生产线平衡分析与改善

IE工业工程 生产线平衡 主讲 2020 4 12 2 课程内容 生产线平衡一 生产线平衡的概述二 流水生产线概述三 生产线平衡的设计四 生产线平衡的方法及改善原则5 案例分析 2020 4 12 3 一 生产线平衡的概述 1 概念生产线平衡即对生产的全部工序进行平均化 调整作业负荷 以使各作业的时间尽可能相近的技术手段与方法 它是生产流程设计及作业标准化中最重要的方法 是通过平衡生产线使现场真正实施生产同步化 从而达到 一个流 的理想 实施生产线平衡前 管理人员应先处理好个别效率与整体效率之间的关系 2020 4 12 4 一 生产线平衡的概述 2 目的通过平衡生产线可以达到以下几个目的 加快产品流动 减少生产周期 消除工程瓶颈 提高作业效率 稳定产品质量 优化作业流程 减少单件产品的工时消耗 降低成本 等同提高人均产量 减少工序在制品 真正实现 一个流 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 通过平衡生产线可以综合应用程序分析 动作分析 布置分析 搬动分析 时间分析等工业工程方法 提高全员综合素质 2020 4 12 5 一 生产线平衡的概述 3 生产线平衡表示法一般使用生产流动平衡表来表示 纵轴表示时间 横向则依工程顺序表示 并划出其标准时间 注 划法可使用曲线图或柱状图4 平衡图的应用方法1 将确的定各工程顺序 作业单位 填入生产流动平衡表内 2 测算各工序实际作业时间以DM或分或秒为单位记入平衡表内 注 1DM 0 01分 0 6秒DM DecimalMinute 2020 4 12 6 二 流水生产线概述 流水生产是在 分工 和 作业标准化 的原理上发展起来的流水生产方式的诞生必须依赖加工技术的支撑流水生产方式的基础是流水生产线 1 流水生产的基本概念 流水生产的原理 2020 4 12 7 二 流水生产线概述 流水生产的特点 工作的专业化程度高生产按节拍进行工艺过程是封闭的生产对象在工序间作单向移动工作地之间有传送装置连结 1 流水生产的基本概念 2020 4 12 8 二 流水生产线概述 组织流水生产的条件 产量要足够大 单位产品的劳动量也比较大制造的工艺过程能划分成简单的工序 又能根据工序同期化的要求把某些工序适当的合并和分解 使各工序的作业时间基本相等或成整数倍产品结构和制造工艺相对稳定必要的场地等 1 流水生产的基本概念 2020 4 12 9 二 流水生产线概述 流水线生产的分类 单人单产品式单产品固定式多产品固定式自由流水式连续传动流水式间歇传动流水式分组式 1 流水生产的基本概念 2020 4 12 10 三 流水生产线平衡的设计方法 确定流水生产线上的基本作业并制定相应的作业标准 确定完成基本作业的先后次序 并绘制基本作业顺序图 确定流水生产线的循环时间 节拍 把基本作业按一定的准则分配到各工位上去 1 流水生产线平衡设计应解决的若干基本问题 2020 4 12 11 三 流水生产线平衡的设计方法 进行产品和零件的分类 改进产品和零件的结构 使之适合流水生产 审查和修改工艺规程 收集整理设计工作所需要的资料 2 流水线平衡设计的准备工作 2020 4 12 12 三 流水生产线平衡的设计方法 确定流水生产的节拍 当流水线的运输批量等于1的情况下 节拍按下式计算 式中C 流水线节拍 Fe 计划期有效工作时间 N 计划期应完成的产量 3 单品种流水线平衡方法 2020 4 12 13 三 流水生产线平衡的设计方法 若按批运输时 则流水线节拍为式中Q 运输批量 确定流水生产的节拍 3 单品种流水线平衡方法 2020 4 12 14 三 流水生产线平衡的设计方法 案例 生产线平衡分析案例 直流式流程序为例 设某一产品从原料到成品 需经过A B C D四个工序 其基本标准工时 秒 个 及相关生产效率 良率 投入机台 人员数分别见表1 1 可以求各工序每小时产量为 A工序每小时产量 3600秒 6 90 90 95 1 470 87个B工序每小时产量 3600秒 5 1 80 99 5 1 470 87个C工序每小时产量 3600秒 34 