喜临门集成吊顶的生产线平衡问题研究

内 容 摘 要

随着快速多变的市场需求及企业的发展，在流水线生产的模式下，如何提高生产线的整体效率，减少工序间的在制品以及追求同步化生产越来越受到重视，企业生产中通常用平衡率这一量化的指标来评价一条流水线平衡性的高低。它在某种程度上决定着企业设备的利用率，并限制着生产线生产能力的提高。

论文通过对装配生产线平衡的研究，结合自身企业产品的特点，对现有生产进行了改善，说明了现有工业工程技术在生产线平衡改善中的作用。首先，本文叙述了生产线平衡理论、评价方式及影响线平衡的要素，同时根据工业工程基础理论定义了改善生产线平衡的方式。对于本文所讨论的生产，针对其线平衡率不高的问题，通过分析现状找出了问题所在：工时量测不合理；有明显的瓶颈站位存在；作业工序安排不当。然后根据生产线平衡的步骤及方法，利用生产线平衡的方法对制造企业进行了研究，对实际生产的状况进行了调整，提高了装配线平衡率，为企业实际效益的增加发挥了作用。

关键词：生产线平衡、工业工程、物流优化

ABSTRACT

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To meet the variable requirement of the market, it becomes more and more important to improve the efficiency of production line, to decrease the storage of half-goods and attain equalization for the pipelines. It is a popular index for the company to make the assessment on a pipeline, and it is also affect the line capability.

Through studying on the theory of the assembly line balance and combining the characteristics of the real production line, we find it is helpful to practice the industry engineering technology. Firstly, this

paper describes the production line balancing theory, evaluation methods and the elements which impact the line balancing. At the same time, according to the definition of the basic theory of industrial engineering, the article discusses the production line for its low rate, identify the problems by analyzing the status of the problem: unreasonable work measurement, obvious bottleneck stations, improper arrangement of work processes. Then, according to

the steps and line balance methods, using the methods to conduct research on manufacturing companies, adjusted the actual production conditions, which improve the assembly line balance rate , thus increase the real benefits for enterprises.

KEYWORDS: Line Balancing, Industrial Engineering, Logistics Optimization

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正文目录

第一章 引言 .............................................................................................. 1

第一节 研究背景及研究意义 ................................................................................... 1 第二节 国内外研究现状.......................................................................................... 1 第三节 研究内容与研究方法.................................................................................. 3

第二章 工业工程基础及生产线平衡相关理论 ...................................... 5

第一节 工业工程基础理论 ....................................................................................... 5

一、工业工程研究原理........................................................................................ 5 二、研究方法分类................................................................................................ 5 第二节 生产线平衡理论 ........................................................................................... 8 一、生产线平衡定义............................................................................................ 8 二、生产线平衡的改善方法................................................................................ 9 三、影响生产线平衡的要素.............................................................................. 10 四、生产线平衡的效果评价.............................................................................. 10 五、线平衡改善方向.......................................................................................... 10 六、保证质量要求.............................................................................................. 11 第三节 本章小结 ..................................................................................................... 12

第三章 喜临门集成吊顶的装配线分析 ................................................ 13

第一节 装配线简介................................................................................................. 13

一、装配线特征.................................................................................................. 13 二、工艺流程...................................................................................................... 13 第二节 装配线现状分析 ......................................................................................... 15 第三节 生产线中存在的主要问题 ......................................................................... 15 一、流程研究现状.............................................................................................. 15 二、工序研究现状.............................................................................................. 16 第四节 本章小结..................................................................................................... 16

第四章 生产线平衡方案实施 ................................................................ 18

第一节 工序节拍平衡改善的步骤 ......................................................................... 18 第二节 确定组装及包装段各工序站位的工时 ..................................................... 18 一、生产节拍的调整.......................................................................................... 18 二、工位的平衡和改进原则.............................................................................. 19 三、工位的平衡和改进...................................................................................... 19 第三节 改进后装配线的效果 ................................................................................. 21 第四节 生产线平衡方案实施效果评价 ................................................................. 22 一、工艺流程变更的相应措施.......................................................................... 22 二、调整后的生产效率...................................................................................... 22 三、改善前后的产能、人力变化等.................................................................. 22 第五节 本章小结 ..................................................................................................... 24

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第五章 结论及展望 ................................................................................ 25 参考文献 .................................................................................................. 26 致谢 .......................................................................... 错误！未定义书签。

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第一章 引言

第一节 研究背景及研究意义

随着全球经济一体化进程的加快，竞争日趋激烈，制造业车间的制造水平已成为企业参与全球竞争、增强市场应变能力和市场竞争能力的关键，而车间的生产节拍平衡决定了企业生产效率的高低，是解决制造业车间面临的主要问题的最佳途径。生产线平衡是制造企业底层生产流程设计规划和重组优化的重要方法之一，是在给定的约束条件下，将一系列的作业要素分配给合适数量的工位，满足作业要素之间的优先关系，以提高生产线的生产效率。许多企业对其生产节拍平衡重视不够，导致生产环节中出现了不少问题，生产流程混乱。

