生产线平衡论文

郑州航空工业管理学院毕 业 论 文（设 计） 届 工业工程 专业 0905072 班题 目 关于绿镁科技的生产线平衡应用研究 姓 名 姚小龙 学号 指导教师 王佳佳 职称 助教 二一 三年 五 月 十七 日内 容 提 要生产线平衡即是对生产的全部工序进行平均化，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。目的是消除作业间不平衡的效率损失以及生产过剩。生产线平衡是一门很大的学问，生产线平衡直接关系到生产线的正常使用。生产线平衡率在某种程度上决定着企业设备和人员的利用率，并限制着生产线生产能力的提高。基于电子生产企业生产线的工艺平衡问题是一般劳动密集型生产企业的普遍存在问题，分析工艺平衡是提高生产率的关键问题,有助于采取相应的措施，以利于企业生产效率的提高。本研究首先针对G07装配线车间布局，依据加工工艺进行程序分析，发现瓶颈工序，参照程序分析的改善方法及动作分析、工装自动化等IE方法与手段；将瓶颈工序的作业内容分担给其它工序；分解作业时间较短的工序，把该工序安排到其它工序当中去；在必要时，增加全能工来平衡流水线。最后再对细节问题予以深入研究，全面提高劳动生产率及平衡率，产量随之提高，单位产品成本也随之下降，企业盈利就能显著提高。关 键 词生产线平衡；平衡率；流程程序图；瓶颈Study On The Production Line Balance Application Of The Green Magnesium TechnologyAuthor: Yao Xiaolong Tutor: Wang JiajiaAbstractThe balance of production line is the average of all the processes of production, adjust the work load, so that the operation time of technical means as similar as possible and method. Aim is to eliminate the unbalanced operation efficiency loss and the production of excess. Production line balancing is a lot of knowledge, production line balance is directly related to the normal use of the production line. Production line balancing rate in some extent decides the enterprise equipment and personnel utilization rate, and restricts the production line production capacity increase. Process line balancing problem of electronic production enterprises based on the common problems are generally labor-intensive production enterprise, process analysis of balance is the key problem to improve the productivity, help to take corresponding measures, in order to improving the efficiency of enterprises.This study first research for G07 assembly line workshop layout, program analysis based on the processing