豪情汽车制造企业生产线平衡的研究.docx

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豪情汽车制造企业生产线平衡的研究

豪情汽车制造企业生产线平衡的研究

来源：

宝马会

第一章引言

第一节选题背景

制造工厂经常处在剧烈的竞争环境下，现今又处在“微利时代”，加上多品种小批量、短交期的产销型态，没有较强的竞争力很难永续经营。

现代工业工程是提高企业生产效率的最有效工具，通过系统调整影响生产效率的因素，运用最佳的流程作业方法，使人员、机器、物料有效运作，能极大的提升运作效率，降低制造成本，缩短交货时间，增强产品质量，从而提升企业的利润!

当今企业主要面临着这几方面的问题：

1．产品种类越来越多，客户质量要求越来越苛刻；

2．客户天天要降价，利润越来越少，可成本已经到了极限；

3．人员越来越多、场地越来越大，可还是不够；

4．加班加点拼命干，可还是交不了货；

5．辛辛苦苦做了很多产品，又要返工；

6．该推行的体系都推行了，没什么效果。

利用现代IE技术系统的技能和管理方法，能改善效益，提高利润，因为现时企业中无处不在的浪费和不合理的现象，它能通过对企业生产线改进和完善，使企业的浪费现象降低来达到企业的赢利目的。

第二节研究的基本路线及方法

本文开始首先介绍了基础IE方面的一般内容，包括IE的发展历程以及生产现场的改进，通过具体方法对生产线存在的问题进行改善。

本人通过

一、工作研究

1．工作研究的概述及其特点

工作研究是工业工程的经典内容，主要包括方法工程，时间标准，工作测定等技术。

十九世纪末起源于美国，并在欧洲、日本等西方国家广泛应用和迅速发展。

20世纪它对各工业化国家的高速发展做出了重大贡献，被公认是建立企业基础标准、提高生产力的重要手段，在工业发展体系中起着举足轻重的作用。

工作研究在国外的发展与应用上已有上百年历史，60年代以前就已经进入了成熟期。

在那以后，工作研究技术不断创新，引入了计算机辅助方法。

国外各工作研究相关的软件企业和机构也纷纷崛起，研制开发了一批方法研究和作业测定的应用软件。

而国内在工作研究的发展与应用方面还处于起步阶段，在西方工业化国家就有着快速的发展和广泛的应用。

1976年美国工业工程杂志与博通公司联合对1500家企业工业工程应用情况的调查表明，89%的企业应用工作研究；英国应用工作研究的情况大体与美国相似，据1979年哈里斯对英国401家企业的调查，其中有84%的企业应用工作研究，占应用工业工程各项技术的首位；1981年，路特对企业工业工程应用情况的调查表明，美国90%以上的企业应用工作研究，其中94.1%的企业应用方法研究，96.3%的企业应用作业测定，企业的生产率提高51%；日本、前联邦德国、法国、澳大利亚等发达国家以及我国的台湾和香港地区也将工作研究作为工业工程首选技术，其为企业提高生产率达50%以上。

二、流程分析

所谓流程分析，对产品生产加工的流程以固定的符号进行分析,进行综合的设计改善时使用,包括从产品的开发设计,到零部件的生产及装配等,从宏观到微观的全部生产作业流程.企业流程有很多种类，包括生产、交易、销售和招聘等各种流程。

生产流程是指依靠机器生产，对原材料进行物理加工，并把最终产品交付外部用户的过程。

它不包括货运、配送或促销等各种过程。

交易流程则为生产流程提供支持，或者也可能作为一个独立、单一的流程而存在，例如订购原材料，整理工资单或处理客户订单等。

工艺流程分析是改善整个生产过程中不合理的工艺内容、工艺方法、工艺程序和作业现场的空间布置，设计出最经济合理、最优化的工艺方法、工艺程序和空间配置。

其主要手段有工艺流程图与流程程序图。

工艺流程图仅展示并描述流程中的“操作”以及保证操作效果的“检验”两种主要作业，从而避免了图形的冗长和复杂，可以方便地研究整个流程。

采用工艺流程图是为了从总体上把握整个生产流程，而流程程序图则进一步对生产现场的整个制造程序作详细的记录，以便于对整个制造程序中“操作”、“检验”、“搬运”、“贮存”、“暂存”等作详细的研究与分析，特别适用于分析搬运距离、暂存、贮存等“隐藏成本”的浪费。

