毕业设计（论文）-车间生产看板管理系统研究.doc

济南大学毕业论文毕业论文题 目 车间生产看板管理系统研究 学 院 机械工程学院 专 业 工业工程 班 级 工程0702 学 生 学 号 20070407005 指导教师 二一一年五月三十日- 1 -济南大学毕业论文1 前言在全球化的趋势下世界经济快速发展，各企业之间的压力也在日趋的增长。尤其是我国加入WTO后,国内企业面临着改变机制、提高效率、增强企业市场竞争能力的许多挑战。在产品品种越来越丰富及产品更新换代周期越来越短的市场背景下，生产制造、生产管理等过程也必须要适应市场的需要，这些无疑给企业带来许多新的困难。企业之间的竞争力不再仅仅局限于质量和价格了，还应包括企业对客户变化的需求的快速响应能力1。质量、价格及快速的反应能力都是跟企业车间内产线管理有着密切的联系。这时向车间产线管理要效益,提高产线管理水平变得刻不容缓。看板管理（kanban management）是基于企业对市场需求变化不能适应的背景下提出的，从而使企业生产系统在满足市场需求的前提下所允许的常量在制品的数量最少。看板管理是通过企业以市场需求来拉动生产，从组装线拉动零部件的生产进而至原材料、外购件的购买，以前方生产拉动后方服务，真正的实现了以市场为导向、以顾客需求为指令的系统模式2。看板管理以“彻底消除无效劳动和浪费”为指导思想，本着“从后向前工序领取”的逆向思维原则，从而解决企业生产线上存在的一系列问题，为企业提高竞争力。1.1 研究背景 20世纪40年代末50年代初，丰田生产方式创始人之一，大野耐一先生在日本的丰田汽车制造厂引入内部市场机制，由后工序向前工序发出生产订单，这种将内部订单写在卡片上，被称之为看板。用看板为工具来实现准时化生产的管理方法，称为看板管理3。经过近50年的发展和完善，看板管理已经在很多方面都发挥着重要的作用。目前， Mohammad D.研究了基于JIT的生产控制计划看板设计4，Tung-Hsu Hou 研究了看板数量和规格的设计，从而解决库存水平问题5。Valerie Tardif和Bhaba R.等研究了制造企业中拉动式生产看板管理，并将其分为了物料看板、生产调度看板等，用于解决制造企业的库存水平控制、订货和卸载时间等问题6。B.Kent Potts Jr. 研究了看板单位负载大小、数量的设计，以满足日生产需求和成本最小化。翟光明研究了企业中的看板与适时供货、零库存之间的关系，从而使企业中“人、财、物、时间、空间”达到更加优化组合。李占凯和何玉林究了企业中使用看板的条件、规则、作用等，从而让我们对于看板管理的操作模式有了一个整体的把握。随着全球经济一体化进程的加速和世界产业结构的调整，中国已经成为世界制造业的中心。目前，很多国内的企业都正面临着巨大的挑战。一方面许多国外的企业大举进入中国，成立合资公司，欲分享中国市场；国内企业纷纷引进国外先进的技术和设备，进一步引发市场竞争。另一方面，顾客需求呈现小批量、多品种和个性化趋势，企业对于市场需求的快速变动需要有更快速的响应能力，而要求降低库存持有成本又成为了企业另外一个巨大的压力。在竞争日益激烈的全球市场中如何降低企业库存持有成本，缩短生产周期；如何在生产过程中防止过量生产，从而彻底消除在制品过量的浪费以及由之衍生出来的种种间接浪费；如何使产生次品的原因和隐藏在生产过程中的问题及不合理成分充分暴露出来，从而实现通过流程整体优化与持续改进，均衡物流，高效利用资源，最大限度消除浪费，这些都越来越受各企业的属目了7。因此，各企业要生存下去必须进行技术创新、管理革命，同时需要降低生产成本，提高生产率，迅速的提高企业竞争力去夺得市场，即在不再增加成本的基础上提高产量。在这样的情形下，看板管理作为实现准时化生产、有效提高企业生产经营管理水平的一种重要手段而出现在很多企业内。1.2 研究目的在20世纪70年代全球范围经济衰退的时候，日本丰田汽车公司却获得了巨大的利润。很大程度上归功于丰田公司实行的拉动看板管理生产方式。拉动看板管理的生产方式中，通过计算看板数量，在一般的企业里可以就降低库存，节约库存的持有成本，减少现有库存占用的生产面积。由于库存的减少和看板实施过程中建立起的生产秩序可以提高现场物料的顺畅性。这是物料需求计划变更时所产生的物流不畅无法比拟的。看板通过目视信号同时告知作业员和管理者什么时候开始生产，什么时候停产，绝对不允许生产后工序不需要的产品，从而控制在制品的数量，防止过量生产造成的浪费8。也正是由于目视管理条件下，一线作业员也能够及时地了解生产计划，需求发生变化时，作业员可以根据看板适时调整生产线，以及在特殊情况下，及时地寻求到帮助。这样生产主管、计划员和调度员们就不需每天纠缠于生产现场从而释放了更多的人员，去从事其他更有意义的事情。