最新版渔具生产装配线平衡问题研究毕业设计.docx

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最新版渔具生产装配线平衡问题研究毕业设计

本科毕业论文

题目：

渔具生产装配线平衡问题研究

摘要

随着全球制造业的快速发展，市场由卖方市场转入买方市场，如何提高生产线的产量和整体效率，越来越受到企业的重视。

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，节约资源，同时还有利于保证产品质量，降低生产成本。

本文首先阐述了生产线平衡的重要性，然后交代国内外研究现状，再介绍生产线平衡的三大内方法：

最优化方法、启发式方法和工业工程方法。

明确了工业工程便于实施、价格低、实用性强、尤其适合小型生产线的特点，以山东威海某户外用品公司的一条生产DS05高档秤的生产线为例，用工业工程方法对生产线平衡予以改进，工业工程方法包括方法研究与作业测定两大块，本文没有过多考虑作业测定，而是直接使用标准时间，重点在于方法研究中的作业分析，采用了“5W1H”技术，并使用鱼骨图分析问题的所在，利用ECRS原则处理问题，改善生产线现状，在此基础上，结合PDCA循环帮助实现精益生产。

最后比较三个参数：

时间损失率、生产线平衡率、平滑系数来说明改进的效果。

在文章最后提出了后期的改善建议。

关键字：

工业工程方法；生产线平衡；ECRS；5W1H；PDCA

Abstract

Withtherapiddevelopmentofglobalmanufacturingindustry,themarketconvertsfromaseller'smarkettobuyer'smarket.Howtoimprovetheyieldandtheoverallefficiencyofproductionline,becomemoreandmoreimportanttoenterprises.Realizingthebalancedproductioncontributestotheloadbalancingofequipmentandmanpower,thuscanimprovetheutilizationrateofequipmentandworkingsaveresources,aswellasensurethequalityofproductsandreducetheproductioncost.Atfirst,thispaperexpoundstheimportanceoflinebalancingandresearchstatusatintroducesthreeassemblylinebalancingmethods,optimizationmethod,line.ItakethecharacteristicsofoutdoorsuppliescompanyinShandongWeihaiforexamplebytakingindustrialengineeringmethodstoimproveproductionlinebalance.Itisaboutaproductionofline.,industrialengineeringmethodincludestwolargechunks,studyandworkmeasurement.Itakeitwithouttoomuchconsiderationofworkmeasurement,butdirectlyusethestandardtime,emphasisonmethodstudyofjobanalysis,adopted"5w1h"technology,andusethefishbonediagramanalysisoftheproblem.WhileusingECRSprincipletodealwithproblemsandimprovetheproductionstatus,IcombiningitwithPDCAcycletomanufacturing.FinallyIcomparethreeparameters,time,linebalancerateandlossratesmoothingcoefficienttoillustratetheeffectofimprovement.AttheendofthispassageIputforwardtheimprovementSuggestions.

Keyword:

industrialengineeringmethod;assemblylinebalancing;ECRS;PDCA

目录

1绪论1

2生产线平衡研究目标和内容3

2.1研究目标3

2.2研究内容概述3

2.3行文思路3

3生产线平衡基本理论和方法5

3.1生产线平衡的相关理论5

3.1.1生产线与生产线平衡概述5

3.1.2生产线平衡参数6

3.2生产线平衡方法介绍7

3.2.1最优化方法8

3.2.2启发式方法9

3.2.3基础工业工程方法9

4改善方案的制定及评价11

4.1生产线现状及问题11

4.1.1公司概述11

4.1.2生产线现状11

4.1.3生产线存在的问题分析13

4.2改善措施的制定15

4.3改善后评价与分析17

4.3.1改善后的效果评价17

4.3.2后期改善建议20

5总结与展望23

5.1总结23

5.2展望23

参考文献24

致谢26

1绪论

随着全球制造业的快速发展，市场由卖方市场转入买方市场，如何提高生产线的产量和整体效率，越来越受到企业的重视。

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，节约物资消耗，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，降低生产成本。

流水线作业是现代化工厂广泛流行的一种生产作业方式，它是由多道工序共同完成一项制品的作业方式。

流水作业是按产品加工工艺的先后顺序排列工作,使加工对象依照一定的速度和顺序连续不断地被加工,或由从事加工的作业人员按规定的加工顺序和加工速度,在固定的加工对象上连续加工的一种先进的生产组织形式。

