（工商管理专业论文）重汽商用车公司装配线的平衡研究.pdf

函袈大学硕士学位论文 摘要 自1 9 1 4 年福特建立了第一条组装线以来，这一牛产形式在制造领域得到了广 泛应用。组装线乎衡现状的改善对企业生产能力和竞争能力的提高有着重要影响。 对于中重型卡车组装线来说，由于产晶本身的特点，许多企业的自动化程度 不高，主要是依赖人工组装。组装线时间定额的制定以及装醚作业工位的分配多 是依靠工艺设计师多年的工作经验。时间定额的制定随意性较大，操作作业单元 的作业对间存在较大误差；工位作业分配不平衡，容易引起工人不满情绪，从两 影响组装线的装配连续性，降低生产效率。 装配作业时闻是平衡组装线的摹础和重要数据，本文结合该公司现状，使用 生产流程分析方法，分析了汽车装配作业模型，将汽车装配作业分为人工作业模 型、人枫作业模型剩联合作业模型。同时提出了一种作业测定方法：依据汽车 装配劳动定额时间标准结合秒表法，分别对三种作业模型进行作业测定。 结合该公司组装线实际情况，本文选择某典型车型为案例，提出了单一产晶 组装线平衡的数学模型，给出了一种算法设计：首先采用r p w 法，使用计算机求 解，获得初始解；其次挑选作业完成时间较长的工键的作业，分析其与其他工缀 作业进行交换和转移的可能性，弗进行个别工位作业的转移和交换，最终获得一 个较为满意的优化解。 由予用户个性化的需求，组装线混流装配已经不可避免。本文首先提出了一 种中重型卡车分类方法，然后以典型车型的装配作业工位分配优化结果为基础， 给出不同车型的装配作业进行工位分配方法，并应用混流装配的数学模型评价函 数进行优化评价。 关键词：时间测定混流组装线 a b s t r a c t s i n c et h ef i r s ta s s e m b l yl i n ew a s e s t a b l i s h e db yf o r di n1 9 1 4 ，t h i s k i n do f p r o d u c t i o ns y s t 锄h a sb e e nw i d e l y a p p l i e d i nm o s tm a n u f a c t u r i n g a r e a s t h e i m p r o v e m e n to fa s s e m b l yl i n eb a l a n c i n g h a sag r e a ti m p a c to nt h ep 硎u c t l o nc a p a b l l l t y a n dc o m p e t e n c ec a p a b i l i t yf o re n t e r p r i s e s f o ra s s e m b l yl i n eo fm i d d l eo rh e a v yt r u c k ，b e c a u s e o fl o wa u t o m a t l o nl e v e l , m a n ye n t e r p r i s e sr e l yo nm a n u a la s s e m b l y t h em e n s u r a t i o no f t a s kt i m ea n da s s l g no t t a s kr e l yo ne x p e f i e n c eo fd e v i s e r b e c a u s eo ft h ec h a n c i n e s so f m e n s u r a t l o n ，t h e t a s k 石m ee x i s te r r o r ；b e c a u s eo ft h ei m b a l a n c i n ga s s e m b l yl i n e ，t h e w o r k e re x i t d i s 舢t e n tm i n d s oi tc a n a f f e c tp r o d u c t i o nc a p a b i l i t y t h et a s kt i m ei sai m p o r t a n td a t et ob a l a n c ea s s e m b l yl i n e a p p l i e dt oa m e r c h a n t v e h i c l ec o m p a n y , a n a l y z e dt h em o d e lo fv e h i c l ea s s e m b l y t a s kb ya n a l y z i n gt h e p r o d u c t i o nf l o w , a n dd i v i d e dt h em o d e lo fv e h i c l ea s s e m b l yt a s k i n t o t h r e eg e n e a ： m a i l u a lw o r ka n dm a n u a l - m a c h i n ew o r ka n du n i t ew o r ki n t h i sa r t i c l e i nt