看板方式设定了最高库存量和最低库存量，可以通过观察库存量来调节生产进度。库存量作为一种信号，当需求降低时库存量变大，直到到达设置的最大库存量时，看板系统就发出停产的指示。这样看板系统就会自动告诉你是否进行生产，从而更加灵活的适应计划的变更。看板方法控制着库存的总量跟物品的生产周期，这样就保证了库存的新鲜度，从而减少库存报废的危险。1.3 主要研究内容 拉动式看板管理方式是从生产最后的装配线开始，在特定的时间依次由后道工序从前道工序领取所需数量的零部件，而前道工序则需要在特定的时刻生产后道工序所需数量的零部件，用来补充在后道工序中所消耗的。这样以看板为信息的传递工具，从最后一道工序，一步一步的向前追溯，直到原料采购部门，使每个生产部门都同步运行，使现场物流处于最佳状态，做到准时领取、准时运转、准时生产9。看板在拉动式看板管理中就是工作指令,其中包括产品信息、运输信息、生产信息等。在生产车间，任何一个人只要看到了看板就能了解目前正在生产的是什么产品，产品是在什么地方进行生产的，进行的是哪道工序，即将被送往哪里进行什么样的工序，在这个时刻需要生产多少，目前在制品库存量是多少。在生产看板管理系统中，始终坚持没有看板不能生产，也不能运送的原则。作为看板管理系统中的信息传递工具，看板有很多的参数需要确定。第一，看板管理方式需要符合企业的类型及其现状。第二，看板的操作必须严格符合规范，看板只能来自后工序，没有看板不能生产也不能运往其它地方，前工序按看板的顺序生产且只生产取走的部分，看板随着物料一起移动，不能向其它工序传递不合格品。第三，在拉动式看板管理系统中，看板的数量还代表着在制品的库存量，所以看板本身的数量必须要合理，需要符合流程现状。看板数量设置多了，会使系统库存增加，达不到减少在制品的要求，会产生在制品过量的浪费，同时也不能及时发现次品产生的原因和隐藏在生产过程中的问题或不合理成分等造成的一系列浪费，从而失去了看板管理的本质性作用。看板数量太少，则会使车间产线周转不过来，会引起产量的大幅度下降。第四，看板随着物料箱的移动而移动，由后工序至前工序反复循环着移动。第四，一枚看板代表的一个物料箱的容量，合适的物料箱容量可以使物流更顺畅。由于工厂一般生产多种产品，产品零部件的工艺路线难免会有重复的时刻，这是就涉及到产线瓶颈的问题。在一个工艺路线中一般加工时间显著多余其他其他工序的，即为这条工艺路线的瓶颈。在工厂内部瓶颈速率一般是限制了整条产线的产出，此时其他所有的工序皆需要围绕瓶颈工程来运转，所以如何在在制品数量达到上限之前尽力提高瓶颈速率也是我们必须研究的一个问题。2 传统看板管理中存在的问题2.1卡片计数问题看板系统中需要设定的参数很多。在看板系统中，看板是严格按照工序由从后到前的顺序传递，它的分段区间是每一个工站，如图2.1所示。因为一个工站为一个分段区间，那么在看板系统中必须为每一个工站建立一个最大WIP水平，使用者必须为每一个工站建立单卡片计数机制（在双卡片系统里则需要计算两倍的卡片数）。为了得到合适的卡片计数需要将分析与持续调整相结合才可以，这是个很庞大的工程，这也就意味着看板管理不容易控制。工艺路线上的物流卡片流工站暂存区图2.1 看板拉动方式2.1 在制品问题在多生产环境的看板系统中，卡片是料号有别，即确定用于授权生产的部件。因为产线上的每一个工站都必须知道它的流出点是去补充哪种部件的库存。从这个方面来看看板系统必须包含产线上每一种料号的在制品（WIP） 标准容器。如果没有的话就可能会出现下游工站产生需求而上游工站无法满足的现象。在一个实际的工厂内部产品零件会有很多种，如果产线生产一千种不同的物料，则产线上可能需要几千种在制品容器，这时看板系统可能就会被WIP淹没导致生产环境崩溃。其实在这一千种物料并不一定全都是市场频繁需求的。当其中大部分是活性部件（偶尔生产）时，车间内部依然保留着每一种物料的WIP库存就显得不合理了。因此，看板系统没有必要为长期都没有需求的零部件保持WIP。看板系统是一个纯备货生产系统，它的提前期是零，当出现需求时零件在流出库存点。如果这些低需求的零件在车间没有WIP库存，一旦出现顾客需求则这种需求就会一路生成无法满足的需求直至产线的起始端。从产线的起始开始加工一件任务，一直沿加工路线进行生产的时间将会比有库存的零部件对于顾客需求的反应时间长很多，这时JIT（just in time）协议也就失去意义。也正因为如此，这些活性部件即使只是偶尔生产，它们的在制品库存还是会存在，即会根据安全库存的需求被触发到产线中。但是这在生产车间被视为一种不合理的行为，这是投料的盲目性，会造成设备能力的浪费，产能的损失。2.1 产品组合造成的瓶颈问题传统看板管理方式不是在所有的生产环境中都是适用的，它只适用于重复性制造环境。