制造业的生产多半采用流水线作业生产,此时由于分工作业,简化了作业难度,使作业熟练度容易提高,从而提高了作业效率.然而,经过了这样的作业细分化之后,各工序的作业时间在理论上、现实上都不能完全相同,这就势必存在工序间作业负荷不均衡的现象。

除了造成无谓的工时损失外,还造成大量的工序堆积,严重时会造成生产线的中止.生产线平衡（Streamline Bal2ancing,简秤“产线平衡”）就是为了解决上述问题而提出的一种手段与方法,它对各工序的作业时间进行平均化，同时对作业进行研究、对时间进行测定,使生产线顺畅连动.为了保证生产线平衡，改进工序是必然要做的事情。

因此，对流水线作业的工序改进具有很重要的研究意义。

目前工业工程在国内的研究处在起步阶段，一些科学方法的应用还缺乏一定的理论基础，在这时经验排序法无疑将会占有主导地位，尽管此种方法缺乏相关的科学理论做依据，但是也是长期经验总结而得出的方法。

另一方面，绝大部分小规模生产企业没有专门的部门对装配线进行专业的改善，企业财力也不允许。

针对这一情况，基础IE方法以其方便和廉价的巨大优势登上了舞台。

在需求多样化和个性化，产品的生命周期日益缩短，市场价格透明化等诸多市场环境变化下，制造业应如何面对挑战摆在我们面前。

所以，制造业必须用先进制造技术改造传统技术，提高生产力和生产效率，要求最大限度地使过程合理化。

因此要在空间上和时间上合理地组织生产过程，不仅要保证生产过程连续地，有节奏地运行，而且要不断地提高劳动生产效率，缩短生产周期，减少在制品数量造成的浪费，加速资金周转

等[1]。

研究ALB最主要的目的就是优化生产线。

据相关数据统计，即使在美国这样的工业发达国家，在装配生产线中也有5％－10％的生产时间是浪费在平衡延迟上。

目前我国大多数装配生产线是手工和半自动化为主的，进行生产线平衡研究就更有必要

了[2]。

通过生产线平衡可以达到一下目的：

（1）提高作业员及设备工装的工作效率；

（2）减少单件产品的工时消耗，降低成本；

（3）减少工序的在制品，真正实现“一个流”；

（4）在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高应变能力，应对市场变化，实现柔性生茶系统；

（5）通过平衡生产线可以综合应用到程序分析、动作分析、规划分析、搬运分析、时间分析等全部IE手法，提高全员综合素质[3]。

在我国，工作研究的应用还处于起步阶段，人们对效率、标准化的意识比较薄弱。

有相当数量的企业存在作业方法缺乏科学性、系统性、标准化，主要凭经验和个人意愿行事，工作研究不成体系。

所以在我国，目前如何推进工业工程的应用还是一个繁重的任务。

不仅如此，在实施工业工程的有些企业中还存在指导思想的错误，主要表现为，一些企业要么对工业工程不信任，不敢贸然实施；要么就一开始就直接跨过基础工业工程这一阶段，直接进入现代工业工程阶段。

前者是一种裹足不前的保守思想在作怪，后者是一种不顾中国国情和我国企业现状好高骛远的做法，都是一种极端的决策。

相比之下，从基础工业工程入手进行生产线的优化，加强生产线的平衡性，倒是一种脚踏实地的做法，不仅可以逐步实施“一个流”生产，并且可以在成熟的时候为以后实施现代工业工程打下坚实的基础。

制造业是国民经济持续发展的主要源泉，是一个国家国力的重要支撑行业。

决定制造企业竞争力的五大要素是产品、质量、成本、交货期和服务水平，这五大要素在不同时期对竞争力的作用是不同的。

随着世界统一市场的逐渐形成和发展，企业经营环境变化迅速，不确定性增加，人们的消费方式和消费观念也发生了深刻的变化，使得企业间的竞争日趋激烈。

谁能更迅速适应环境的变化和缩短对顾客新需求的响应时间，推出用户所需要的全新产品，谁就能占领市场，赢得竞争。

半个多世纪以来，美国、日本、德国等发达国家制造企业以工业化为核心、以工业工程（IE）为支撑技术来提高经济效益、增强竞争实力，至今仍以此作为国际竞争的基础。

这是因为自泰勒的时间研究开拓了工业工程领域以来，工业工程发展的主要动力正是在于不断地创造新的技术、通过缩短物料转化时间或新产品开发周期等来提高经济效益和企业竞争力。

