生产线平衡方法分析研究与应用毕业Word文档格式.docx
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2.1.2生产线平衡参数4
2.2生产线平衡方法的相关理论介绍5
2.2.1优先约束关系5
2.2.2理论最小作业要素、工位作业时间6
2.2.3生产线平衡问题的分类6
2.3生产线平衡法的介绍7
2.3.1数学分析方法7
2.3.2启发式方法8
2.3.3工业工程管理方法10
第三章某鞋业生产线平衡研究17
3.1鞋业及公司简介17
3.1.1鞋业简述17
3.1.2公司简述17
3.1.3鞋子生产流程简述18
3.2针车线平衡问题研究19
3.2.1针车线现状21
3.2.2针车线改善方案23
3.3成型线平衡问题研究27
3.3.1成型线现状27
3.3.2成型线改善方案30
3.4鞋业车间布局改善方案31
3.4.1改善背景31
3.4.2改善方案及评价31
第四章总结与展望35
4．1总结35
4．2展望35
致谢37
参考文献39
附件41
外文翻译41
英文41
中文52
第一章绪言
1.1课题研究背景
制造业是所有与制造有关的企业生产机构的总称。
或者说，它是对原材料加工或再加工以及对零部件装配工业的总称。
尽管我国已成为制造大国，但还不是制造强国，我国制造业与发达国家有阶段性的差距，据相关调查结果显示，我国制造业总体规模不到世界的5%，仅相当于美国的1/5，日本1/4。
[2]
二战后，市场需求模式发生重大变化，制造模式、制造技术必然随之发生变化。
随着市场竞争的日益加剧，顾客个性化追求，大批大量生产方式开始逐步向多品种、中小批量生产方式发生转变。
精益生产、JIT、合并工程、敏捷制造、大量定制、成组技术等思想倍受企业家们的关注。
这些思想的宗旨都是如何有效地充分利用企业现有资源，即在不投入或少投入的基础上，使企业产出达到最大，并赢得更多的顾客满意。
生产线平衡方法能很好地响应上述思想，并同时能解决现时制造业存在的制造系统、制造模式、制造技术问题。
生产线平衡方法是IE的七大手法之一，它是通过对各工序的作业时间、人员、机器合理地分配，使生产效率大大提高。
东莞巨佑体育用品有限公司是永茂集团特于2006年在广东东莞沙田镇建设的。
部下有鞋业事业部、服装事业部、高尔夫球事业部。
鞋业事业部的生产方式仍然是按传统大量库存式生产，库存量很高，常常因鞋子部件不配套、品质不过关而停线，严重影响了公司的达成率。
同时为了完成订单员工不得不经常加班，员工意见大。
公司高层管理人员意识到这一问题的重要性，引进了一批IE师，重视5S、看板管理、生产线平衡等。
1.2写作意义
在生产实践当中常常遇到两类优化问题：
如何运用现有资源<
如人力、机器、原材料）安排生产，使产值最大或利润提高，对于给定任务如何统筹安排以便消耗最少资源。
这些都是生产管理人员主要的核心工作。
生产线平衡方法能很好地解决这些问题。
该集团下的三家鞋业四月份产量报告：
南海有三条成型线，四月份产量达17万；
湖南有一条成型线，四月份产量达6万；
而东莞有四条成型线，但四月份产量只有11万。
5月份目标产量订为17万。
因此在东莞鞋业生产线进行生产线平衡是当务之急，只有实现生产线平衡，才能保质按量完成任务。
因此，进行生产线平衡能充分实现企业产能，能提高公司的达成率。
实现生产线平衡还有如下几点意义：
（1）生产线平衡有利于提高企业的生产效率。
一个工厂的主要任务是QCD三大项任务。
Q指产量，C指成本，D指交货期。
也就是说如何用最低的成本及时为顾客提供满意的产品。
