流水線平衡 line balancing課件

1、案例：有機(jī)器人的自動(dòng)化成組制造單元案例：有機(jī)器人的自動(dòng)化成組制造單元工作站空間 設(shè)備、物料、人員入口工作站空間 設(shè)備、物料、人員入口5.4 流水線平衡與設(shè)計(jì)流水線已在世界各國(guó)廣泛應(yīng)用，并且在內(nèi)容和形式上不斷地創(chuàng)新。本節(jié)內(nèi)容：流水線相關(guān)概念：期量標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)拍規(guī)則、分類。流水線平衡：?jiǎn)栴}描述、基本方法、韓-伯方法、進(jìn)一步探討流水線設(shè)計(jì)：平面布置、搬運(yùn)設(shè)備、傳送帶與式作站布置類型、傳送帶速度計(jì)算、示例。5節(jié)拍 Takt time指流水生產(chǎn)一件產(chǎn)品所需的時(shí)間，即一天的工作時(shí)間除以一天要生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量。一天的所需生產(chǎn)數(shù)量是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃來(lái)確定的，而生產(chǎn)計(jì)劃是基于市場(chǎng)預(yù)測(cè)和訂單情況制定的。生產(chǎn)節(jié)拍實(shí)際是一種目

2、標(biāo)時(shí)間，是隨需求數(shù)量和需求期的有效工作時(shí)間變化而變化的，是人為制定的。 節(jié)拍是不能測(cè)量的，而是要計(jì)算的。 節(jié)拍 = 每日有效工作時(shí)間 / 計(jì)劃每日產(chǎn)量 年產(chǎn)6萬(wàn)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)拍？考慮稼動(dòng)率和合格率節(jié)拍 = 每日有效工作時(shí)間生產(chǎn)線稼動(dòng)率 計(jì)劃每日產(chǎn)量合格品率 稼動(dòng)率Performance Rate ：設(shè)備實(shí)際工作時(shí)間與有效工作的時(shí)間的比值，去掉無(wú)效時(shí)間downtime利用節(jié)拍，我們能夠平衡不同資源的負(fù)荷并識(shí)別瓶頸。而通常把流水線中生產(chǎn)節(jié)拍最慢的環(huán)節(jié)叫做“瓶頸”（Bottleneck），瓶頸限制了流水線的產(chǎn)出速度。（2）作業(yè)指示圖表為確保流水線按規(guī)定的節(jié)拍工作，必須對(duì)每個(gè)工作地詳細(xì)規(guī)定它的工作制度，

3、編制作業(yè)指示圖表作業(yè)指示圖表對(duì)提高生產(chǎn)效率、設(shè)備利用率、減少在制品起著重要作用。指示圖表根據(jù)節(jié)拍和工序時(shí)間定額來(lái)確定。最常見(jiàn)的是SOP（Standard Operation Procedure），即標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序或作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，將作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作步驟和要求以統(tǒng)一的格式描述出來(lái)，用來(lái)指導(dǎo)和規(guī)范日常的作業(yè)。標(biāo)準(zhǔn)是盡可能地將相關(guān)操作步驟尤其是關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化、量化和優(yōu)化。SOP根據(jù)流程圖、具體工藝和質(zhì)量控制等來(lái)制定 SOP250s節(jié)拍規(guī)則節(jié)拍按周期時(shí)間和機(jī)器速度人為制定，那么多少節(jié)拍是最合適的呢？全自動(dòng)化的流水線，節(jié)拍主要由機(jī)器速度來(lái)決定對(duì)以人為操作、看管為主的流水線則有5060s的最優(yōu)范圍。如日本豐田市

4、就有14家豐田工廠，但很多工廠只生產(chǎn)一班，少量?jī)砂?，但絕無(wú)三班。為什么不采用一半的節(jié)拍，產(chǎn)量加倍、工廠資產(chǎn)減半？經(jīng)驗(yàn)表明，重復(fù)性手工作業(yè)的周期時(shí)間最好不要低于50s。當(dāng)需要更多的產(chǎn)量時(shí)可以加班，或設(shè)置慢節(jié)拍的生產(chǎn)線（如兩條90s的而不是一條45s的）應(yīng)對(duì)產(chǎn)量的波動(dòng)。 3流水線分類福特流水線與T型車流水線發(fā)明百年來(lái)給生產(chǎn)效率帶來(lái)了巨大的提高，世界各國(guó)廣泛采用，也產(chǎn)生了各種各樣的流水線。流水線可按多種形式分類，如按生產(chǎn)對(duì)象、移動(dòng)方式、轉(zhuǎn)換方式、節(jié)拍等。 分類標(biāo)志對(duì)象移動(dòng)方式對(duì)象數(shù)目對(duì)象輪換方式連續(xù)程度節(jié)奏性機(jī)械化程度連續(xù)流水線間斷流水線自動(dòng)流水線手工流水線機(jī)械化流水線粗略節(jié)拍流水線自由節(jié)拍流水線強(qiáng)