重复性制造一般指的是流水线式的生产环境，即物料均以固定的速率沿着固定的路径流动。产品在组合或者数量上的变化，都会破坏流水线的生产模式，从而致使看板系统不再适用。在重复性制造环境中的瓶颈工程是固定的，即在产线中需要加工时间最长的工序是不变的。因为瓶颈工程不变，车间内部只需要根据瓶颈工程的速率去设定其他工序的速率即可，这样的话整个产线中的WIP也可以固定下来，使整个生产的作业控制过程变得简单。而产品组合及各产品数量的变化会给产线带来很多问题，这些也不仅仅是提高看板系统中整体的WIP数量就可以解决的。例如，图2.2中所显示出的问题。产品A 、B在各机器上的加工时间也可见图2.2标示。由图可以看出如果我们只加工产品A则机器2是瓶颈；如果我们加工的只是产品 B则机器4是瓶颈。然而，如果是A与B以不同的比例组合而在这条产线上进行加工，那么这条产线的瓶颈工程就会根据A与B的组合比例而漂移。12354产品A加工时间产品B加工时间1421111231图2.2 瓶颈漂移的系统为了更清楚的明白这一点，请看一个 50%的A与50%的B产品组合在这条产线上加工各机器的平均加工时间为：机器 2 的平均加工时间 = 0.5（4）+0.5（1）= 2.5 小时 机器 3 的平均加工时间 = 0.5（2）+0.5（2）= 2 小时 机器 4 的平均加工时间 = 0.5（1）+0.5（3）= 2小时 在这种情况下，组合产品在这条产线上的瓶颈工站为机器2，随着A、B的数量比例变化，其瓶颈工站也会变化，即漂移。由此产品组合或者数量上的变化会导致产线瓶颈变化。在理想的看板环境中，会设定一个固定的产品组合去实现生产控制，如对于图2.2的例子，我们会给出A、B的具体数量组合及加工顺序而且不变化。但是在非理想环境中，因为需求随着季节性变化，预测也不很稳定，固定的产品组合对于这个生产系统没有意义。在这种情况下，我们一般采取以需求为基准去调整产品组合。然而，这样会导致瓶颈漂移，同时也会给看板系统中的卡片计数带来更多的困难。为了防止瓶颈工站出现堵塞或者没有加工任务的现象，一般会在瓶颈站前后放置更多的生产卡片。瓶颈由所要加工的产品组合决定，则最优卡片数量也由产品组合决定。因此，为了达到低WIP水平而高产出的目标，我们必须根据生产状况随时调整卡片数量。本身在看板系统中设定卡片数量比较困难，那么随时间动态调整卡片数量是一项更加艰难的任务。2.1 人的问题在产线上除了零部件作业员也是工站的一部分。在看板系统中每一个工站都采取从后向前的拉动的生产方式，这在某种角度上会给系统造成了一定程度的压力，当然这个压力在作业员身上表现得更明显。当只有原材料但没有生产卡片时，作业员是不能开始工作的。一旦生产卡片到达后，他们必须在最短的时间内完成需要补充的零部件数量，这样才能防止产线中的某些工站发生无法满足需求的情况，这也是作业员在加工过程中主要的压力。看板系统在每一个站采取拉式的行动会促进邻近工站作业员更紧密的联系，但其实这是不太必要的，因为无论两个站之间是不是采用了看板系统的拉动机制，上下工站之间的零件转换都一定会发生。为了阻止不合格零件的转换，工厂内部可以培养员工的全员质量管理观念从而提高整个工厂内的质量关，这也可解决看板系统焦点一直保持在流出库存点是否满足的问题。3 CONWIP系统概述3.1 常量在制品（CONWIP）在生产过程中如实行典型的拉式看板管理，在实行过程中中存在计算周期短、卡片数量计算复杂的困难，不利于现场生产调度。故建议采取常量在制品方式延长生产拉动距离。对于一个给定的产线，建立一个对产线中WIP数量的限制，而且在WIP临近限制或位于限制之上时不再触发就够了。一个任务离开就会有一个新任务被引入线中的协议称之为常量在制品（constant work in process），因为它能引起一个几乎恒定的 WIP水平。3.1.1 CONWIP系统结构基于常量在制品的拉式生产沿工艺路线按照车间分段，在车间内设置入口暂存区与在制品暂存区。当零件完成在本车间的加工任务后转入工艺路线的下一个车间入口暂存区，卡片回收。CONWIP系统结构可以简单的描述如图3.1：图3.1 常量在制品拉动工艺路线上的物流卡片流工站暂存区车间界面车间界面在CONWIP系统中，只有一个单卡片计数需要设定，但卡片并不确定具体的部件数量。生产卡片来到产线前端与延迟清单相匹配，为待加工零部件投入产线设定顺序。因此，根据每一张生产卡片返回到CONWIP产线前端的时间，就能授权投放一个特定的零部件到产线中。由于CONWIP 系统根据具体的生产卡片和作业延迟清单投料，那么即使企业会生产上千种料号，我们也不会保留所有产品的在制品，即那些长时间没有需求的物料不会被触发到产线上，这为机器设备节省掉很多的产能，也能防止浪费。