在流水线生产的模式下，如何提高生产线的整体效率，减少工序间的在制品，以及追求同步化生产越来越受到重视，企业生产中通常用平衡率这一量化的指标来评价一条流水线平衡性的高低。它在某种程度上决定着企业设备的利用率，并限制着生产线生产能力的提高。现国内外正经历着新的产业革命，重新定义企业价值，消除一切不必要的浪费。在实际加工生产中，浪费主要表现在：不必要的工序；原料或半成品或成品盲目地搬运；因上道工序的不及时，下一道工序只能等待等。这些会造成无谓的工时损失，生产线平衡即是衡量生产线工序水平的重要指标之一，也能反映出企业综合管理水平的高低。对于流水生产线而言，节拍时间是衡量生产线的生产能力，各个生产工位的作业时间不可能完全一样，所以才造成各个工位的生产节拍不同，即产生作业负荷不均衡的结果。实现均衡生产，有利于保证设备，人力的负荷平衡，从而能提高设备和工时的利用率，同时还有利于建立正常的生产秩序和管理秩序，以保证产品质量和安全生产；均衡地进行生产还有利于节约物资消耗，减少在制品，加速流动资金的周转，从而降低生产成本；通过运用各种科学的改善技术，提高了全员的综合素质。流水线生产是一种高效率的生产组织方式，为了让流水线发挥出最大的效能，必须使流水线各工序的生产能力均衡一致，也就是使流水线达到平衡。改善其生产现状，提高竞争力，为后续争取更多的订单作好准备。

第二节 国内外研究现状

生产线平衡问题是伴随着流水生产线的产生而产生的，至今已有百年历史。但这一问题的正式提出是在1954年美国人B.Bryton在他的硕士论文《连续生产线平衡》中第一次提出生产线平衡的问题并着手解决这一问题，在此之

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后，许多科研人员都研究了这方面的问题，并发表了各种各样的求解方法。David Arditi（2000）等在分析生产线问题是所面对的多种挑战，包括开发能够有效地解决项目进度加快问题的算法、随机的非线性问题和离散问题的组合、选择更多的生产因素进入来考虑范围以开发一个更优化的系统来减少项目耗时和降低成本目前国内外对于流水线平衡的理论研究已达到相当高的水平，提出了各种算法：Jackson算法、分枝定界算法、遗传算法、随机算法、启发式算法，用建立模型并求解的方式来解决一般装配线的平衡问题。

（1）Jackson算法：在满足优先约束的基础上，列举所有分配组合，从而找出最优的那一个；

（2）分枝定界法：把所有可以分配到当前位置的所有可行的作业元素当作第一个分支，接着考虑所有可能分配的情况，就是下一层的分支；

（3）遗传算法：借鉴自然界自然选择和自然遗传学机理上的概率性搜索法；

（4）随机算法：即随机的排列算法，一次运行不一定能得到较好的结果，但通过多次运行，结果会比较好。

以上皆是从数学算法上来进行求出最优解，但是在第一生产线的IE工程师很难理解。

现有的理论和方法且这些方法往往带有复杂的计算，给实际应用带来困难。还可以通过仿真技术来模拟生产中可能出现的状况，该方法侧重于对系统中运行的逻辑关系的描述，能够对生产调度方案进行评估，分析系统的动态性能，并选择系统的动态结构参数，其中数学模型是仿真的基础，只有建立起正确的数学模型和数据，才能得到正确的仿真结果。这同样给现场管理人员带来一定专业技术上的难度。西方的工业化已经经历了将近一个世纪的发展，从20世纪初泰勒等人的工作研究与时间研究，到80年代左右计算机技术在工业领域的应用及至90年代通讯与网络技术的发展，工业化的内涵和外延都发生了很大变化。应用工业工程(Industrial Engineering，IE)理论和方法的企业在发展取得了很大进步,同时也获得了可观的效益。

对于我国企业，因经历了计划经济到市场经济的转变，大部分企业仍处于研发投入不足，工业基础薄弱及管理水平不高的状态，急需要提升整体水平。孙建华（2004）等从生产线均衡的概念出发，揭示企业的―5S‖活动和目视管理与均衡生产的关系；卢炜（2006）等就订单生产条件下的多品种装配流水生产线问题展开讨论，建立了以优化人力成本为目标多品种装配流水线的人力成本模型；陈诚和（2007）针对现有方法中缺乏持续改进思想和仿真优化应用不成熟的缺点，将生产线平衡的工业工程改善方法、启发式算法和可视化仿真方法向结合，提出了一种基于仿真优化的生产线平衡方法，将这种方法能够实现生产线平衡的持续改善；宋华明（2003）等针对U型生产布局方法，结合遗传算