e r m so f t 1 1 e s ec i r c u m s t a n c e s ，am e t h o do f t a s km e n s u r a t i o nw a sp r o p o s e di nt h l sa r t l c l e a tt i m e c o n s i d e rt oar e a lc a s eo fo u rc o m p a n y , t h ei n d i v i d u a l _ m o d e l c o u l db e a p p l i e d a tf i r s tb yr a n k e dp o s i t i o n a lw e i g h t ，t h ei n i t i a la s s i g n m e n tc o u l d b e a c h l e v e d s e c o n d t 1 1 el a s ta s s i g n m e n tc o u l db ea c h i e v e db y t a s kg r o u p i n gi nas t a t i o n 锄dt a s k e x c h a n g eo rt r a n s f e ri ns o m e s t a t i o n f o rt h ei n d i v i d u a t i o nd e m a n d ，b a l a n c i n gm i x e da s s e m b l yl i n e w a sa p p l i e d a m e t h o do fa s s o r t e dv e h i c l et y p ea n dm i x e d - v e h i c l et y p ea s s i g n m e n tw a sp r o p o s e dm t h i sa r t i c l e b yt h el a s ta s s i g n m e n tr e s u l to ft h et y p ev e h i c l ea n dt h e m i x e d m o d e l s v a l u ef u n c t i o n ，aa s s i g n m e n tc o u l db ea c h i e v e d 2 k e y w o r d s ：t a s kt i m em e n s u r a t i o n m i x e d - m o d e la s s e m b l yl i n e 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：删日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：巡师签名：鬈丝日期：丝型 i 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究的背景 第1 章绪论 一百余年的汽车工业发展史上有过两次牛产方式的变革：一次是本世纪福特 的大批量流水牛产方式否定了单件牛产方式：另一次就是丰田的精益牛产方式战胜 了大批量流水生产方式。这两次变革不仅极大地推动了汽车工业的发展，而且大 大地推进了世界经济的发展【1 7 1 。 流水装配线这种生产组织方式于1 9 1 4 年诞生于美国“福特”公司，随着流水 牛产组织技术的不断改进完善并运用于零件的机械加工过程，福特汽车公司的生 产效率远远超过其它工厂。流水线生产是一种比较理想的牛产组织方式，它可以 将空间组织中的对象原则与时间组织上的平行方式的优点结合在一起，提高了劳 动牛产率，缩短了牛产周期：同时也有利于简化工人操作程序和提高熟练程度，稳 定产品生产质量。流水装配线创造出巨大的汽车市场，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，是福特发明的流水线揭开了现代化大生产的 序幕。 进入2 0 世纪9 0 年代后，市场竞争愈来愈剧烈，产品的生命周期越来越短， 企业为了减少备件积压风险，“零库存”生产模式得到了迅速的推广，订单生产企 业而言变得越发重要。对于汽车行业这种投资规模大、建立在一定的经济批量上 的资金密集型和技术密集型行业来说，随着用户在产品品种多样性、个性化方面 需求的不断增长，汽车市场表现出诸如产品品种的多样化、用户需求的个性化、 汽车功能的实用性等等显著的特点，客观上要求汽车企业转变经营观念，时刻围 绕客户的需求来设计产品和组织生产；从主观上讲，组织柔性生产，对于企业降 低成本，提高效率，也有一极大的好处。两种需求相互联系的结果，便是订单生 产方式的确立。 订单牛产的前提决定了多品种小批量的牛产规模，因此，工厂设计流水线时 基于考虑到空间财力等各个经济性指标的限制，必须采用混合流水线的组织方式。 山东大学硕士学位论文 这也体现了企业寻找新的牛产技术来适应多品种、中小批量的市场需求的努力。 2 0 世纪8 0 年代，多品种混合流水线得到了迅速发展，并丰要应用于汽车制造业。 