当一些产品出现低数量订单需求的时候，工作订单将会在合适的提前期之下被投放到产线中以配合产线中所需要的生产时间。因此，不仅可以保持准时化生产，而且对长时间才出现的低数量订单需求也可以快速且又不浪费设备能力的顺利完成。其实CONWIP 系统的提前期是一个较小的值，这增加的一些周期时间会让产线的柔性增加，从而能够更好的满足客户的需求。在CONWIP系统中只有一个单卡片计数，因此只要需求的速率保持相对稳定，就不需要根据产品组合的变化来调整卡片数量，从而去节省设置卡片数量的工作。因为没有在每个工站之间的均设置卡片数量，这样在CONWIP的分段区间内不会因为卡片数量不足限制瓶颈工站的加工任务，那么也不会出现因为瓶颈而堵塞的问题。这些都不需要人为的参与，从而可以自然地治理瓶颈行为。CONWIP 系统除第一个工站之外的分段区间内的其他工站都表现的像推式系统，当中游机器的作业员接收到原材料，他们可以自动开始在上面工作。因此，作业员就可以在接收到的原材料数量范围之内最大程度的工作，当生产卡片到达时就能减轻一些节奏压力。当然在 CONWIP 产线的第一个工站，作业员也只有在生产卡片授权后才允许开始工作。综合考虑上述的几个方面都说明了 CONWIP系统从基础上来说比看板系统更易于管理。3.2 基础CONWIP基础CONWIP系统适用于最简单的制造环境，即单路线、单产品族的产线。在一个生产车间内部满足以下四个条件则可认为是最简单的制造环境：（1）各工件的加工路线几乎相同。当某些待加工零部件包含一些并不显著影响流动时间的一些其他作业，我们仍然可以使用基础CONWIP。（2）各工件在各工站加工时间差不多。这表明没有加工时间特别长于其他工站的加工工序，则瓶颈工程是稳定的。 （3）机器换模时间短。这说明了两个不同的产线切换时机器不需要很长的换模时间，单个加工任务通过产线的时间不会因为加工任务序列的变化而剧烈的波动。（4）没有组装线。加工任务的进行可视为直线流动。在这个最简单的制造环境中运行基础CONWIP系统能够对实际的生产环境进行精确的估计。在CONWIP系统中，通过产出来调整投料以保持产线中WIP为定值10。维持常量WIP协议的方法一般通过卡片或容器，如图3.2所示。原材料由标准容器送达到，但仅在有可用的CONWIP生产卡片时才投入产线。卡片样式可以是多种形式，如塑料标签、金属卡片、硬纸板或者就是空容器本身，卡片上不需要路线或产品信息。在产线上只依据生产卡片去触发生产，卡片重复利用（它们没有因加工任务移向重工而停顿或因工程变更要求而结束），产线中的WIP将与CONWIP卡片数目设定的水平一致。 进货库存点出货库存点产线CONWIP卡片图3.2 CONWIP产线中卡片的移动3.2.1 基础CONWIP系统存在的问题（1）作业延迟。因为CONWIP卡片并不包含产品信息，所以工作人员需要依据其他的信息才能选择投入产线的加工任务。（2）产线先进先出原则。生产线应该保持先进先出原则，即除了产能损失、重工或经过多机工站的情况，工件将按照它们加工任务的触发顺序离开生产线。因为常量在制品系统能保持产线运行平稳正常，这样就能比较容易地预测各工件的加工任务何时完成，甚至可以预测那些处于作业延迟的加工任务的完成时间。当CONWIP生产线很长时，插单加工任务就会比较多。为了将插单任务加速时产生的变动性最小化，在生产线上应该只能有两种水平的触发优先级并且建立特殊的超越点。超越点是产线中的缓冲或库存点，常常位于CONWIP环段之间。对一些特定的加工任务的加速往往也是在超越点进行。工站从一个缓冲队列中取得原材料的原则是，在有需要加速的订单情况下，先加工加速订单；有多个加速订单则加工最紧迫的；没有插单订单时就按缓冲队列中待加工零部件的时间长短来选择加工的任务，等待时间最长的优先开始加工。生产线上只允许在特定位置处超越，这能使得预测加工任务何时离开产线变得容易。如果在产线上设置了多个优先级并且允许无限制的超越，产线中的变动性会变得很高，这样就难以预测加工任务在产线的完成情况。（3）卡片数量。CONWIP产线中必须设定一个合理的WIP水平，即设定卡片数量。如果生产线上本身就有WIP数量这一说法，则在CONWIP系统中只需卡片数量的初始值定在其WIP水平即可。当生产稳定后，观察各工站前的缓冲队列，定期检查队列长度，从而调整卡片数量来适应产线的变化。如果某一工站处的缓冲队列一直很长，则减少卡片数量不会对产能产生较大的影响所以应该果断的减少卡片数量以控制WIP数量最少。当在一条产线上第一次提出WIP数量控制方法时，则应该通过选择合理的周期时间CT根据以往的历史经验估计生产速率从而计算得到WIP数量。依据里特定律11，设定WIP水平为： (3.1)（4）卡片不足。