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法以分配作业元素到工作站的先后顺序作为问题的编码，按照最大分配原则进行译码，它能够适应不同约束条件和优化目标的需要；兰秀菊（2006）等以计算机主板生产线的SMT段为研究对象，以作业测定为依据，结合生产线实际问题进行了系统分析，提出了一些具有持续性的改进方案等。

传统的装配线理论主要把注意力放在劳动力的有效利用上，对设备及设施的利用不充分，且通常把问题看成静态并寻找最优的解决方案。工业工程分为基础工业工程与现代工业工程。基础工业工程技朮可分为方法研究与作业测定两个方面，可使企业在不用增加投资，或投资很少的情况下就能大大提高生产线的平衡。成效也会快而明显，也被认为是减少各种浪费，挖掘企业内部的潜力，提高生产效益的实用技术；而现代工业工程则是与概率论、数理统计、运筹学及系统工程等相结合，对企业进行更科学的管理。考虑当前国内的技术水平，管理状况及信息流通水准，基础工业工程的理论更易于实施并展现效果，而若能将基础工业工程与现代工业工程相结合则对企业的长远发展有着重大意义。

目前，生产线平衡问题已被认为是生产流程设计及作业标准化过程中关键的一环。企业实现均衡生产不仅有利于保证设备、人力的负荷平衡，从而提高设备和工时的利用率，同时还有利于建立正常的生产秩序，保证产品质量和安全生产；均衡生产还有利于节约物资消耗，减少在制品数量，加速流动资金周转，从而降低生产成本。

第二节 研究内容与研究方法

本文从工业工程理论和线平衡理论出发，结合本企业实际情况，系统而全面地应用各种理论，探讨提高装配线平衡及生产效率的有效方法，为有相同状况的企业提供改善思路及方法。本文以企业内正在运行的换气扇装配线为例进行研究，规划进行装配线平衡改善步骤；针对其线平衡率不高的问题，通过分析现状，找出了问题所在：工时量测不合理；有明显的瓶颈站位存在；人机利用率较差；作业工序安排不当。然后，根据生产线平衡的步骤及方法，利用优化的方法对该生产线进行了研究，对实际生产的状况进行了调整，提高了装配线平衡率，为企业实际效益的增加发挥了作用。

本文共分五章。第一章为引言，从制造型企业为什么要实行生产线平衡，说明生产线平衡引入我国的状况及实施生产线平衡所创造的巨大价值，阐述了制造企业引入生产线平衡的重要意义。第二章介绍了当前国内外生产线平衡理论研究，包括工业工程基础理论、分类、特点和核心思想的分析。第三章和第四章是本文重点论述章节，第三章从公司实际情况出发，介绍了公司的生产类

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型及现场情况。第四章运用生产线平衡理论和工业工程理论在生产线上的具体实施。第五章是总结和展望。

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第二章 工业工程基础及生产线平衡相关理论

第一节 工业工程基础理论

一、工业工程研究原理

工业工程(Industrial Engineering,简称IE)思想最早是由科学管理之父泰勒在20世纪初提出的，它是以人、物料、设备或设施、能源和信息组成的集成系统为主要研究对象，综合应用工程技术，管理科学和社会科学等知识，使其达到降低成本，提高质量和效益的目的，同时为科学管理提高决策依据。

现代IE是以大规模工业生产及社会经济系统为研究对象，在制造工程学，管理科学和系统工程学科基础上逐步形成和发展起来的一门交叉的工程学科。它是将人、机、料、法及环境等生产系统要素进行优化配置，对工业等生产过程进行系统规划与设计，评价与创新，从而提高工业生产效率和社会经济效益的专门化的综上所述技术，且内容日益广泛。新时期的IE是一个以制造为中心，基于现代科学技术，特别是信息、网络和计算机应用的综合技术。它是利用人因学、社会科学、自然科学、管理科学、行为学、组织学和伦理学的观念以及高度发达的通讯与效能技术和方法交互渗透去实现基目标。其特征是实践性、工程性、社会性、创新性。实施先进的IE技术方法时，必须将其建立在一套好的、稳定的、经得起考验的基础标准之上。企业的基础如果很薄弱，无法满足先进的IE技术方法和先进的制造技术的要求，会事倍功半，难以实现预定目标。以工业工程为主的生产线平衡技术分方法研究和作业测定两类，该技术的优点是使企业在不增加投资或减少投入的情况下，对生产过程的作业程序、作业方法、物料配置、空间布局及作业环境等方面的改善，达到平衡生产线进而提高生产力，提高经济效益的目的。

