A03154 对装配生产线平衡的研究解析.docx
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A03154对装配生产线平衡的研究解析
I
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-σ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-σ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-σ管制,学习曲线
RESEARCHONTHEASSEMBLY
PRODUCTIONLINEBALANCE
ABSTRACT
Tomeetthevariablerequirementofthemarket,itbecomesmoreandmoreimportanttoimprovetheefficiencyofproductionline,decreasethestorageofhalf-goodsandattainequalizationforthepipelines.Itisanpopularindexforthecompanytomaketheassessmentonapipeline,anditisalsoaffectthelinecapability.
Throughstudyingonthetheoryoftheassemblylinebalanceandcombiningthethecharacteristicofthetherealproductionline,wefinditishelpfultopracticetheindustryengineeringtechnology.First,thispaperhasrecountedthetheoryofthepipelinebalanceandofhowtomakeevaluationforit.Thenbythetheory,thepaperdefinedthedetailmethodstoimprovethelinebalance.ForthemodelofNwhichisoneofthemostimportantproductsinourcompany,wefoundsomeproblemsonthepipelinebyanalyzingthesituation：
unreasonablemeasurementforcycletime；obviousneckstation；lowefficiencyfortheuseofman-machine；improperarrangementfortheoperation.
Bystepsandmethodsofassemblylinebalance,thepaperpracticethestatisticmethodofx-σcontrolandthestudy-curve,sonewman-hourwasmade.ThenfollowingECRS（Eliminate,Combine,Rearrange,Simplify）principleofIEandman-machinethemethod,weadjustedoperationcontentandmaketheoperationcyclereachunanimity.Duringtheimprovement,wealsomadethecostdownforsomestations,operators,machinesandincreasedtheproductioncapacityoflinegreatly.
Theorypracticeinthepaper：
1.Tomeasuretheman-hourwithx-σmethod.
2.Throughstudy-curve,improvetheman-hour.
3.Touseman-machinemethodandadjusttheallocationofoperatorandmachine.
KEYWORDS：
productionlinebalance,operationcycle,man-machine
operationanalysis,x-σcontrol,study-curve
目录
摘要
ABSTRACT
第一章绪论
1.1课题背景及研究意义
1.2国内外研究现状
1.3本课题研究方
1.4论文的创新之处
第二章理论概述
2.1流水线生产线平衡理论
2.1.1生产线平衡定义
2.1.2装配线平衡原则
2.1.3线平衡的效果评价
2.1.4影响线平衡的要素
2.1.5线平衡改善方向
2.2IE基础理论
2.2.1方法研究分类
2.2.2程序分析的四大原则
2.2.3操作分析种类
2.2.4动作分析十大原则
2.3作业测定（也称为时间研究）
2.3.1时间研究分类
2.3.2时间研究实施步骤
2.4学习曲线理论
2.5保证质量要求
2.6本章小结
第三章N机型生产现状分析
3.1N机型装配线简介
3.2N机型生产线中存在的主要问题
3.3本章小结
第四章N机型生产线平衡方案实施
4.1工序节拍平衡改善的步骤
4.2确定组装及包装段各工序站位的工时
4.2.1学习曲线分析
4.2.2以X-σ统计法确定工时量测值
4.2.3重新确定各工序站位的工时
4.3提高瓶颈站位的生产能力
4.4调整工序作业内容
4.4.1工序作业调整的基本原则
4.4.2工序作业内容调整方案实施
4.4.2.1站位作业内容改善
4.4.2.2站位分布调整
4.4.2.3线体规划与品质相结合
4.5人机法的应用
4.6其它管理方式及技巧的应用
4.7本章小结
第五章N机型生产线平衡方案实施效果评价
5.1工艺流程变更的相应措施
5.2调整后的生产效率
5.3改善后的产能及人力变化
5.4本章小结
第六章结论与展望
参考文献
致谢
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（Surfacemounttechnology,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：
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。
应用工业工程（IndustrialEngineering,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,系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-σ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
2.1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%（1-1）