5、制節(jié)拍流水線固定流水線移動(dòng)流水線流水線Assembly line單一對(duì)象流水線多對(duì)象流水線可變流水線不變流水線成組流水線Better生產(chǎn)線平衡-目的物流快速縮短生產(chǎn)周期減少或消除物料或半成品周轉(zhuǎn)場(chǎng)所消除生產(chǎn)瓶頸提高作業(yè)效率提升工作士氣改善作業(yè)秩序穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量1問(wèn)題的描述 裝配一個(gè)工件所需要的所有工藝分為n項(xiàng)作業(yè)（tasks），它們形成集合V = 1, n。作業(yè)是最小的獨(dú)立工作單元，對(duì)一項(xiàng)作業(yè)j，都有一個(gè)作業(yè)時(shí)間tj。由于裝配工藝的要求，作業(yè)順序并不是任意的，而是有一定的先后次序，我們可以用先后次序圖（Precedence Graph，也稱前列圖）來(lái)表示?？尚械钠胶夥桨敢獫M足先后次序約束。集合S

6、k表示分配給工作站k的所有作業(yè)，這些作業(yè)的合計(jì)時(shí)間為該工作站時(shí)間。流水線100%平衡時(shí)，所有工作站的周期時(shí)間都等于流水線周期時(shí)間C。如果不是100%平衡時(shí)，工作站的周期時(shí)間只能小于流水線周期時(shí)間，這時(shí)會(huì)有非生產(chǎn)性的空閑時(shí)間（Idle Time）。對(duì)工作站k，它的空閑時(shí)間為Ct (Sk )。顯然要提高平衡率，必須盡量降低全部工作站的空閑時(shí)間。為組合優(yōu)化問(wèn)題，難以求解，常用啟發(fā)式算法 生產(chǎn)周期時(shí)間和最少工作站（或工作地點(diǎn)）數(shù)目，接下來(lái)才是按不同方法確定工作站的作業(yè)分配。第一步：確定工作周期時(shí)間C=H/QH每天生產(chǎn)時(shí)間；Q每天在H時(shí)間內(nèi)要求的產(chǎn)量；第二步：確定最少工作站數(shù)目K0注意實(shí)際分配工作站數(shù)m

7、K0）；tsum 完成一件產(chǎn)品全部作業(yè)的時(shí)間總和。完成工作站分配后，要計(jì)算流水線效率（也稱為平衡率）。流水線效率為全部作業(yè)的時(shí)間總和與實(shí)際工作站總數(shù)m與周期時(shí)間乘積的百分比，即：* 簡(jiǎn)單的手工作業(yè)* 各作業(yè)各配置1名作業(yè)人員* 日工作時(shí)間: 480分* Neck（瓶頸）作業(yè): 第5號(hào)工程(42秒)* 流水線平衡率 LB=(30+32+31+33+42+33+34+35+31+36)/(4210) 100% =337/420 100%=80.2%12345678910510152025303540時(shí)間 (Seconds)313231334233343531362基本平衡方法 以例說(shuō)明某手推車要在

8、一個(gè)傳送帶流水線上組裝，每天需生產(chǎn)500輛，每天的生產(chǎn)時(shí)間為420min。下圖是該手推車的裝配網(wǎng)絡(luò)圖（雙代號(hào)），請(qǐng)根據(jù)周期時(shí)間和作業(yè)次序限制，求使工作地?cái)?shù)量最小的平衡方式。 確定工作站節(jié)拍= 42060500 = 50.4（s），則周期時(shí)間C也要達(dá)到50.4s。計(jì)算滿足節(jié)拍要求的最少工作站理論值（取不少于計(jì)算值的最小整數(shù)）K0 = tsum /C = (45+11+9+50+15+12+12+12+12+8+9)50.4 = 19550.4 = 3.874 選擇作業(yè)分配規(guī)則，以確定流水線平衡。規(guī)則1：優(yōu)先分配后續(xù)作業(yè)較多的作業(yè) 先對(duì)作業(yè)進(jìn)行排序 由于平衡效率不高，根據(jù)規(guī)則2“優(yōu)先分配操作時(shí)間最