二、研究方法分类

（一）程序分析

整体性制造过程，各作业运用剔除，合并，重排与简化使之合理化。 程序分析技巧具体包括的内容是―一个不忘，四大原则，五个方面和六大提问技术‖。

1、一个不忘——不忘动作经济原则

动作经济原则在程序分析时有极大的作用，应根据动作经济原则建立新方法并不断加以改进。根据国内外经验，应用动作经济原则，可在同样或更少的花费下获得更多的产值。

2、四大原则——取消、合并、重排、简化

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表2-1 ECRS原则

序号 1 改善原则 排除 Eliminate 目的 排除浪费 排除不必要的作业 配合作业 同时进行 合并作业 改变次序 改用其它方法 改用别的东西 连接更合理 使之更简单 去除多余动作 事例 ①合理布置，减少搬运。 ②取消不必要的外观检查。 ①把几个印章合并一起盖。 ②一边加工一边检查。 ③使用同一种设备的工作，集中在一起。 ①把检查工程移到前面。 ②用台车搬运代替徒手搬运。更换材料。 ①改变布置，使动作边境更顺畅。 ②使机器操作更简单。使零件标准化，减少材料种类。 2 组合 Combine 3 重排 Rearrange 4 简化 Simplify 3、五个方面——操作、运输、储存、检验、等待

（1）操作分析。这是重要的分析，可通过操作分析省去某些工序，减少某些搬运或合并某些工序，使原需在多处进行的工作，合并在一处完成。

（2）搬运分析。搬运问题需要考虑搬运重量、距离及消耗时间。 （3）检验分析。产品检验的目的是为了剔除不合格的产品，应根据产品的功能和精度的要求，选择适宜的检验方法并决定是否需要设计更好的工夹量具等。

（4）储存分析。应着重对仓库管理、物资供应计划和作业进度等进行检查分析，以保证材料及零部件的及时供应，避免不必要的物料积压。

（5）等待分析。等待硬件到最低限度。

实际分析时，应对以上五个方面按照提问技术逐一进行分析，然后采取四大原则进行处理，以寻求最经济合理的方法。

4、六大提问技术——对目的、方法、任务、时间、地点和原因进行提问。提问技术在国外又称6W或5W1H技术。

What——完成了什么? Where ——何处做? When——何时做? Who——由谁做? How——如何做? Why——为什么这样做?

当进行程序分析时，以上问题必须有系统的一一询问，这种有系统的提问技术乃是程序分析的成功的基础，切不可有任何疏漏。 （二）动作分析

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对操作者细微身体动作进行分析，删除其无效动作，提高生产效率。 动作分析的目的是发现操作人员的无效动作或者浪费现象，简化操作方法，减少工作疲劳，降低劳动强度。在此基础上制定出标准的操作方法，为制定动作时间标准做技术准备。动作经济的十大原则是：

（1）双手的动作应同时而对称。

（2）人体的动作应尽量应用最低等级，能得到满意结果为妥。

（3）尽可能利用物体的动能；曲线运动较方向突变的直线运动为准；弹道式运动较受控制的运动轻快；动作尽可能有轻松的节奏。

（4）工具、物料应置于固定处所及工作者前面近处，并依最佳的工作顺序排列。

（5）零件、物料应尽量利用其重量堕送至工作者前面近处。

（6）应有适当的照明设备，工作台及坐椅式样及高度，应使工作者保持良好的姿势及坐立适宜。

（7）尽量解除手的工作，而以夹具或足踏工具代替。 （8）可能时，应将两种或两种以上工具合并为一。

（9）手指分别工作时，各指负荷应按其本能给予分配；手柄的设计，应尽可能增大与手的接触面；机器上的杠杆、手轮的位置，尽可能使工作者少变动其姿势。

（10）工具及物料尽可能预放在工作位置。

以上共十个原则，皆是根据工业工程理论及实践经验进行的总结，对于实际生产具有很好的改善意义。 （三）操作分析

操作分析是对某部分的作业，分析操作者的作业方法或与机器的关系达到改善作业方法，降低工时消耗，提高设备利用率。

根据不同的研究对象，操作分析可分为：人机操作分析、联合操作分析、双手操作分析。 1、人机操作分析

主要分析人工或机器的能量闲置，以谋消除浪费增进效率之道，―人‖的工作时间以及―机器‖的工作时间所占之比例有多少，一个―人‖最多可操作几部机器。人——机操作图(Man-Machine chart)，又称为多项活动图，是一种描述有多个工人，或是一个工人与一台机器或多台机器的工作系统中，联动的同步活动的图表方法。每一个工人或每一台机器的工作过程，分别平行列示在图表中，以显示它们之间的相互配合关系。，如图2-2，记录操作人与一部机器或多部机器之操作关系，并借此记录来进一步之分析与改善。它的作用主要表现在： （1）了解在现况下，操作人之时间或机器之时间是否妥善应用； （2）依上述之记录加以质疑，寻求改善之地方；