使汽车业由单一品种、大批量的牛产方式，转向中小批量、多品种、适应市场要 求的精益牛产方式，也使汽车牛产企业的经济效益和钙；理水平大大提高。柔性制 造为日本汽车工业牛产率追上并超过美国创造了条件。日本汽车在国际市场上畅 销不衰与它的柔性化制造密切相关。而混合流水线作为一种柔性的制造技术，成 为2 l 世纪制造业发展方向的代表。 中国重汽规划到2 0 1 0 年年产重型汽车将达到1 2 万辆，将进入世界重 先进 行列。重汽商用车公司牛产的黄河王予系列产品是集团公司产品向下延伸的重要 品种，也是主打产品。2 0 0 7 年，该公司搬迁至章丘工业园，新厂区占地6 0 0 余亩， 包括整车总装线、车架牛产线、驾驶室生产线、检测调试线，中重型汽车产能年 产5 万辆。 传统汽车总装线的设计适用于单一大批量牛产的车型，仙是由于客户不同的 个性化需求，车型的变型不断增加。汽车牛产j 。家不得不在一条混流组装线上装 配一个或几个基本车型的众多变型车。目前商用车公司总计约7 0 0 余种车型在一 条组装线上装配，因此，如何解决多品种混流组装线的平衡问题，已成为该公司 迫切需要解决的问题。 1 1 2 研究意义 牛产过程组织的基本任务就是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，不仅要保证牛产过程连续地、有节奏地进行，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地浪费，加速 资金周转，降低成本。生产线平衡的最丰要目的就是使生产线的组织从时间上得 到优化。根据相关数据统计，即使在美国这样的工业发达国家，在工业装配生产 中也要有5 1 0 的生产时间是浪费在平衡延迟上【l6 1 。目前我国大量的牛产线是手 工和半自动化为主的牛产线，进行生产线平衡就显得更为迫切了。 生产线平衡有利于提高企业的生产效率。通过牛产线平衡可以缩短产品 的生产周期，从而有效地提高牛产效率。 实现平衡牛产有利于保证产品质量的稳定性。工业牛产线上的不平衡程 4 山东大学硕士学位论文 度直接反应了生产线的牛产效率，而且影响到产品的质量。这是由牛产 线的不平衡所造成的装配工人的劳动强度不同造成的，瓶颈工位上的员 工为了赶上装配线运行节拍，而常常忽视装配质量【1 5 】。 提高生产线平衡率有利于减少在制品库存，通过对生产线上各个工位进 行工序同期化的调整，能有效的减少线上的不必要的在制品数量。 提高生产线的平衡率有利于调动劳动人员的工作积极性。在一条负荷平 衡的牛产线上工作的工作人员会有一种公平感。而在不平衡的生产线上， 处于瓶颈工位的工人由于劳动强度太大而产生抱怨的情绪，影响整个牛 产线工人的士气。 通常这样的装配流水线的作业方式，适用于单一大批量生产的车型，当用于 多品种车型的装配时，组装线的平衡问题就超越了传统的组装线平衡问题1 。所以， 平衡工作更加复杂。因此，本文的研究无论在理论上还是在指导实践上都具有重 要意义。 1 2 论文的主要研究内容 本文以重汽商用车公司总成组装线工艺流程优化为背景，应用装配平衡的相 关理论，对汽车总成装配作业平衡编排问题进行研究。主要研究内容如下： 理论研究。通过阅读大量文献资料，分析归纳装配线平衡的基本理论及其 发展状况，为本课题的研究作理论铺垫。 重汽商用车公司总成组装线生产现状分析。通过现场调研，摸清企业实际 的运行状况，找出存在的主要问题及其原因。 标准时间研究。通过工艺流程分析和作业方法研究，划分装配作业单元， 进而研究制定其标准时间。 装配线平衡研究。运用多种装配线平衡理论与方法，结合公司产品的实际 情况，研究设计重型汽车总成组装线的工序平衡方案。 1 3 研究方法和技术路线 本文坚持理论联系实际的原则，首先查阅相关的文献，力求把握和追踪国内 山东大学硕士学位论文 外最先进最前沿的相关研究进展，同时在充分的调研和实地研究摹础上，运用流 程分析、方法研究、作业测定、优化算法等理论方法与工具，结合企业实际，研 究和设计适合重汽商用车公司实际牛产发展需要的装配平衡方法。 丰要技术路线： 6 t 艺文什 7 、 丫一一 幽内外相关文 献 、。 现场调研 理论研究 一一一l 一一 一皇 选择形成适用 方案 ! 划分作业单元 【_ j _ l j _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1 1 _ r _ r 1 j _ _ _ _ _ _ - _ _ r j 作业测定 j r 方案验证和评 价 图1 i 技术路线图 山东大学硕士学位论文 第2 章相关技术及理论综述 2 1 装配线平衡( a l b ) 基本概念 组装线的类型可分为：1 、流水线：传送装置等速率移动，装配单元沿线分布； 2 、同步牛产线：传送装置等周期移动，当移动到一个装配工位时，停留一段时间 ( 即生产节拍) 进行装配，然后移动到下一个工位。3 、非同步牛产线：工位之间 设有缓冲区，装配产品来自上一个工位的缓冲区本工位装配完成后，移动到下一 个工位的缓冲区哺3 。装配的总成与输送线运行是不同步的，在组装线不同的装配工 位上，根据装配的需要，该装配总成在一定的节拍范围内可以自由调节，并具备 存放寄存功能。 