗口，具体的编程代码如图4-2所示：图4-2模型编程程序图将以上程序的代码输入到lingo软件中运行求解，运行结果显示，当前解的目标函数值是16，表示最小工作站数为16个。结果