流水线平衡-line-balancing

案例：有机器人的自动化成组制造单元案例：有机器人的自动化成组制造单元国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901工作站空间设备、物料、人员入口国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901工作站空间设备、物料、人员入口国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社090155.4流水线平衡与设计流水线已在世界各国广泛应用，并且在内容和形式上不断地创新。本节内容：流水线相关概念：期量标准、节拍规则、分类。流水线平衡：问题描述、基本方法、韩-伯方法、进一步探讨流水线设计：平面布置、搬运设备、传送带与式作站布置类型、传送带速度计算、示例。国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社09015.4.1流水线相关概念一、期量标准也称作业计划标准，是经过科学分析和运算，对加工对象在生产过程中的运动所规定的一组时间和数量标准。先进合理的期量标准是流水线设计和运行的基本保障。流水线期量标准包括：节拍、作业指示图表、在制品占用量定额。国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901节拍Takttime指流水生产一件产品所需的时间，即一天的工作时间除以一天要生产产品的数量。一天的所需生产数量是根据生产计划来确定的，而生产计划是基于市场预测和订单情况制定的。生产节拍实际是一种目标时间，是随需求数量和需求期的有效工作时间变化而变化的，是人为制定的。节拍是不能测量的，而是要计算的。节拍=每日有效工作时间/计划每日产量年产6万台发动机的节拍？国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901考虑稼动率和合格率节拍=每日有效工作时间×生产线稼动率计划每日产量×合格品率稼动率PerformanceRate：设备实际工作时间与有效工作的时间的比值，去掉无效时间downtime利用节拍，我们能够平衡不同资源的负荷并识别瓶颈。而通常把流水线中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈”（Bottleneck），瓶颈限制了流水线的产出速度。国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901概念比较节拍≠周期时间≠节距时间周期时间（CycleTime）反映流水线的生产速度，以生产一件产品所需要的时间（秒）来表示。周期时间是可以测量的，它可以小于、大于或等于节拍时间。在组织同步化生产过程中，一定要追求生产周期与生产节拍的基本一致，否则会产生浪费。周期时间是生产效率的指标，比较稳定，它受一定时期的设备加工能力、劳动力配置情况、工艺方法等因素影响，只能通过管理和技术改进才能缩短。节距时间(PitchTime)是流水线传送带流过两相邻工作站的时间，一般取节距时间等于周期时间国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901（2）作业指示图表为确保流水线按规定的节拍工作，必须对每个工作地详细规定它的工作制度，编制作业指示图表作业指示图表对提高生产效率、设备利用率、减少在制品起着重要作用。指示图表根据节拍和工序时间定额来确定。最常见的是SOP（StandardOperationProcedure），即标准作业程序或作业指导书，将作业标准操作步骤和要求以统一的格式描述出来，用来指导和规范日常的作业。标准是尽可能地将相关操作步骤尤其是关键控制点进行细化、量化和优化。SOP根据流程图、具体工艺和质量控制等来制定国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901SOP作業編號/WORKNO:A3系列外觀---14數量:/QTY料件名稱:PARTNAME料號:PARTNO規格:STANDARD數量:QTY版本:REV版本說明:DESCRIPTION核准日期:DATELCDRUBBER13-N6K10L220J1LCD_Rubber_Pad51第一次發行於皮帶線2005/5/162增加脫去保護衣動作2005/9/13設備&工具名稱:/TOOLNAME作業指導書作業名稱/WORKNAME:STANDARDOPERATIONPROCEDURE貼附LCD前蓋RUBBER注意事項REMARK1.脫去保護衣.2.用手彈動兩次前蓋卡勾檢查是否能正常回彈，並檢查卡勾有無變形和異色3.檢查LCD前蓋圈示處螺絲無漏鎖，並貼下面5個(如圖)Rubber(凸)，貼附Rubber后需用手按一下，防止有浮貼，貼附不緊密等現象.国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社09012．50s节拍规则节拍按周期时间和机器速度人为制定，那么多少节拍是最合适的呢？全自动化的流水线，节拍主要由机器速度来决定对以人为操作、看管为主的流水线则有50~60s的最优范围。如日本丰田市就有14家丰田工厂，但很多工厂只生产一班，少量两班，但绝无三班。为什么不采用一半的节拍，产量加倍、工厂资产减半？经验表明，重复性手工作业的周期时间最好不要低于50s。当需要更多的产量时可以加班，或设置慢节拍的生产线（如两条90s的而不是一条45s的）应对产量的波动。国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社090150s节拍的优越性1）生产率（Productivity）。动作浪费比例小，3s/30s=10%与3s/50s=6%可容许，比例适当，还有调整回旋的余地。更长的节拍则导致产出率难以达到一定的规模。实践表明节拍在50多秒的流水线比更快节拍的流水线，在生产率上可提高30%2）安全与人因工程（Safety&Ergonomics）。短时重复操作易致人体有关部位的累积性疲劳与伤害。更宽的范围（如50-60s）内容多变，肌肉组织有恢复时间。动素分析，在50s内分配的操作要素既不单调，也不太多正适合操作工人掌握和形成连贯动作。3）质量（Quality）。几项操作由一人做，会更注意质量4）员工士气（Morale）。实验表明，在其他条件一致的情况下，工人重复完成54s周期的作业比27s的更具有工作成就感。