组装线平衡就是在工艺条件约束下，按组装线节拍将所有装配作业单元进行 组合，合理调整，使每个工位分配的负荷尽量充足和平衡，其方法是把握各装配 作业单元的作业时间，改善作业时间长的工位，减少各工位作业时间差。组装线 应具备以下条件： 工位专业化程度高，工艺过程封闭，设备按工艺过程顺序排列，生产过程 连续性强； 工人按规定的节拍进行作业，各工位加工时间相差较小，生产节奏性强； 每个工位仅完成一道或几道装配作业，便于采用先进工艺和高效率的技术 装配，提高操作者的熟练程度和劳动生产率； 工位之间的生产能力平衡； 工位之间的运输为传动装置连接。 汽车组装线除遵循上述条件外，还要受到各种工艺的约束如工时约束、工艺 顺序约束、设备约束、位置约束和工艺相关约束。 下面是装配线平衡的一些常用术语： 工位：操作者为了完成指定的装配作业在装配线上的工作位置。一般一个工位 只配一个操作者，但也有根据实际情况分配两个或两个以上的操作者。有时也把 工作站称为“作业工位”或“作业工序”。通常用n 表示工作站数。 7 山东大学硕士学位论文 周期或节拍：节拍是流水线上出产两个相同制晶的时间间隔m 1 。通常用c 来表 示节獭。 作业单元：作业不能再分的或最小的自然作业单位叫做作业单元( 也称作业 元素) 。 作业时间：完成一个作业元素所需要的标准时间。通常用t l 示第i 个作业元素 的时闻。 工位时间：完成分配给一个工作站的全部作业所需时间，通常用s t 。表示第k 个工作站的 乍业时闻。 总作业时间：装配一个制品的所有作业元素所需的总的作业时间。通常用表 示零总装配时阚。 流水线平衡牢：反应流水线平衡的指标，用b r ( b a l a n c er a t e ) 表示。 b r = 止( m 为t 作站数晕，n 为作业元素时i 、甘j ，c 为节拍) 埘c 优先关系；如果一个作业元素j 必须在另外一个作业元素i 完工以后才能开工， 那么称作业元素i 与作业元素j 之间存在着优先关系，其中作业元素i 称为作业元素 j 的先行元素，作业元素j 称为作业元素i 的后继元素。在作业元素i 是作业元素j 先 行元素的前提下，如果作业元素i 与作业元素j 相邻，那么作业元素i 是作业元素j 的直接先行元素，作业元素j 是作业元素 的直接后继元素；否则作业元素i 是作娩 元素j 的间接先行元素，作业元素j 是作业元素i 的间接后继元素。 优先顺序图，优先瞬是执行每个作业元素i ( i = l ，2 ，。n ) 西能颓序的种壹震 表示法它给出个制晶装配过程的可能步骤之间明晰的内在逻辑关系图中通常 以圆黼表示作业元素，圆圈上面的数字表示该作遭元素时间，圆匿之阚茴有箭头， 表示这些作业元素之间有优先关系，无箭头连接的表示无直接优先关系。 优先矩阵：对于作业元素之间的先后关系可以用优先图来表示，缆是对计算 机来说，这种图形难以处理。将优先图数量化，使之易于处理。这样就产生了优 先矩阵。对于装配线上含有n 个作业元素的制品，它的优先矩阵为n s n 方阵p 。 p = ( p i j ) 。帅 其中优先矩阵的元素p ；，( i = l ，2 ，n ：j = l ，2 。，n ) 取决于第j 个作业元素与第 山东大学硕士学位论文 i 个作业元素的优先关系，即如果p 。j = 1 1 ) l j j 作业元素i 是作业元j 的先行元素，如果 p , j = o h f j 作业元素i 不是作业元j 的先行元素。 按照流水线平衡时的目标的不同，可将流水线平衡问题分为第1 、i i 、i i i 、i v 类。第一类流水线平衡问题是在给定节拍的前提下最小化工作站数。第二类流水 线平衡问题是在给定工作站数的前提下最小化节拍。第三类流水线平衡问题则是 最大化工作均衡度。第四类流水线平衡问题则是最大化工作相关度。 2 2 汽车装配作业平衡基本方法 生产线平衡问题( l i n eb a l a n c i n gp r o b l e m ，l b p ) 伴随着流水生产线的产生而 产生，至今己有近百年的时间。但这一问题的正式提出是在1 9 5 4 年，美国人b b r y t o n 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 于解决这一问题，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n 8 1 。 生产线平衡的目的在于使生产线各工位作业负荷的差距最小，以使牛产线流 动顺畅，有效提高生产效率。具体来说是指在不违反各工序执行先后顺序的约束 条件下，把作业单元分配到每个工位，并保证各工位的总作业时间不超过规定的 节拍，并使每个工位的作业时间尽量接近生产节拍。也就是说，为有效的达成预 计的生产目标，而对工位作业内容、设备、人员、做适当的调整。 生产线平衡问题是典型的n p - h a r d 组合优化难题u9 。，目前，针对生产线平衡问 题，主要的解决办法可以分为两类：数学分析法( 最优化方法) 和工业工程方法。 2 2 1 装配线平衡数学方法 1 9 5 5 年s a l v e s o n 首次公开发表了用解析法描述a l b 问题的文章，他提出a l b 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n 7 1 。 