technology, discover the bottle-neck working procedure, reference method to improve program analysis and motion analysis, tooling and means of automation, IE method; the content of operation of bottleneck sharing to other processes; decomposition operation time short procedure, the procedure to other process to; when necessary, add all sorts of worker to balance the line. Finally, the details to be in-depth study, improve labor productivity and balance rate, output increases, the cost of unit product，Corporate profits will increase significantly.Key wordsProduction Line Balance; Balance Rate; Flow Process Chart; Bottleneck目 录1 引言1.1 研究背景1.2 研究目的1.3 研究内容2 生产线平衡理论介绍2.1 生产线平衡概述2.2 生产线平衡的评价指标与计算方法2.3 生产线不平衡现象及其原因2.4 生产线平衡的改善原则与方法3 G07装配线现状分析3.1 G07装配线现状介绍3.2 流程程序分析3.3 评价4 G07装配线优化分析4.1 程序优化分析4.2 评价结束语致 谢参考文献关于绿镁科技的生产线平衡应用研究 姚小龙 指导教师：王佳佳 助教1 引言1.1 研究背景流水装配线这种生产方式于19诞生于美国“福特”公司，能够极大地提高劳动生产率。在流水装配线诞的之前，198月，“福特”公司装配车间每个汽车底盘由一位工人装配，每装配完成一件的作业时间是12.5小时。数个月后，当装配线试验成功以后，完成一件汽车底盘的作业时间为93分钟，劳动生产率提高了8倍之多。流水装配线创造出巨大的汽车生产能力，同时也使福特公司的生产规模超过了通用汽车公司。可以说是福特公司发明的流水装配线线生产方式揭开了现代化大生产的序幕。生产线平衡是依照流水线作业的工序顺序，以生产目标算出周期时间，将作业分割或者结合，使各个工序的负荷均匀，以提高生产效率的方法。生产线平衡问题（Line Balancing Problem，简称LBP）伴随着流水线生产的产生而产生，至今已有近百年的时间。这一问题的正式提出是在1954年，美国的B.Bryton在他的硕士论文连续生产线平衡中第一次提出生产线平衡的问题并着手解决这一问题，在此之后，许多研究人员都研究了这个方面的问题，并发明了各种各样的求解方法。目前，对于生产线平衡问题，主要的解决方法可以分为三类：数学分析法（最优化方法）、启发式方法和工业工程方法。而本文则是介绍应用工业工程的方法来解决生产线平衡问题。针对绿镁科技装配G07线平衡率较低情况，本文将从线平衡的理论出发, 结实际情况，全面地应用程序分析、动作分析、工装自动化、ECRS原则等IE方法与手段, 探讨提高生产线平衡的有效方法，对实际生产的状况进行了调整,提高生产线平衡率，提高企业的经营效益。用工业工程的眼光来看，提高生产力的活动贯穿在生产的各个环节和整个系统的始终，可以说与生产系统平行地存在着一个生产率管理与控制系统。在新的竞争环境下，生产力的改进和管理不仅需要分析、评价、控制所用的技术、方法，而且更应该注重对系统的自身的思考，以及研究企业组织制造行为的现代企业理论等一系列的创新的方法和手段，进而围绕技术效率、资源配置效率及非资源配置效率三层结构，以过程为导向，用创新方法来提高生产率。