装配生产线平衡的研究

装配生产线平衡的研究摘 要 随着快速多变的市场需求及企业的发展, 在流水线生产的模式下, 如何提高生产线的整体效率, 减少工序间的在制品, 以及追求同步化生 产越来越受到重视,企业生产中通常用平衡率这一量化的指标来评价一 条流水线平衡性的高低.它在某种程度上决定着企业设备的利用率, 并 限制着生产线生产能力的提高。 论文通过对装配生产线平衡的研究,结合自身企业产品的特点,对现 有生产进行了改善, 说明了现有工业工程技术在生产线平衡改善中的作 用。首先, 本文叙述了生产线平衡理论及评价方式, 及影响线平衡的要 素,同时根据工业工程基础理论定义了改善生产线平衡的方式。对于本文 所讨论的机种N 机型, 针对其线平衡率不高的问题, 通过分析现状, 找 出了问题所在：工时量测不合理； 有明显的瓶颈站位存在；人机利用 率较差；作业工序安排不当。然后根据生产线平衡的步骤及方法,运用 了统计分析的x-管制方法,及学习曲线的理论, 重新确定了工时；并 按照工序节拍均衡的原则, 通过对工业工程理论中ECRS 及人机操作分 析方法的运用, 调整了工序内容, 使各工序节拍趋于一致, 且精减了部 分站位, 节省了人力, 设备成本, 并使生产能力得到了提高。论文的运用方法： 1. 结合统计制程管中的x-管制方法, 来对工时量测进行计算。 2. 运用学习曲线, 结合实际生产状况, 适时进行工时改善, 降低 生产线工时, 提高了人均产出。 3. 运用人机操作分析法, 调整测试站位的工时及人机分配。 关键词： 生产线平衡, 工序节拍, 人机操作分析, x-管制, 学习曲线第一章 绪论1.1 课题背景及研究意义 随着全球经济的发展，科学技术的飞跃，市场需求的变化，国内国际企业的竞 争日趋激烈，企业竞争优势体现在质量，成本，交期，服务，安全等各方面。在进 行原料加工生产的制造业中,全员劳动生产率水平的高低可作为企业经营管理水平 的重要经济指标之一。现国内外正经历着新的产业革命精益生产,重新定义企业价值,消除一切不 必要的浪费。在实际加工生产中, 浪费主要表现在：不必要的工序； 原料或半成品 或成品盲目地搬运；因上道工序的不及时,下一道工序只能等待等。这些会造成无谓的工时损失,生产线平衡即是衡量产线工序水平的重要指标之一,也能反映出企业 综合管理水平的高低。对于流水生产线而言，节拍时间是衡量生产线的生产能力， 各个生产工位的作业时间不可能完全一样才造成各个工位的生产节拍不同,即产生作业负荷不均衡的结果。实现均衡生产, 有利于保证设备, 人力的负荷平衡,从而能 提高设备和工时的利用率,同时还有利于建立正常的生产秩序和管理秩序,以保证产品质量和安全生产；均衡地进行生产还有利于节约物资消耗, 减少在制品,加速流动资金的周转,从而降低生产成本；并通过运用各种科学的改善技术, 提高了全员的综合素质。流水线生产是一种高效率的生产组织方式，为了让流水线发挥出最大的效能，必须使流水线各工序的生产能力均衡一致，也就是使流水线达到平衡。本人所在公司-华硕电脑, 创立十余年, 在世界顶尖工程技术研发团队支持下， 华硕的产品线完整覆盖至笔记本电脑、主板、显卡、服务器、光存储、有线/无线网络通讯产品、LCD、PDA 随身电脑、手机等全线3C 产品。遍布全球20 多个国家和 地区的分支机构，以及十万余名员工，于1989 年在苏州建厂。N 机型型号产品是本公司A 厂的产品, 该产品小巧精致,具有播放音乐功能。其电路板采用SMT (Surface mount technology, 表面贴片技术)制程,而整个机台则采用流水线组装,测试及包装的生产工艺。 以流程表示整个生产工艺过程如图1：图 1 产品工艺流程其生产过程的竞争力将一定程度上决定着本厂后续成长的空间。