1 9 5 6 年j a c k s o n 提出了一种解决a l b 问题的枚举法，由于这种方法的运算量太 大而不实用。1 9 6 0 年b o m a n 提出了利用0 1 规划方法解决a l b 问题，但是和j a c k s o n 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。 1 9 6 2 年h e l d 和k a r p 提出了解决a l b 问题的动态规划方法，h e l d 和k a r p 用该方法 9 山东大学硕士学位论文 建立的目标函数为费用最小化，即牛产线上的工作站数量最小化。 1 9 6 4 年g 弧扭b r 和n e 翔魏a 毯s e r 提出了有限网络上求最短路程的方法求解a l b 阅 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秘“。 c o w a y 提出了利用分枝定界的方法可以解决a l b 问题，c h a r t l t o n 和d e a t h 在 c o w a y 的基础主利焉分枝定界法对a l b i 遗题遴行了求解，该方法采焉豹是向前推薹萋 的方法，每个分枝代表一个单一任务的分瞰。1 9 7 3 印，j o h n s o n 提出了种叫做“寻 找薪节点”的分技定界法，即先寻找到一个合瑾的解，然后采用圆溯的原瑾，态 找是否还有与之相等或者更好的解，最终找到最优解。1 9 8 9 年，b e t t s 和m a h m o u d p a j o h n s o n 的方法为摹础，对具有随机作业对间的a l b 阅题的进行了分橱，其方法 还实现了多个最优解同时求出的功能。 1 9 6 0 年，t o n g ef 麓提出了解决流水线平衡问题的痈发式算法拉捌。庶发式方 法以其简单、易懂而且搜索性能快而备受众多的研究人员的关注，被广泛应用于 工业工程等工程领域，并取得良好的应焉效果。 h e l g e s o n 和b i n r i e 采用阶位法求解生产线平衡问题，每次分配一个作业，使 震“选凄位置的翻权是最大的作业”的准燹| l 作为搜索规则。各个作韭的“蕴置棚 权”可以由该作业本身以及所有后续作业时间之和来求出。一般不能保证得到最 优解。m a n s o o r 在h e l g e s o n 和b i r n i e 的算法豹摹础上进行了改进，考虑了所有霹能 的作业要素组合，并验证可以得到最优解瞪1 1 。 a r c u s 法，也n q c o m s o l 方法，是生产线平筏方法中效采较好的一种。该法 由美国的a r c u s 在他的博士学位论文中提出的，a r c u s 博士还在此算法的基础上开 发设计了诗算枫辅助( 装醚) 生产线平衡c a l b ( c o m p u t e r a i d e d ( a s s e m b l y ) l i n e b a l a n c i n g ) 软件包。这种方法综合7 计算机、随机抽样、蒙特告罗等技术。其主要 步骤为： 设置模拟次数，a r c u s 设计的程序可以模拟1 0 0 0 次； 列出候选作业( 没有紧前作业要素的作业) ； 从候选作业中随机抽取作业排入工作站，如果工作站内由于节拍限制不能 纳入该 乍韭时，则将它冀 入薪设立的下一站； 将被排入工作站的作业划去，转( 2 ) ，直到所有作业全部分排完毕，就算 l o 山东大学硕士学位论文 完成一次模拟； a r c u s 法每完成一次模拟，都要记录累计空闲时间，完成一次模拟后，若第二 次模拟中发现累积闲时己经超过第一次的，则马上停止这次模拟。若第二次模拟 的累积闲时小于第一次的，则保留第二次的结果。这样进行1 0 0 0 次模拟之后，从 中挑选最佳者最为牛产线平衡的结果。a r c u s 在其算法中对实际中的许多复杂情况 进行了分析，并对单一品种生产线利混合牛产线的平衡都作了进一步地研究，是 目前对于生产线平衡问题求解比较成功的方法之一。 m y 方法，由m o o d i e 矛u y o u n g 提出的，该方法是将作业时间处理位不确定时的 肩发式方法，该方法主要分为两阶段进行。第一阶段先求出一个合理地解答，再 转入第二阶段，在遵守顺序约束的前提条件下，通过工作站之间地作业要素地交 换，使得所有工作站地闲置时间趋于平衡口。 近年来，一些新型的肩发式算法得到了飞快的发展，并在优化求解方面取得 了突出的成绩，例如：遗传算法、模拟退火算法、禁忌算法等等。不少研究人员通 过将这些新型的算法应用到牛产线平衡问题的求解过程中，取得不错的效果。 p o n n a m b a l a m z o n 在总结了前面多个研究人员使用的启发式求解方法，通过在 对各方法对比的基础上，运用多目标遗传算法来求解生产线平衡问题，他在运用 了1 4 种肩发式规则来代替染色体基因，并运用c + 语言设计了迭代计算程序晗引。 s c h o l la 等人总结了第1 、1 l 类型装配线平衡问题，设计了这两种方法的启 发式求解算法，在该算法中使用了双向动态搜索机制来求第1 类装配线平衡问题， 对于第1 i 类型装配线平衡问题，他们结合t a b u 搜索算法来求解，详细设计了t a b u 搜索算法的各个要素，并通过实例计算进行验证比4 | 。 