1.2 研究目的在实际生产中往往会遇到这样的问题。在刚刚投入正式生产的时候，所有工位的工作都是较为平衡的，但是经过一段时间之后，有些工位的操作时间明显多于其它工位的操作时间，生产线产生了不平衡的现象。如果工作量分配不均的话，那么高负荷者会因无暇调配时间，而影响产品质量；而低负荷者则因工作量不足，增加无效时间，这样就会造成人力资源的浪费，企业利润的下降。本文通过对绿镁科技G07装配生产线平衡及改善，达到改善作业方法和秩序，消除工位瓶颈，提高作业效率，加快物流速度，减少生产周期的目的，同时达到稳定产品质量，提升员工的工作士气。1.3 研究内容本文结合生产线平衡和工业工程的理论，综合应用工作研究、瓶颈管理和ECRS等手法对绿镁科技G07车间生产线进行平衡分析与改善，并给出改善方案的预计结果。本文结合理论先对生产线平衡的研究方法、生产线平衡的改善原则和步骤、生产效率及工作研究等加以介绍。针对G07车间生产线的平衡进行研究，研究从以下几个方面进行：首先对现有生产线的平衡进行计算、评价，从而发现了生产线存在由于各工序作业时间不均衡造成的间歇性等待,影响了生产效率；生产线有明显的时间瓶颈现象等问题。然后对发现的问题从工作方法、瓶颈工序管理改善、物流浪费、等待浪费等方面进行改善，从而提出改善方案，计算改善后的平衡率，最终达到提高生产线平衡率的目的。在保证了G07装配线的目前平衡状态以后，还要思考对针对各种可能遇见的生产任务进行随机应变。如提高一倍的人力来完成大量的订单，同时也可以再生产任务轻松的时候积极合并生产线，以减少机器设备等固定成本的消耗，大幅降低生产成本，避免浪费。就长期考虑，可以培养大量的全能工以适应电子制造业产线临时调动多的现状。2 生产线平衡理论介绍2.1 生产线平衡概述 生产线平衡是依照流水线作业的工序顺序，以生产目标算出周期时间，将作业分割或者结合，使各个工序的负荷均匀，以提高生产效率的方法。一个产品，少则需要两三个工序，多则几十个，而每个工序又是由多个作业要素所组成，在生产车间里，制造部门依物料的加工流程分为一组、二组、三组，而每组内又由许多的个别工序所组成，所以又把它联结成一条条的生产线。流程的“节拍”（Cycle time）是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隔时间。换句话说，即指完成一个产品所需的平均时间。节拍通常只是指流程中某一具体环节或工序的单位产出时间。如果产品必须是成批制作的，则节拍指两批产品之间的出产间隔时间。依照流程程序设计，如果预先给定了一个流程单位时间内的产出，必须优先考虑的是流程的节拍。一般把流程程序中作业速度最慢的环节叫做“瓶颈”。存在于流程中的瓶颈首先限制该产线的产出速度，其次影响了整个生产系统生产能力的发挥。一般来说，瓶颈就是指整个流程中限制产出速度的各种因素。譬如，在特殊情况下，可利用的人力资源不足、原材料供给不到位、某作业设备发生故障、信息流阻塞等，都很可能成为瓶颈。正如“瓶颈”的字面含义，一个瓶子瓶口大小决定着液体从中流出的速度，生产系统中流程的瓶颈则限制着整个产线的产出速度。瓶颈很有可能“转移”，这由特定时间段内生产的产品或使用的人力和设备决定。所以在流程设计中和以后的每日生产作业中都要引起足够的警惕。 “空闲时间”是指工作时间内没有完成有效工作任务的那一段时间，可以指机器或人的时间。当一个流程中各个工序的节拍不协调时，瓶颈工序以外的其它工序就必定产生空闲时间。此时就需要对生产线进行平衡优化。制造业的生产线大多数是在进行了细分之后的多工序流水化连续作业类产线，由于各司其职，简化了操作难度，使操作熟练度非常容易提高，进一步提高了生产效率。但是经过了这样的作业细分化之后，各工序的作业时间无论在理论上还是在现实上都很难完全相同，这就势必存在各工序间作业时间不一致现象，从而出现瓶颈。除了造成的无谓人力损失外，还造成大量的工位堆积半成品，严重的甚至造成生产的中断。为了解决以上问题就必须对各工序的作业时间均衡化，同时对作业进行标准化，以使生产线能顺畅流动。