生产线的平衡

第四章生产线的平衡

4.1定义及专有名词术语

工厂的生产作业，常由各种不同功能的机器做各种加工处理，按顺序完成零件，再由零件装配成产品。使整个生产流程能顺利进行，没有停顿，等待或闲置现象，便是生产线平衡问题（Line Balancing Problem）。

工作站含量时间可简称工作站时间，例如在图4-1中，若A、B、C、D四站工作时间分别为20、30、50、30分，则D产品为每间隔50分钟，才能生产一单位，这是由于C站耗时50分，虽D站仅需30分，每一单位生产时，必须等待20分钟所致。同理A与B站也可闲置30分及20分，仍不延误每50分生产一单位D产品，由此可知生产一单位产品需时间多少，全由生产线工作站中工作含量时间最多者决定。这最多的工作时间，称为周期时间（Cycle Time），在本例中周期时间为50分钟，故生产率γ应为周期时间C的倒数，即C=1/γ。各站的闲时可由周期时间与该站工作时间之差表示。将各站间时总计，称为平衡滞延时间（Balance Delay Time）。

在图4-1中，若各站工作时间均相等，周期时间也与各站工作时间相同，各站均无闲时，也无平衡滞延时间，我们称此生产线已达百分之百或完全平衡（Perfect Balance）。如此，物料流动速度不变，各站工作顺序而下，也达到最高生产效率。事实上在实际作业中，完全平衡很难达到，总会有少许多余闲时出现，最简单办法是让空闲人员兼做一些间接性工作。

装配线（Assembly Line）依装配产品的数目可分为三类，如图4-2（a）（b）（c）所示。

（1）单产品装配线（Single-Model Assembly Line）即装配单项产品与零件；

（2）多产品批次装配线（Batch or Multimodel Assembly Line）即多项产品分别以批次装配完成，批量很大时，与单产品装配线无异，批量小时，则与后述多产品装配线相似；

（3）多产品装配线（Mixed-Model Assembly Line）为多项产品同时在装配线完成。

（a）单产品装配线

（c

）多产品装配线

（b

）多产品批次装配线

图4-2 装配线分类图

定义：装配线平衡又称工序同期化，就是根据流水线节拍的要求，采取各种技术、组织的措施来调整各工作地的单件作业时间，使它们等于节拍或节拍的整数倍。

目的：对装配线实行平衡技术，其目的是使所设计的装配线所需工作地数最少，同时使各工作地作业间尽可能接近节拍，减少忙闲不均的现象，并符合高效率和按节奏生产的要求。

一、为什么要进行装配线时间平衡

例：某装配线有6道工序，其作业顺序和工序时间如下：（节拍为5分钟/件）

为了解决以上问题，必须对装配线的工作进行新的组合分析，重新组合工作地。

二、进行装配线平衡的内容(原则)

1 按工序先后顺序，合理地把作业分配给每一个工作地;

2 每个工作地综合作业时间要尽量接近节拍，并使装配线所设计工作地最少

3 各工作地空闲时间要少，工作地之间负荷均匀，以保证流水线时间损失最低

三、装配流水线节拍

节拍：流水线上连续出产两件相同制品的时间间隔，一般用r表示。

例：某流水线计划日产量为150件，采用两班制生产，每班规定有21分钟停歇时间，计划不合格品率为2%，计算流水线节拍。

缺点：1 浪费了时间资源。

2 出现了忙闲不均的现象。

3 浪费了人力资源。

四、进行装配线平衡的步骤

1．确定装配流水线节拍，

2．计算装配线需要的最少工作地数S min，设t i为工序i的工作时间。

3．组织工作地。

（1）保证各工序之间的先后顺序

（2）每个工作地的工序时间之和（Tei）不能大于节拍(Tei

（3）各工作地的时间尽量接近或等于节拍(Tei→r)

（4）应使工作地数目最少

4．计算工作地时间损失系数

S , r 为理想状态的理论值，对装配线进行平衡，要使时间损失系数尽可能小。

图4- 时间损失示意图

4.2 生产线平衡所需考虑的因素

（1）生产线布置：

生产线的布置将影响平衡的改进，在现有生产线中，工具、夹具与小型设备等的调整，通常不列入生产线平衡作业中，唯传送带（Conveyors）大型设备等装置，不易改变位置，属于区域限制（Zoning Constraints）情形，对以后平衡改进作业，具有很大影响。所以生产新产品或建新厂时，也应注意工厂布置对生产线平衡影响的程度，通常最后对于主要装配线，尽可能使其接近完全平衡，并对区域或部门限制的情形，应尽量减少。

（2）产品的性质：

由于其工作要素的时间分配与先后次序相异，对生产线平衡具有不同的影响。Kilbridge与Wester两位调查研究，获得下列两点结论：（1）相同周期时间及其他情形同时，产品中工作要素时间短者数量多及时间长者数量少，越易获得平衡。（2）工作要素先后次序限制越少，也越易获得平衡。

（3）周期时间：

也是影响平衡难易程度的主要因素。最佳周期时间依据Kilbridge与Wester两位的研究，应考虑有关产品成本的内外在因素，诸如学习成本，时间成本，滞延成本（Balance-delay Cost），需求量与生产率，工作人员缺勤与转换，各类设备成本，以及库存量成本等。事实上，周期时间常由生产率符合需求量决定，即

T

C q

=

（4-1）式中：C 为周期时间，T 为时间，q 表示在T 时间内的需求量。

将总工作含量时间除周期时间，若不为整数，显而易见，无法获得完全平衡。即使除尽，有时因工作要素先后次序关系，仍无法获得完全平衡。 （4）学习因素（Learning Factor ）：

工作人员由于学习效应，时间越久，其工作经验增长后，所需处理作业时间渐减。所以某工作站原为瓶颈作业站，却渐渐变成非瓶颈作业站，因而整个生产线的周期时间也可能变短。 （5）个人行为因素：

生产线上工作人员，其技能高低，缺勤率大小，抱怨程度等个人行为因素，与工作环境及工作场所设计的优劣等外在因素，具有同等影响工作要素的时间长短的程度。由于个人操作时间，每次不尽相同，其事件分配的变异数也不尽相同。所以如何给予适当合宜的宽放时间（Allowances ）应由工作研究分析者制定。 （6）其他因素：

在多产品批次装配线或多产品装配线时，对于某产品其平衡程度较优，对其他项产品平衡或较差。如何取舍，使达到两全其美，必须考虑很多因素。诸如不同产品作业的难易，不同生产率与需求量等，但通过以总成本为最后标准。此外生产线在实际情形中，常发生停工待料，或某工作站机器故障等情形，也需要迅速予以改正。

4.3 平衡生产线作业方法

生产线及装配线平衡（实际上，装配线也是生产线之一），除后述平衡理论与方法外，一般改进方法可由下述途径获得。

（1） 改良作业方法 （2） 改变机器速度

（3） 多种项目联合生产线

（4） 料堆或加班对付操作较慢机器 （5） 分割作业 （6） 移动操作员

（7） 增进工作人员绩效

4.4 平衡滞延理论

设C=周期时间

k P =第K 工作站含量时间，也就是第K 工作站处理时间，K=1、2、……、n

k D =第K 工作站的闲时。K=1、2、……、n

则总工作含量时间应为

1

n

k k P =∑

平衡滞延时间BD 应为

1

1

1

()n n n

k k k k k k BD D C P nC P =====-=-∑∑∑ （4-2）

若以百分率表示

1

nC ()10%0n

k

k P BD nC

=-=

⨯∑ （4-3）