综上，从2 0 世纪5 0 年代起，装配线平衡方法经历了较长时间的演变第一时 期是最优化技术主导的年代，但是运算量都普遍较大而减少了最优化方法的实用 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。由于最优化技术在装配线平衡应 用中的局限性，产生了启发式方法，试图克服最优化技术的缺陷，同时也产生了其 它的方法。后来，学者们把注意力转向了在现代动态、复杂的环境下更为有效的 新颖方法，特别是一些人工智能方法( a i ) 。 山东大学硕士学位论文 2 2 2 装配线平衡工业工程方法 工业工程，作为一门学科起源于2 0 篷纪初的美国，s d f 。甏。t a y l o r 及其同时代 的一批志同道合的工程师一起创立的。工业工程是与由人员、物料、信息、装备、 和能源组成的集成系统的设计、改进耧设爱稆关的学科，它利用数学、物理和社 会科学连同工程分析与设计的原佯和方法一起组成的专门知识和技能，确定、预 测和评价从系统获得的结果汪“。 生产线平衡是现场i e 的一种毹：理丁法，也是解决牛产线负荷平均化这一影响 生产线效率关键问题的重要方法之一。运鹰该方法的优点在于企业在不投资或者 少投资的情况下，不增加工人劳动强度甚至是降低劳动强度，通过实施一系列的 合适的方法，达到企业平衡生产线提高牛产效率的滔的。西前该方法的应溺丰要 在一些电脑生产企业的s m t ( s u r f a c em o u n tt e c h n o l o g y ，简称s m t ) 牛产线上应 雳较多。 孙建华、高广章等人，从牛产线均衡性的概念出发，分析了实现牛产线平衡 的传统工业工程的摹本手段和方法，提出在牛产均衡优化中庞雳“5 s ”铃瑾帮蹬 视管理的方法，把牛产线的均衡率作为企业流程设计以及作业标准化的重要衡量 指标之一。并以笔记本主板的s m t 生产线为例，分绍了应用程序分析法寻找生产线 瓶颈的方法，并提出了基于程序分析的改良措施 2 2 。 鲜飞针对印制板组装j 。斋的s m t 生产线，提出了通过负蓊的优化分粼方法寒实 现s m t 生产线的平衡，并建立了相关的数学模型和求解方法 2 3 。 郭伏通过对生产线各个工段的生产能力平衡状凝进行分析，我赉瀛颈工段， 运用模特分析法对该工段的主要工位进行记录，发现该工段存在的问题，然后依 照工业工程的“e c r s ”隧大原剩和动作经济性原则挺出改善措施 2 4 。 目前，工业工程方法在企业的现场管理中的应用也越来越受到各个企业的 重视，通过应用工韭工程，企业的年产状况得到了缀好的改善，爻企业带来了嶷 好的经济效益然而，i e 方法的合理运用要求企业的生产箭媸人员经过系统的工业 工程培谶，具有良筹的工业工程意识，对于生产躬改善缀大程度上局限子管理人 员的经验和所学知识，另外，在牛产线平衡这样的组合优化问题的处理上缺少精 确的数学模型作为佐证。因此，仅仅依靠工遭工程方法也是不麓完全勰决牛产线 1 2 山东大学硕士学位论文 平衡问题的。 从以上总结不难看出数学分析方法、肩发式方法和工业工程方法各有优缺点； 数学分析方法能建立合理的数学模型并求得最优解，仙是运算量太大影响了其应 用；肩发式算法通过利用计算机的计算能力解决了数学分析方法运算量太大的问 题，但是得出的解是理想解，而并非最优；工业工程方法面向企业的执行层面， 便于改善措施的施行，然而该方法受限于毹；理人员自身的经验和臀理水平。任何 一种方法都不能包罗万象，解决所有问题。而且，l b p 问题存在着许多难以用数学 语言描述的不确定性问题，约束条件往往随着生产线的方式、牛产条件的不同而 不断地发生改变，用一种方法想完全解决该问题是不可行的。即便这样做了也是 在很多假定条件下建立的，必然导致最终的结果失去实际应用价值。 2 3 作业测定的基本方法 汽车装配单元的标准操作时间是总装作业编排所必需的重要数据，制定标准 时间的方法一般有以下三种：经验判断法、历史记录法及作业测定。 经验判断法由定额员( 或估工小组) 根据产品的设计图纸、工艺规程或产品实 物，考虑到使用的设备、工装、原材料以及具它生产技术、组织条件，凭生产实 践经验估算出工时消耗而制定定额的方法。 历史记录法：以记工单打工# 记录为凭证，根据过去生产的同类型产品或 零件、工序的实耗工时或产品的原始记录和统计数据，来推断同等内容工作的时 间标准。 作业测定是在方法研究的基础上，对生产时间、辅助时间等加以分析研 究，以求减少或避免出现在制造业中的无效时间及制定标准时间而进行的测 定工作。它把作业分成适当的作业单位( 作业要素) ，以时间作为尺度进行测定、 评价、设计及改善。是正确设计和合理改善作业系统的依据；是一种科学、客观、 令人信服的决定时间标准的方法，目前世界上各工业发达国家，均采用作业测定 法来制定劳动定额心1 。 作业测定的方法主要有： 秒表时间研究。是利用秒表或电子计时器，在一段时间内对作业执 幽东大学硕士学位论文 行情况直接连续观测，记录工作时间，并对执行情况进行估计，给 宙评比值，孬加上一定翡宽放镳，最焉确定该顼作业的时间标准。 工作抽样。