流程程序图由操作（“○”）、检验（“□”）、搬运（“→”）、贮存（“▽”）四种符号构成，比工艺流程图更为详尽而复杂。

流程程序图根据研究对象的不同，可分为人型流程程序图与物料型流程程序图。

物料型流程程序图表示生产或搬运过程中的材料或零件被处理的步骤；而人型流程程序图则记载操作人员的生产过种中一连串的活动。

三、动作分析

1．动作分析

动作分析通过研究作业动作中以下不合理现象，通过排除、组合、重排、简化的方法优化作业过程，提高作业效率、质量，从而解决如下对企业经济效益不利的方面：

1）停滞

2）无效动作

3）次序不合理

4）不均衡（如：

太忙碌、太清闲等）

5）浪费

任何人体的动作，若是没有直接产生附加价值，就是没有生产力。

例如，人在走路时，他并没有增加价值。

特别是，如提起或持着一个重物，需用到作业员身体一部分的特别体力的动作，应予以避免。

这不只是因为工作困难，也是因为这代表着MOD。

可以借由工作地点的重新安排，来剔除作业员手持重物走路的动作，仅花了数秒而已。

其余的动作代表着没有附加价值，例如拿起或放下工作物。

经常可看到同一件工作物，先由右手拿起然后再由左手持着。

举例来说，操作缝衣机的作业员，先从供料箱中拿出几块衣料，然后放在机器上，最后才取一件衣料放进缝衣机缝制，这就是动作的MOD。

供料箱应重新摆置，使作业员能拿起一块衣料，直接放进缝衣机缝制。

要认定动作的MOD，需详细观察作业员手脚使用的方式。

然后，必须重新安排物料放置的方式以及开发适当的工具及夹具。

来达到以下目的：

①制造过剩的浪费

②等待的浪费

③搬运的浪费

④加工的浪费

⑤库存的浪费

⑥动作的浪费

⑦生产不良品的浪费表2-118种动作要素表

动素定义分类A．工作有效推进的动作

B．造成工作延迟的动作

C．动作本身不能推进工作

NO名称符号分类定义

1伸手

A空手移动，伸向目标，又称空运

2握取

A手或身体某部位充分控制物体

3移物

A手或身体某部位移动物品的动作

4装配

A将零部件组合成一件物品的动作

5拆卸

A将装配物进行分离和拆解的动作

6使用

A利用器具或装置所做的动作

7放手

A放开控制物的动作

8检查

A将目的物与基准物比较的动作

9寻找

B通过五官寻找物体的动作

10发现

B发现寻找目的物的瞬间动作

11选择

B多个物品中选择需要物品的动作

12计划

B作业中决定下一步工作的思考与计划

13预定位

B物体定位前先将物体定置到预定位置，又称预定

14定位

B将物体放置于所需正确位置为目的而进行的动作

15持住

C手握物品保持静止状态

16休息

C为消除疲劳而停止工作的状态17迟延

C不可避免的停顿

18故延

C可以避免的停顿

2.动作分析应遵循以下原则

1）双手并用原则

双手的动作尽可能同时开始、同时结束；除规定休息时间外，双手不应同时空闲。

2）对称反向原则

双臂或双手之动作，应反向对称为之。

3）排除合并原则

排除不必要的动作。

尽量减少动作，或使二个以上的动作能合并动作。

4）降低等级原则

动作用最适宜最低次的身体部位进行；如手的运动可用手指、手腕、前膊、上膊、肩五个部位进行，但是尽可能设计成只用手指或手腕即可完成的动作。

5）利用惯性原则

物体之运动量，应尽可能利用之，但如须肌肉制止时，则应将其减至最小度。

6）避免突变原则

连续曲线运动，较方向突变的直线运动为佳。

7）弹道运动原则

弹道式之运动，较受限制的运动轻快确实。

8）节奏轻松原则动作

应尽可能使用轻松自然之节奏。

9）手脚并用原则

减少手的工作负荷，可用脚代替控制性的工作。

10）适当的姿势原则

应使用适当姿势操作，避免疲劳及劳动伤害之动作。

3.动作分析的用途

⑴对动作方法顺序的检讨分析，去除不必要的动作，使动作更有效；

⑵分析研讨最合理的作业配置；

⑶作业的工装化及工装改善的基本资料；

⑷改善前后的方法对比与评价；

⑸进行作业方法的详细说明；

⑹设定标准作业；

⑺培养作业方法的分析判断能力。

四、生产线平衡概述

（一）概念

生产线平衡是指为了有效地达成预计的生产目标，在既定的条件下，把生产线上的各作业者的负荷时间作平衡的分配，即就是指为了有效地达成计划性的生产，而对设备和人员的调整作适当设计。