通过生产线平衡，制定合理的生产作业标准，就可以缩短产品的生产周期，从而提高生产效率，即提高单位产量。
（2）实现生产线平衡有利于保证产品质量的稳定性。
因为生产线的不平衡会造成不同工位的劳动强度不同，瓶颈工位上的员工为了减少堆积品，会忽略质量。
（3）实现生产线平衡是企业实现“一个流”的生产前提。
（4）提高生产线平衡率有利于减少在制品库存，降低企业物流成本。
通过对生产线上的各工位进行工序同期化的调整，能很好地减少在制品数量。
（5）提高生产线平衡率有利于调动员工的工作积极性。
一来是因为“流”的顺畅<
减少员工停工待料），二来是因为员工感受到“公平”对待。
（6）实现生产线平衡有利于提高企业产能,使企业利润增大。
1.3生产线平衡研究现状
生产线平衡问题是伴随着流水生产线的产生而产生的，至今已有百年历史。
但这一问题的正式提出是在1954年美国人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，许多科研人员都研究了这个方面的问题，并发表了各种各样的求解方法。
目前国内外对这一问题的研究着重于理论上，其基本思路是将一个实际的流水生产线按一定的方式进行简化，然后建立适当的数学模型或图表，之后采取适当的算法进行求解，这些方法可分为两大类，数学分析方法和启发式方法。
然而在管理现场的人并不是理论的研究者，而是要求实操性强且易掌握的方法。
这种方法就是工业工程管理方法。
在国外，工业工程管理方法被广泛用于生产管理当中，国内比较少，现在国企还没有IE师这个职位，但国内的外资企业，尤其是台资和日资企业比较重视IE。
随着IE师引入的成功案例增多，IE师将来定成为中国企业的普及职位。
1.4课题的基本思路
先介绍课题的研究背景以及意义，再介绍三大生产线平衡方法中的一些方法，着重介绍工业工程管理方法，然后针对东莞巨佑的生产实际，选其两条线：
一条为针车线、另一条为成型线作为研究对象，通过对其程序分析、作业测时、机器效能评价来合理地安排各工位作业的内容，使生产线上工序同期化，合理安排人机负荷，使人机效率达到最佳。
对鞋业车间进行全新布局，为持续线平衡改善活动提供良好的环境。
第二章生产线平衡问题的概述
2.1生产线平衡的相关理论
2.1.1生产线与流水线及单件流
生产线是一种按照对象专业化原则组织起来的生产组织形式。
是制造系统的基层制造系统。
流水线是生产线的一种优化形式，生产线工位的排序不一定按照产品的生产工艺顺序排列下去，但流水线一定按加工工艺顺序排列工位，使产品按照一定的速度，连续和有节奏地经过各个工位依次加工，直到生产出成品。
它是生产过程中在空间上和时间上的合理组织形式，减少库存与物流，降低企业成本。
流水线是生产线平衡问题解决的基础框架。
一般流水线具有以下几点特征：
<
1）劳动对象按照既定的工艺程序依次通过各个工作地，并按照统一的生产速度<
节奏），连续地、重复地完成各道工序的作业。
2）流水线上出产相邻两件制品的时间间隔，有着明显的节奏性和统一规定。
3）工作场所使用具有高度专业功能的专用设备。
4）各道工序工时定额与其工作地数量比例都等于或小于流水线节拍，以保证生产过程的比例性和平衡性。
5）工艺过程是封闭的，劳动对象在工序间单向移动。
并不是所有的生产线都能组织成流水线生产，组织流水线生产要具备以下条件：
1）产品设计和工艺要相对稳定，但要体现现代科技的先进的成果，要有良好的工艺性以符合工艺同步化的要求，零部件要有良好的互换性，以保证加工或装配时间的稳定。
2）工艺过程要能划分为一些简单的工序，又能根据工序同步化的要求将其适当地加以合并或分解，使各道工序的生产节拍大致相等。
3）要采用先进而又合理的工艺方法，以充分发挥高效率的专用设备效能。