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（3）比较改善前后之差异情形。

以模型来定义人员作业时间及机器作业时间，当作业人员的作业时间与等待时间有较明显的分段进行时，可粗略地估算出人机比例。

通过量测单人操作一台机器设备，分别量测出人员作业时间及机器作业时间，当然，机器在作业期间有时需要作业人员的参与，故以机器自行运作的时间作为人员在过程中等待的时间。 作业： 设备： 作业者： 研究员：

工作 时间 人 % 时间 机 % 空闲 分析员： 图2-2人机操作

假设人员作业时间为T人，机器自行运作的时间为T机，可估出一个作业人员可操作的设备数N，则N=(T人+T机)/ T人

考虑人员实际能力，所得结果小数需全部舍掉，不可采用四舍五入的方式。此方法可作为人——机操作图的补充及简单验证。 2、联合操作分析

在生产现场，常有两个或两个以上的操作员同时对一台机器（一项工作）进行工作，则称联合操作。 3、双手操作分析

生产现场的具体工作，主要由工人的双手完成，调查了解如何用双手进行实际操作的情况，称为双手操作分析。

程序分析、操作分析和动作分析分别按从宏观到微观、从粗略到具体的步骤介绍生产线平衡的实施要点和实务，可为生产线的改进提供指导。

第二节 生产线平衡理论

一、生产线平衡定义

生产线平衡又称工序同期化，是对于一定生产节拍下的装配线，所需工序的工作地与作业人员数量最少的方案。生产线平衡是衡量生产线工序水平的重要指标之一，生产平衡率越高，则生产线发挥的效能越大。

生产线平衡率=[各工序时间总和/(CT*工序数)]*100%

CT：生产线工序中最大标准工时，从生产节拍定义可以看出，生产线平衡需满足以下两个条件：(1)生产线节拍≧工序时间

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(2)Σ(生产线节拍-工序时间)最小

相关术语名词定义：

1、工作站：为了完成某一产品的各道工序，在装配线指定一个工作位置，工人在其中进行操作，这个位置即称为工作站。

2、作业元素：将操作划分为一个一个操作单，装配一个产品需要的时间，即装配一个产品所有作业工序的作业时间总和。先后顺序约束：作业元素之间加工的先后顺序。在装配线的作业分配中，当且仅当一个作业元素的所有前作业元素被分配完毕，这个作业元素才能被分配。

3、节拍：流水线生产最重要的工作参数。节拍指流水线上连续生产两个相同在制品的间隔时间，它表明流水线生产速度的快慢或生产率的高低。运用生产节拍的概念，将作业划分为数个工作站，每一个工作站要完成的工作由多个作业基本单元组成，使每个工作站在节拍内都处于繁忙状态，以完成规定的操作量，从而使各工作站的闲置时间最少，作业达到平衡，效率较高。生产线各站作业的不平衡，会造成无谓的损失外，还会造成大量半成品的堆积，严重时甚至会造成装配线的中止。要使生产线能够顺畅高效率地运作，就必须使各站的负荷均衡化，即尽量使分配到各站作业的总时间相等，避免或尽量减少等待时间。生产线的平衡状况反映了生产组织是否合理，这与产品的产量、质量及成本皆有很大关系。生产线节拍的公式定义如下：

生产线节拍=每天的生产时间/每天的计划产量

目前，对于装配线平衡的研究主要分为以下3个方面：

（1）给定装配线的最小节拍，求最小工作站数，通常在装配线的设计与安装阶段进行；

（2）给定装配线的工作站位数，使装配线的节拍最小，对已存在的生产线进行调整优化；

（3）在装配线的工作站数和节拍得到优化确定的条件下，均衡工作站上的负荷，给工作人员一种公平感。

二、生产线平衡的改善方法

1、首先应考虑对瓶颈工序进行作业改善，作业改善的方法，可参照程序分析的改善方法及动作分析、工装自动化等IE方法与手段；

2、将瓶颈工序的作业内容分担给其它工序；

3、增加各作业员，只要平衡率提高了，人均产量就提高了，单位产品成本也随之下降；

4、合并相关工序，重新排布生产工序，相对来讲，在作业内容较多的情况下容易平衡；

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5、分解作业时间较短的工序，把该工序安排到其它工序当中去。

