(毕业论文)流水线均衡生产研究分析

目录
第一章绪论 (2)
1.1 课题研究的背景及意义 (2)
1.2车轴 (2)
1.2.1 车轴的各部位名称和作用 (2)
1.2.2 车轴材质及要求 (2)
1.3 流水线 (2)
1.3.1 流水线定义及简介 (2)
1.3.2 流水线安装注意事项 (3)
1.3.3 生产流水线 (3)
1.4 均衡生产 (3)
1.4.1 均衡生产的优缺点分析 (3)
1.4.2 实现均衡生产的途径 (4)
1.5 国内外发展状况 (4)
第二章理论概述 (5)
2.1流水线生产作业计划编制方法简介 (6)
2.1.1生产作业计划的任务 (6)
2.1.2制定生产作业计划基本要求 (6)
2.1.3生产作业计划工作的内容 (6)
2.1.4编制生产作业计划的步骤 (6)
2.2 生产能力简介 (6)
2.2.1生产能力概念 (6)
2.2.2生产能力测定 (7)
2.3均衡生产 (9)
2.4 生产线平衡方法的相关理论介绍 (10)
2.4.1生产线平衡问题的分类 (10)
2.5 生产线平衡法的介绍 (11)
2.5.1 数学分析方法 (11)
2.5.2工业工程管理方法 (11)
第三章车轴流水线均衡生产研究 (13)
3.1 机车厂概况 (14)
3.2 机车车轴生产流程 (14)
3.3 车轴流水线均衡生产研究 (14)
3.3.1 车轴生产线 (14)
3.3.2 车轴流水线改善方案 (15)
第四章总结与展望 (19)
4.1 总结 (19)
4.2 展望 (19)
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参考文献 .. (21)
第一章绪论
1.1 课题研究的背景及意义
随着全球经济的发展，科学技术的飞跃，市场需求的变化，国内国外企业的竞争日趋激烈，企业的竞争优势体现在成本，质量，交期，服务等方面。

在进行原料加工的生产制造业中，全员劳动生产率水平的高低可以作为作为企业经济管理水平的重要经济指标之一。

通过流水线均衡化生产研究要实现其资源的最大利用化，使其能够增加产出并提高整个系统的生产效率，使承诺的订单的交货期能够实现。

但是，在通常的生产系统中，无法达到预期目标的因素很多，如何寻求一种更好的、更快捷的、更简单的生产计划与生产作业计划就成了我们所追求的目标之一。

1.2车轴
车轴是机车走形部分的重要组成，铁路车辆的车轴绝大多数是圆截面实心轴。

1.2.1 车轴的各部位名称和作用
轴颈：用以安装路阿东轴承的轴瓦或滚动轴承，负担着车辆总量，并传递各方向的动、静载荷。

轮座：是车轴与车轮配合的部位。

轮座是车轴受力最大的部位。

防风板底：为车轴与防尘板配合部位，其直径比轴颈直径大，比轮颈直径小，介于两者之间，是轴颈和轮座中间的过度部分，以减应力集中。

轴身：是车轴的中间部分，该部分受力最小。

为了减小应力集中，各相邻截面直径变化时，交界处必须缓和过度。

为了提高车轴的疲劳强度，对轴颈、防尘板和轮座要进行滚压强化和精加工。

在车轴两端有中心孔，以便于轮对在机床上进行卡装。

车轴轴型已经标准化和系列化，这是为了简化设计和便于制造、检修、运用，同时为了减轻车轴自重，以适应不同车种和车型自重和载重的要求，以及适应客、货运输用途不的需要。

1.2.2 车轴材质及要求
车轴采用优质碳素钢，如平炉钢或者电炉钢或者专门的车轴钢坯加热锻压成型，经过热处理和机械加工制成。

1.3 流水线
1.3.1 流水线定义及简介
流水线是在一定的线路上连续输送货物搬运机械，又称输送线或者输送机。

按照输送系列产品大体可以分为：皮带流水线、板链线、倍数链线，悬挂线等流水线。

一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。

输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。

流水线输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，
所以应用十分广泛。

流水线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和在线专机、检测设备有机的组合，以满足多品种产品的输送要求。

输送线的传输方式有同步传输的/（强制式）也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的选择，可以实现装配和输送的要求。

输送线在企业的批量生产中不可或缺。

1.3.2 流水线安装注意事项
流水线的平面设计应当保证零件的运输路线最短，生产工人操作方便，辅助服务部门工作便利，最有效地利用生产面积，并考虑流水线安装之间的相互衔接。