是在较长时间内以随机的方式分散地观察操作者。利用 分敖撼样来磷究工时利雳率。 预定时间标准法( p t s 法) 。是利用预先为各种动作制定的时间标准 来确定各种操作所需的时闻，新不是通过壹接蕊察或测定。由于能 精确地说明动作并加上预定的工时值，因而有可能比用其他方法提 供更大的致牲。丽羹不需要对操作着的熟练、努力等程度进行评 价，就能对其结果在客观上确定出标准时间。目前，p t s 方法已有 4 0 多种，其中较著名的量应焉较广的有m t m ( 方法时间测定法) 、 w f ( 工作因素法) 、m o d ( 模特法) 等心1 。 本文的作鼗时闻测定采用秒表时间研究的方法进行核定，对汽车总装作 业的作业单元进行测定。 1 4 山东大学硕士学位论文 第3 章重汽商用车公司装配线现状分析 3 1 重汽主要产品及装配线简介 重汽集团作为重型商用车的大型制造企业，正是采用订单式牛产模式显著代 表。2 0 0 1 年重汽重组后，整车牛产组织产牛重大变革，由计划生产改为订单生产， 大量降低了整车库存。由于订单的多样性，随之而来的问题是各种产品的牛产时 间参差不齐造成的牛产线运行时间不均衡。重汽目前约有2 0 0 0 多种车型，这2 0 0 0 多种车型要依据订单在4 条装配流水线上生产，混合流水线柔性化制造牛产模式 即成为必然的选择。为了提高自身的竞争力，获得相对较大的利润空间，就必须 提高牛产效率，从而生产线的平衡问题就是面需解决的。 中国重汽集团济南商用车有限公司( 以下简称“重汽商用车公司”) 是中国重 汽( 香港) 有限公司的全资了公司，于2 0 0 1 年1 月1 8 日随着新重汽的成立同时 诞生，主要从事中重型整车和各类总成、零部件的生产。该公司整车目前己形成 斯太尔一h o k a 、金王子、黄河少帅、黄河将军四大系列产品，发动机功率范围从 1 4 0 马力到4 1 0 马力，涵盖中卡、准重卡、重告全系列的近7 0 0 多个品种( 车型) ， 分别适合于短途城市物流、中长途、长途运输及工程用车。 2 0 0 8 款斯太尔- h o k a 是在h o w o 成功的底盘技术基础上，匹配经改进提 升的豪骏驾驶室，形成的新产品。 金王子系列是重汽商用车公司采用引进的德国m a n l 2 0 0 0 系列驾驶室，底盘 采用斯太尔成熟总成，公路用车使用单级减速桥m 1 2 4 9 、m 1 2 7 9 ，保持斯太尔底 盘的特点和优势；发动机为中国重汽w d 6 1 5 系列发动机：功率2 4 0 、2 6 6 、2 9 0 p s 、 3 3 6 p s ；涵盖4 2 、6 2 、6 4 、8 4 四种驱动形式，产品定位为中、短途运输 车辆，工程用车及专用汽车。 中型汽车黄河少帅系列车型选用m a nl 2 0 0 0 驾驶室，外宽2 2 0 4 m m 。底 盘采用成熟的中卡总成。发动机采用玉柴系列发动机：功率1 4 0 、1 6 0 、1 9 0 、2 2 0 、 2 4 0 p s ；驱动型式以4 2 、6 2 为主。产品定位中、短途运输车辆，如：载货汽 车、专用汽车等。 山东大学磺学位论文 该公司总装车间占“地2 1 6 0 0 平方米，分为总装区、驾驶室内饰分装区、中后 桥分装区、发动橇分装区及零部件预投上线区。惑装醚孛产线采臻地链牵弓l 小车 及双平板下线输送线。地链牵引小车通过插销与链板插接，位置可调，从而实现 多燕稀泥线生产。总装线7 个预装工位，3 2 个装配工位，工位瓣距1 2 米，生产线 装配节拍4 至1 5 分钟连续可调，年产量可达两班4 5 0 0 0 辆憋车。车架采用柔性链 式翻转撬在线黧转；翻溜工位采蹭集中供潼魏注系统，紫油、荣辘油、齿轮滚采 用进口名牌带卷油盘自动计量加注机；驾驶室及轮胎上线采用自动输送小车，；防 冻液及转彝液压油采鼷进西真空熊注视；轮齄装配工位使霭轮胎探举器及轮骆螺 栓拧紧机；环形排烟设施及时将下线汽车尾气排出室外。 载货汽车豹车身是薯摹承载式车身，整车结掏以车架隽l 紊体，蹶蠢总成飘零部 件都依附于车架上，其憋车装酗以车架为基础件。总装配工艺大体可分为三部分： 第一部分是车絮反放，装醚底盘部件；第二部分是车絮繇转正薮，装配底盘部件； 第三部分是装驾驶室、连接各符线、装车轮以及制动液、冷却液、燃油等各种油 滚热注。生产线工艺主要流程妊下： 车架上线反放一车架打码一配管配线前、后桥等底盘部件装四d 一车架翻转 一装发动视一装传动辅镶设电线索一装驾驶室萋辫管线连接一装车轮一各种 油液加注一撼车调整下线。 3 2 生产任务安排方式 重汽商用车公司采爝嚣是“按订单装配辩生产模式，也就是说，耀标准零郝 件装配成不同的最终产鼎，这些产品大多是由标准零部件或了装配件装配而成的 单级产瑟。在此类生产中，重要的是保证配置合格的、霹戳生产的产晶才麓佟淹 可接受的订单，这个订单包括制造这个项目所需用的独特的材料单和工艺路线： 合理麴零蒸件瘴存，即要僳证装配所需，又要减少积箧，驭降低成本。因此，安 排好这些项目的制造和采购，对最终装配是绝对重嚣的。这种牛产模式要比“离 散熬”订单警产复杂。一般说来，这些产品震于标准佬洼矮的，錾 缝稍的独特组 合式结构在安排订单和满足用户特殊需求方面提供了更多的灵活性。 