【文章內(nèi)容簡介】 ? 流水線發(fā)明百年來給生產(chǎn)效率帶來了巨大的提高，世界各國廣泛采用，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)對象、移動方式、轉(zhuǎn)換方式、節(jié)拍等。 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 分類標(biāo)志 對象移動方式 對象數(shù)目 對象輪換方式 連續(xù)程度 節(jié)奏性 機械化程度 連續(xù)流水線 間斷流水線 自動流水線 手工流水線 機械化流水線 粗略節(jié)拍流水線 自由節(jié)拍流水線 強制節(jié)拍流水線 固定流水線 移動流水線 流水線 Assembly line 單一對象流水線 多對象流水線 可變流水線 不變流水線 成組流水線 Better 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 流水線平衡 ? 流水線規(guī)劃設(shè)計的核心是流水線平衡。 ? 所謂流水線平衡就是把作業(yè)要素進(jìn)行適當(dāng)合并，并分配給每個工作地，使各工作地的作業(yè)時間等于周期時間或周期時間的整倍數(shù)。 ? （ Assembly Line Balancing， ALB） 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 68 ?流水線平衡 ? 流水的平衡要根據(jù)產(chǎn)品 設(shè)定工作站數(shù)目 再 將各工作單元分配到工作站 ，并使各工作站分配的工作量大致平衡，而每個操作工人在工作站上完成指定工作單元的工作。當(dāng)每一個產(chǎn)出單元（如一輛汽車，一臺發(fā)動機）經(jīng)過該站工人就進(jìn)行一次重復(fù)規(guī)定操作。 ? 要想使裝配線合理高效，裝配線的平衡問題是一個關(guān)鍵問題。 ? 按 “ 在規(guī)定的裝配線速度下，使總的空閑時間最少，或使做一額定工作量的操作人數(shù)最少，以使平衡延遲最少 ” 的原則進(jìn)行裝配線平衡調(diào)整。 ? 為此需要 確定生產(chǎn)周期時間 和 確定最少工作站 （或工作地點） 數(shù)目 ，然后是 工作站作業(yè)分配問題 。 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 1．問題的描述 ? 裝配一個工件所需要的所有工藝分為 n項作業(yè)（ tasks），它們形成集合 V = {1,…, n}。作業(yè)是最小的獨立工作單元，對一項作業(yè) j，都有一個作業(yè)時間 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）來表示。 ? 可行的平衡方案要滿足先后次序約束。集合 Sk表示分配給工作站 k的所有作業(yè)，這些作業(yè)的合計時間為該工作站時間。 ? 流水線 100%平衡時，所有工作站的周期時間都等于流水線周期時間 C。 ? 如果不是 100%平衡時，工作站的周期時間只能小于流水線周期時間，這時會有非生產(chǎn)性的空閑時間（ Idle Time）。對工作站 k，它的空閑時間為 C－ t (Sk )。顯然要提高平衡率，必須盡量降低全部工作站的空閑時間。 ? 為組合優(yōu)化問題，難以求解，常用啟發(fā)式算法 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 ? 生產(chǎn)周期時間和最少工作站（或工作地點）數(shù)目，接下來才是按不同方法確定工作站的作業(yè)分配。 ? 第一步：確定工作周期時間 C=H/Q – H——每天生產(chǎn)時間； – Q—每天在 H時間內(nèi)要求的產(chǎn)量； ? 第二步：確定最少工作站數(shù)目 K0 – 注意實際分配工作站數(shù) m≥K0）； – tsum —完成一件產(chǎn)品全部作業(yè)的時間總和。 ? 完成工作站分配后，要計算流水線效率（也稱為平衡率）。流水線效率為全部作業(yè)的時間總和與實際工作站總數(shù) m與周期時間乘積的百分比，即： sum 100%tEmC??????????CtK s u m0基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 例 * 簡單的手工作業(yè) * 各作業(yè)各配置 1名作業(yè)人員 * 日工作時間 : 480分 * Neck（ 瓶 頸 ） 作業(yè) : 第 5號工程 (42秒 ) * 流水線平衡率 LB=(30+32+31+33+42+33+34+35+31+36)/(42ⅹ 10) 100% =337/420 100%=% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 10 15 20 25 30 35 40 時間 (Seconds) 31 32 31 33 42 33 34 35 31 36 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 2．