三、影响生产线平衡的要素

1、工序的作业内容

工序的作业内容是按照工艺的要求定义，在指定的工作站位需完成的工作内容。任务的多少会直接影响到完成作业的时间。 2、操作者的技术水平

不同作业人员因为知识背景、经验积累及个人身体状况的差异，即使是相同的工序内容，操作技术可能会有不同，从而会使测试时间产生差异。 3、工序设备的生产能力

设备在一定时间内，装配产品数量的能力及设备本身的嫁动率(开工率)，即代表了其生产能力。同样的工序内容，由不同型号的设备来完成，可能会存在数量及品质的差异；而在流水线作业条件下，由于设备不良，在处理不当的情况下，有可能使整条流水线都停产。

除了以上三点，其它如物流的安排、原料的品质、设计的因素也会影响线平衡。

四、生产线平衡的效果评价

装配线平衡效果主要是以平衡延迟(Balance Delay)指标(Bd)来评价，又称时间损失系数(用εL来表示)，平衡延迟是一件在制品在线上的总空闲时间与它自始至终留在装配线上的总时间之百分比值。如下列公式：

Bd=(N×C-t总)/(N×C)×100% 式中： N—工位数， C—理论节拍， t总—总工作时间

对于Bd的值,有以下三个区间的评定结论，

表2-3装配线平衡效果优劣的评判标准

平衡延迟结果 Bd≤10% 10%＜Bd＜20% Bd≥20% 评价结果 优 良 差 由上，平衡率为η=1-Bd，代入公式，则η=t总/(N×C)×100% 五、线平衡改善方向

1、改进工艺设备与操作设备方面

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生产线节拍的构成表明，若要缩短生産過程的节拍，一方面可以利用加工零件自身结构的特点，通过机械结构的科学设计，使作业过程中某些时间进行重叠,以缩短作业时间，另一方面缩短过程中部分或全部动作所耗用的时间，同样可实现缩短整条线节拍。通常改善设备往往需要较高的费用，不少公司出于对成本的考量往往不太愿意进行此方面的变更，这与人们的思维方式有关。人们往往会产生误解，对每日每时发生在生产线上的费用认为很少，不在乎，但对为了改进生产线一次性发生的费用自理却认为很高，这种认识是不正确的。放弃对连续发生的浪费进行排除，结果造成损失的情况很多，对于降低工时和降低成本要追求其经济性，正确的判断是很重要的。需以科学的计算方式，且根据外界环境的变化，合理地进行评估。 2、改进工艺方面

通过调整生产工艺来控制节拍,在国内外也有大量研究和应用。如对于某冰箱厂一条冰箱生产线的两道工序——箱体装配与发泡的节拍相差较大的问题,采取在它们之间增设一个缓冲环节——储存线的方法解决。 3、改善产品本身的设计

随着科技的发展,越来越多的产品，尤其是电子类产品出现在人们的日常生活中，改善人们的生活品质。为了抢占市场，产品自研发到投产的时间是受限制的，而通常产品本身也存在一个自不成熟到成熟的发展过程，当然也就会有一些不符合最佳工艺的设计结构出现。故工厂在生产过程中，应积极与研发设计单位进行沟通，根据自身的生产经验，对于影响生产工艺的设计，提供建议，请设计者在可能的情况下进行修正。这样的生产模式，通常称为DFM(Design For Manufacture)，即当产品处于正式投产前以及正式生产中，通过FMEA(Failure Mode EffectiveAnalysis)方法对实际生产的品质状况，以及人员作业方便性等方面进行分析，对产品本身的设计提出改善要求，使生产适合工艺的生产，这种设计改善也是公司持续发展的重要内容。当然,也不是仅要求所有的产品都按照实际生产能力来设计，而是发挥设计的潜能，使产品的工艺与工厂实际生产能力尽量达到一致，降低生产单位的负担,让公司利益最大化。 4、改进节拍计算方法

生产节拍方面，以往大都凭经验估算出来，现在则可以通过公式计算节拍、最小工作站位数、生产效率等，更科学有效。

六、保证质量要求

在降低工时，提升装配线平衡率，增加产能的改善活动中，必须把质量作为重要课题考虑，不能因为成本或产量的需求而影响到生产质量。做出高质量的产品，对工厂而言是比什么都要优先的责任。为此，在被决定的作业条件中，执行标准是保证质量的基础。在工艺改善过程中，会出现以下几种情况：

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1、如果降低了工时，可能会出现不合格品的增加； 2、由于人员减少过多，影响到产品质量。

这些问题不应该视为是降低工时所造成的，其原因：

1、可以认为在节拍时间内增加了工作内容，是省略了必须的作业或是忘记了的作业，这样就不是在排除浪费，而应视为是偷工。

2、到现在为止由于工时有余裕，所以再制品、修理作业是可能的，表面上也没有不合格品，但是由于降低工时，表面上却会出现不合格品。

故评价质量应立足于对不良品的真因分析，而不应该从表面的变化而下简单的结论。所以通过平衡生产线可以达到以下几个目的：

（1）减少工序的在制品，真正实现―一个流‖；

（2）减少单件产品的工时消耗，降低成本（等同于提高人均产量）； （3）提高作业员及设备工装的工作效率；

（4）在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高生产应变能力，对应市场变化，实现柔性生产系统；