40 100 99 9 2 209 09个D工序每小时产量 3600秒 30 40 100 99 5 2 238 8个 3 单品种流水线平衡方法 2020 4 12 15 三 流水生产线平衡的设计方法 案例 生产线平衡分析案例 3 单品种流水线平衡方法 2020 4 12 16 三 流水生产线平衡的设计方法 案例 生产线平衡分析案例由表一可知A B C D四个工序每小时产量处于不平衡的状态 整体生产线的产量受限于C工序 每小时只能产出209 09个 其他的工序的产出高于209 09个 只会堆积在生产线上而造成半成品库存积压 而D工序更将因为C工序的产量 而形成时间的等候 比较B C两个工作站 将可发现B工作站的产能为C工作站的2 69倍 B C两个工作站将积压大量的半成品 若以传统追求各工作站提升效率的方式进行管理 B工作站的效率提升 只会恶化B C站的半成品积压的浪费 而无助于整体产量的提高 假设B工作站经训练生产效率达100 则B工作站每小时产量将达702 35个 产量为C工作站的3 36倍 生产线通过多道工序完成成品 追求效率的方向应以整体的生产效率 也就是以最终成品数量和配置的资源 人员 设备 的多少来衡量 3 单品种流水线平衡方法 2020 4 12 17 三 流水生产线平衡的设计方法 木桶理论与项链理论3M 浪费 负荷过重 不平衡 浪费 搬运的浪费 不良品浪费 动作浪费 在库浪费 加工过度的浪费 等待的浪费 过量生产的浪费负荷过重 机器负荷过重可能导致故障 人员负荷过重可能导致安全 效率和质量问题 不平衡 导致浪费和负荷过重等 3 单品种流水线平衡方法 2020 4 12 18 三 流水生产线平衡的设计方法 平衡图分析产能平衡图是以目视的方式对单一产品于各工序所需的时间进行图示分析 由于平衡图可以识别瓶颈工序的可能发生工序 并以动作分析进行平衡 通常情况下 运用平衡图主要对产品于各工序加工所需时间进行分析 案例2 1平衡图分析案例假设某一产品需经四道加工工序A B C D 其加工所需时间 标准工时 分别见表2 1所列工序产量表 3 单品种流水线平衡方法 2020 4 12 19 三 流水生产线平衡的设计方法 平衡图分析 2020 4 12 20 三 流水生产线平衡的设计方法 平衡图分析 改善案例 2020 4 12 21 三 流水生产线平衡的设计方法 生产线平衡率的计算 衡量生产线平衡的好坏 可以用生产线平衡率或平衡损失率来进行定量衡量 在计算生产线平衡率或平衡损失率前 必须先设定计算的时间基准 即生产周期 如案例2 1 可以发现决定生产线的作业时间周期的工序时间是最长工序的时间 PitchTime 也就是说PitchTime 节拍时间 等于周期时间 Ct 注 在完成各工序后 每隔PitchTime完成一个或批产品 另外一种计算方法同样可以得到CycleTime 即由以每小时平均成品产量 求得一个产品的Ct 2020 4 12 22 三 流水生产线平衡的设计方法 生产线平衡率的计算 Ct 瓶颈工序单位产品产出时间生产线的平衡率计算公式如下 生产线平衡率 实际作业所需时间总和 作业时间总和 Ti Ct N Ti 各作业资源加工时间N 作业资源数总和若以平衡图与生产线平衡率做比较 平衡率等于图中白色部分的面积 加工时间 除以平衡图的全部面积 作业时间总和 2020 4 12 23 三 流水生产线平衡的设计方法 生产线平衡率的计算 以案例2 2进行计算 对C工序增加作业资源数作为改善 将有助于生产平衡率由64 17 提高至77 产能从30分钟生产一个成品 提高到20分钟生产一个产品 产能提高50 2020 4 12 24 三 流水生产线平衡的设计方法 生产线平衡率的计算 若对C工序进行动作分析研究 将部分工作分配给闲置的B D两工序 则将有助于一产平衡率由64 17 提高至96 25 产能比30分钟生产一个成品 提高到20分钟生产一个成品 产能提高50 2020 4 12 25 三 流水生产线平衡的设计方法 生产线平衡率的计算 若评估上述两方案 对瓶颈工序C进行动作分析的生产线平衡改善方案较增加作业资源的生产线平衡改善方案的效果为佳 