4）制品产量要大，以保证各工作地设备的正常负荷，充分发挥生产上的规模效应。
单件流是指以最小的单位流经各生产流程的生产方式。
即加工一个，检查一个，传递一个。
其目的在于促使流程达到最顺状态，减少在制品库存，使流程中不可隐藏任何问题点，达到及时地发现问题并及时改善的效果。
其基本步骤如下：
1）设定节拍时间：
根据当日的目标产能和计划工时算出，即节拍时间＝
2）测试操作时间，用秒表直接测量每位作业员实际加工一个工序所需的时间，再视情况给予5%~10%的宽放率；
3）公布节拍及操作时间，规范作业人员操作；
4）进行流程的全面分析；
包括人机平面布置图、工艺流程分析图等，并进行流程平衡分析；
5）流程调整，运用“ECRS”四大原则对流程整体考虑，分析并优化；
6）要有后备资源，以应变特变情况，如机器故障要花较大时间维修，要是备多一台机器就不会影响这一台机器故障所引起的停线。
在实施单件流时，还必需考虑以下几方面因素：
1）人的因素：
要区分标准作业和非标准作业、培养多能工、动作标准化等；
2）设备因素：
要做好TPM，降低故障损失；
3）质量因素：
要执行好质量的“三不”<
不制造不良品、不接受不良品、不流出不良品）政策，保证质量；
4）物量供应因素：
要进行QCO，实现快速转换；
5）管理因素：
要随时进行协调指挥，公平、公正、必要时还有公开。
2.1.2生产线平衡参数
1、生产节拍、工序同期化、工序节拍
生产节拍即<
CycleTime/CT）是指连续完成相同的两个产品<
或两次服务、两批产品）之间的时间间隔，即完成一个产品所需要的时间。
通常流水线是以相同的时间间隔将完工产品从上道工序向下道工序移动。
这个相同的时间间隔称为流水线节拍，它表明了流水线生产效率的高低，是衡量流水线工作水平的重要参数。
生产线节拍，一般用一定的时间内，生产线产出的产品数量来计算节拍，即CT=。
Tw：
计划期内有效的工作时间，Q：
计划期产品出产量。
工序同期化是指工序间的时间一致性。
生产线节拍是对整条生产线来说的。
为了达到工序同期化，必须考虑生产线的组成单元——工序。
生产线上的各道工序完成的各自作业任务所需时间是不尽相同的。
也就是说，在相同的生产时间内，各工序的实际产出能力是不相等的，实际上一条生产线的产量等于产出能力最低<
工序时间最长）的工序的生产产量。
为了说明生产线工序同期化的程序，引进一概念——工序节拍：
流水线各工序生产单位产品所需要的时间。
ct=tw：
工序有效的工作时间；
q：
在有效时间内工序产品生产量。
在tw一定的情况下，工序节拍取决于工序产品生产。
而工序产品生产量有以下几个影响因素：
工序作业内容、操作者技术水平、工序设备的生产能力、产品质量、物流情况等。
从以上生产线节拍与工序节拍的介绍可知，为了使生产线平衡，需满足：
生产线节拍>
=工序节拍，生产线节拍－工序节拍的时间之和最小。
2、瓶颈工位、空闲时间
瓶颈工位是指工序生产时间最长的工序也就是工序节拍最长的工序。
瓶颈工位不仅限制了生产线的产出速度，而且影响了其它工位生产能力的发挥。
而造成瓶颈的因素也是制约产出的因素包括人员利用率、原材料是否及时供应、发生机器故障或信息能不能及时交流等。
瓶颈工位并不是固定不变的。
它可能会“漂移”，这取决于在特定时间内人员配置和设备使用情况、物流因素等。
空闲时间是指工作时间内没有执行有效工作任务的那段时间，可以指设备或人的时间。
当一条生产线上的各个工序节拍不一致<
工序同期化程序低），瓶颈工序以外的其它工序就会产生空闲时间。
3、生产线平衡指标
评价生产线平衡指标有工作总站数、生产线平衡率、平衡损失率、平滑指数和成本等。