生产线平衡已成为企业生产流程设计及作业标准化的重要方法之一。

（二）生产线平衡的目的

生产线平衡通过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,解决流水线生产在作业分工细化后，各个工序间因作业负荷不均衡而造成无谓的工时损失，工序堆积等问题，使生产线顺畅连动.从而达到平衡生产线的岗位负荷，减少在制品库存，缩短停滞时间，减少生产加工周期的目的。

（三）生产线平衡的实现

1.连续优化生产流程，通过培养多面手员工由生产作业者完成质量检测，保证及时发现质量缺陷，不断改进流程与作业，消除生产过程中一切不能附加价值的活动。

2.生产线改造就是找出当前生产线上不合理或不妥之处，结合现有设备、工装、生产的实际情况，分析设备的生产能力、加工精度和生产节拍等，改进现行工艺方法，使作业变得更容易、更方便、更经济，以达到缩短周期、提高质量、增加产量、降低成本的目的。

通过对加工车间的布置和生产节拍的改善设计，可以平衡生产线，使产品在生产线上的流动更加流畅，使之更有利于满足顾客的需要；通过建立“连续流”的生产方式，可以消除或减少生产过程中不产生任何价值的工作，挖掘整个企业的潜在价值。

（四）平衡生产线的意义

通过平衡生产线可以达到以下几个目的：

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（等同于提高人均产量）；

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，提高生产应变能力，对应市场变化，实现柔性生产系统；

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（Layout）分析、搬运分析、时间分析等全部IE手法，提高全员综合素质。

（五）生产线平衡问题研究方法

生产线平衡问题（LineBalancingproblem，简称LBP）伴随着流水生产线的产生而产生，至今已有近百年的时间。

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。

生产线平衡问题是典型的NP—Hard组合优化难题，目前，针对生产线平衡问题，主要运用数学分析方法。

数学分析方法就是通过建立数学模型来寻找问题的最优解，主要有:

线性规划、整数线性规划模型、动态规划模型、网络模型、以及排队模型等等。

1955年salveson首次公开发表了用解析法描述ALB（AssemblyLineBalancing）问题的文章，他提出ALB问题的线性规划模型，并且描绘了其求解的过程，但是由于其方法的求解需要花费很长时间，而降低了其使用价值。

在Salveson之后很多关于ALB问题的数学分析方法和启发式方法相继产生。

1956年Jackson提出了一种解决ALB问题的枚举法。

其算法的基本思想是先列举出第一个工作站中的满足约束的作业要素的集合，并运用一定的规则消除等同元素，然后从剩余的集合中列举出第二个工作站的作业要素的集合，依此类推，一直到完成了各个工作站的作业要素分配。

由于这种方法的运算量太大而不实用，但是Jackson利用数学理论证明它最终可以得到最优解，这个算法的技术约束条件为工序之间的优先关系。

1960年Boman提出了利用O—I规划方法解决ALB问题，但是和Jackson提出的方法一样，该方法的运算量太大，与实际情况相去甚远。

1962年Held和Karp提出了解决ALB问题的动态规划方法，此方法通过定义了一个合理的任务集合来实现，该集合中如果一个任务优于这个集合中另外一个任务，则该任务应在这个集合中;动态规划模型的状态表示和各个工作站作业要素的加工时间有关。

Held和Karp用该方法建立的目标函数为费用最小化，即生产线上的工作站数量最小化。

1964年Gutjahr和Nemhauser提出了有限网络上求最短路程的方法求解ALB问题，从网络的起点到终点总能找到一条包含最少弧的路径，其工作站的数量由路径中的弧的个数来表示。

Coway提出了利用分枝定界的方法可以解决ALB问题，Chartlton和Death在Coway的基础上利用分枝定界法对A比问题进行了求解，该方法采用的是向前推理的方法，每个分枝代表一个单一任务的分配。

1973年，Johnson提出了一种叫做“寻找新节点”的分枝定界法，即先寻找到一个合理的解，然后采用回溯的原理，查找是否还有与之相等或者更好的解，最终找到最优解。

1989年，Betts和Mahmoud以Johnson的方法为基础，对具有随机作业时间的ALB问题的进行了分析，其方法还实现了多个最优解同时求出的功能。

尽管数学分析方法可以找到最优解，但是运算量都普遍较大而减少了数学分析方法的实用性，而且由于生产线平衡问题的复杂性，实际应用时十分繁琐，在很多情况下这些方法得到的最优解并不符合生产的实际情况。

