装配生产线的平衡问题

【摘要】1. 工业中装配系统可分为以下三类 1.1 单站手工装配 它由一个装配工作站和完成装配作业的操作者组成，主要用于完成组装和整机总装。通常在单件小批或复杂装配作业中采用。 1.2 手工...

摘要：装配生产线的平衡问题是装配生产线规划中的重要组成部分，在工作人员数量确定的前提下采用人工平衡法进行装配生产线的规划，得到多个方案，从中选择接近最佳的方案。本文对装配生产线的平衡问题进行了分析。

关键词：装配生产线；平衡问题

中图分类号：U270.6+6文献标识码：A文章编号：

引言：

流水生产线是一种先进的生产组织形式, 有利于提高生产率。流水线生产不平衡会出现阻塞、在制品过多和误工误时的现象,最终导致生产率降低和生产组织失败。生产线平衡问题,是指工程流动间负荷的差距最小, 流动顺畅, 减少因时间差所造成的等待或滞留现象。

1. 工业中装配系统可分为以下三类

1.1 单站手工装配

它由一个装配工作站和完成装配作业的操作者组成，主要用于完成组装和整机总装。通常在单件小批或复杂装配作业中采用。

1.2 手工装配线

它由多个呈直线或环形排列的装配工作站和相应的操作者组成，主要用于完成产品在整个装配过程或组装部件的过程。手工装配线又称为手工装配流水线。

1.3 自动化装配系统

自动化装配指的是利用机械和自动的装置代替人工完成装配作业。近十几年来，自动化装配技术有了长足的发展，特别是工业机器人在装配领域得到了较为广泛的应用。但是，由于装配作业对人的技艺和感知的依靠性较强和很多装配过程比较复杂，自动化装配目前还很难完全取代手工装配。

2. 生产线不平衡产生的原因

2.1 产量和产品的配比发生变化, 原来平衡的各工位出现不平衡的现象。

2.2 产品配置设计的改变以及新型产品的投入。

2.3 操作工对工作的熟练程度的变化。

2.4 现场布置的改变。

2.5 原料、设备、工装及操作工对生产线平衡的影响。

3. 生产线平衡问题的分析

解决生产线平衡问题的关键就是对瓶颈工序的处理, 瓶颈工序的处理方法:

3.1 降低瓶颈工序的工作时间, 如增加工人、提高工人的熟练程度、提高工序的自动化水平。

3.2 将瓶颈工序进行分解, 使其部分工作在别的工序上完成。

3.3 调整整个生产线的循环周期, 把瓶颈工序的工作时间作为循环周期, 将其它工序进行重新合并。

4. 生产线平衡问题的类型

4.1 给定生产线的生产节拍, 求最小工作站数, 这种类型通常在生产线设计和规划阶段进行, 主要要求是综合考虑设备、人员、工作场地等因素, 在完成生产任务的前提下保证资金投入最少。

4.2给定生产线的工作站数, 求最小的生产线节拍, 即确定产品的生产周期, 通常在已有生产线的重新调整、优化阶段进行, 主要要求是保证设备和人员利用率最高。

对于第一种类型的生产线平衡问题现在研究的比较多, 而且也取得了很大的进展, 求解方法也越来越多, 如最优化方法、启发式方法、工业工程方法等。在新的求解方法中计算机的应用越来越广泛, 求解速度和精确度业逐步提高。这种平衡问题的约束条件较少, 并且由于工作站数是未知的, 所以其结果是随机分布的, 只要保证生产线平衡率最高即可。

第二种类型的平衡问题由于工作站数和各工序时间已知,求解的时候约束条件也多, 并且可以两个工作站完成同样的工作, 但是每个工作站包含的工序数量也有限制, 所以对于这种生产线平衡问题不能像第一种类型那样可以完全通过计算机来解决, 主要还是依靠生产线规划人员的经验来解决, 在规划完成后可以通过仿真软件来得出各工作站的利用率。

在第一种类型的生产线平衡问题的求解过程中为了保证生产能力, 各工作站的工作时间不能超过生产节拍。而第二种类型生产能力是通过工作站数和产品的加工时间来计算出来的, 而不是事先确定的, 生产节拍则是所有工作站的工作时间中最长的一个。

