流水生产线平衡

流水线平衡
一、流水线的概念及其特征
流水生产，又称为流水线，是指劳动对象按照一定的工艺路线，顺序地通过各个工作中心，并按照一定的生产速度（节拍）完成作业的连续重复生产的一种生产组织形成。

基本特征
1、固定生产一种或少数几种产品（零件），其生产过程连续重复进行，最大限度地减少了制品的等候时间和设备的加工间歇时间。

2、工作中心的专业化程度很高，在流水线上，各个工作中心是按照产品工艺过程的顺序排列的。

在制品按单向运输路线移动，每个工作中心只固定完成一种或少数几种作业。

3、按照规定的节拍进行生产。

4、流水线上各工序的生产能力是平衡的、成比例的，即各道工序的工作中心（设备）数同各道工序单件作业时间的比例相同。

5、工艺过程是封闭的。

二、节拍
所谓节拍，就是流水线上相继出产两件相同产品之间的时间间隔。

节拍是一种期量标准，是装配线组织和设计的重要数据，它决定了装配线的生产能力，以及生产的速度和效率。

确定节拍的依据是计划期的产量和有效工作时间。

三、保持流水线各工序之间平衡的条件（S、T、R关系）
设流水线上各道工序的工作中心数分别为s1，s2，……，s m；各道工序的单件作业时间分别为t1，t2，……t m；流水线节拍为r。

为使流水线各工序之间保持平衡，必须是：
t1 s1=t2s
2
=…=t m s
m
=r
四、流水线的优越性及缺陷
优越性：在流水生产条件下，生产过程的连续性、平等性、比例性、节奏性都很高，故流水线具有提高工作中心专业化水平、提高劳动生产率、降低产品成本、稳定产品质量，以及提高生产的自动化水平等。

缺陷：由于设备高度专用化，对产品的变化缺乏适应性；一旦流水线上某台设备发生故障，就可能导致整条线停工，系统的可靠性较差；从社会心理角度来看，流水线上的操作工人长时间重复简单而单调的操作，容易感到乏味、疲劳、对工作缺乏满足感。

所以如何充分发挥流水线的优越性和克服某缺陷，将是现代生产与作业管理面临的一个主要课题。

五、流水线的分类
按生产对象的移动方式可以分为：
1、固定流水线。

是指生产对象固定，工人携带工具沿着顺序排列的生产对象移动，经过循环过错成一批产品的加工或装配。

例如机床等重型机器的装配，船舶的装配等。

2、移动流水线。

是指生产对象移动，工人、设备和工具位置固定，生产对象顺序地经过各个工作中心的加工或装配后，成为成品或半成品，如汽车、电视机等的装配线。

•按流水线上生产对象的数目可以分为：
1、单一对象流水线。

是指只生产一种产品（或零件），品种是固定不变的，又称为不变流水线。

这种流水线适用于大量生产类型。

2、多对象流水线。

是指生产两种或两种以上的产品（或零件），又可进一步分为：
（1）可变流水线，是固定成批轮番地生产几种产品，这些产品虽然品种不同，但在结构上、工艺上最近似的，在变换生产对象时，一般要相应地调整设备和工艺装备。

可变流水线比不变流水线的产品结构适应面广，但生产效率比之要低。

（2）混合流水线（又称混流生产），不是成批地轮番生产，而是在一定时间内同时生产几中产品，由于产品的结构、工艺特征相似，故在变换品种时，基本耻不需要重新调整设备和工艺装备。

混合流水线是近几十年来为了适应多品种生产的需要发展起来的一种有效的生产组织形式，其基础是成组技术，生产管理的重点是生产的同步化和合理地确定不同产品的投入顺序。

日本丰田汽车公司创造的准时制生产方式（JIT）就是一种混合流水线生产方式。

•按生产过程的连续程度可以分为：
1、连续流水线。

指生产对象从投入到生产连续地从一道工序转入下一道工序不断地进行加工，中间没有停放等待时间。

生产过程是完全连续的。

它一般适用于大量生产，是一种完善的流水线形式。

2、间断流水线。

指由于各道工序的劳动量不等或不成倍比关系，生产能力不平衡。

生产对象在各工序之间会出现停放等待。

生产过程是不完全连续的。

•按流水线节拍的方法可以分为：
1、强制节拍流水线：是采用机械化运输装置等专门装置来强帛实现规定的节拍，工人必须在规定的时间内完成自己的工作，如有延误或违反技术规程，就会影响下道工序的生产。

2、自由节拍流水线：是由操作者自行保持节拍，要求各工序必须按节拍进行生产，但每件制品的加工时间，则由工人自己掌握，一般在各工作中心之间都设有安全在制品以调节生产的节奏。