（5）通过平衡生产线可以综合应用到程序分析、动作分析、规划（Layout）分析、搬运分析、时间分析等IE手法，提高全员综合素质。

第三节 本章小结

本章概述了生产线平衡理论概念和IE的基础知识。生产线平衡即是生产线各工作站位在满足工作周期及作业顺序的条件下，使每个工作站的工作量尽量达到满负荷，以实现产能的最大化。工作研究理论结合产实践出总结出的ERCS改善原则，可被灵活掌握并运用在工厂实际生产中，对提高线平衡，增加产能有着非常显着的功能；人机法可对产线中需要使用机器设备的站位进行科学的分析，使人机的数量分配得到优化；另外，在改善产线，提升产能时需考虑到对产品品质的影响，不能一味只追求生产的数量。

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第三章 喜临门集成吊顶的装配线分析

第一节 装配线简介

喜临门集成吊顶的生产系统采用从韩国引进的Q/HZZP型换气扇装配线，生产过程比较简单，各种换气扇生产厂家生产工艺过程基本相同，到目前为止基本上仍都采用传统的大量生产方式。

一、装配线特征

1、从产品使用性能来看：浦江喜临门集成吊顶有限公司生产的换气扇是按照一定的标准设计生产的产品，需求量大，不同型号产品生产工艺相同，换型通过模具转换及型号调整来实现，生产过程相对稳定，采用高效的专用设备生产，因此属于通用产品。

2、从工艺特征来看：换气扇从进料至成型到组装到成品，生产的工艺过程是连续进行的，而且工艺过程的顺序是固定不变的。总体来说该集成吊顶有限公司生产属于流程型生产。从生产的稳定性和重复性来看：产品品种少，每一品种的产量较大，生产稳定，属大量生产型。

3、从产品需求特性来看：部分产品根据订单生产，基本上还是根据预测的销售计划来进行生产，因此，存在较多的成品库存。

二、工艺流程

各类换气扇，产品结构比较简单，产量较大，共有5个车间， 15条相同的换气扇生产装配线（图3-2），生产线按传统的模式布局，为直线布置，工位布置比较宽松，物流路线比较长，产品流动批量较大，WIP几乎在每一个工位处都有停顿。由于产品本身的复杂性通常加工工艺比较复杂，产品制造周期受到多方面因素影响大多比较长。由于产品经常出现交货延迟现象，往往出问题的都是换气扇不能及时供应，而且换气扇质量问题时常造成成品换气扇的客诉现象的发生，因此本文将针对该生产线进行研究分析。

该生产线线上操作工人18名，辅助作业人员4名，线下工作人员5名。采用单班制生产，每周工作5天，每天工作7.5个小时，每班休息0.5个小时。为了便于分析研究，对生产现场装配线的工艺流程、操作情况和工作布局进行了观测和记录。此装配线分为：组装加工段、测试段及包装段三大块。

组装加工 测试 图3-1生产工艺流程

包装

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第1站至7站位为组装段，包括部件的加工及整个机体的装配；第8站为测试段，共分为5个站位；第9站为包装段，主要作业内容为将完成组装及测试的成品进行最终的外观检验包装，并加上说明书等附件进行装箱。如图3-2

1 检查型号、电 机轴、电机支架 2 3 固定风轮、箱体、电容 按顺序将垫片、风轮、垫片、弹片、盖帽锁紧 安装电机 8 外观检查，测试功率、 泄漏电流、耐压、接地电阻 9 包装 贴警告贴、线路图、合格证放入说明书，泡沫加固放入箱内，封内外箱放入指定区域

4 检查 各部位螺丝 5 接线，将各组线拧好 6 固定压线板压线帽 7 固定接线盖 图3—2换气扇装配线工艺流程图

表3-3换气扇生产装配线流程表

工序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 合计 工序名称 检查型号和电机轴 安装电机 固定风轮、箱体、电容 检查 接线 固定压线板 固定接线盒 测设 包装 时间（S） 9 26 98 8 27 15 17 208 142 550 人数 1 1 3 1 1 1 2 5 3 18 按各工序算出的节拍 9 26 32.7 8 27 15 8.5 41.6 35.5 203.3

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第二节 装配线现状分析

一、装配线的理论班产

根据实测资料，取隘路工序的生产节拍为该装配线的生产节拍，则理论班产量为：N= N=(T0*?)/r=（7.5*60*60*0.93）/41.6=603 N——理论班产量，台 T0——制造工作班时间，秒