随着知识经济时代的到来，基于时间的竞争要求进一步提高对顾客的响应速度，从基础研究、应用研究到产品上市的时间愈来愈短。

工业工程研究领域已从靠缩短产品开发和生产周期扩展到产品研究与开发阶段，从整体上、在更高层次、更大范围来考虑时间的压缩问题。

因此，深入研究时间的压缩方法，扩大工业工程的应用对于提高企业竞争力具有重要的意义。

2生产线平衡研究目标和内容

2.1研究目标

通过运用基础工业工程的若干方法对山东某厂渔具装配线进行优化和改善，明确目前小型装配线存在的不足，找到既经济又适合此种装配线的改进方法。

目前对于国内外的大型装配线来说，有一套完备的，理论充足的设计与优化方法，对这类问题来说，进步的空间较小，改进的困难比较大。

但是这类方法大多是比较昂贵，实施起来比较复杂，要花费大量的人力和财力，因而不适合小型的装配线。

再者，许多生产管理者对于小型的装配线的优化方法停留在经验排序上，虽然这种方法是建立在大量的实践经验的基础之上，有一定的说服力，但是随着生产力发展，生产工具的革新，经验排序法已经因为它缺少可靠理论而跟不上时代步伐。

本课题对山东威海某装配线进行分析和改善，找到最适合此类问题的方法并对其进行论证与评价。

2.2研究内容概述

本文的研究内容大概分为三个部分：

第一个部分是对生产现状进行分析，主要分析制造业的发展现状以及面临的挑战，明确本文的研究背景，找到最适合目标群的改进方法，具体包括国内外研究现状，小型生产线存在的问题以及此类问题的特点，然后交代量身定制的方法。

第二部分是对方法的介绍，首先介绍生产线平衡的相关理论和参数，再综述生产性平衡的三大类研究方法：

最优化方法、启发式方法、基础工业工程方法，比较他们的优劣，论证基础工业工程方法的实用性。

第三部分是以自己的暑期实习经历为线索，先对山东威海某厂进行简要描述，再对某厂现状及存在的问题予以交代，然后用基础工业工程的方法进行改进，并且评价改进后的效果。

通过这三大部分的阐述，本文为财力尚缺的小型装配线提供了可靠地改进依据，具有较大的实用价值。

2.3行文思路

总体来说，本文的行文思路可以概括为发现问题、解决问题、评价效果。

本文的行文思路可以通过以下的图2.1形象的反映出来。

图2.1行文思路

3生产线平衡基本理论和方法

在解决实际例子之前，本文先介绍有关生产线平衡的理论和方法，其中包括生产线与生产线平衡的相关概念、评价指标、目前处理生产线平衡的方法等。

3.1生产线平衡的相关理论

在这一节，作者将介绍生产线平衡的相关理论，先从生产线的概念入手，然后过度到生产线平衡，再介绍生产线平衡的参数和评价指标。

3.1.1生产线与生产线平衡概述

关于生产线，有着这样一个起源故事，从前在英格兰北部的一个小镇里，有一个名叫艾薇的人开的鱼和油煎土豆片商店。

在店里面，每位顾客需要排队才能点他（她）要的食物（比如油炸鳕鱼，油煎土豆片，豌豆糊，和一杯茶），然后每个顾客等着盘子装满后坐下来进餐。

艾薇店里的油煎土豆片是小镇中最好的，在每个集市日中午的时候，长长的队伍都会排出商店。

所以当隔壁的木器店关门的时候，艾薇就把它租了.　他们没办法再另外增加服务台了；艾薇的鳕鱼和伯特的油煎土豆片是店里面的主要卖点。

但是后来他们想出了一个聪明的办法。

他们把柜台加长，艾薇，伯特，狄俄尼索斯和玛丽站成一排。

顾客进来的时候，艾薇先给他们一个盛着鱼的盘子，然后伯特给加上油煎土豆片，狄俄尼索斯再给盛上豌豆糊，最后玛丽倒茶并收钱。

顾客们不停的走动；当一个顾客拿到豌豆糊的同时，他后面的已经拿到了油煎土豆片，再后面的一个已经拿到了鱼。

一些穷苦的村民不吃豌豆糊-但这没关系，这些顾客也能从狄俄尼索斯那里得个笑脸。

　这样一来队伍变短了，不久以后，他们买下了对面的商店又增加了更多的餐位。

这就是流水线。

将那些具有重复性的工作分割成几个串行部分，使得工作能在工人们中间移动，每个熟练工人只需要依次的将他的那部分工作做好就可以了。

虽然每个顾客等待服务的总时间没变，但是却有四个顾客能同时接受服务，这样在集市日的午餐时段里能够照顾过来的顾客数增加了三倍。

生产线在各行各业以及大型的操作系统中起到很大作用，随着作用的不断增大有的企业也越来越受到关注比如上海康利实业有限公司从一九八四年开始在粉粒体物料和纤维物料、液体物料的自动化、现代化控制工程进行开发，在粉粒体工程、液体计量、化纤包装、机械成套设备、气力输送自动计量都取得较好的成果等。