9、長(zhǎng)的作業(yè)”來(lái)確定作業(yè)剩余的未分配時(shí)間工作站1作業(yè)時(shí)間可行的遺留作業(yè)最多的后續(xù)作業(yè)操作時(shí)間最長(zhǎng)的作業(yè)D500.4C=50.4K0=4無(wú)工作站2A455.4無(wú)作業(yè)時(shí)間A45B11C9D50E15F12G12H12I12J8K9工作站3E1535.4B, H, IBH, IH1223.4B, III1211.4BF, G, H, IF, G, H, IB110.4工作站4C941.4F, GF, GF1229.4GG1217.4JJ89.4k90.4合計(jì)19525613444476F, GGK工作站間時(shí)長(zhǎng)優(yōu)先工作站內(nèi)考慮約束計(jì)算流水線平衡后的效率E2 =195(450.4) =97%253韓格遜-伯

10、尼法也稱位置加權(quán)法或矩陣法。首先根據(jù)先后次序圖求出每個(gè)作業(yè)單元的位置權(quán)值(Ranked Positional Weight)作業(yè)時(shí)間與其后續(xù)所有作業(yè)時(shí)間的總和，然后根據(jù)位置權(quán)值的高低進(jìn)行作業(yè)安排，優(yōu)先安排權(quán)值高的作業(yè)，從而盡量減少工作站數(shù)。 例現(xiàn)擬在傳送帶上組裝某部件。該部件每天需組裝369臺(tái)，每天的生產(chǎn)時(shí)間480min。裝配順序及裝配時(shí)間如下表。根據(jù)周期時(shí)間和作業(yè)順序限制，求工作站數(shù)最少情況下的平衡流動(dòng)及裝配線效率。27解 共4步(1) 確定周期時(shí)間和最少工作站數(shù)將已知的數(shù)據(jù)（該部件每天需組裝369臺(tái)，每天的生產(chǎn)時(shí)間480min）代入得周期時(shí)間： C=H/Q=480*60/369=78 秒用

11、下式計(jì)算滿足周期時(shí)何要求的最少工作站數(shù)： K= t/C=(502520 302525121420)/78 =2.833故最少需3個(gè)工作站。 28(2) 畫(huà)出其先后次序圖和先后次序矩陣表。依照裝配程序表的要求可以畫(huà)出先后次序圖。圖中圓圈為作業(yè)，箭頭為操作順序。29裝配先后次序矩陣表1234567891234567890+1-1領(lǐng)先+1+1+1+1+1+1+1+1延后-10+1+1+1+1+1+1+1-1-100+1+1+1+1+1-1-100+1+1+1+1+1-1-1-1-10+1+1+1+1-1-1-1-1-10+1+1+1-1-1-1-1-1-10+10-1-1-1-1-1-10+10-1

12、-1-1-1-1-10-1-130(3) 完成位置權(quán)值計(jì)算1234567891234567890+1-1+1+1+1+1+1+1+10+1+1+1+1+1+1+1-1-100+1+1+1+1+1-1-100+1+1+1+1+1-1-1-1-10+1+1+1+1-1-1-1-1-10+1+1+1-1-1-1-1-1-10+10-1-1-1-1-1-10+10-1-1-1-1-1-10-1-1Ti 秒502520302525121420pwa2211711161269671323420141225253020255020ti位置權(quán)值pwa 為該單元及所有帶+1單元時(shí)間之和位置權(quán)值矩陣表31(4) 分配工作站的作業(yè)，平衡裝配線工作站K112223333單元時(shí)間ti 秒502520302525121420裝配線平衡表123456789單元i2211711161269671323420位置權(quán)值pwa-1223,45667,8緊前單元工作站時(shí)間ti 秒507550307525513971平衡延遲秒283284835327397遞減順序按位置權(quán)值遞減的次序，在滿足先后次序限制的條件下，指派盡可能多的單元至一工作站，直至接近該站的周期時(shí)間。=周期時(shí)間(78秒)-工作站時(shí)間32(4) 分配工作站的作業(yè)，平衡裝配線工作站K112223333單元時(shí)間ti