•按产品运输方式可以分为：
1、无专用运输设备流水线。

是由流水线上的操作工人直接用手，或是由辅助工人利用普通的运输器具将制品传送给下道工序。

2、有专用运输设备流水线。

是采用专门的运输设备，如重力滑道、悬挂输送装置或是采用传送带。

传送带又可分为：（1）分配式传送带。

是将需要加工的制品送到设在传送带一侧或两侧的各个工作中心上，工人从传送带上取下制品，在工作中心上进行加工，加工完毕后又把制品放到传送带上，由传送带将制品送到下一个工作中心去继续加工。

（2）工作式传送带。

这种传送带并不把制品从传送带上取下来，而是工人按规定的地段站在传送带的旁边，当制品运来时，工人应在传送带上进行加工。

这样的传送带即是运输装置，又连接很多个工作中心。

按流水线的机械化程度还可以分为：手工流水线、机械化流水线和自动化流水线。

自动化流水线由自动机床和自动化输送装置组成，工件在一道工序加工完成后，自动地由一机床送到另一机床，这时流水线上的工人起监督和管理作用。

流水线的分类如图 2-12 所示。

图2-12 流水线的分类
六、装配线的平衡问题
装配线平衡问题，又称为工序同期化，就是对于特定的产品，给定流水线节拍，求出使装配线所需的工作中心数量或工人数量最少的配置方案。

装配线平衡的问题还可以表述为：对于特定的产品，给定工作中心数量，求出使流水线节拍最小化的配置方案。

这两种表述方式都是要使各工作中心的单件作业时间尽可能等于节拍或节拍的倍数，从而使每个工作中心或工人的作业空闲时间最少。

在实际应用中，究竟选择哪一种表述方式，取决于事先给定的条件是节拍还是工作中心或工人数量。

七、装配线平衡的基本方法
是将整个作业任务细分为许多小工序（或称作业元素），然后以适当的方式，将相邻的小工序合并成大工序，并使这些大工序的单件作业时间接近于节拍或节拍的倍数。

作业任务分工的详细程度，取决于产品的结构和工艺特性，一般来说，作业任务分解得细一些，在进行装配线平衡时，工序合并与分派的灵活性更大一些。

八、装配线平衡常用符号及其定义。

N：沿装配线的工作中心数量。

在手工方式为主的装配流水线上，通常工作中心是一个工人所占据的空单。

有些情况下，一个工作中心可以分派多于1 个的工人，或者一个工人可
操纵多于一个的工作中心。

我们这里假定一个工作中心一个工人，除非特别说明。

C：节拍，它是任何工作中心的最大允许作业时间，也是装配线上相继的完工产品之间的间隔时间。

t i：第 i 项作业元素的作业时间，每项作业元素只分派给一个工作中心。

∑t i：产品装配的总作业时间。

九、装配线平衡步骤
1、确定装配线的节拍。

2、计算装配线上需要的最少工作中心数N min。

3、组织工作中心。

按装配线平衡要求，将各小工序分配到工作中心。

常用的工序分派方法有启发式方法和分枝定界法，前者适于手工计算，但通常只能求得一个满意解；后者的计算量比较大，必须借助计算机，但可以得到最优解。

4、计算装配线的负荷系数 。

流水线的负荷系数越大，表明流水线的生产效率越高。

一般机械化流水线的负荷系数不应低于0.75 ，以手工为主的装配流水线的负荷系数应在 0.85 ~ 0.9 以上。

十、装配线平衡设计相关计算公式
节拍C =计划期的有效工作时间
计划期的产品产量计划期的有效工作时间是指制度规定时间减去必要
的停歇时间，如维护设备、更换工具、工人休息等时间。

计划期的产量包括计划出产量和预计不合格的量。

最少工作中心数 N min = ti
c式中，符号[ ] ：大于或等于∑
ti
/ C 的最小整数；N min：
装配线实现完全平衡的理想最少工作中心数。

装配线负荷系数♑=
ti
NC式中，ti——第i工作中心的（总）作业时间♑：装配线负荷系
数(平衡率）；C：装配线节拍；N：装配线平衡后实际采用的工作中心数。

装配线平衡损失率，即平衡损失系数（Bal-ance Delay），记作BD ，其计算公式如下：BD =1- ♑
例如，某产品装配线计划日产量为150 件，采用现金班制生产，每班规定有21 分钟停歇时间，计划不合格品率为 2%，节拍应为：
C =8 2 60-（21 2）
150 （1+2%）
=6（分）
十一、装配线平衡要求
向每一个工作中心分配小工序时必须满足下列条件：
（1）保护各工序之间的先后顺序关系。