为满足这些要求，在流水线平面布置时应考虑流水线的形式、流水线安装工作地的排列方法等问题。

流水线安装时工作地的排列要符合工艺路线，当工序具有两个以上工作地时，要考虑同一工序工作地的排列方法。

一般当有两个或两个以上偶数个同类工作地时，要考虑采用双列布置，将它们分列在运输路线的两例。

但当一个工人看管多台设备时，要考虑使工人移动的距离尽可能短。

1.3.3 生产流水线
生产流水线的特征是每一道工序都有特定的人去完成，一步一步地加工．每个人做一个特定的工作．
优点是这样生产起来会比较快，因为每个人只需要做一样事，对自己所做的事都非常熟悉．
缺点是工作的人会很觉得很乏味．
1.4 均衡生产
所谓均衡生产,是指在完成计划的前提下,产品的实物产量或工作量或工作项目,在相等的时间内完成的数量基本相等或稳定递增。

1.4.1 均衡生产的优缺点分析
维护稳定的生产层而不必顾虑到需求更改的生产策略。

均衡生产策略的优点是尽量降低能力需求的波动，但需增加库存储运成本费用。

实现均衡生产是生产管理的一项基本要求，生产不均衡，如月初松月末紧或者时松时紧，它的后果是：松时人员设备闲置、生产能力浪费、劳动纪律松弛；紧时加班加点突击生产，容易粗制滥造忽视质量，且工人疲劳，易出安全事故，设备长时间连续工作得不到正常保养，引起过度磨损，易出设备故障。

事故多、停产多，任务难以完成，就要求加班突出。

突击加班多，生产不正常，事故就增多，往往形成恶性循环。

只有实现均衡生产，建立起正常的生产秩序，生产能力才能得到充分利用，才能保证有稳定的产品质量.
使生产过程的各环节具有大体相等的生产率是实现均衡生产（节奏生产）的物质基础。

除此之外，加强生产技术准备部门、辅助生产部门、供应服务部门的
工作，特别是优化生产计划和强化对生产过程的监控，则是实现均衡生产的重要保证。

1.4.2 实现均衡生产的途径
实现均衡化生产的途径之一是实施节拍时间[1]（takt，德语词，指乐队指挥手中的指挥棒，用于调整乐手演奏的速度、节拍及时间安排），为满足市场需求，每个工作中心每小时估计必须处理的产品量，以此确定生产速率。

Takt时间规定生产步调以匹配客户需求速率，并成为任何精益生产系统的心跳节奏。

作为精益系统的“定调者”，takt 时间对于生产单元工作流的顺畅至关重要，也是工作计划调度中的关键因素。

计算方法是每天可用于工作的时间除以每天客户需求。

例如，假定需求为每月10,000个或者每天500个，计划每天生产能力是420分钟，那么takt时间就等于420分钟每天除以500个每天，即每个0.84分钟，意味者平均每0.84分钟从生产系统产出一个产品。

通过应用takt时间，生产可以平准到一个规定的水平或者保持在最小和最大水平之间。

可以在计算机系统中规定从某个日期开始的任何一天或任何时期的生产水平。

均衡化生产产生稳定需求模式，保证了可预见的、平顺的计划，避免了生产能力瓶颈。

简化了计划和控制（因为在平准期内每天的计划基本相同），创造了生产稳定性，让操作员更好理解每天需要做什么以及怎么做才能实现目标.
同时也方便上游供应商建立稳定的计划。