自实际生产中观察, 目前生产中还存在生产效率低,设备利用率不高等问题点。改善其生产现状,可提高 本厂竞争力,为后续争取更多的订单作好准备。1.2 国内外研究现状 流水线生产一般可分为两种: 加工生产线, 装配线。加工生产线是一系列机器上制造与加工零件, 例如冰箱的部件。装配线则是在一系列工作台上将制造出的零件组合在一起, 包括部件装配线与产品总装线。装配线(包含自动化,半自动化和手工装配线)是制造行业中应用很广泛的生产方式。生产线平衡是这种生产方式评价的重要指标, 因此研究人员对其进行了大量的研究工作。目前国内外对于流水线平衡的理论研究已达到相当高的水平, 提出了各种算法：Jackson算法,分枝定界算法, 遗传算法, 随机算法, 启发式算法等, 用建立模型并求解的方式来解决一般装配线的平衡问题。1) Jackson 算法:在满足优先约束的基础上,列举所有分配组合,从而找出最 优的那一个; 2) 分枝定界法: 把所有可以分配到当前位置的所有可行的作业元素当作第一个分支, 接着考虑所有可能分配的情况, 就是下一层的分支; 3) 遗传算法: 借鉴自然界自然选择和自然遗传学机理上的概率性搜索法; 4) 随机算法:即随机的排列算法, 一次运行不一定能得到较好的结果, 但通过多次运行,结果会比较好 。以上皆是从数学算法上来进行求出最优解, 在第一生产线的IE 工程师很难理解现有的理论和方法, 且这些方法往往带有复杂的计算,给实际应用带来困难。还可以 通过仿真技术来模拟生产中可能出现的状况,该方法侧重于对系统中运行的逻辑关系的描述,能够对生产调度方案进行评估, 分析系统的动态性能,并选择系统的动态结构参数,其中数学模型是仿真的基础,只有建立起正确的数学模型和数据, 才能得 到正确的仿真结果 。这同样给现场管理人员带来一定专业技术上的难度。西方的工业化已经经历了将近一个世纪的发展, 从20 世纪初泰勒等人的工作研 究与时间研究,到80 年代左右计算机技术在工业领域的应用及至90 年代通讯与网络 技术的发展,工业化的内涵和外延都发生了很大变化4 。应用工业工程(Industrial Engineering, IE)理论和方法的企业在发展取得了很大进步, 同时也获得了可观的效益。对于我国企业,因经历了计划经济到市场经济的转变, 大部分企业仍处于研发投入不足, 工业基础薄弱及管理水平不高的状态,且主要从事设备及人员密集型的产业,急需要提升整体水平。传统的装配线理论主要把注意力放在劳动力的有效利用上, 对设备及设施的利用不充分, 且通常把问题看成静态并寻找最优的解决方案。工业工程分为基础工业工程与现代工业工程。基础工业工程技朮可分为方法研究与作业测定两个方面, 可使企业在不用增加投资，或投资很少的情况下就能大大提高生产线的平衡。成效也会快而明显，也被认为是减少各种浪费，挖掘企业内部的潜力，提高生产效益的实用技术；而现代工业工程则是与概率论,数理统计,运筹学及系统工程等相结合,对企业进行更科学的管理。考虑当前国内的技术水平,管理状况及信息流通水准,基础工业工程的理论更易于实施并展现效果,而若能将基础工业工程与现代工业工程相结合则对企业的长远发展有着重大意义。本文将从线平衡的理论出发, 将结合本企业实际情况,统而全面地应用各种理论, 探讨提高装配线平衡及生产效率的有效方法,为有相同状况的企业提供改善思路及方法。本文以企业内正在在运行的某产品装配线为例进行研究, 规划了进行装配线平衡改善步骤对于学习曲线,工时量测的理论及人机关系理论进行深入研究,总结出适用于同类线体的经验并且应用工业工程的改善方法,对实际生产的状况进行了调整,提高了装配线平衡率, 为企业实际效益的增加发挥了作用。