（1）工作总站数N是指生产线上工位的总数目。
（2）生产线平衡率P＝
。
（3）平衡损失率d=1-P，或d=。
（4）平滑指数：
SI=。
（5）成本包括人力成本和设备成本。
2.2生产线平衡方法的相关理论介绍
2.2.1优先约束关系
如果工序a完成后，紧接着可以开始工序b（或只有当工序a完成后才能开始工序b>
那么a是b的紧前工序，b是a的紧后工序。
在生产线中，产品总有一定的工艺性要求，就必然存在着紧前工序和紧后工序，这些关系可统称为优先约束。
优先约束关系一般用优先图或优先矩阵来描述：
如图1
图2-1优先图
优先矩阵是为了方便计算，由优先图转换而成的：
101000000
100110000
100011000
100000001
100000110
100000100
100000010
000000000
M=
Mij＝1，表示作业要素i是j的紧前作业。
在作业要素分配时必须将作业要素i分配在j所在工位之前的工位上。
优先图、优先矩阵等工具被广泛应用于数学分析法和启发式法当中。
2.2.2理论最小作业要素、工位作业时间
理论最小作业要素，是指生产作业中不可以细分的实际作业任务。
如插销钉、钻孔等。
进行这种划分的目的是为了把生产线的整个作业过程合理地分配到各个生产工位上去,以便于生产作业分析、生产过程规划和生产线的平衡。
进行划分时可以用Ti表示第i个（i=1,2,3,·
·
n>
理论最小作业要素的作业时间。
在生产线规划过程中，Ti一经确定就认为是不变的常数，是生产线平衡的基础数据。
工位作业时间，若生产线为流水型排列的n个工位，需要在第i（i=1,2,3,·
个工位上完成的作业要素分别有：
T1,T2·
，Tei,·
Tki（ei=1,2,·
ki>
则该工位的作业时间Ti：
Ti=
ei=1,2,·
，ki
k1+k2+·
+ki+·
+km＝n
2.2.3生产线平衡问题的分类
由生产线平衡指标，可以把生产线平衡问题分为三大类：
1）确定了生产线的节拍CT，如何减少工作站数N，使生产平衡率P达到最大化。
2）确定了生产线上的工作站数（工位数>
N，如何减少生产节拍，使生产平衡率达到最大化。
3）确定了N和CT，如何使平滑指数SI最小化。
2.3生产线平衡法的介绍
自1954年，生产线平衡问题被正式提出并着手解决后，许多科研人员对这方面的问题作了大量研究，概括起来可分成三大类：
数学分析法、启发式法和工业工程法。
2.3.1数学分析方法
数学分析方法是通过建立数学模型，经过大量的数学计算来寻找问题最优解的方法。
数学模型在《运筹学》课本内都有所介绍，主要包括线性规划模型、整数线性规划模型、动态规划模型、网络模型等。
如何运用现有的资源<
如人力、机器、原材料）安排生产，使产值最大或利润提高；
对于给定的任务如何统筹安排以便消耗最少的资源；
线性规划就是解决这类问题。
在建立线性规划模型时主要经过以下三个步骤：
假设变量，确定合适的决策变量是能否成功地建立数学模型的关键；
根据假设变量给出的约束条件，约束条件是用来描述决策变量受到各种限制的等式或不等式；
建立目标函数，目标函数是根据假设的变量而实现目标的函数表达式。
整数规划是线性规划的一种特殊情况，其要求最优解必须是整数，求解整数规划问题一般采用分支定界法。
分支定界法的基本思想是，设有最大化的整数规划的问题A，与它相应的线性规划问题B，从解问题B开始，若其最优解不符合A的整数条件，那么B的最优目标函必是A的最优目标函数Z*的上界，记为
；
而A的任意可行解的目标函数值将是Z*的一个下界，记为
，分枝定界法就是要将B的可行域分成子区域，称为分枝。