正邈如蓝，生产计划按照订单进行藕摊，没有长麓生产计划及蘸铡橇涮。也就 1 6 山东大学硕士学位论文 是说所有的牛产排单只有在提前三天才能大体确定，由此确定物流公司的供货种 类及数量。这种以销定产的模式完全符合市场经济的要求，减少了流动资金在库 存上的占用，从而相对的加快了资金的运转，提高了利润率。 3 3 装配流程中的问题 一般来说，现有的装配格局应该是某种程度上来说较优的。按照商用车装配 的基本原则，零件装配没有前后位置的冲突，同时需工作较长时间的工位也相应 的安排了相对较多的工人，以达到缩短工位时间的目的。 经现场调研，发现了以下几个方面的问题： 生产线停滞 这是现场最严重的问题。一般来说，生产计划是以平均生产效率为标准排定 的。生产线一旦停滞，轻则延迟产品下线时间，重则扰乱接下来的牛产。经过分 析总结，发现引起这一现象共有五方面的表现： a ) 传送链上问题 传送链是生产线运行的基本工具。传送链的故障停止绝对是对流水线生产影 响最大的问题之一。零部件供应不及时可以随时通知补货，人员不够可以调整调 度。但是如果传送链故障，必须等待修理完毕才能继续生产。另外，传送链上的 小车有时还会出现脱轨现象，可能会造成车架上零部件的损伤，遇到这种情况停 止流水线也是可以理解的。 b ) 个别工位耗时过长，装配时间不稳定 有的诸如安装发动机、驾驶室的工位，管线较多，需要较长的操作时间。但 因为操作空间有限，因此人数不能无限制的增加用于缩短装配时间。同时因为工 人的操作质量不能保持一致，导致工位整体时间出现较大波动。所以在赶不上流 水线速度的情况下，会采取通过暂停生产线的手段用以完成剩余工作。 c ) 原部件质量不合格 在装配线上观察的时候，经常发现有的工人不安装分配的螺栓，而是用配套 工装重新打孔。问其原因时，回答是螺栓孔不合格。这种情况通常会耗费较长的 时间，而且打孔工人及工装必须随着流水线的运动，这样一来，孔就更难打好， 山东丈学硕士学位论文 因为总是固定不稳。在这道工序再延误时，打孔工人只好选择停止牛产线来延 迟进度。 d ) 第二方物流供赞不及时 慧装配线魂场有匿大骛电予公告薄，经常毒现靠工燕术停止”的字祥，十次 有八次是因为缺料。因为重汽目前的内部系统处于更新升级的过程中，公司内部 静b o m 文件内拣注戆零键：编码与供货的第二方耪流魇持有鹣编鹈并不一致，经常 造成供货错误的情况。尤其是遇到急单却供货不及时，牛产线常会停滞。 工人工谗对闻不等 这是在装配线上最常见的问题，比如连接电瓶箱的线路，快的工人大约一分 舞左表于完，丽慢翡工久簸够操俸5 努钟以上。这耱工作时闻翳巨大差异从另一 个侧面反应出了操作工人素质的不平均。这会严重影响牛产线的平稳运行。 物资堆鼓杂乱 般来说，牛产现场免不了设置零部件暂存区。首先，五花a f - j 的储存架确 实满足了各类零器件靛不霹要求，也确实符合便于敢震翦原则。餐是，有羹特殊 的储存架却并没有起到它应有的作用。 比囊消声器连接静废气管，因为魏把光亮酶表殛蘑撰，采爱甑布的袋子放置。 但是帆布是软的，上下金属杆吊着，两层帆布自然合在一起。这使得工人放置废 气管对登须蕉一头把帆布携开，耗费时闻较长袁个工入试了多次没成功，只 好求助他人。 勇羚，即使有各类的储兹絮，现场仍然耪姿壤被杂乱。新型的一盒螺母，不 是随手放置在储物架上，而是为了省力任其置于地上。且不说每次取时都需要弯 簇，就其位置丽言，也严重魏碍了其德工人戆通行因蔻置耪褡裁挡在狭窄辩 工人工作通道上。 工厂布局不合理 一般来说，工，布局是根据生产工艺流程设计的。在生产线附近必定设有零部 俘暂存区，眉于探证生产线韵羰幂| l 运侔。健是在重型汽车总装配熬现场，狠明显 轮胎的暂存区空间不够。仓储人员基本上不停歇的来回穿梭予装配车间与仓库之 闻。即经是这样，还会出现轮黔供应不上，或者是型号不疆髭麓待况。 山东大学硕士学位论文 3 4 装配流程问题分析及解决方案思路 3 4 1 装配线问题分析 通过对装配现场出现的问题的研究分析，从表面上看，引发各类问题的原因不 一而足。然而综合来看，只有一个最根本的缘由缺乏正规的设计。 整个生产系统并没有参照先进的生产模式及管理经验，综合考虑各方面的因素 进行全局化的考量。现场的各种设计多根据经验来考虑。现有的生产系统完全经 不起推敲，没有总体设计方案，没有摹本的流水线平衡方案，没有经过综合考量 的科学化的工厂布局。也就是说，如此的牛产系统不能很好的适应按订单牛产多 品种、小批量的产品的状况。一旦发生诸如产品配比发生变化、工人操作时间波 动的情况，就会明显地反映出现有的牛产系统柔性的缺乏，生产极有可能陷入混 乱，完不成当日的牛产计划。 作为按订单制定计划指导生产的重汽商用车公司来说，这无疑是致命伤。基 于这种情况，必须进行混合流水线的平衡，以使牛产保持一种均衡、连续的流动 状态，减少工作站的闲置时间和超载时间，提高人员和设备的利用率。毫无疑问， 工作站的闲置与超载均会造成装配流水线效率低下，尤其是超载现象发生时，不 仅影响到产品的质量而且增加了生产成本，因此降低工作站的超载和闲置，不仅 提高劳动生产率，而且可以提高产品的质量，从长远的观点来看，可以增强企业 竞争力，增加企业的利润。同时注意装配流水线平衡问题是生产管理中的中长期 决策问题，涉及投资、厂房及设备的布局规