生产线就是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线。

康利实业生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。

现代的生产线多是在作业细分的基础上的多工序流水化连续作业线，

由于各工序份工作业，作业难度简化，作业的熟练程度容易提高，因此作业效率提高。

但是由于工序细分，生产线上各工序的作业时间在理论上、现实上都不能完全相同，势必存在工序间街拍不一致的“瓶颈”现象。

除了造成无谓的“空闲时间”损失外，还造成大量的工序堆积，严重的还可能造成生产终止。

为了解决以上问题就必须对各工序的作业时间平均化，同时对作业进行标准化，以使生产线能顺畅活动。

“生产线平衡”是指对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使各作业时间尽可能相近的技术手段与方法。

由于生产线平衡受很多因素影响，如因环境、心情、睡眠等原因使生产效率发生波动，员工迟到早退等，因此生产线没有绝对的平衡，只有相对的平衡。

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。

生产线平衡指南主要包括生产线平衡的相关定义、生产线平衡的意义、工艺平衡率的计算、生产线平衡的改善原则和方法。

3.1.2生产线平衡参数

瓶颈的（BottleNeck）定义:

阻碍企业流程更大程度增加有效产出或减少库存和费用的环节谓之瓶颈，瓶颈可能是有形的，也可能是无形的。

生产系统的目标是平衡物流，而不是平衡生产能力；“非瓶颈”资源的充分利用不仅不能提高有效产出,而且还会使库存和搬运增加；瓶颈环节损失1小时,相当于整个系统损失1小时，而且是无法补救的；非瓶颈环节上节约1小时，毫无实际意义；瓶颈制约了生产系统的有效产出和库存。

节拍是指流水线上前后出产两个相同制品的时间间隔。

当流水线的运输批量等于1的情况下，节拍按下式2.1计算[4]

（3.1）

式中，为流水线节拍；为计划期有效工作时间；为计划期应完成的产量。

若按批运输时，则流水线节拍为：

（3.2）

式中，为运输批量。

节拍确定之后，下一步是如何合理组织流水线上工作地的任务分工。

工作地承担制品生产过程中至少一个或多个无法分解的作业元素的加工任务叫做最少工作地数，流水线工作地分工的合理性体现在用最少的工作地数来完成制品的生产过程，即完成所有的作业要素。

在给定了节拍时间后，最少工作地数应为

（3.3）

式中，[]符号表示大于或等于的最小整数；表示制造单位制品所需全部作业元素加工时间的总和，，其中为工序的加工时间。

时间损失系数或效率

式中——工作地数目；

——第工作地的综合工作时间。

效率：

（3.4）

生产线平衡率

（3.5）

式中表示生产线平衡率，其中表示工序的加工时间，表示工位数，表示生产线上工位中最长操作时间，即瓶颈时间。

平滑系数[6]

（3.6）

表示生产线上工位中最长操作时间，表示第工作地的综合工作时间。

3.2生产线平衡方法介绍

当生产线平衡率不高时，需要采用一些改善原则和方法调整工序的作业内容，使各工序作业时间接近或减少工序时间之间的偏差，改善生产线的平衡状况。

具体可采用的一些原则如下[5]：

1）首先应考虑对瓶颈工序进行作业改善，作业改善的方法可参照程序分析的改善方法及动作分析、工装自动化等方法与手段。

2）将瓶颈工序的作业内容分担给其他工序。

3）适当增加作业员。

只要平衡率提高了，人均产量就等于提高了，单位产品成本也随之下降。

4）合并相关工序，重新排布生产工序，相对来讲在作业内容较多的情况下容易平衡。

5）分解作业时间较长的工作，把该工序安排到其它工序当中去。

可采用的方法如下：

3.2.1最优化方法

最优化理论与算法是一个重要的数学分值，他所研究的问题是讨论在众多的方案中什么样的方案是最有以及怎么找出最优方案。

这类问题普遍存在。

例如，工程设计中怎样选择设计参数，使得设计方案既满足设计要求又能降低成本；资源分配中，怎样分配有限资源，使得分配方案既能满足各方面的基本要求，又能获得好的经济效益；生产计划安排中选择怎样的计划方案才能提高产值和利润；原料配比问题中，怎样确定各种成分的比例，才能提高质量，降低成本；城建规划中，怎样安排工厂、机关、学校、商店、医院、住户和其他单位的合理布局，才能方便群众，有利于城市各行各业的发展；在人类活动的各个领域中，诸如此类，不胜枚举。