如果卡片数量相比生产线一系列变动引起的后果足够大，那么坚持常量在制品能够使生产系统正常运行。在实际的产线上会存在一些情形迫使我们违反CONWIP投料准则，如图3.3所示。瓶颈之后的一台机器正经历一次很长时间的失效，这台机器的长时间失效会导致瓶颈因缺乏卡片而饥饿。如果非瓶颈机器比瓶颈机器快得多，则它修好后能够较快速的清空它面前的缓冲队列从而使整个产线平稳运行，但是我们会失去瓶颈机器的产能。这时就需要实施卡片不足措施，即向产线投入一些没有CONWIP卡片的加工任务，这能够使得瓶颈工站持续不断地工作，充分利用瓶颈工站的产能。一旦下游瓶颈机器不再失效，马上恢复CONWIP协议即只允许有CONWIP生产卡片的加工任务投料。没有生产卡片的加工任务也将逐渐被清出产线，WIP将回落到设定的目标水平。机器长时间失效瓶颈工程无卡片的加工任务有卡片的加工任务图3.3 CONWIP系统卡片不足情形（5）提前释放加工任务。在CONWIP协议中，当产线在最近的一段时间之内一切运行良好，那么可以超前排配选择性的生产一些后来的生产任务。在CONWIP协议中，可以选择提前生产的加工任务也是需要慎重考虑的一个问题，这涉及到加工任务的交货日期问题。 3.3 串联CONWIP系统最简单的生产环境在实际中一般不存在，即使存在我们也不会直接按照基础CONWIP路线来运行生产线，因为串联CONWIP系统将整条产线分为几个部分，这将更易于管理。CONWIP系统一般通过WIP缓冲隔离出几个串联CONWIP环路从而去对整个产线进行控制。产线中的各个环路WIP能够保持在各自的恒定水平。由于产线各环路之间保持着足够且合理的WIP，使得各环路能以独立的速度运行且互不影响（饥饿或阻塞）。这相对于基础CONWIP系统中是增加了一些WIP和周期时间但是这是基于实际产线变动性的综合考虑的需要。如图3.4所示CONWIP的分解方式，从将整条产线视为一个CONWIP环路（基础CONWIP）到将多个工站视为一个CONWIP环路（串联CONWIP）。卡片流工站暂存区基础CONWIP多环CONWIP图3.4 串联CONWIP产线3.3.1 串联CONWIP中需要解决的问题（1）复杂的共享资源在实际产线中一般是无法为每一加工任务指定一台单独的机器，那么在一些不同的加工任务被执行的时候往往需要用到相同的机器。这里用图3.5简单表示出现的这种情况。路线A路线B路线A路线B生产路线暂存区卡片流信息流图3.5 串联CONWIP中共享资源图示串联CONWIP产线中共享的资源让对产线的控制和预测变得很困难。首先在控制方面，在众多的产线中我们必须能够科学、快速地选择其中一条去优先使用共享资源。如果在这些产线中没有特别急迫的订单需求的，我们就可以根据先进先出原则去选择优先使用共享资源的路线。因为在拉式系统中工件加工任务的触发顺序是跟下游需求的时间是相对应的。若在这些路线中有迫切需要的订单则需要选择缓冲队列中等待时间最长的一个加工任务进入共享资源。如果在这些产品组合的加工之间需要机器换模则在各产品组合切换之前应该计算切换的时间及各产品组合的比例。在最简单的制造环境中，可以准确地预测加工任务离开基础CONWIP产线的时间。但是在串联CONWIP产线中因为多个产线使用共享资源，预测加工任务离开产线的时间变得很困难。因为任何一条的产线产出都是强烈依赖于其他产线所占比例的情况。为了清楚的说明这个问题，如图3.4所示的A与B两种产品组合共享一台机器。假设产品A、B的利用时间各占50%，生产产品A需要一小时，生产产品B需要两小时。因为它们在共享机器上的利用时间都已经设定，则在这里我们可以将A、B两产品看成分别是在两台不同的机器上加工的，但是由于机器的断供导致它们的利用率都只有50%。则产品A的加工时间比例为： 因此B的加工时间比例为：1-0.3333=0.666733.33%与66.67%在两台机器上的利用率，其他时间则为机器断供。当共享机器处只有产品A时，其速率为1件/小时；当与产品B一起来到共享机器前时，产品A的速率降到0.3333件/小时，平均加工时间是速率的倒数即：小时/件同样的一件B的平均加工时间为：小时/件在共享资源处的产品组合其加工时间被增大了，产品组合也可以看作为几条不同的分开的产线。如果各产品组合所占的比重不断变化，它们的加工时间也会在基础CONWIP模型预测值上下波动很大。这样产生的效果很象产线中的某台机器有着高度变动性带来的后果，因此在我们使用这样的模型的时侯需要放宽WIP数量来补偿这个额外的变动。（2）多产品组合造成的WIP数量变化在串联CONWIP系统中，我们放宽了基础CONWIP系统中的一个条件即在这个生产系统中生产的是多种产品。