一条均衡性很高的生产线所追求的目标包括：减少物质、能源、时间和资金的占用与浪费；降低生产成本；降低员工的疲劳度，减少遭受损伤和工伤的概率；利用有限的资源求得最高的产出，提高生产效率。没有一个良好的运行方法，就不可能达到以上目标，也就是说均衡生产需要一个良好方法，一个好方法反过来也能带来好的均衡性。2.2 生产线平衡的评价指标与计算方法生产线平衡就是对生产线的全部工序均衡化，调整各个工位作业负荷，以使各工位的作业时间尽可能相近的技术手段和方法。要衡量生产线平衡状态的好坏，我们必须设立一个定量值来表示，即生产线平衡率或平衡损失率，以百分率表示。首先，要明确一点，虽然各工序的工序时间长短不同，但如前所述，决定生产线的作业周期的工序时间只有一个，即最长工序时间Pitch time，也就是说Pitch time等于节拍（Cycle Time）。此外一种计算方法同样可以得到Cycle Time，即由每小时平均产量，求得一个产品的CT。（1）生产线的平衡率（P）计算公式 （2）生产线的平衡损失率（d）计算公式 2.3 生产线不平衡现象及其原因在实际生产中往往会遇到这样的问题。在刚刚投入正式生产的时候，所有工位的工作都是较为平衡的，但是经过一段时间之后，有些工位的操作时间明显多于其它工位的操作时间，生产线产生了不平衡的现象。生产线不平衡现象概括起来有五种：（1）线上半成品距离不一致；（2）线上没有半成品或稀稀拉拉；（3）有些工作站堆积许多半成品；（4）维修不良多；（5）有的人应接不暇，有的人则很轻松；那么究竟原因何在呢？在装配生产线中，造成不平衡现象的原因很多，归结起来可以分为以下几个方面：（1）产品规格的改变由于产品规格需要根据客户的要求随时进行调整，产品规格的变化必将使得产品的生产工艺有所调整，这种调整有时候改变了工艺顺序，有时会增加或删减一些工序，因此产品规格的改变对生产线平衡的影响是很大的。但是在实际生产中，工序的安排往往不可能在短时间内进行合理化。最常见的情况是新的工作分配下来之后，生产线工艺流程只是在原来工序分派方案的基础上只作有限的调整便开始生产，导致生产线不平衡的问题就暴露无疑。（2）工人对作业的熟练程度的改变工人对自己从事的作业有一个从不熟练到熟练的学习过程，每个人能力的差异，学习的效率并不一样，这就是所谓的学习曲线和工作熟练度。在生产线刚开始运作的时候，所有的操作依照所制定的标准工时较为科学的按其所分派的工序进行生产，生产线也是较为平衡的。但是，经过一段时间以后，由于一些工人渐渐熟悉了自己的工作，能够较熟练的进行作业，使得他这个工位的作业时间相对减少了，而另一些工位可能由于作业工序相对繁琐、或者熟练工人被替换成新手、或是其它的原因造成作业时间居高不下。这时，如果不进行适时地调整，生产线就会产生不平衡的现象。（3）现场布置的改变众所周知工人在作业的时候，其作业时间由两部分时间组成：一是创造价值的时间，也就是生产时间或称增值时间；二是不创造价值的时间，譬如等待时间、搬运时间等，这些时间被称之为不增值时间或非生产性时间。不增值时间是生产中难以避免的时间，就像物流时间一样，但是因为这些时间创造价值，所以我们应当尽可能的减少这些时间占用工位作业时间的比例。工作现场的布置不合理能影响不增值时间，譬如料盘的存放位置、工治具的存放位置等等都会对工人的移动路线、作业动作造成影响。如果在不经意间现场的设施布置被改变，则很可能会影响工位的作业时间，该工位的作业时间就会发生变化，但是造成这种变化的原因却很难被人发现，所以这类造成的生产线不平衡现象的原因很难引起人们的察觉。（4）原料设备工装及工人对生产线平衡的影响在生产活动会导致生产线不能顺畅的运行的因素很多，从而造成暂时性不平衡现象发生。就原料这一方面来说，原料的供应延误、原料的质量不合格等都会造成工位作业的闲置和等待，可能造成停产；就设备这一方面来说，因为设备、工艺装备、夹具等的故障损坏而引发的额外的修理时间也会造成生产线的不平衡；就工人这一方面来说，突发性疾病，发生安全事故、心不在焉操作引发失误造成产品缺陷、零部件错装或者在标准工作时间内，长时间劳累工作使部分工人作业速度不稳定等等很多不可避免的原因都会导致生产线的暂时性不平衡。