第三章豪情汽车制造企业案例分析

第一节豪情汽车制造企业简介

浙江豪情汽车制造有限公司（简称豪情公司）是吉利控股集团属下三大汽车生产基地之一，座落在浙江东部沿海的临海市城东经济开发区，占地56万平方米。

临海是吉利轿车的发祥地，1997年3月，吉利控股集团在此开始筹建汽车制造厂。

公司目前主要生产经营HQ6360、JL7131豪情系列轿车和美人豹系列跑车，产品以经济、时尚、安全、环保、舒适为主题，设有普通型、豪华型、个性化等不同的配置以满足不同层次和不同爱好的顾客的要求。

2003年1月28日，“中国第一跑——美人豹”在这里下线。

这是中国第一辆具有完全自主知识产权的都市跑车，获得“中国工业设计创新特别奖”，并被中国国家博物馆永久收藏与展示。

美人豹倡导都市跑车主义，满足个性化消费市场的需求，已于2003年11月在全国各地上市。

2003年8月推出豪情色彩系列轿车，受到了广大购车族的青睐，形成抢购热潮，中国人的汽车梦也从此变得色彩斑斓。

而随后诞生的吉利公主、豪情王子情侣车又给汽车这个代步工具赋予了人性化的魅力。

公司实行“以人为本”的管理战略。

公司尊重每一位员工，用好一切有能力的人，培养一切愿意进步的人。

外部引进：

吸纳了来自天津一汽、武汉理工大学、质量检测中心等人才构成公司核心管理层；内部培养：

实行校企联合，不断为公司输送人员，解决了迅速发展的人才需求。

通过多年的发展，形成了一支协同作战、团结、高效、创新的团体，随着企业的不断发展，许多技术过硬、善于管理的人才已经在各个岗位发挥重要作用。

但是在装配过程中还存在着不少的问题，本章将以其中一条装配线为例，对装配线上出现的问题加以改进，使该装配线的效率有所提高。

第二节对企业进行工艺程序分析

对豪情汽车制造企业的汽车车身的流水线现状来看，可以从工序，作业单位，作业要素，动作单位，基本元素进行着手，通过对工艺的分解，进行如下的程序分析，操作分析和动作分析。

表3-1企业工艺分析图

第二节流程分析

通过上述工艺程序分析，该企业的汽车车身制造的工艺流程是：

先对汽车的制造材料进行板快切断成型，再放好构件A，然后再放上构件B，进行位置校正，放好。

然后进行焊接，再对制品进行检查，搬运到下工序，最后进行制品组装，涂覆，结合该企业在现实中存在的问题进行分析，为了能更加清楚的看出其存在的问题。

我们对汽车车身焊接部分通过生产流程分析表，并用5W1H法对该企业中的不足进行浪费分析和解决。

图3-1焊接平面分析图通过对其流程分析，制出流程分析表：

表3-2流程分析表

符号简要说明5W1H法分析重点问题

→搬入构件距离8米（搬运距离太长）

○放好构件A（1人）

○取构件B（1人）能否和A一起取

→搬运

○校正位置

○安放好

○进行焊接（1人）

○取出成品（1人）

□检查制品（1人）

→搬运到下工序（1人）从上述流程表分析可以看出存在着一些问题：

（一）搬运路线过长，

（二）路线重复走

（三）人员分布不合理（由于后面几道工序在实际中时间远短于前面搬运的时间，是否可以考虑后几道工序中由一人合并操作几道工序）

解决方法：

构件是否能放在离焊接区距离近点的地方，A和B的取构件工作进行合并或者由于仓库距离远及其放置时间久的话，由一人负责取构件，一人进行放置，由于电焊机按钮的启动关闭和取出成品工序时间短，检查制品时间长，将取出成品和电焊机按钮的启动关闭工序由一人完成，减少人力资源，又不影响工作时间，质量。