也正是由于这产品的组合导致了产线的一些变动，包括不同产品的加工时间差异和不同产品切换时的换模时间。不同产品的加工时间的差异也会导致产线总负荷的变化。在这些变动之下仍然根据产线中的工件稳定来保持CONWIP产线中的WIP水平就不在适用了。在这样的多产品组合中，设定合理的WIP数量应该建立在瓶颈工程的基础上。在一个产品组合中A与B，瓶颈机器加工一件产品A需要两个小时，加工一件产品B需要四个小时。如果产品组合造成的瓶颈工程不变，则每当一件B产品离开时允许两件产片A离开，也能保证瓶颈负载的稳定。如果瓶颈工程随产品组合而漂移，则系统需要的WIP数量比瓶颈稳定时更多以补偿瓶颈漂移造成的产线变动性。3.4 完整的CONWIP在前面的两中CONWIP 系统中各加工任务都是直线流动，即没有装配线。现在我们将CONWIP扩展至有装配线的生产环境中12。如图3.6显示了两条产线生产完成后共同提供给一条装配线装配的情况。两条产线中都有自己固有的WIP水平，但不一定是相同的CONWIP环路。每当装配线消耗完A、B产品，CONWIP卡片就回到两条产线的最前端触发一次的新的投料。但是当装配完成时没有不一定需要给装配过程所有的组件都触发投料。在如图3.6的例子中，如果产线A的WIP为10件，产线B的WIP为20件，这在产线B的总加工时间长于产线A的总加工时间的状况下是完全可行的。也就是产线长的一般需要更多的WIP，只要WIP的量能防止瓶颈出现饥饿则系统是能够运行正常的。装配暂存区卡片流工件流产品A加工时间（小时）产品B加工时间（小时）21413323图3.6 有装配线的CONWIP系统要正常运行则需要合适的WIP值，在这里我们就借助图3.6的例子来说明一下这个问题。在图3.5中可以看到产线A上机器的加工时间最长，即为瓶颈工程。由于在机器3上的加工时间为4小时，则瓶颈生产速率为件/小时。因为有瓶颈存在，则其他的所有工站都必须围绕着瓶颈的速率来服务。在这里我们将这条产线视为两条独立的产线，在理想情况下则临界在制品水平可由公式： 理想情况下是指系统在无变动性条件下给定和，以最短的周期时间达到最大的产出时的WIP的量。则产线A、B的临界在制品分别为：这只是理想状况下的WIP水平，在实际的产线中会存在各种各样的变动性所以实际的WIP水平会比这个高，具体要高多少也是取决于产线的有多大。由实际最差情形绩效知：给定WIP水平，实际最差情形（PWC）的产出为这里我们可以设定产出等于0.9，则当瓶颈速率为95%时所需要的WIP水平可由推出 将 代入即可得到：除非产线处于高度的变动性，不然计算出来的可以作为这个系统的两种WIP水平的一个合理的起点，然后再通过观察各机器前的缓冲队列的长度去调整卡片的数量，继而调整体统中WIP的数量。3.4.1 CONWIP系统中需要解决的问题 在一个完整的CONWIP系统中，产线中的每个环节内都会有各自恒定数量的WIP，在这种情况下每个环节内的瓶颈机器经常会因为下游机器的失效而饥饿。另外也会因为WIP恒定水平会引发在不适当的时候过早投料触发生产，只要是环节内的WIP低于一个目标水平，不管这种产品在最近的市场需求，一旦这些产品触发生产就会降低其柔性，再难对其根据客户的需求去做一些相应的调整。 为了解决存在CONWIP系统中这两个问题，我们一般实行从瓶颈处拉的措施。即在瓶颈处及其之前的WIP数量恒定的，在这之后WIP数量就是浮动的。一般来说瓶颈下游的机器平均速率比瓶颈处机器要快，待加工产品一般不会在此处堆积。这样的话，即使下游机器失效导致在它前面有了待加工产品的缓冲队列，瓶颈处也不会因为卡片不足就浪费宝贵的时间，而且在瓶颈下游机器恢复正常的时候也会逐渐的消耗掉前面的缓冲产品队列，从而去维持瓶颈的稳定性。如果瓶颈工站随产品组合发生变化，则拉的位置就会难以确定，这样我们就必须从产线的末尾开始拉动。4 计算瓶颈工程及周期的方法4.1 投料与零件分组的关系投料的最终目标是保持产线中在制品水平合理。工艺路线开始与结束之间的库存产品称为在制品。在制品数量是衡量生产系统状况的一个重要指标13。在制品数量超过临界在制品值过多，这是一种过量生产的浪费，会使得产品生产周期将显著拉长，产线库存增加继而增加库存成本，生产的不确定性增加。同时产线中的一些问题也会被过多的在制品数量而掩盖，工人们也会因为产线中的在制品数过多丧失了对产品质量的警惕性，从而造成产品质量下降、产出效率变低。如果在制品数量低于临界在制品值，设备利用率不足，生产准备次数增多，导致产线产能不足。在生产车间的产线中，有必要根据生产设备能力、产品工艺要求及产品数量去制定合理的在制品水平，以保证整个生产系统正常平稳运行，从而减少投料的盲目性。