以上这些原因都会造成作业时间增加，甚至使得生产线停滞，这些也是很常见的造成生产线不平衡的因素。以上我们总结了引起生产线不平衡的种种原因，这些原因在很多情况下会对生产线平衡造成重大影响，所以作为生产管理者必须对其加以重视，并积极采取措施。2.4 生产线平衡的改善原则与方法通过调整各个工位的作业内容来使各个工位作业时间无限相近。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。如何改善耗时长的工序：A.分割作业，把一部分作业分配到耗时较短的工序。B.改善作业，缩短作业时间（如：活用工具等）C.使作业机械化；提高机械的效能。D.并行作业，增加作业人数。E.更换技术水准更高、动作更快的作业人员。如何改善耗时较短的工序：A.分割作业，将其分配到其他耗时也短的工序，从而省略原工序。B.从耗时长的工序，接过一部分作业内容。C.把耗时较短的工序结合起来。D.把需要两个人工序，改成一个人就能应付的工序。3 G07装配线现状分析3.1 G07装配线现状介绍绿镁科技有限公司主要从事手机外壳框架制作及手机组装，而G07装配线主要负责对手机框架的耳机插孔内垫片进行点胶烘干加工，G07车间实行8小时工作制，需要支付工人工资每小时20元。产品外观及实际加工部位如图3-1：加工部位图3-1 G07装配线产品外观图G07装配线布局图如下图3-2，包括点胶，装配，烘干等工序。首先原材料（包括待加工外框、垫环）从车间右下角投入点胶及装配工位，点胶工位负责在垫环上涂抹粘合胶水，装配工位负责将垫环粘贴于外框上边框内侧耳机插孔处，同时安装顶针和磁铁以防止脱落，再装入夹具中放入烤箱烘干，在烤箱末端处工人负责拆卸夹具，将半成品打包装箱，夹具放上传送带循环利用。由于顶针较小，故不宜和夹具同时放上传送带，需要点胶工人从拆夹具处步行获取以循环利用，需要一定的时耗。半成品原材料点胶点胶烤箱烤箱装配装配夹具人人人人人人G07装配线平面布局图传送带顶针顶针图3-2 G07装配线平面布局图磁铁上边框垫环顶针点胶图3-3 点胶加工位置示意图3.2 流程程序分析现场调研，依据相关资料数据编制流程程序图：流程程序图 人员/物料/设备型图号： 页号： 总页数统计工序：点胶地点：GO7装配线方法：现行方法活动次数时间/s距离/m加工 671搬运 11367等待 D检查 425储存 2说明距离/m时间/s符号D储存A取顶针10A将原材料搬运至点胶和装配工位20A取垫片3A检查垫片有无瑕疵5A给垫环点胶15B从点胶工位取垫片和顶针4B取待加工外框3B检查外观有无瑕疵5B安装垫环25B检查有无胶水溢出5B抹布擦拭表面5B取夹具5B安装夹具12B放入烤箱5烘干300C取出夹具7C拆卸夹具8C将夹具放回传送带7C检查半成品外观10C半成品装箱6C顶针装盒3待入库合计71s367s25s图3-4 现今流程程序图进行流程程序分析，存在如下问题：（1）搬运次数较多，有11次，鉴于烘烤的300秒是工艺问题，无法避免；但此处并不影响节拍，因为可以将大批量的产品陆续投入烤箱，这里不存在等待；（2）顶针和夹具同样需要循环利用，但顶针需要人工搬运，完全不必要；（3）原材料的位置不合理，造成不必要的搬运；（4）待入库办成品位置不合理，下面产线的半成品打包需要额外的搬运。3.3 评价可以计算各个工位的作业时间：表3-1 现今作业时间表工位A点胶B装配C拆卸夹具作业时间53s69s41s生产线平衡率：（53+69+41）/(3*69)=78.74%对生产线来说，不平衡率越小越好，一般控制5%-13%之间，至少要控制在15%以下。而本生产线达到了21.26%,显然需要加以改善。日产量：2*8*60*60/69=834（件）单件产品人工成本：20*6/834=0.143（元）据表3-1，可以看出点胶工位和拆卸夹具工位有明显的空闲时间，这样造成了各工位的不平等现象。工人B更愿意接替工人A和C的工作而对自身工作失去积极性；工人C则经常悠闲地完成自己的工作，久而久之，作业动作会更为拖沓，他的作业时间肯定会在41s的基础上日益增加，缺乏劳动创造的积极性。