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生产线平衡分析与改善


IE工业工程
-----生产线平衡









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

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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

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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。

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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(Decimal Minute)

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二、流水生产线概述
1、 流水生产的基本概念


流水生产的原理

? 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
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二、流水生产线概述
1、 流水生产的基本概念


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

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二、流水生产线概述
1、 流水生产的基本概念


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

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二、流水生产线概述
1、 流水生产的基本概念


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
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三、流水生产线平衡的设计方法
1、 流水生产线平衡设计应解决的若干基本问题

● ● ● ●

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

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三、流水生产线平衡的设计方法
2、 流水线平衡设计的准备工作



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

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三、流水生产线平衡的设计方法
3、 单品种流水线平衡方法 ① 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。

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三、流水生产线平衡的设计方法
3、 单品种流水线平衡方法 ① 确定流水生产的节拍 若按批运输时,则流水线节拍为 式中 Q——运输批量。
流水线运输批量参考值 C ? CQ


运输批量

单件重量 (kg)

单件 工序平均加工时 间(分)

0.1 100 50 20 10

0.2 50 20 20 10

0.5 1.0 20 20 10 5 10 10 5 2

2.0 5 5 2 2

5.0 ≥10 2 2 2 1 1 1 1 1
13

<1.0 1.0~2.0 2.0~5.0 5.0~10
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三、流水生产线平衡的设计方法
3、 单品种流水线平衡方法 ● 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11: 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。

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三、流水生产线平衡的设计方法
3、 单品种流水线平衡方法
● 案例:生产线平衡分析案例

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三、流水生产线平衡的设计方法
3、 单品种流水线平衡方法
● 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
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三、流水生产线平衡的设计方法
3、 单品种流水线平衡方法


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.

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三、流水生产线平衡的设计方法
3、 单品种流水线平衡方法 ②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。

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三、流水生产线平衡的设计方法
②平衡图分析

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三、流水生产线平衡的设计方法
②平衡图分析---改善案例:

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三、流水生产线平衡的设计方法
③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 (Pitch Time),也就是说Pitch Time(节拍时间)等于周 期时间 (Ct)(注:在完成各工序后,每隔Pitch Time完 成一个或批产品) ?另外一种计算方法同样可以得到Cycle Time,即由以 每小时平均成品产量,求得一个产品的Ct

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三、流水生产线平衡的设计方法
③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)
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三、流水生产线平衡的设计方法
③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%
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三、流水生产线平衡的设计方法
③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% .
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三、流水生产线平衡的设计方法
③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)

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三、流水生产线平衡的设计方法
④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)

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三、流水生产线平衡的设计方法
④生产线平衡损失率的计算:

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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。
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四、生产线平衡的改善方法与原则
2、平衡率改善的图示。

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四、生产线平衡的改善方法与原则
2、平衡率改善的图示。

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四、生产线平衡的改善方法与原则
2、平衡率改善的图示。

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五、生产线平衡的其它案例
1、 单品种流水线平衡方法 ① 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。

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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?
任务 A B C 生产时间(分钟) 10 11 5 前项任务 — A B

D
E F G

4
12 3 7

B
A C、D E

H
I 总时间
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11
3 66

E
G、 H 33

五、生产线平衡的其它案例 解:
480 ? 12 (分钟 / 件) 40 66 最小的工序数目 ? ? 5.5或6个工序 12 66 66 效率 ? ? ? 91 .7% 6 ? 12 72 节拍 ?
工序2 11 B C 5 工序4 F 4 D 11 H 工序5
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10 A 工序1

3

7 G

工序6 3

工序3 12 E

I

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五、生产线平衡的其它案例
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。 阶位法的工作步骤如下 ① 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。 ② 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。 ③ 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。 ④ 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。
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五、生产线平衡的其它案例
1、 单品种流水线平衡方法

②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。

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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 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。

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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

② 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

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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。

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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 ● 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。

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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

③混合流水线节拍的确定
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
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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

③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

C组 ----混合流水线的平均节拍;
N 组 ----计划期内产品组的产量。

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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

③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)。
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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

多品种流水生产线的平衡
? 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

d i ? ? N j? ij ti
i ?1
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 δij——系数,产品j含有作业元素i时, δij=1,否则, δij=0

n

ti——第i作业元素的单件作业时间
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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:

c?

T

?N
i ?1

n

1? 8 ? 60 ? ? 6?分 台? 40 ? 10 ? 30
i
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五、生产线平衡的其它案例 12 3

3 2、 多品种流水线生产的平衡设计

5

产品作业顺序图 (1)A产品
5
18



4

⑤ 4 ⑥

13

5

3
14

4
17


3

1

FA=4+3+3+4+1+5+5+ 3+4+5=37(分)



4

⑤ ⑥ ⑦

4 1

3
14

4
17

5
18

(2)B产品 FB=4+4+3+4+1+4+3+ 3+4+5=35(分)



4

⑧ 3 ⑨ ⑤ 4 ⑥ ⑦ 2 ⑩
2 11 1 3

4


5

4

3
14

4
17

5
18

(3)C产品 FC=4+5+3+4+1+2+2+ 3+4+3+4+5=40(分)
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4
15


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3
16

五、生产线平衡的其它案例
S min ? n ? ? N i Fi ? ? i ?1 n ?c ? Ni ? ? i ?1 ? ? ? ? 40 ? 37 ? 10 ? 35 ? 30? 40 ? ??? ?7 ? 6?40 ? 10 ? 30? ? ? ? ? ?

产品A、B、C的综合作业图
④ ①
4 3 3
12

5

5
13

⑤ 4 ⑥

1

3
14

4
17

5
18

② ③
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5

4

⑧ 3 ⑨ ⑩
2 2 11

4
4
15

3
16

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五、生产线平衡的其它案例 进行混合流水线的平衡 ? 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: n
? 不违反作业先后顺序

?d
1

i

?T

?
?