卓别林的喜剧国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社09013．流水线分类福特流水线与T型车流水线发明百年来给生产效率带来了巨大的提高，世界各国广泛采用，也产生了各种各样的流水线。流水线可按多种形式分类，如按生产对象、移动方式、转换方式、节拍等。国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901分类标志对象移动方式对象数目对象轮换方式连续程度节奏性机械化程度连续流水线间断流水线自动流水线手工流水线机械化流水线粗略节拍流水线自由节拍流水线强制节拍流水线固定流水线移动流水线流水线Assemblyline单一对象流水线多对象流水线可变流水线不变流水线成组流水线Better国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社09015.4.2流水线平衡流水线规划设计的核心是流水线平衡。所谓流水线平衡就是把作业要素进行适当合并，并分配给每个工作地，使各工作地的作业时间等于周期时间或周期时间的整倍数。（AssemblyLineBalancing，ALB）国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901生产线平衡-目的1)物流快速﹐縮短生产周期2)減少或消除物料或半成品周轉場所3)消除生產瓶頸﹐提高作業效率4)提升工作士氣﹐改善作業秩序5)穩定產品質量国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社09011．问题的描述装配一个工件所需要的所有工艺分为n项作业（tasks），它们形成集合V={1,…,n}。作业是最小的独立工作单元，对一项作业j，都有一个作业时间tj。由于装配工艺的要求，作业顺序并不是任意的，而是有一定的先后次序，我们可以用先后次序图（PrecedenceGraph，也称前列图）来表示。可行的平衡方案要满足先后次序约束。集合Sk表示分配给工作站k的所有作业，这些作业的合计时间为该工作站时间。流水线100%平衡时，所有工作站的周期时间都等于流水线周期时间C。如果不是100%平衡时，工作站的周期时间只能小于流水线周期时间，这时会有非生产性的空闲时间（IdleTime）。对工作站k，它的空闲时间为C－t(Sk)。显然要提高平衡率，必须尽量降低全部工作站的空闲时间。为组合优化问题，难以求解，常用启发式算法国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901生产周期时间和最少工作站（或工作地点）数目，接下来才是按不同方法确定工作站的作业分配。第一步：确定工作周期时间C=H/QH——每天生产时间；Q—每天在H时间内要求的产量；第二步：确定最少工作站数目K0注意实际分配工作站数m≥K0）；tsum—完成一件产品全部作业的时间总和。完成工作站分配后，要计算流水线效率（也称为平衡率）。流水线效率为全部作业的时间总和与实际工作站总数m与周期时间乘积的百分比，即：sum100%tEmCCtKsum0国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901*简单的手工作业*各作业各配置1名作业人员*日工作时间:480分*Neck（瓶颈）作业:第5号工程(42秒)*流水线平衡率LB=(30+32+31+33+42+33+34+35+31+36)/(42ⅹ10)×100%=337/420×100%=80.2%12345678910510152025303540时间(Seconds)31323133423334353136国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社09012．基本平衡方法以例说明某手推车要在一个传送带流水线上组装，每天需生产500辆，每天的生产时间为420min。下图是该手推车的装配网络图（双代号），请根据周期时间和作业次序限制，求使工作地数量最小的平衡方式。1234567891011B11C912G12F45A50D15E12I12H8J9K国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901确定工作站节拍=420×60／500=50.4（s），则周期时间C也要达到50.4s。计算满足节拍要求的最少工作站理论值（取不少于计算值的最小整数）K0=tsum/C=(45+11+9+50+15+12+12+12+12+8+9)／50.4=195／50.4=3.87≈4选择作业分配规则，以确定流水线平衡。规则1：优先分配后续作业较多的作业先对作业进行排序国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901分配各工作站的作业，分配结果如下作业剩余的未分配时间工作站1作业时间可行的遗留作业最多的后续作业操作时间最长的作业A455.4C=50.4K0=4无工作站2D500.4无作业时间A45B11C9D50E15F12G12H12I12J8K9工作站3B1139.4C,EC,EEE1524.4C,H,ICC915.4F,G,H,IF,G,H,IF,G,H,IF123.4工作站4G1238.4H,IH,IH1226.4II1214.4JJ86.4工作站5k941.4计算流水线平衡后的效率E1=195／(5×50.4)=77%合计195高吗？国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901由于平衡效率不高，根据规则2“优先分配操作时间最长的作业”来确定作业剩余的未分配时间工作站1作业时间可行的遗留作业最多的后续作业操作时间最长的作业D500.4C=50.4K0=4无工作站2A455.4无作业时间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合计19525613444476F,GGK工作站间时长优先工作站内考虑约束1234567891011B11C912G12F45A50D15E12I12H8J9K计算流水线平衡后的效率E2=195／(4×50.4)=97%国家十一五教材《物流工程》伊俊敏编著电子社0901253．韩格逊-伯尼法也称位置加权法或矩阵法。首先根据先后次序图求出每个作业单元的位置权值(RankedPositionalWeight)——作业时间与其后续所有作业时间的总和，然后根据位置权值的高低进行作业安排，优先安排权值高的作业