基于witness的混合生产线平衡分析及优化

本科生课程论文（设计）

题目:

《基于witness的混合生产线平衡分析及优化》

姓名: 金筱杰

学院: 工学院

专业: 物流工程

班级: 物流04班

学号: 31310424

指导教师: 赵月霞职称:

2013 年6 月16 日

南京农业大学教务处制

基于witness的混合生产线平衡分析及优化

物流工程专业学生金筱杰

指导教师赵月霞

摘要：实现生产线平衡是企业实现产能最大化的重要手段，本文在witness环境下，对某一拥有混合生产线的生产车间进行仿真试验，深入分析了各类数据，找出了生产瓶颈所在。然后，本文对生产瓶颈的存在的原因进行了分析，并在分析中偶然发现了混合生产线本身的奥秘。最后，本文对症下药，提出了一种合理的改进方案，优化了生产，并对其他方案的无用性进行了论证。

关键词：生产线平衡；瓶颈；优化

0引言

与生活中的“木桶理论”相似，生产线也有自己的“生产线”平衡理论，即生产线的最大产能并不取决于其最快工位，而恰恰取决于其最慢工位。因此“生产线平衡”理论要求生产线上的最慢工位尽可能地与最快工位接近，这样才能在投资一定的情况下实现产能最大化，并最终实现经济效益的最大化。

1 实例数据

某一个制造车间有5台不同的机器，加工A、B和C三种产品。每种产品都要完成5 道工序，而每道工序必须在指定的机器上按照事先规定好的工艺顺序进行。

某一客户订单要求提供1000个A、500个B、200个C。领导要求在保持车间逐日连续工作的条件下，通过调整机器数量、改变投产顺序等合理措施使产量、品种、工时和负荷趋于平衡，来减少时间损失。现有的产品投产顺序为10个A,5个B,2个C。如果一项作业在特定时间到达车间，发现该组机器全都忙着，该作业就在该组机器处排入一个FIFO规则的队列，如果有前一天没有完成的任务第二天继续加工。

不同的产品在不同的机器上的加工时间不尽相同，具体的工艺路线如下表：

2.基于witness的模型设计

2.1元素定义

表2.1

2.2元素显示

仿真模型中各类元素可以在witness提供的layout window中进行可视化的设计，现显示如下图：

2.3元素详细设计

（1）对Part元素的详细设计(general设计)

表2.3-1

（2）对part元素的详细设计（route设计）

表2.3-2

（3）对buffer元素的详细设计

表2.3-3

（4）对machine元素的详细设计

表2.3-4

3.模型运行并分析

由于客户总共要求1000个A、500个B及200个C，所以仿真钟不需要人为设定时间，在生产线生产完上述所有产品后，仿真钟自动停止。

运行仿真模型，得到仿真时间，即现有状态下的该批产品所需的生产时间为8458.74min。

此时我们求得生产节拍=8458.74/1700=4.97573min/个（A、B、C不分类）。

对于5种机器的仿真报表如下

即下表：

表3-1

分析报表，我们得到这样的信息：machine1、machine2、machine5的繁忙率均超过90%，其中尤以machine2的95.8%为甚；而machine3和machine4的繁忙率在70%至80%之间，较为合理。这样，我们似乎得到了瓶颈就是machine2了，machine1和machine5貌似也忙过头了。

那么，是不是要加machine1、machine2和machine5的机器呢？或是要改变投料顺序呢？或是改变投料中的lot size呢？还是将inter arrival这个时间拉长呢？

我们先不忙着调整，我们先来分析数据，看看到底为什么会出现这种情况，然后再对症下药。

我们观察表1，

(表1)

发现如果生产稳定，machine1生产一个A需要5分钟，生产一个B需要4分钟，生产一个C需要4分钟，那么根据物品A、B、C的数量比例作加权平均，得到machine1理论

上处理一个物品（不论A、B、C）所用的平均时间为1055424

4.588

17

⨯+⨯+⨯

=min。

同理，

machine2生产一个产品的平均时间为1055425

4.706

17

⨯+⨯+⨯

=；

machine3生产一个产品的平均时间为1045323

3.588

17

⨯+⨯+⨯

=；

machine4生产一个产品的平均时间为1045424

4

17

⨯+⨯+⨯

=；

machine5生产一个产品的平均时间为1065321

4.529

17

⨯+⨯+⨯

=。

则生产线平衡率约为4.588 4.706 3.5884 4.529

90.994%

4.7065

++++

=

⨯

。

由此，我们可以分析出，正是前面条件给出的数据，必然导致了machine2的繁忙率过高，成为系统瓶颈。

分析到这里，先不管我们采用什么样的措施来改进生产线平衡，我觉得我已经有点明白混合生产线的意义了。对比各道工序生产所有产品的平均时间和表中给出的各道工序生产每种产品的各自时间，我们能够直接看到多产品混合加工的一个优势，即混合生产线本身有一个均衡的作用，在很多情况下其本省就能够提高生产线平衡，本例中就是这种情况：我们看到多产品混合生产时最长工时比最短工时只多了不到1.2min，几道生产工序的工时都在4min左右，较为均衡；而如果我们用这套生产线单独生产A或是C的话，比如生产A，最长工序比最短工序的时间多了2min，生产C，最长工序比最短工序时长更是多了4min，产能浪费很大；对于产品B，我们如果仔细计算一下的话也会发现，单

独生产B的平衡率（44343

90%

45

++++

=

⨯

）略低于多产品混合生产的生产平衡率。这

样，本例中，混合生产线的平衡率显然均高于单一产品生产的平衡率。而且笔者可以很有自信地认为，那些越是在各工序的工时形成互补的产品，越有必要进行混合生产。

4.模型改进

4.1增加机器

关于增加机器的方法，通过我们上述计算，已经没有必要一台一台地加了，因为无论是