1.5 国内外发展状况
所谓均衡生产,是指在完成计划的前提下,产品的实物产量或工作量或工作项目,在相等的时间内完成的数量基本相等或稳定递增。

均衡生产是拉动式生产的前提。

均衡不仅是数量，而且包括品种、工时、设备负荷的全部均衡。

备、工装始终处于良好状态，材料、毛坯供应准时，工人技术平和出勤率良好、稳定等都是实现均衡生产的前提和保证。

各个环节都提供保障才能实现生产的均衡，尤其是在压缩在制品的况下组织均衡生产难度更大、更艰巨。

为此，全厂全方位地加了管理，组织了材料（毛坯）、工具、机床备件的准时化供应工作。

各方面管理都开始了全神贯注的投入，后勤方面努力提供时化的优质服务，建立准时化生产体系。

最早实行均衡化生产的也是丰田汽车公司。

丰田的均衡化生产要求的是生产数量的均衡和产品种类的均衡，即总装配线向各前工序领取零部件时，要均匀地领取各种零部件，实行产品组合生产。

要防止在某一段时间内集中领取同一种零部件，以免造成前方工序的闲忙不均，以及由此引发的生产混乱。

为此，丰田公司的总装线均以最小批量装配和输送制成品，以期实现“单件”生产和输送的最高理想。

其结果，总装线也会以最小批量从前工序领取必要的零部件。

简言之，生产的均衡化使得零部件被领取时的数量变化达到最小程度，即各后工序每天如一地以相近似的时间间隔领取数量相近的零部件。

除此之外，丰田公司把均衡化生产作为使生产适应市场需求变化的重要手段。

通过均衡化生产，任何生产线都不大批量地制造单一种类的产品。

相反，各生产线必须每天同时生产多种类型的产品，以期满足市场的需要。

这种多品种、小批量的产品组合生产方式具有很强的柔性，能迅速适应市场需求的变化。

这种以多品种、小批量产品组合生产为特性的均衡化生产还具有另一个重要的优点，这就是各工序无须改变其生产批量仅需用看板逐渐地调整取料的频率或生产的频率，就能顺利地适应市场需求的变化。

为了实现以“多品种、小批量”为特征的均衡化生产，就必须缩短生产前置期，以利于迅速而且适时地生产各类产品。

于是，为了缩短生产前置期，则必须缩短设备的装换调整时间，以便将生产批量降低到最小。

我国车轴生产线均衡生产研究的发展经历了长时间的发展过程。

从60年代开始，由于轻工业的发展，首先在自行车制造行业出现了机械化生产的流水线和自动化生产的流水线，以及在原有槽子流水线生产的基础上加上程序控制的小车形成的程控流水线，这些主要是在上海和天津地区，当时我国车轴生产流水线均衡研究还很落后，还不成熟。

但随着我国经济的发展，以及国外流水线均衡生产研究技术的发展，通过技术引进和与国外技术的交流，我国车轴生产线均衡研究技术开始飞速的发展，特别是我国家电行业、日用五金、钢制家具，铝材构件、电器产品、汽车工业等领域的蓬勃发展，使制造事业有了明显的进步，在车轴生产线生产中还出现了智能化的工业生产机器人。

我国生产线设备自70年代开始不断发展，特别是改革开放之后发展迅速，但基本上是处于一种“自发”状态[8]，国产生产设备也不适应市场需求，不少关键生产设备还是以引进为多。

目前我国现有车轴生产线数千条以上，且每年还要投资新建数百条生产线，全国每年投资约为十几亿人民币之多，国外销售产品及合资公司所占份额达30%-40%；我国车轴生产设备厂合计千家左右，国产产品种类现在几乎覆盖了车轴行业的各部门。

我国车轴生产线发展前景十分诱人，但发展中还存在不少问题，因此为了确保国内车轴行业的良性发展，还有很多问题需要解决。

第二章理论概述
2.1流水线生产作业计划编制方法简介
2.1.1生产作业计划的任务
企业生产计划确定后，为了便于组织执行，还需要编制生产作业计划。

生产作业计划是生产计划的继续和具体化，是生产计划的具体执行计划。

它的基本任务是:
1.落实生产计划
2.合理组织生产过程
3.实现均衡生产
4.提高经济效益
2.1.2制定生产作业计划基本要求
制定生产作业计划是一项非常重要的工作，其实质是把生产计划层层分解，具体落实。

所以生产作业计划的内容应当详细血又具体，才能起到组织口常生产活动的作用。

因此制定生产作业计划时应达到下面一些基本要求:
1.确保实现已确定的交货期
2.减少作业人员和设备的等待时间
3.使作业加工对象的流程时间最短
4.减少在制品的数量和停放时间
2.1.3生产作业计划工作的内容
企业生产作业计划一般包括下述内容:
1.制定期量标准
2.编制生产作业计划
3.做好生产作业准备
4.进行设备和生产面积的负荷核算和平衡
5.进行生产作业控制
2.1.4编制生产作业计划的步骤
不同的生产类型及不同的生产组织形式，编制生产作业计划内容和方法不完全相同，但是编制的基本步骤是相同的下面分述如下:
1.收集信息资料，为编制生产作业计划提供依据
2.确定计划单位
3.制定和修订期量标准
4.确定编制方法
5.做好综合平衡工作，及时编制下达生产作业计划
2.2 生产能力简介
2.2.1生产能力概念
生产能力[5]是指企业全部生产性固定资产在一定时期(通常为1年)和一定的生产技
术组织条件下，所能生产的产品最大数量。