无须增加一个工位 2020 4 12 26 三 流水生产线平衡的设计方法 生产线平衡损失率的计算 生产线平衡损失率计算公式如下 平衡损失率 非加工时间总和 作业时间总和 LTi 生产节拍 N 1 生产线平衡率LTi 各作业资源非加工时间 N 作业资源数总和 若以平衡图与生产线平衡损失率做比较 平衡损失率等于平衡图中阴影部分面积 非加工时间 除以平衡图的全部面积 作业时间总和 2020 4 12 27 三 流水生产线平衡的设计方法 生产线平衡损失率的计算 2020 4 12 28 四 生产线平衡的改善方法与原则 1 平衡率改善的基本原则 是通过提高作业资源的产出 调整工序的作业内容 使各工序作业时间达到平衡 实施时可采用以下方法 对瓶颈工序进行作业改善 作业改善的方法包括对于良率的提升 效率的提高和设备的开动率的提高 设备开动率指实际设备开动时间与可开动 负荷 时间之比 计算如下 设备开动率 实际设备开动时间 设备负荷时间 凭借增加瓶颈工序的作业资源数 提高平衡率 分解瓶颈工序的作业内容 并分提给其它工序 减少非瓶颈工序的作业资源数 以提高平衡率 合并相关工序 重新排布生产工序 相对来讲 在作业内容相对较多的情况下容易平衡 在精益生产中 可凭借U形布局的多能工轻易达到目的 分解作业时间较短的工序 把该工序排到其它工序中去 2020 4 12 29 四 生产线平衡的改善方法与原则 2 平衡率改善的图示 2020 4 12 30 四 生产线平衡的改善方法与原则 2 平衡率改善的图示 2020 4 12 31 四 生产线平衡的改善方法与原则 2 平衡率改善的图示 2020 4 12 32 五 生产线平衡的其它案例 计算最少工作地数 各工序作业时间 除以节拍 在给定了节拍时间后 最少工作地数应为 式中的 符号表示大于或等于W C的最小整数 W表示制造单位产品所需全部作业元素加工时间总和 流水线的最少工作地数可以作为衡量流水线利用程度的一个标准 用来检查工作地任务分工组织的合理性 1 单品种流水线平衡方法 2020 4 12 33 五 生产线平衡的其它案例 例 一条组装线 其生产活动见下表 的总装配时间为66分钟 工厂确定每天的工作时间为480分钟 出产量为40 试画出顺序图并找出工序的最小数目 然后安排工序以平衡组装线 这条组装线的平衡效率是多少 2020 4 12 34 五 生产线平衡的其它案例 解 2020 4 12 35 五 生产线平衡的其它案例 阶位法的工作步骤如下 作图表示装配工艺过程中各作业元素的先后关系 并标明每项作业元素的时间 从作业元素先后关系图找出每项作业元素的后续作业元素 计算它们的时间总和 即每项作业元素的阶位值 按阶位值的大小 由大到小 将作业元素排队 制成作业元素阶位表 从阶位值最高的作业元素开始 向工作地分配作业要素 每分配一项作业元素 计算一次在节拍时间内的剩余时间 若剩余时间足够安排另一项作业元素 从阶位表中找出阶位值次高的作业元素分给该工作地 若剩余时间不够安排其它作业元素 就向下一个工作地分配 直到全部作业要素都被安排入工作地为止 装配流水线平衡的方法很多 这里介绍一种简便而又能取得满意效果的方法 阶位法 2020 4 12 36 五 生产线平衡的其它案例 流水线平衡的评价与再平衡 用下面的公式计算流水线负荷率 以评价流水线平衡后的效率 式中E 流水线负荷率S 采取平衡措施后的流水线工作地数 1 单品种流水线平衡方法 2020 4 12 37 五 生产线平衡的其它案例 2 多品种流水线生产的平衡设计 多品种流水生产的基本形式 一种是可变流水线 又称转换流水线 它的基本特征是 在一条流水线上轮番生产几种产品 另一种是混合流水线 是指在同一时间内 在同一条流水线上按固定顺序混合地生产多种品种产品 2020 4 12 38 五 生产线平衡的其它案例 2 多品种流水线生产的平衡设计 多品种流水线主生产节拍的确定 可变流水线节拍的确定混合流水线节拍的确定 2020 4 12 39 五 生产线平衡的其它案例 2 多品种流水线生产的平衡设计 可变流水线节拍的确定 代表产品换算法 就是在生产的产品中 选择一种产量大 劳动量大 工艺过程比较复杂的产品作为代表产品 