（2）每个工作中心分配到的小工序作业时间之和，不能大于节拍。

（3）各工作地的单件作业时间应尽量相等或接近节拍。

（4）应使工作中心数目尽量少。

十二、单一对象装配线的特点
单一对象装配线，由于品种单一不变，故生产效率很高，但是也存在一些严重缺陷。

其中两种主要的缺陷是：（1）品种单一，不能适应市场向多品种小批量演变的大趋势；（2）由于品种单一和分工过细，使工人操作高度专业化、简单化、呆板化，由此造成工人容易疲劳，工作兴趣减退，人员流动率高和操作差错率上升等社会心理后果。

对于前一个缺陷，解决的办法是采用混合流水线，实行混流生产。

十三、针对单一对象装配线的不良社会心理后果的改进措施
1、采用几条平行配置的装配线，生产同一产品，这样使每一条装配线的节拍延长，工作中心减少，从而使每个操作工人的工作多样化。

2、采用小组和工作队的方式在装配线上工作，增加工人们在工作中的社会交往。

3、采用自由节拍装配线，在工作中心之间适当增加缓冲在制品，以消除强制节拍给工人造成的心理压力。

图2-18 流水线平行配置示意图
第1 种改进措施对资本密集型装配线是不现实的，因为这要增加大量投资；但对人力密集型的装配线则是一个很值得考虑的选择。

十四、平行配置装配线的优点
（1）提高了生产系统的可靠性。

如果某个工作中心出了故障，只会局部受到影响。

（2）丰富了职务内容。

消除了单行配置带来的工人乏味和疲劳。

（3）提高了生产能力的柔性。

可以通过增加平行的流水作业组的方式，扩大生产能力，而当市场需求减少时，可以通过暂停某个流水作业组的方式缩减生产能力。

而不必像单行配置流水线那样，使整条流水线开工不足。

（4）容易开发新产品。

例如在一个作业组中，可从组装新产品，而其他作业组仍维持原有产品的生产。

（5）对生产结果的责任更明确，而且还可以引入竞赛机制来提高劳动生产率、提高质量和降低成本。

十五、平衡的目的
“省人化”而非“省力化”
所谓“省人化”，是意味着要节省人员，用尽量少的人来生产更多的产品。

十六、如何用少量的人员生产出更多的产品？
首先要考虑改进作业，其次再考虑改进设备。

不要把作业改进和设备改进混同起来。

如果，最初就从设备改进入手，那么，成本不能降低而只能增加。

十七、流水生产线
按照流水生产的要求设计和组织的生产方式/系统, 车称为流水线生产, 简称流水线.
十八、流水线的特点
流水线系统是大批量生产的典型生产方式
生产过程封闭, 设备/人力按工艺过程进行分配布置. 每个工位只完成少数的工作量.
工位之间联系紧密. 要保持良好的连续型, 工位之间的工作量需力求平衡.或成倍数关
系.
适应性差. 不能适应产品的品种变化.
要求产品的结构/工艺相对稳定
工艺过程能够分解成多个工位
厂房适合安放设备,工具和运输装置
十九、流水线的流动方式
按对象分可以分成移动式(工件移动)和固定式(设备或人员移动)
根据工序间的紧密程度, 可分为连续性流水线和间断性流水线.
按节拍可分为强制节拍流水线和自由节拍流水线.
按自动化程度来分, 可分为自动化流水线, 机械化流水线, 手工流水线.
实际上, 一条流水线会具有多种特征.
二十、流水线的设计
⑴流水线节拍r设计
r = F(1-β)÷N(1-α)
F:计划总工作时间β:工具准备/工人休息占总共时的百分比
N:计划期内产量β:容许废品率
⑵流水线某工序设备数量Si 计算
Si = Ti÷r
Ti: 某道工序的时间
⑶流水线人力计算P
P =(1+b%)∑( Pi g ÷Fi)
b: 后备工人百分比 Pi: 某工位人数, g: 班数, Fi: 某道工序每人看管设备数
⑷传送速度
υ=L /r
L:工位距离
●流水线的平面布局
●流水线能力评估
⑴流水线产出能力计算Cp:
Cp= (Tw-∑T I )÷r
Tw:总工作时间∑T I:线上所有工位的标准时间之合.r : 流水线节拍
⑵流水线平衡率计算
B% = ∑T I / (rxn)
T ∑T I:线上所有工位的标准时间之合. r : 流水线节拍. n:流水线工位数
⑶流水线平衡率要求
多大的平衡率是合适的, 至今尚无定论. 迎接和公司的工艺能力和管理水平来确定.通常而言如果平衡率低过70%, 应考虑优化. 可将85%±5%作为控制标准. 平衡率超过90%一般是很优秀的流水线.。