必须满足 评价平衡结果。

?

混合流水线负荷率: E ?

?N
i ?1

n

i

Fi

S ? c ? ? Ni
i ?1

n

?

混合流水线在计划期内的工作时间损失:
BD ? S ? c ? ? N i ? ? N i Fi
i ?1 i ?1 n n

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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:①按区间顺序进行分配。 ②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。③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
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五、生产线平衡的其它案例
Ⅰ Ⅱ
④ ①
4 3 3


12

5





5
13

⑤ 4 ⑥ ⑦
1

3
14

4
17

5
18

② ③
5

4

⑧ 3 ⑨

2 2 11

4
4
15

3
16

作业区间的划分

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作业元素关系表 区间 作业元素 移动的可能性 五、生产线平衡的其它案例 ① Ι ② ③ ④ ⑤ ⑥ Ⅱ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 11 12 13 Ⅲ 14 15 16 Ⅳ 17 18 可移至区间Ⅳ 可移至区间Ⅳ 可移至区间Ⅲ 若移15 16 ,可移至区间Ⅲ 若移 16 ,可移至区间Ⅲ 可移至区间Ⅳ 可移至区间Ⅳ 若移15 16 , 可移至区间Ⅱ 若移12 13 , 可移至区间Ⅲ di 320 40 150 120 240 320 80 40 30 60 60 200 200 240 120 90 320 400 850 320 400 2310 2630 3030 950 1460 510 510 区间 累计

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平衡的结果及过程 区间
Ι Ι Ι Ⅱ

d 作业元素 作业元素的移动 ∑d 五、生产线平衡的其它案例
i i

修正后的累计时间

作业工序

① ② ③ ④ ③ ⑤

320 40 150 120 150 240

320 360 510 移至区间Ⅱ 360 480 150 390 2 1

Ι
Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ


⑥ ⑦

60
320 80

450
320 400 3

11
⑧ ⑨ 12 15 13 14

60
40 30 200 120 200 240

460
40 70 4 270 390 200 440 5


Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅴ

16
17 18

90
320 400

90
410 400

6 7

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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:
BD ? S ? c ? ? N i ? ? N i Fi ? 7 ? 6 ? ?40 ? 10 ? 30? ? ?40? 37 ? 10? 35 ? 30? 40?
i ?1 i ?1 n n

?分钟? ? 330
n

混合流水线负荷率:
E ?

?N
i ?1

i

Fi

S ? c ? ? Ni
i ?1

n

30 30 ? ? 0.90 2 ? 9 0.2% 33 60

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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。
进一步合并工序示意表 2 3 ⑥ ⑦ 11 ⑧⑨ 12 15 2 [2] [3] [4] [3?] 工序号 所分配的作 业元素 工位数 1 4
13 14

5
16 17

6
18

① ② ④ ③⑤⑩

1

1 [1]

1 [5] [6]

1

1

工作顺序图
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五、生产线平衡的其它案例
、 多品种流水生产的平衡设计

混合流水生产的平准化
做好流水线平衡是混合流水线设计的一个步骤。 要在生产中真正实现均衡化,还需做好产品混合生产

的计划和组织工作。应合理搭配产品品种,不但保证
生产按节拍,不间断地进行,达到产量均衡,而且还 必须保证工时和品种的均衡。这样的一种组织生产的 方法称为生产的平准化。

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五、生产线平衡的其它案例
、 多品种流水生产的平衡设计

混合流水生产的平准化


生产平准化具有如下的特点:
? 同一条流水线上有多种产品在同一时间内循环 变换生产 ? 为达到均衡生产,应减少批量,增加批次

? 合理选择各种品种的投产顺序

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五、生产线平衡的其它案例 编排投产顺序的方法之一——生产比倒数法
仍以上例分析,其步骤为: 1. 计算生产比。从各品种的计划产量中,找出最大公约数,计 算各品种的生产比。公式为

xj ? 式中:xj——品种j的生产比 Nj——品种j的计划产量 dc——各品种计划产量的最大公约数
xA=40/10=4 xB=10/10=1 2. 计算生产比倒数mj。公式: mA=1/4
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Nj dc

xC=30/10=3

1 mj ? xj

mB=1

mC=1/3
57

五、生产线平衡的其它案例 3. 按以下规则确定投产顺序:①全部品种中生产比 倒数值最小的品种先投。②在具有多个生产比倒 数最小值的情况下,晚出现生产比倒数最小值的 品种先投。若出现连续投入同一品种时,应排除 这一品种,在剩下的各种品种中选择晚出现生产 比倒数最小值的品种先投。 4.在已选品种的mj上标上*号,并更新mj值(即加 上该产品的mj 值) 各个品种在混合流水线上的流送顺序称为连锁, 即一个循环中产品的投产顺序。
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生产比倒数法确定投产顺序计算表 五、生产线平衡的其它案例
项目 计算 过程 1 2 3 4 品种 投入 顺序 A C A C A 连锁

A

B
1 1 1 1

C

5
6

?* ? +? =? ?* ?+?=? ?* ?+?=1
1*

1
1

? ?* ?+ ?=? ?* ?+?=1
1*

AC
ACA

ACAC
ACACA

A
C

ACACAC
ACACACA ACACACAB
59

7
8
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1
1*

?+1=4/3
4/3

A
B

?+1=5/4

五、生产线平衡的其它案例 一个连锁的生产周期为:

t周 ?

?N
i ?1

n

i

m

40 ? 10 ? 30 ?c ? ? 6 ? 48?分钟? 10

每日可进行480/48=10(次)循环就可完成全部任 务(40台A、10台B、30台C)

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