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）Σ（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（BalanceDelay）指标（用Bd）来评价,又称时间损失系数（用εL来表示）,平衡延迟是一件在制品在线上的总空闲时间与它自始至终留在装配线上的总时间之百分比值。
如下列公式
（1）：
Bd=（N×C-t总）/（N×C）×100%（1-2）
式中,N—工位数,C—理论节拍,t总—总工作时间
对于Bd的值,有以下三个区间的评定结论,
由上,平衡率为η=1-Bd,,（1-3）代入
（1）,则为
η=t总/（N×C）×100%（1-4）
2.1.4影响线平衡的要素
1）工序的作业内容
工序的作业内容是按照工艺的要求定义,在指定的工作站位需完成的工作内容。
任务的多少会直接影响到完成作业的时间。
2）操作者的技术水平
不同作业人员因为知识背景,经验积累及个人身体状况的差异,即使是相同的工序内容,操作技术能会有不同,从而会使测试时间产生差异。
3）工序设备的生产能力
设备在一定时间内装配产品数量的能力及设备本身的嫁动率（开工率）,即代表了其生产能力。
同样的工序内容,由不同型号的设备来完成,可能会存在数量及品质的差异；而在流水线作业条件下,由于设备不良,在处理不当的情况下,有可能使整条流水线都停产。
除了以上三点,其它如物流的安排,原料的品质,设计的因素也会影响线平衡。
2.1.5线平衡改善方向
1）改进工艺设备与操作设备方面
生产线节拍的构成表明,若要缩短生産過程的节拍,一方面可以利用加工零件自身结构的特点,通过机械结构的科学设计,使作业过程中某些时间进行重叠,以缩短作业时间,另一方面缩短过程中部分或全部动作所耗用的时间,同样可实现缩短整条线节拍。
通常改善设备往往需要较高的费用,不少公司出于对成本的考量往往不太愿意进行此方面的变更,这与人们的思维方式有关。
人们往往会产生误解,对每日每时发生在生产线上的费用认为很少,不在乎,但对为了改进生产线一次性发生的费用自理却认为很高,这种认识是不正确的,,以图2进行相关性说明。
放弃对连续发生的浪费进行排除,结果造成损失的情况很多,对于降低工时和降低成本要追求其经济性,正确的判断是很重要的。
需以科学的计算方式,且根据外界环境的变化,合理地进行评估。
2）改进工艺方面
通过调整生产工艺来控制节拍,在国内外也有大量研究和应用。
如对于某冰箱厂一条冰箱生产线的两道工序----箱体装配与发泡的节拍相差较大的问题,采取在它们之间增设一个缓冲环节----储存线的方法解决。
3）改善产品本身的设计
随着科技的发展,越来越多的产品,尤其是电子类产品出现在人们的日常生活中,改善人们的生活品质。
为了抢占市场,产品自研发到投产的时间是受限制的,而通常产品本身也存在一个自不成熟到成熟的发展过程,当然也就会有一些不符合最佳工艺的设计结构出现。
故工厂在生产过程中,应积极与研发设计单位进行沟通,根据自身的生产经验,对于影响生产工艺的设计,提供建议,请设计者在可能的情况下进行修正。
这样的生产模式,通常称为DFM（DesignForManufacture）,即当产品处于正式投产前以及正式生产中,通过FMEA（FailureModeEffectiveAnalysis）方法对实际生产的品质状况,以及人员作业方便性等方面进行分析,对产品本身的设计提出改善要求,使生产适合工艺的生产,这种设计改善也是公司持续发展的重要内容。
当然,也不是仅要求所有的产品都按照实际生产能力来设计,而是发挥设计的潜能,使产品的工艺与工厂实际生产能力尽量达到一致,降低生产单位的负担,让公司利益最大化。
4）改进节拍计算方法
工作站位数,生产效率等,更科学有效。
2.2IE基础理论
工业工程（IndustrialEngineering,简称IE）思想最早是由科学管理之父泰勒在20世纪初提出的,它是以人,物料,设备或设施,能源和信息组成的集成系统为主要研究对象,综合应用工程技术,管理科学和社会科学等知识,使其达到降低成本,提高质量和效益的目的,同时为科学管理提高决策依据。
现代IE是以大规模工业生产及社会经济系统为研究对象,在制造工程学,管理科学和系统工程学科基础上逐步形成和发展起来的一门交叉的工程学科。
它是将人,机,料,法及环境等生产系统要素进行优化配置,对工业等生产过程进行系统规划与设计,评价内容日益广泛。
新时期的IE是一个以制造为中心,基于现代科学技术,特别是信息,网络和计算机应用的综合技术。
它是利用人因学,社会科学,自然科学,管理科学,行为学,组织学和伦理学的观念以及高度发达的通讯与效能技术和方法交互渗透去实现基目标。
其特征是实践性,工程性,社会性,创新性。
实施先进的IE技术方法时,必须将其建立在一套好的,稳定的,经得起考验的基础标准之上。
企业的基础如果很薄弱,无法满足先进的IE技术方法和先进的制造技术的要求,会事倍功半,难以实现预定目标。
以工业工程为主的生产线平衡技术分方法研究和作业测定两类,该技术的优点是使企业在不增加投资或减少投入的情况下,对生产过程的作业程序,作业方法,物料配置,空间布局及作业环境等方面的改善,达到平衡生产线并进而提高生产力,提高经济效益的目的。
2.2.1方法研究分类
程序分析：
整体性制造过程各作业运用剔除，合并，重排与简化使之合理化。
操作分析：
是对某部分的作业分析操作者的作业方法，或与机器的关系达到改善作业方法，降低工时消耗，提高设备利用率。
动作分析：
对操作者细微身体动作进行分析，删除其无效动作，提高生产效率。
程序分析、操作分析和动作分析分别按从宏观到微观、从粗略到具体的步骤介绍生产线平衡的实施要点和实务,可为生产线的改进提供指导。
2.2.2程序分析的四大原则：
为删减（Eliminate）,合并（Combine）,重组（Rearrange）,简化（Simplify）,简称ECRS,用于对生产过程进行优化。
使用较少的人数及较短的时间，一面谋求作业负荷均等，一面使作业人员能舒服地完成作业,如表2所示。
对于生产线上手工装配作业比较密集的区域,可以根据实际情况,采用”一人完结方式”,使该区域各工位作业量达到均衡。
例如设计适当的治具,或是进行工位合理地调配,使得所有作业内容可以合并在一个工位进行。
很显然,这样一来,每个工位的作业量都相同,消除了由于不平衡造成的浪费,以便人力精减。
2.2.3操作分析种类
操作分析可分为：
人机操作分析,联合操作分析,双手操作分析。
1）人机操作分析
主要在分析人工或机器之能量闲置,以谋消除浪费增进效率之道,“人”的工作时间以及“机器”的工作时间所占之比例有多少，一个“人”最多可操作几部机。
人—机操作图（Man-Machinechart）,又称为多项活动图,是一种描述有多个工人,或是一个工人与一台机器或多台机器的工作系统中,联动的同步活动的图表方法。
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