解决第二种类型的生产线平衡问题, 这种情况在实际中经常遇到, 如产品改型, 而生产线属于刚性生产线不能进行改动或变动成本太高。对于这种生产线平衡问题, 由于工作站的数量已经确定, 产品的加工总时间也已经确定, 根据生产平衡率的公式:

生产线平衡率=各工序时间总和(/ 工作站数 *CT) *100%

CT: 生产线中作业时间最长工作站的作业周期

提高平衡率只能通过降低 CT 值来达到, 具体来说就是使各工作站工作时间尽量相同, 使产品的加工时间平均分布到各个工作站。

4.3 采取的措施

4.3.1 计算出一个预估的生产节拍, 用产品的总加工时间与工作站数相除, 把这个时间作为安排工作站中工序数量的标准, 每个工作站内的加工时间应尽量与这个时间相同。

4.3.2 把没有先后加工顺序的工序做出标记, 需要时可以调整加工顺序。

4.3.3 有的工序加工时间明显超出预估的生产节拍, 可以使两个甚至更多的工作站同时进行该工序的加工, 即多个工作站的工作内容相同, 这样该工序的加工时间就成倍减少了, 以保证每个工作站的加工时间尽量相同。

4.3.4 为保证工人的熟练操作, 每个工作站所包含的工序数目不宜太多。

4.3.5 可以初步得出几套不同的解决方案, 然后通过综合分析从中选择一个最好的方案。

5. 求解生产线平衡问题的方法

人工平衡法是以逻辑和常识, 而不是以数学论证为依据。这种方法不能保证得到理论上最佳的方案, 不过可以产生一些较好的方法, 接近真正的最佳状况。人工平衡法是根据生产线上各加工工序的时间值的大小及其加工顺序进行挑选和将其分配给各个工作站。

装配线是一种典型的生产线, 并且其生产自动化水平高、生产设备简单、也比较容易调整, 所以适宜用人工平衡法解决平衡问题。对于那些加工设备不容易调整的机加工生产线的平衡问题, 则不能用这种方法解决。

5.1 处理过程

5.1.1 确定时间标准。用产品的总加工时间去除工作站数, 把这个时间称为预估生产节拍, 作为工作站加工时间的参考标准。

5.1.2 将加工工序按加工顺序排列起来。

5.1.3先将第一个工序放入第一个工作站, 如果时间没超过标准, 计算剩余时间, 然后将第二个工序放入其中, 如果仍没超过标准, 计算剩余时间, 将第三个工序放入其中, 依此类推, 如果超过标准, 计算超过的时间, 如放置工序前的剩余时间相比, 取时间较小的一项, 依此类推, 直到所有工作站都放置工序。

5.1.4 如果有的工序加工时间明显超出预估生产节拍, 可以使两个甚至更多的工作站同时进行该工序的加工。

5.1.5 如果有的工序无论怎么安排都会使工作站的工作时间超过预估生产节拍, 则可以使该工序与它相邻的工序一起安排在两个或多个工作站进行加工。

5.1.6 如果最后有剩余的工序没被安排进工作站, 需要从超标时间与空闲时间之差最小且有空闲时间的工作站开始, 将下一工序放入其中, 然后继续类推。如果最后的工作站为空闲, 需要从超标时间与空闲时间之差最大且有超标时间的工作站开始,将最后一个工序或时间最少的工序放入下一工作站, 然后依此类推。

5.1.7 将所有的工序都放入工作站后, 得出最后的结果。

5.2 判断生产线平衡的指标

5.2.1 生产线平衡率=各工序时间总和(/ 工作站数 *CT) *100%CT: 生产线中作业时间最长工作站的作业周期

5.2.2 各工作站的工作效率。

6.结语

生产线平衡问题大都集中在讨论生产线设计和安装阶段的时间平衡问题上, 对于产品改型等需要重新规划生产线的问题研究比较少, 但是这种问题在现实中普遍存在。提出了一种人工平衡法, 以某发动机装配线为研究对象, 以 eM- Plant 软件作为辅助工具对所规划的装配线进行仿真, 解决了生产实际问题, 证明了该方法的有效性和可行性。

参考文献：

[1] 王芸凤. 装配线平衡问题的混合遗传算法.合肥工业大学学报[J], 2005, 28.

[2] 刘晋浩. 装配线平衡问题的求解方法浅析.森林工程,2006,22( 4) :21~23.

[3] 岑昊. 装配生产线平衡的改善. 上海管理科学[J].2005( 4) : 16~17.