对于单一产品，临界在制品的计算公式为：其中W0为临界在制品数量，rb为总加工时间最长的零件加工在瓶颈工站上的产出率，T0 为总加工时间最长的零件原始生产周期（在所有工站上加工时间之和）。但在实际的生产车间一般不存在只生产单一产品的情况，而是多条产线多种产品并行生产。那么对于多产品同时加工的情况，临界在制品就难以计算，其原因是由于多种零件同时加工会产生瓶颈漂移，且产品种类与数量比例并不确定，使瓶颈漂移的位置也不能确定。在市场需要产品具有小批量、多品种、短交货期的条件下，企业需要提高设备利用率，尽可能地去缩短生产周期。企业的实施措施一般是在一批零件加工之前对其进行分组然后开始再开始投料加工。分组投料的目的是让机器在加工过程中减少刀具与工艺装备的切换次数即换模时间，以减少加工时间的变动性，阻止了生产周期时间变长，也可减少在投料时造成的作业延迟时间。待加工零件按加工工艺的近似程度分组，越近似的零件其加工时彼此的时间间隔越短。当车间开始加工某批次产品时可同时投入相互差异较大的几组零件，从而充分地利用设备加工能力，减少设备与代加工零件的等待时间。在分组完成之后，则应该进行投料开始加工，这也是有着先后顺序的。在完成一个加工任务之后需要根据卡片信息选择下一个加工任务，具体顺序如下（由高到低）：1 插单生产；2 上一生产批次；3 相同生产批次、相同序列、相同零件号、相同工序；4 相同生产批次、相同序列、相同零件号；5 相同生产批次、相同序列；6 相同生产批次；7 下一生产批次。该优先级考虑到两个特殊情况：（1）插单生产。遇紧急订货时，需进行插单生产，其它生产任务均为其让路；（2）零件工艺路线多次经过某工站。该情况可能造成当本批加工任务未全部完成时，下一批任务进入相同工站。4.2 零件分组的方法投料的分组可按照相同零件 工艺近似的同类零件 工艺有一定差别的同类零件的不同层次进行分组。在这里我们统计的零件主件区有，油缸、活塞、支柱；大件区有，工作台、横梁。根据各产品的零件表，统计有油缸的产品型号并且写出其油缸的工艺路线，这是按照相同零件分组的过程。其次是比照它们的工艺路线相似程度。它们的工艺路线如下：表4.1 各产品的油缸及其工艺路线产品型号WE-300A WE-600WE-600DYAW-300BWAW-2000DYE-2000C各油缸工艺路线CKA61100CKA61100C630*4mC630CKA61100C650划线划线C630C630CKA61100CKA61100Z35Z35划线划线划线CKA61100MQ1350AMQ1350AZ35Z35Z35RB-2NRB-3NRB-3NC630*4mRB-2NRB-2NTX611C1M4250M4250m4250M4250M4250Z35装配、研磨装配、研磨C630*5mBZCKA61100M4250Z35装配、研磨BZBZ根据各产品油缸的工艺路线，我们对其进行分组。由表4.1可知，WE-300A跟WE-600两种产品的油缸的工艺路线完全相同，故它们可以分在一组；同理，也可看出WE-600D跟YAW-300B、WAW-2000D跟YE-2000C两对产品的油缸工艺路线分别相似，故它们也可分别分在同一组。则，上面所说的分组可由如表4.2直观表达出来。表4.2 油缸分组零件类型序列号件号所属产品说明油缸YG-01WE-600-1013WE-600工艺过程相同的油缸YG-01WE-600-1013WE-300AYG-02WE-600D-1004WE-600D工艺过程近似的油缸YG-02YAW-300B-11034YAW-300BYG-03WAW-200D-1002WAW-2000D工艺工程近似的油缸YG-03YE-2000C-1002YE-2000CYG：油缸 01：某些工艺过程相同的油缸02：某些工艺过程近似的油缸 03：某些工艺过程近似的油缸根据相同零件分组，统计有活塞的产品类型并且标示出各活塞的工艺路线，如表4.3所示表4.3 各产品的活塞及其工艺路线产品型号YE-2000CWAW-2000DYAW-300BWE-600DWE-600WE-300A各活塞工艺路线CKA61100CKA61100C630C630*4mC630C630CKA61100CKA61100C630C630TX611C1TX611C1Z35TX611C1TX611C1TX611C1Z525Z525RB-2NMQ1350AZ35Z35MQ1350AMQ1350AMQ1350ACKA61100MQ1350AMQ1350A研磨研磨CKA61100MG1432BMG1432BMG1432BMG1432B钳加工由表4.3可知，WE-600跟WE-300A两产品活塞的工艺路线完全一样，则它们在投料时可以分在一起；同理也可看出WAW-2000D、YAW-300B及WE-600D三种产品活塞的加工路线基本一致，则它们在投料触发时可以分在一组；YE-2000C单独一组。