基本平衡方法 ? 以例說明 ? 某手推車要在一個傳送帶流水線上組裝，每天需生產(chǎn) 500輛，每天的生產(chǎn)時間為420min。下圖是該手推車的裝配網(wǎng)絡(luò)圖，請根據(jù)周期時間和作業(yè)次序限制，求使工作地數(shù)量最小的平衡方式。 1234 56 789 10 11B11C9 12G12F45A50D15E12I12H8J9K基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 ? 確定工作站節(jié)拍 = 420 60／ 500 = （ s），則周期時間C也要達(dá)到 。 ? 計算滿足節(jié)拍要求的最少工作站理論值（取不少于計算值的最小整數(shù)） K0 = tsum /C = (45+11+9+50+15+12+12+12+12+8+9)／ = 195／ = ≈4 ? 下面先按直觀方法進(jìn)行工作站作業(yè)分配。 – 因為周期時間 C是 ，從圖中可知， A、 D作業(yè)分別與其后續(xù)作業(yè)組合時間均超過 C，因此它們各需要一個工作站。 – B、 C、 G、 F則可組合為一個工作站， – 同理 E、 I、 H、 J也可組合為一個工作站 – 最后剩下 K單獨一個， – 共需五個工作站，流水線的效率 E1 =195／ (5 ) =77%。這是滿意解，平衡率不高，需要考慮其他更好的平衡方法。 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 ? 此時可以確定一些作業(yè)分配規(guī)則，減少隨機分配性，增強對不同問題的適應(yīng)性。這樣的規(guī)則很多，如： ⑴優(yōu)先分配操作時間最長的作業(yè) （ Most Followers），或 ⑵優(yōu)先分配后續(xù)作業(yè)較多的作業(yè) （ Longest Task Time）。本例按規(guī)則⑴得到的結(jié)果是： – 工作站 1： D(50) – 工作站 2： A(45) – 工作站 3： E(15)、 H(12)、 I(12)、 B(11) – 工作站 4： C(9)、 F(12)、 G(12)、 J(8)、 K(9) ? 當(dāng)然并列的作業(yè)或路線可不管先后，但串列的則要先滿足先后時序要求。 ? 此時流水線的效率 E2 =195／ (4 ) =97%，平衡更好，四工作站方案就是我們的選擇。 ? 這些直觀方法或簡單規(guī)則的進(jìn)一步總結(jié)就是通常的啟發(fā)式算法（ Heuristic）。簡單啟發(fā)式算法分配作業(yè)后的結(jié)果可能都難以令人滿意，尤其是對規(guī)模大的問題，這就需要選用其他平衡方法或考慮多重決策規(guī)則來重新對流水線進(jìn)行平衡。 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 75 3．韓格遜 伯尼法 ? 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作業(yè)單元的位置權(quán)值 (Ranked Positional Weight)——作業(yè)時間與其后續(xù)所有作業(yè)時間的總和，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，每天的生產(chǎn)時間 480min。裝配順序及裝配時間如下表。根據(jù)周期時間和作業(yè)順序限制，求工作站數(shù)最少情況下的平衡流動及裝配線效率。 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 76 作業(yè) 作業(yè)時間 緊前工序 說明 1 50s 吊運箱體、定位 2 25 1 裝入齒輪 3 20 2 放入前浮動膜片 4 30 2 放入后膜片 5 25 3,4 安裝后蓋 6 25 5 安裝前蓋 7 12 6 擰緊螺栓、螺母 8 14 6 擰緊螺栓、螺母 9 20 7,8 裝連接盤 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 77 解 共 4步 (1) 確定周期時間和最少工作站數(shù) 將已知的數(shù)據(jù)（ 該部件每天需組裝 369臺，每天的生產(chǎn)時間 480min） 代入得周期時間： C=H/Q=480*60/369=78 秒 用下式計算滿足周期時何要求的最少工作站數(shù)： K= t/C=(50＋ 25＋ 20 ＋ 30＋ 25＋ 25＋ 12＋ 14＋ 20)/78 =≈3 故最少需 3個工作站。 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 78 (2) 畫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出先后次序圖。