第三节时间研究

一、时间研究的基本方法

在时间研究中，常用的方法有工作抽样，预定时间标准和标准资料法。

这里采用的是预定时间标准中的模特法，对其工作人员的动作进行研究。

模特法是澳大利亚的预定时间标准和研究协会开发的一中预定时间标准的方法，通过其模特数来预定动作所需要的标准时间。

模特法的工作分析原理：

（一）不同的人完成同一动作所需的时间大致相同

（二）同一人体的不同部位所需的时间存在着一定的比例关系

（三）不同人的这种比例关系相近

模特法是根据人的动作级数，选择以一个正常人的级次最低，速度最快及能量消耗最少的一次手指动作（移动约25mm）的时间消耗值作为其时间单位，即1MOD=0.129S

模特法的基本动作如下表表3-3模特法基本动作

上肢动作移动动作动作移动M1手指动作

M2手腕动作

M3小臂动作

M4大臂动作

M5伸直的动作

反复多次反射动作（M1/2，M1，M2，M3）

终结动作摸触动作

抓握动作G0碰，接触

G1简单的抓

G3复杂的抓

放置动作P0简单放置

P2复杂放置

P5组装

其他动作下肢动作F3足踏板动作

W5走步动作

其他动作R2（独）校正

D3单独的判断和反应

A4（独）按下

C4旋转动作

B17（往）弯腰动作

S30（往）起身坐下

注：

1.符号后面的是模特值

2．“独”表示只有在其他动作停止的场合独立进行的动作

3．“注”表示需要注意力才能完成的

4．“往”表示往复动作

二、焊接过程的MOD法分析

下面是其焊接部分的平面流程图：

图3-2焊接平面流程图企业在改善前的搬入构件，点焊自动焊，检查制品，搬运到下道工序的模特排时法记录表如下：

表3-4改善前MOD表

从上表可以得到搬入构件，点焊自动焊，检查制品，搬运到下道工序所用的模特值分别为41，59，2，10，总MOD=112，对应的总工序时间=41*0.129+59*0.129+2*0.129+10*0.129=112*0.129=14.448S

由于上表中拿取构件有路程来回往返，造成工序上的时间的浪费，经改进，对取构件A，B，进行合并，如下表表3-5取构件合并后改善表

经改造，现在对搬入构件，点焊自动焊，检查制品，搬运到下道工序的MOD数分别为12，34，2，10，总MOD=58，对应的总工序时间=12*0.129+34*0.129+2*0.129+10*0.129=58*0.129=7.482S。

通过对起改造，工序时间减少了14.448-7.483=6.966S，减少了作业时间，提高了工作效率。

第四节生产线平衡

首先我们来看下没有改造前的工工序的作业时间表：

表3-6改善前各工序时间表

搬入A放置A搬入B放置B目视校正启动按钮停止按钮检查制品搬运下工序

338338444810

4.2751.0324.2751.0320.5160.5160.5161.0321.290

数据是没有改造前的由表3-4整理，通过MOD法计算得到假设四个装配工装配速度及各方面都相同，则T装=13.428/4=3.357S（13.428是动作改善前测得的实际操作时间）

用柱行图表示各工序的作业时间如下：

图3-3改善前各工序作业时间柱行图∑CT=4.275+1.032+4.275+1.032+0.516+0.516+0.516+1.032+1.290=14.448S

CT=13.428S/4=3.357S（13.428是动作改善前测得的实际操作时间）

平衡率=各工序时间总和/（工序总数*CT）=14.448/（9*3.357）=47.8%

生产不平衡损失率=1-平衡率=1-47.8%=52.2%因此该生产线存在较大的改进空间，我们通过对拿取构件进行合并，减少了回来路程，下下表：

表3-8取构件合并后的各工序工作时间改善表

搬入A.B放置A放置B目视校正启动按钮停止按钮检查制品搬运下工序

1288444810

1.548S1.032S1.032S0.516S0.516S0.516S1.032S1.290S

数据是改造后的由表3-5整理，通过MOD法计算得到用柱行图表示各工序的作业时间如下：

图3-4取构件合并后的各工序作业时间柱行图∑CT=1.548+1.032+1.032+0.516+0.516+0.516+1.032+1.290=7.482S

CT=6.024S/4=1.506S（6.024S是动作改善前测得的实际操作时间）

平衡率=各工序时间总和/（工序总数*CT）=7.482/（8*1.506）=62.1%

生产不平衡损失率=1-平衡率=1-62.1%=37.9%

由于该生产线中，电焊机按钮的启动关闭和取出成品工序时间与取构件，检查制品，搬运到下道工序的时间比起来，太短，而那的每个步骤人员都站一人，造成人力资源的浪费，下面通过对人员的合理分布进行分析。

通过将控制按钮的人员和取出成品的人员由一人操作：

表3-9取构件合并和人员分配后的各工序作业时间改善表

搬入A.B放置A放置B校正且控制机器按钮检查制品搬运下工序

128812810

1.548S1.032S1.032S1．548S1.032S1.290S

数据是改造后的由表3-5整理，通过MOD法计算得到用柱行图表示各工序的作业时间如下：

图3-5取构件合并和人员分配后的各工序作业时间柱行图∑CT=1.548+1.032+1.032+1．548+1.032+1.290=7.482S

CT=5.474S/4=1.369S（5.474是动作改善前测得的实际操作时间）

平衡率=各工序时间总和/（工序总数*CT）=7.482/（8*1.369）=68.3%

经过工序位置，高度，人员的合理分配，生产率明显有了提高，如下图：

图3-6改善前后的生产率变化

通过改善，对构件的合并拿取，构件的高度放置，人员的合理分配，不仅减少了回程，弯腰