然后将其它产品按劳动量比例关系换算成代表产品的产量 按换算后的代表产品的总产量计算每种产品的节拍 2020 4 12 40 五 生产线平衡的其它案例 2 多品种流水线生产的平衡设计 劳动量比例分配法 此法是将计划期有效工作时间按各种产品的劳动量比例进行分配 然后根据产品分得的有效工作时间和产量计算生产节拍 可变流水线节拍的确定 2020 4 12 41 五 生产线平衡的其它案例 2 多品种流水线生产的平衡设计 混合流水线的生产组织方式是 在同一时间内多种产品混合编组在一条流水线上进行生产 它具有如下的特点 按固定的混合产品组组织生产产品组在各工作地的作业含量时间与流水线节拍应相等或成倍比关系生产中转换品种时 不需要对设备或工艺装备重新调整 混合流水线节拍的确定 2020 4 12 42 五 生产线平衡的其它案例 2 多品种流水线生产的平衡设计 混合流水线节拍的确定 混合流水线的节拍是按产品组计算的 其计算公式为 式中 混合流水线的平均节拍 计划期内产品组的产量 2020 4 12 43 五 生产线平衡的其它案例 2 多品种流水线生产的平衡设计 混合流水线节拍的确定 产品组产量N组与产品组的构成及各产品的计划产量有关 它需分别对下面不同情况来加以确定 固定于流水线上生产的产品产量相等 流水线上生产的若干种产品的计划期产量成较小的整数比 如1 2 3或2 3 4等 2020 4 12 44 五 生产线平衡的其它案例 2 多品种流水线生产的平衡设计 编制综合的作业元素顺序图选择平衡工作地作业量的时间周期计算作业元素在平衡周期内的作业时间 多品种流水生产线的平衡 式中 di 第i作业元素的作业时间Nj 产品j在周期内的产量 ij 系数 产品j含有作业元素i时 ij 1 否则 ij 0ti 第i作业元素的单件作业时间 2020 4 12 45 五 生产线平衡的其它案例 2 多品种流水线生产的平衡设计 例 某混合流水线上有A B C三种产品 平均日产量分别为40台 10台 30台 一个工作日一班 不考虑停工时间 各产品作业顺序如图 求混合流水线的节拍 Smin 综合作业顺序图 并进行混合流水线的平衡 解 2020 4 12 46 五 生产线平衡的其它案例 2 多品种流水线生产的平衡设计 1 A产品FA 4 3 3 4 1 5 5 3 4 5 37 分 2 B产品FB 4 4 3 4 1 4 3 3 4 5 35 分 3 C产品FC 4 5 3 4 1 2 2 3 4 3 4 5 40 分 产品作业顺序图 2020 4 12 47 五 生产线平衡的其它案例 产品A B C的综合作业图 2020 4 12 48 五 生产线平衡的其它案例 将综合作业图中各作业元素合并成工序 要求合并后的工序数尽可能小 具体要求 不违反作业先后顺序必须满足评价平衡结果 混合流水线负荷率 混合流水线在计划期内的工作时间损失 进行混合流水线的平衡 2020 4 12 49 五 生产线平衡的其它案例 混合流水线平衡的具体步骤 按作业先后次序将综合作业顺序图划分成区间 5个作业区间编制作业元素关系表 明确哪些作业元素的先后次序是可变的进行平衡分配作业元素时的原则 按区间顺序进行分配 在同一区间内尽可能先分配di值较大者 按一日一班计 使 di 480分钟 尽可能达到工作地数目最小 在一个区间内不易继续分配时 可用能够移动的作业元素进行调整 平衡结果的评价工序的进一步合并 2020 4 12 50 五 生产线平衡的其它案例 2020 4 12 51 五 生产线平衡的其它案例 2020 4 12 52 五 生产线平衡的其它案例 2020 4 12 53 五 生产线平衡的其它案例 平衡结果评价 混合流水线在计划期内的工作时间损失 混合流水线负荷率 2020 4 12 54 五 生产线平衡的其它案例 工序的进一步合并现在有7道工序 由于第三道与第四道工序相互没有先后关系 说明两道工序可以同时进行 即可以合并为一个工序而设两个工位 由两个工人在同一工作地上操作 因此 该混合流水线最后可并为6道工序7个工位 2020 4 12 55 五 生产线平衡的其它案例 做好流水线平衡是混合流水线设