生产能力是反映企业所拥有的加工能力的一个技术参数，它也可以反映企业的生产规模。

每位企业主管之所以十分关心生产能力，是因为他随时需要知道企业的生产能力能否与市场需求相适应。

决定生产能力的因素是多方面的，产品的结构等对生产能力有影响，产品标准化、系列化、通用化(即“二化”)程度高，生产能力高;产品品种多、工艺复杂，则生产能力低。

生产组织方式。

生产组织方式不同，生产能力也不同。

一般来讲，协作、专业化、联合生产有利十提高生产能力。

生产设备与场地。

对十大多数工业企业来讲，生产能力主要取决十生产设备的多少和生产设备的状态(技术、可利用率)。

由十企业种类的广泛性，不同企业的产品和生产过程差别很大，在作生产能力计划以前，必须确定本企业的生产能力计量单位。

常见的生产能力计量单位如下:
1.以产出量为计量单位
调制型和合成型生产类型的制造企业生产能力以产出量表示十分确切明了。

如钢铁厂、水泥厂都以产品吨位作为生产能力，家电生产厂是以产品台数作为生产能力:这类企业它们的产出数量越大，能力也越大。

若厂家生产多种产品，则选择代表企业专业方向，产量与工时定额乘积最大的产品作为代表产品，其他的产品可换算到代表产品。

换算系数K，由式2-2求得。

K=t/ t。

，(2-2)
式中K，表示i产品的换算系数;
t;表示Z产品的时间定额;
t。

表示产品的时间定额。

2.以原料处理量为计量单位
有的企业使用单一的原料生产多种产品，这时以工厂年处理原料的数量作为生产能力的计量单位是比较合理的，如炼油厂以一年加工处理原油的吨位作为它的生产能力。

这类企业的生产特征往往是分解型的，使用一种主要原料，分解制造出多种产品。

2.2.2生产能力测定
生产能力的计算主要有以下二种类型:流水线生产类型企业的生产能力训算，成批加工生产类型企业的生产能力计算和服务行业的生产能力计算。

. 1.流水线生产类型企业的生产能力计算
在大量生产企业，总装与主要零件生产都采用流水线生产方式，因此，企业生产能力是按每条流水线检查的。

先计算各条零件制造流水线的能力，再确定车间的生产能力，最后通过平衡，求出全厂的生产能力。

具体如下所述:
1)流水线生产能力计算
流水线的生产能力取决十每道工序设备的生产能力，所以，计算工作从单台设备开始，计算公式如下:
Ma=Fe /t，(2-3) [7]
式中M、表示单台设备生产能力;
Fe表示单台设备计划期(年)有效工作时间(小时);
t;表示单位产品在该设备上加工的时间定额(小时/件)。

工序由一台设备承担时，单台设备的生产能力即为该工序能力。

当工序由S台设备承担时，工序生产能力为Ma /S这种由设备组成的流水生产线，各工序能力不可能相等，生产线能力只能由最小工序能力确定。

2)车间生产能力的确定
车间能力确定需要分几种情况讨论。

如果仅仅是零件加工车间，每个零件有一条专用生产线，而所有零件又都是为本厂的产品配套，那么该车间的生产能力应该取决十生产能力量小的那条生产线的能力;如果是一个部件制造车间，它既有零件加工流水生产线，又有部件装配流水线，这时它的生产能力应该由装配流水线的能力决定。

即使有个别的零件加工能力低十装配流水线能力，也应该按照这个原则确定，零件能力不足可以通过其他途径补充。

3)工厂生产能力确定
在确定了车间生产能力的基础上，通过综合平衡的方法来确定工厂的生产能力。

第一步对基本生产车间的能力作平衡。

由十各车间之间加工对象和加工工艺差别较大，选用的设备是不一样的，性能差别很大，生产能力很难做到一致，因此，基本生产车间的生产能力通常按主导生产环节来确定;所谓主导生产环节是指产品加工的关键工艺或关键设备，这些生产环节的能力决定了某些基本生产车间的能力，同时也基本限定了工厂的生产能力。

第二步对基本生产车间与辅助生产部门的能力作平衡。

当两者的能力不一致时，一般说来，工厂的生产能力主要由基本生产车间的能力决定。

如果辅助部门的能力不足，可以采取各种措施来提高它的能力，以保证基本生产车间的能力得到充分利用。

2.成批加工生产类型企业的生产能力计算
成批加工生产类型的企业，生产单位的组织采用工艺专业化原则。

产品的投料与产出有较长的间隔期，有明显的周期性。

它们的生产能力计算与工艺专业化原则划分车间和班组有密切关系，有自己的特点，具体如下所述:
1)单台设备及班组生产能力计算
在这类企业中，车间内班组是最小生产单位，每个班组配备一定数量的加工工艺相同的设备，但它们的性能与能力不一定相同。