1.3 本课题研究方法 针对现有N 机型产能不足及线平衡率不高的状况,以生产线平衡理论及工作研究理论为前提, 通过对现有生产线进行全面考察,找出影响生产线平衡及产能不足的原因是：作业程序排定的不合理, 测试站人机利用率低, 产线工时不精准及产线站位冗余等原因。运用生产线平衡的方法,结合实际生产状况, 重新对生产线进行平衡与改善,局部或整提高生产线平衡, 提升了产能,同时还有利于建立正常的生产管理秩序，减少在制品，降低生产成本，提升了生产效率。1.4 论文采用的线平衡方案： 1) 设立改善方向及目标,因时制宜, 对生産分阶段进行改善。2) 运用学习曲线,结合实际生产状况, 进行工时及时改善,并运用工业工程理论, 降低瓶颈站的工时,即生产线节拍,提高了产线的平均产能,同时,根据学习曲线理论,总结出量测产线工时的时机,使后续生产能及时有效地得到控制。 3) 结合统计制程管中的x- 管制图, 来对工时量测进行计算。 4) 运用人机分析法, 分析测试站位的人机分配,并对不合理的方面进行调整。第二章理论概述1 流水线生产线平衡理论 术语名词定义: 工作站: 为了完成某一产品的各道工序, 在装配线指定一个工作位置, 工人在其中进行操作, 这个位置即称为工作站。作业元素: 将操作划分为一个一个操作单元,这些操作单元一般不能再分。 总作业时间: 从产品整个装配流程来说, 装配一个产品需要的时间, 即装配一个产品所有作业工序的作业时间总和。 先后顺序约束: 作业元素之间加工的先后顺序。在装配线的作业分配中, 当且仅当一个作业元素的所有前作业元素被分配完毕, 这个作业元素才能被分配 。 节拍: 是流水线生产最重要的工作参数。节拍指流水线上连续生产两个相同在制品的间隔时间, 它表明流水线生产速度的快慢或生产率的高低 。运用生产节拍的概念,将作业划分为数个工作站,每一个工作站要完成的工作由多个作业基本单元组成, 使每个工作站在节拍内都处于繁忙状态,以完成规定的操作量,从而使各工作站的闲置时间最少,作业达到平衡, 效率较高。生产线各站作业的不平衡,会造成无谓的损失外,还会造成大量半成品的堆积, 严重时甚至会造成装配线的中止。要使产线能够顺畅高效率地运作,就必须使各站的负荷均衡化,即尽量使分配到各站作业总时间相等, 避免或尽量减少等待时间。生产线的平衡状况反映了生产组织是否合理,这与产品的产量, 质量及成本皆有很大关系。生产线节拍的公式定义如下 生产线节拍=每天的生产时间/每天的计划产量目前,对于装配线平衡的研究主要分为以下3个方面：(1) 给定装配线的最小节拍,求最小工作站数,通常在装配线的设计与安装阶段进行； (2)给定装配线的工作站位数, 使装配线的节拍最小,对已存在的生产线进行调整优化；(3)在装配线的工作站数和节拍得到优化确定的条件下, 均衡工作站上的负荷, 给工作人员一种公平感 。 2.1.1 生产线平衡定义：又称工序同期化,是对于一定生产节拍下的装配线, 所需工序的工作地与作业人员数量最少的方案。生产线平衡是衡量生产线工序水平的重要指标之一, 生产平衡率越高,则产线发挥的效能越大。 生产线平衡率=各工序时间总和/(CT*工序数)*100%CT：生产线工序中最大标准工时,即生产线节拍根据定义可以看出,生产线平衡需满足以下两个条件：1) 生产线节拍工序时间 2) (生产线节拍-工序时间)最小2.1.2 生产线平衡原则: a) 调整作业元素组成各工序的作业时间不超过生产线节拍, 又不违反工序先后顺序, 并使工序数目尽可能减少。 b) 各工序损失时间尽可能少, 且较均匀, 使装配时间损失率最小。2.1.3 线平衡的效果评价 装配线平衡效果主要是以平衡延迟(