活塞分组情况可由表4.4来表示：表4.4 各产品活塞分组情况零件类型序列号件号所属产品说明活塞HS-01WE-600-1014WE-600工艺过程相同的活塞HS-01WE-600-1014WE-300AHS-02WE-600D-1010WE-600D工艺过程近似的活塞HS-02YAW-300B-1005YAW-300BHS-02WAW-200D-1005WAW-2000DHS-03YE-2000C-1004YE-2000CHS：活塞 01：某些工艺路线相同的活塞02：某些工艺路线近似的活塞 根据相同零件分组原则，统计各产品的支柱情况比且统计出它们的工艺路线，如表4.5所示表4.5 各产品的支柱及其工艺路线产品型号WE-600WE-600D各支柱的工艺路线C630*3mC630C630*3mC630MQ1350AMQ1350AMQ1350A划线由表4.5很容易看出，总共只有两种产品里面有支柱，它们的工艺路线有一定的差别，则直接分组就可以。在统计完主件区需要统计的零件，接下来的工作就是统计主件的零件。本论文统计的大件区零件有横梁跟工作台。根据相同零件分组原则，将横梁跟工作台分别分在不同批次，再根据它们的工艺路线分别对它们进行分组。各产品的横梁及其它们的工艺路线如表4.6所示。表4.6 产品的横梁及其工艺路线产品型号WE-300AWE-600WE-600D下WE-600D上YAW-300B下YAW-300B上横梁工艺路线TX611C1TX611C1划线划线划线B2012AZ35Z35X2010CX2010CX2010ARB-2NBZBZ划线划线TX611C1划线B2012AB2012ARB-2NZ35TX611C1TX611C1Z35BZTX611C1TX611C1BZPBV700RB-2NRB-2NPBV700TX611C1TX611C1Z35Z35BZBZ产品型号WAW-2000D下WAW-2000D上YE-2000CYE-2000DWDW-600E上横梁工艺路线划线划线划线划线X2010AX2010AX2010AZ35B2012AZ35RB-2NRB-2NX2010APBV700B2012A划线划线PBV700RB-2NPBV700RB-2NRB-2NC516A(外协)Z35TX611C1TX611C1TX611C1RB-2NBZ划线TX611C1TX611C1Z35Z35RB-2NRB-2NBZTX611C1TX611C1Z35Z35修外形修外形BZBZ产品型号WDW-600E中WDW-300E上WDW-300E中横梁工艺路线X2010A划线划线TX611C1Z35Z35B2012AB2012AX2010CPBV700TX611C1B2012ARB-2NRB-3NPBV700划线Z35TX611C1Z35RB-2NPBV700Z35PBV700由表4.6可知，WE-300A跟WE-600的单横梁工艺路线完全相同，分组时应该放在一起；WE-600D下横梁跟WE-600D上横梁、WAW-2000D下横梁跟WAW-2000D上横梁工艺路线分别完全相同，分组也应该分别放在一起；YE-2000C跟YE-2000D、YAW-300B横梁跟YAW-300B上横梁的工艺路线分别相近，分组时应该放在一起。则上述可用表4.7表示出来。表4.7 各产品横梁分组情况零件类型序列号件号所属产品说明横梁HL-01WE-600-1011WE-300A工艺过程相同的单横梁HL-01WE-600-1011WE-600HL-02WE-600D-1101WE-600D工艺过程相同的上下横梁HL-02WE-600D-1109WE-600DHL-02WAW-2000D-1202WAW-2000DHL-02WAW-2000D-1226WAW-2000DHL-03YE-2000C-1011YE-2000C工艺过程近似的横梁HL-03YE-2000D-1202YE-2000DHL-03YAW-300B-1022YAW-300BHL-04YAW-300B-1004YAW-300B工艺过程近似的横梁HL-04WDW-600E-1101WDW-100EHL-04WDW-300E-1002WDW-300EHL-05WDW-600E-1201WDW-600E工艺过程近似的横梁HL-05WDW-300E-1004WDW-300EHL：横梁 01：工艺过程相同的单横梁 02：工艺过程相同的上下横梁根据相同零件分组原则，统计各产品的工作台情况比且统计出它们的工艺路线，如表4.8所示表4.8 产品的工作台及其工艺路线产品型号WE-600DWAW-2000DYE-2000CYE-2000DWDW-600EWD