所以班组生产能力的计算也是从单台设备开始。

由十加工的零件不是单一品种，是多对象多品种，数量可达上百数千种。

所有零件的形状大小不同，加工的工艺步骤不同，加工的时间长短不一，这时不能用产出量计算，而只能采用设备能提供的有效加工时间来计算，称为机时。

计算公式表示为2 -4。

Fe=Fs*h=Fs（1-q）= Fs-d （2-4）[6]
式中Fe表示年有效工作时间;
Fs表示年制度工作时间;
h表示设备年度工作时间计划利用率;
q表示设备计划修理停工率;
d表示设备计划修理停工时间.
如果班组内全部设备的加工技术参数差异不大，则全部设备的机时之和就是班组的生产能力。

如果技术参数相差很大，以车床为例，床身长度和回转半径两个参数规定了设备可以加工的工件尺寸，这时有必要再分别统计不同参数设备的机时，着重查看某些大工件的设备加工能力能否满足。

2)车间生产能力的确定
由十班组的加工对象是零件，它们的能力以机时计量是合理的，Ifu对十车间它的生产对象往往是产品或零部件配套数，所以它的生产能力应该以产量计量;工时与产量之间的换算是很容易的，换算后可能会发现，各设备组(班组)的生产能力是不平衡的。

车间的生产能力可以按关键设备能力来确定。

能力不足的设备组，可以通过能力调整措施来解决。

3)工厂生产能力的确定
工厂生产能力[14]可以参照主要生产车间的能力来确定，能力不足的车间，可以用调整措施解决。

需要指出的是，关十车间、工厂生产能力的确定，并没有严格的规定。

有的认为应该以最小设备组生产能力，或者最小车间生产能力来确定，即遵循所谓的“水桶原理”。

也有观点认为，应该以关键设备能力来确定，理由是关键设备价值高，企业不可能有备用的，也难以找到外协者，购置新的又可能因能力利用不足}fu不经济，所以生产能力只能受制十关键设备的能力。

因此具体问题需要作具体分析。

2.3均衡生产
实现均衡[8]生产是流水线生产的基本要求。

均衡生产是指在计划期的各时间周期(月、旬、或周)内完成的产品产量或任务量达到均衡。

流水线生产方式的基础为均衡化生产，即平均制造产品，使物流在各作业之间、生产线之间、工序之间、工厂之间平稳、均衡地流动，假如物流不均衡，流量时高时低，所需能力也不均匀。

在这种情况下，现场必需有适应高峰物流所需之能力，即拥有适应高峰生产的人员、设备、机械和材料等。

在低峰时就会有能力过剩。

这不仅造成浪费，提高了成本，还影响了作业的稳定性，使质量产生波动，难以控制。

尤其在高峰物流期间，人力、设备能力、物料供应能力、技术保证能力都无法与之相适应，容易造成品质下降的后果。

相反，在低峰时间，人员、技术保证等松懈，设备负载过低，也会影响成本和质量。

同日寸，均衡生产是实现生产过程同步化的基础。

包括相配套的物料供应企业。

不同步将破坏品质、成本、交期二个管理要素的保证。

最终使企业的利润下降，无力再投入，产品的质量不但无法提高，反}fU会急速下降，使企业陷入困境。

生产均衡化能够为企业带来诸多的好处，例如:由十不断的岗位轮换，能够为企业培养出更多的多能工，使得工厂生产的操作更加熟练;可以提高对市场的反应速度，赢得抢占市场的先机。

生产均衡化还可以减少企业的库存，缩短每个产品的制造周期，可以使零部件的使用量安定化，使生产线中各道工序所承担的负荷安定化，从}fU避免负荷的大起大落，库存减少。

在实际生产中，零件往往具有多种加工路线，即某一道工序可由多台可选设备中的一台来完成，在生产任务分组后，生产过程中平衡各加工设备的负荷，使它们尽可能同时完成生产任务，是生产作业计划一项重要任务。

因为如果设备负荷不均衡，设备没有得到合理利用，会增加被加工零件的等待时间，影响一批零件的加工完成时间，进}fU 影响生产效率与零件的交货期。

因此，设备负荷均衡的目标是，系统中设备的负荷尽可能相等，从}fU使零件通过系统的流通时间最短。

均衡生产只是一个总体目标，具体实现时，往往是以零件加工流程时间最短为优化目标，利用优化算法或启发式方法求解。

零件加工流程时间最短实际上能保证均衡生产，因为如果不能实现均衡生产的方法，其加工设备不能得到充分的利用，也就不能保证零件加工流程时间最短。

2.4 生产线平衡方法的相关理论介绍
2.4.1生产线平衡问题的分类
( 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;
( 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。