圖中圓圈為作業(yè)，箭頭為操作順序。 5 6 3 4 1 2 9 7 8 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 79 裝配先后次序矩陣表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 +1 1 領(lǐng)先 +1 5 6 3 4 1 2 9 7 8 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 延后 1 0 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 1 1 0 0 +1 +1 +1 +1 +1 1 1 0 0 +1 +1 +1 +1 +1 1 1 1 1 0 +1 +1 +1 +1 1 1 1 1 1 0 +1 +1 +1 1 1 1 1 1 1 0 +1 0 1 1 1 1 1 1 0 +1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 80 (3) 完成位置權(quán)值計算 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 +1 1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 0 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 1 1 0 0 +1 +1 +1 +1 +1 1 1 0 0 +1 +1 +1 +1 +1 1 1 1 1 0 +1 +1 +1 +1 1 1 1 1 1 0 +1 +1 +1 1 1 1 1 1 1 0 +1 0 1 1 1 1 1 1 0 +1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 Ti 秒 50 2520302525121420pwa 221 171 116 126 96 71 32 34 20 14 12 25 25 30 20 25 50 20 ti 位置權(quán)值 pwa 為該單元及所有帶 +1單元時間之和 位置權(quán)值矩陣表 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 81 (4) 分配工作站的作業(yè)，平衡裝配線 工作站 K 1 1 2 2 2 3 3 3 3 單元時間 ti 秒 50 25 20 30 25 25 12 14 20 裝配線平衡表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 單元 i 221 171 116 126 96 71 32 34 20 位置權(quán)值 pwa 1 2 2 3,4 5 6 6 7,8 緊前 單元 工作站時間 Σti 秒 50 75 50 30 75 25 51 39 71 平衡 延遲秒 28 3 28 48 3 53 27 39 7 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間。 =周期時間 (78秒 )工作站時間 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 82 裝配線效率 =完成作業(yè)所需時間總和 /（實際工作站總數(shù) *節(jié)拍） = % 221 ????? CK tE s u m? 我國企業(yè)的普通流水線平衡率一般在 80%左右，而日本等國家的先進(jìn)企業(yè)普遍在 90%以上。 ? 這一差距不僅反映在流水線設(shè)計與平衡上，更反映背后的生產(chǎn)工藝、技術(shù)水平、組織管理和生產(chǎn)計劃等多方面的不足。這需要我們不斷的努力。 基礎(chǔ)工業(yè)工程 設(shè)施規(guī)劃 ? WinQSB軟件求解 ? 在 Problem Specification中選擇 Line Balancing（流水線平衡）后，輸入問題名稱 Ex5作業(yè)數(shù) 9和時間單位 second，單擊 OK。然后在出現(xiàn)的Task Information中（圖 58右上）輸入各作業(yè)的時間及緊后作業(yè)，完成即可單擊“ Run and Solve the Problem”按鈕，從出現(xiàn)的“ Line Balencing Solution”對話框（圖 58左）的“ Solution Method”中選擇“ Heuristic Procedure”，“ Primary Heuristic”中選擇“ Ranked Positional Weight Method”（位置權(quán)值法）。在該對話框的右上輸入生產(chǎn)時間28800（秒）和計劃產(chǎn)量 369，單擊 OK即可得右下所示