虽然G07装配线采用岗位轮换制度，但一旦更换岗位势必会影响工人情绪，这对企业来说是个比生产线不平衡更为严重的隐患，必须予以重视。4 G07装配线优化分析4.1 程序优化分析针对之前流程程序分析发现的布局及搬运的不合理问题，对现场设施布局做出如下改善：（1）将原材料位置调整于左边正中方便点胶工人快速获取原材料，节省搬运时间；（2）将待入库半成品位置调整于右边正中，方便两条线装箱打包；（3）在烤箱外侧增加两条小型的传送带，以避免顶针的人工搬运；点胶点胶烤箱烤箱装配装配夹具人人人人人G07装配线改善布局图传送带传送带传送带半成品原材料人人图4-1 G07装配线改善布局图图4-1 G07装配线改善布局图（4）由于装配工位的工作量过大，造成节拍过长，故添加一个整理夹具的工位来分摊部分工作予以平衡。依照以上改善意见编制新的流程程序图：流程程序图 人员/物料/设备型图号： 页号： 总页数统计工序：点胶地点：GO7装配线方法：改善方法活动次数时间/s距离/m加工 671搬运 12352等待 D检查 425储存 2说明距离/m时间/s符号D储存A取顶针3A将原材料搬运至点胶工位5A取垫片3A检查垫片有无瑕疵5A给垫环点胶15A取待加工外框5A检查外观有无瑕疵5B从点胶处取垫环、顶针和待加工外框6B安装垫环25B检查有无胶水溢出5B抹布擦拭表面5B传递给整理夹具工位3S取夹具5S安装夹具12S放入烤箱5烘干300C取出夹具7C拆卸夹具8C将夹具放回传送带7C检查半成品外观10C半成品装箱6C顶针放上传送带3待入库合计71s352s25s图4-2 改善流程程序图4.2 评价可以计算各个工位的作业时间：表4-1 改善作业时间表工位A点胶B装配C拆卸夹具S整理夹具作业时间41s44s41s22s由于整理夹具工位同时服务上下两个装配工位，故取22*2计算生产线平衡率：（41+44+41+44）/(4*44)=96.59%，将不平衡率控制在5%以内，完全富有成效。日产量：2*8*60*60/44=1309（件）单件产品人工成本：20*7/1309=0.106（元）人工成本为改善前的0.106/0.143=74%，下降了26%此时虽然各个工位作业时间趋于平衡，但仍要执行岗位轮换制度，这样可以锻炼造就更多的全能工，以适应临时的人员调配；此外还能彼此熟悉相关工位的作业细节，从而各工位能更好的在细节上予以配合。结束语本次关于绿镁科技的生产线平衡应用研究应用了大量工业工程的基本研究方法，进行程序分析，发现问题，重排了各个工位的作业内容，积极大胆地增添生产设施，增加新工位来分摊瓶颈工位作业内容，大幅度提高生产线平衡率，从而提高了日产量，更好地满足交货期，同时降低生产成本，为企业获取更大利润奠定基础。改善后的日产量为1309，这显然无法完成大批量的订单，而且生产设备（传送带，点胶机）也没有充分利用，可以考虑在面对大批量订单时在同样的工位增添一倍的人力，这样产量就有一倍的增长，而机器设备的固定成本不变，也就意味着单位产品的固定成本的下降，企业将有更大的获利空间。致 谢本次研究全部数据资料均来自绿镁科技G07装配线，在此感谢该产线的各位工作人员对本次研究的积极支持，在之后的进一步研究中发现了很多棘手的问题，通过和同学讨论，和管理科学与工程学院各位老师交流予以解决。在论文的修改阶段王佳佳老师对本次研究进行了深入指导并提出了宝贵意见，在此致谢。参考文献1 白东哲.生产系统现场工作研究M.北京:机械工业出版社,.2 张浩.生产管理学M.北京:冶金工业出版社,1992.3 郭伏,张国民.工作研究在流水线平整中的应用J.工业工程与管理,:120-124.4 潘家轺,曹德弼.现代生产管理学(第2版)M.北京:清华大学出版社,.5 Joaqun Bautista,Jordi Pereira.Ant algorithms for a time and space constrained assembly line balancing problemD.