逐步减少
和增大
称为定界，最终求得Z*。
其关键在于分枝和定界。
0－1整数规划是整数规划的一种特殊情况，其变量仅能赋予0或1，其求解过程如下：
先由变量的数目考虑可能解的个数，再一个一个地分析可能解，看其是否能成为可行解，并通过不断地改进过滤条件，最终找到最优解。
在试探过程中，一旦满足不了过滤条件即可删除，没必要看其是否满足约束条件。
故这种方法也称为举枚法。
动态规划是一种解决多阶段决策问题的方法，是现代企业管理中的一种重要决策方法，可用于解决最优路径问题、资源分配问题、生产调试问题、库存问题、排序问题及设备更新问题等等。
许多问题用动态规划方法求解常比线性规划或非线性规划更有效，特别是对于那些变量为离散型的问题。
它针对多阶段决策问题的特点，提出了解决这类问题的最优化原理，把比较复杂的问题划分若干阶段，并且逐阶段解决而最终达到全局最优。
在应用于生产线平衡上，一般是通过定义一个合理的任务集来实现，该集合中如果一个任务优于这个集合中的另一个任务，则这个任务应在这个集合中。
对于生产线平衡的一般数学提法是：
给定一个无回路的有向图G=（E,P>
，节点E表示作业要素集合，弧P表示生产作业元素之间的先后关系集合。
一个节点i∈E有一个值Ti（i=1，2，·
，n>
表示作业时间。
生产线平衡问题就是求节点集E的一个划分：
E=
使一定的目标得到优化,满足一定约束条件。
2.3.2启发式方法
启发式方法比数学分析方法要简单且易懂，求解速度快，因而备受研究人员的关注，其求解的基本思路为首先将可分配作业与不可分配作业分开，然后在可分配作业中，从第一个工位开始寻找工序的组合，并使这个工位的闲置时间最短。
再进入下一个工位，并把已选的工序删去。
重复进行，直到作业分配完毕。
主要的方法有分级位置加权法和最大设定准则法。
在用启发式法求解平衡问题时，一般都利用优先图、优先矩阵等工具进行求解。
现用图2-1的例子来说明分级位置加权法与最大设定准则法的求解过程。
1、分级位置加权法
1）把装配作业任务分解为若干个最小的装配作业任务单元。
称为最小作业单元。
如图中的工位1,2,3,·
8,9。
并测出最小作业时间标于工位上方。
2）计算：
权重：
Wi=
，
Wi：
最小作业单元加权值；
ti：
第i个最小作业任务单元的装配时间；
Pi：
第i个最小作业单元装配之前各最小作业单元集合；
tj：
集合pi中的第j个最小作业单元的装配作业时间。
如W3=t1+t3=5+2=7其余见表2-1：
表2-1 加权值表
装配单元
1
2
3
4
5
6
7
8
9
装配单元作业时间
装配单元加权值
17
10
22
27
30
3）作装配顺序图，见图2-2：
图2-2装配顺序图
4）确定装配线节拍，计算每个最小作业单元的加权值。
5）将最小作业单元按加权值由大到小排列，如表2-2，并令代表工作站编号的变量k=0。
表2-2加权值表
6）令K＝k+1,Tk=T。
设节拍时间T＝10。
7）从顺序表中，按加权值从大到小选出满足ti<
=Tk的第一个最小作业单元，其单元号为i，若找不到跑到步骤<
9）。
8）将最小作业单元i分配给工作站k，并从顺序表中删除单元i并将Tk的值减去ti,若顺序表空，则表明完成线平衡，否则转向步骤<
7）。
9）若Tk=T，则表明所设定的节拍时间太短，无解，否则转向步骤<
6）。
最后结果如图2-3：
图2-3工位重组图
评价效果的好坏用平衡率LE进行评价。
LE=
LE=
=75%
2、最大设定准则法
仍用图2-1作例子，
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