最优化这一数学分支，正是为这些问题的解决，提供理论基础和求解方法，他是一门应用广泛、实用性强的学科。

最优化是个古老的课题，长期以来，人们对最优化问题进行着探讨和研究。

早在17世纪，英国科学家Newton发明微积分的时代，就已提出极值问题，后来又出现Lagrange乘数法。

1847年法国数学家Cauchy研究了函数值沿什么方向下降最快的问题，提出最速下降法。

1939年前苏联数学家提出了解决下料问题和运输问题这两种线型规划问题求解方法。

人们关于最优化问题的研究工作，随着历史的发展不断深入。

但是，任何科学的进步，都受到历史条件的限制，直到20世纪30年代，最优化这个古老课题并未形成独立的有系统的学科[7]。

20世纪40年代以来，由于生产和科学研究突飞猛进的发展，特别是电子计算机日益广泛应用，使最优化问题的研究不仅成为一种迫切需要，而且有了求解的有力工具。

因此最优化理论和算法迅速发展起来，形成一个新的学科。

至今已出现线性规划、整数规划、非线性规划、几何规划、动态规划、网络流等许多分支。

最优化理论和算法在实际应用中正在发挥越来越大的作用。

3.2.2启发式方法

启发式方法以其简便、易懂、快速和满意赢得了众多管理人员的信赖和欢迎,并被广泛应用于各个领域。

它的产生主要是为了克服现实建模的困难,提供一种更有效的决策工具,与最优化方法相比较,启发式方法的优点主要有:

逻辑模型接近于现实,流程图建立在决策者经验的基础上,因此启发式方法隐含着多目标方案;它的主要局限是它的静态性,即在平衡过程中,固定的准则是预先确定的优先准则,而从产品加工过程、市场需求和公司战略来看,环境是动态变化的。

启发式方法的产生主要为了克服现实建模的困难，提供一种更有效的决策支持工具。

事实上，更一般地讲，启发式算法是决策者在作决策时的思想方法的流程图，与最优化方法相比较，启发式方法的优点主要有：

逻辑模型接近于现实；流程图建立在决策者经验的基础上，因此启发式方法隐含着多目标方案。

启发式方法的主要局限是它的静态性：

在平衡过程中，使用固定的准则，也就是预先确定的优先准则：

而从产品加工过程、市场需求和公司战略来看，环境是动态变化的。

包括遗传算法和启发式算法等。

遗传算法（geneticalgorithms,简秤GA）是J.Holland于1975年受生物进化论的启发而提出的。

GA是基于“适者生存”的一种高度并行、随机和自适应的优化算法,他将问题的求解表示成“染色体”的适者生存过程,通过“染色体”群的一代代不断进化,包括复制、交叉和变异等操作,最终收敛到“最适应环境”的个体,从而求得问题的最优解或满意解。

与传统优化方法相比,遗传算法的优点是:

①群体搜索;②不需要目标函数的导数;③概率转移准则。

近年来,由于遗传算法求解复杂优化问题的巨大潜力及其在工业工程领域的成功应用,这种算法得到了广泛的关注[8]。

[1]禁忌搜索（TaooSearch,简秤TS）的思想最早是由Glover（1986）提出,它是对局部邻域搜索的一种扩展,是一种全局逐步寻优算法,是对人类智力过程的一种模拟。

TS算法通过引入一个灵活的存储结构和相应的禁忌准则来避免迂回搜索,并通过藐视准则来赦免一些被禁忌的优良状态,进而保证多样化的有效探索以最终实现全局优化。

相对于模拟退火和遗传算法,TS是又一种搜索特点不同的meta-.JournalofIntelligentManufacturing[J],11,295–310.

[2]王玉荣.瓶颈管理[M].北京.机械工业出版社.2002.

[3]程荣秋，马士华.生产与运作管理[M].北京.高等教育出版社.2005.12.

[4]Tasan,S.O.,&Tunali,S