?——利用系数，这里取0.93（即每班休息30分钟） r——生产节拍，秒，上式r=41.6秒

二、装配线最大生产能力计算

最大生产能力计算Nmax=有效作业时间/单间作业时间

=7.5*60*60*0.93*19/550=867

由以上计算数据所知，由于装配线作业时间不平衡，造成现行产量与理论班产量及最大生产能力相差较大，由此，挖掘生产潜力，降低关键工序的作业时间是本研究的突破口。

三、装配线的线闲余率

装配线的线闲余率是反映装配线人力、物力、资源率的指标，同时也反映了装配线组织和设计的合理程度。

线闲余率A=T2/T1=(r*n-∑ti)(/r*n)=（41.6*19-550）/(41.6*19)= 30.4% 装配线作业平衡率=1—A=69.6%

从以上数据可以看出，该装配线节拍与各工作地节拍失调，存在超过30%的线闲余率，说明该装配线平衡率较差，有待进一步改进。

四、实际日产量

实际日产量=实际生产时间/最长单件加工时间=7*60*60/208=121 实际生产效率=工序单件加工件总和/(最长单件加工时间*工序数目)

=（9+26+···+142）/（208*9）=29.4%

由计算可看出：换气扇的实际日产量和生产效率都很低，有待进一步改进。

第三节 生产线中存在的主要问题

运用工作研究中的程序分析、操作分析和动作分析，对该生产线装配流程进行详细的调查研究，找到其问题所在。

一、流程研究现状

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这条换气扇生产线的任务是组装出换气扇。它由9道工序组成，由工人手工操作。每道工序的单间加工时间（实际为单间装配时间）在表 3-3中标出，按现行方法装配出一个完整的安装盒共需9.17分钟。

运用5W1H提问技术分析该条装配线各道工序的设置情况，结果发现了两大问题：

1、各道工序的单件加工时间不平衡，工序间存在快慢不一的现象，最短的第4道工序只需要8秒，所需时间少，生产能力严重过剩；最长的第8道工序需要208秒，生产压力比较大。

2、换气扇的实际日产量和生产效率都很低。由计算可知，换气扇装配线的生产效率是很低的，这同时表明该生产线大有潜力可挖。

线上每道工序的时间都相差很多。只有各工序的单间加工时间均靠近平均单间加工时间，才能发挥装配线的整体效益。为此，对现行换气扇装配线的诸工序进行改造。

二、工序研究现状

1、工人普遍缺少问题意识，人员工作情绪不高。因为我们采用的是流水线的生产方式，其专业化程度很高，站位分工内容较细，故每个工位的作业内容比较单一，作业人员长期从事相同单调的作业，心里易产生厌倦，从而导致产能无法进一步提高，甚至生产良率都会因人员情绪而受到影响。

2、工序存在瓶颈问题：通过对现有工序的排布情况分析并测定其实际生产时间发现，其工序的安排比较合理，但工序间存在着快慢不一的现象，生产能力严重过剩或者压力很大。

3、操作不规范，效率低。对工人的双手操作分析进行分析后发现，动作的随意性大。存在不合理的动作，有些工具和零件摆放不合理，造成人体动作能量级较高。

4、装配方法上也存在欠缺。有些工人不按操作规程进行装配，结果出现了不合格品。有些制品虽可返工修复，但又延迟了发送制品的时间，给后面的各道工序的工人造成不必要的麻烦，影响了后续工人的正常发挥。

第三节 本章小结

换气扇的生产分为组装包装段及测试段，是属于固定节拍的流水线生产方式，随着产量的增加，其生产中的一些问题点也逐渐显露出来，通过观测及对线平衡率的计算，总结出现有生产中主要的问题有：组装及包装线的工序节拍不平衡，有的生产站位有人员有较长时间的空闲时间，而有的站位工时则较

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紧，整个线体分布有松有弛，通过计算得出现有生产线平衡率为69.6%，根据线平衡的理论来分析，生产在平衡上还有改善的空间；工时量测方式待改善，现有的工时量测方式为定量取平均值，缺少对异常工时的分析；测试站位的人机安排不合理，从观测的结果来看，人员有较长的等待时间，说明人机分配比例没有达到最佳化；长期一成不变的工作方式使人员工作情绪不高，产能提升空间有限。可以通过解决生产线平衡问题来提升产量，而其它问题的改善可以达到降低成本，提升良率的目的。

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第四章 生产线平衡方案实施

第一节 工序节拍平衡改善的步骤

根据上一章对换气扇生产线的分析，可以看出这是一条典型的单产品流水装配测试线，且经过一段时间的生产，调整及改善，生产方式已经较为稳定，随着产量的提升受到瓶颈站位的约束。且随着产品生产数量的增加，人员的工时会下降，故需重新测定生产线各工作站位的工时，并对各工序的安排再评估及调整，以提升生产线平衡率，以提高产量，降低成本。按照生产线平衡理论并结合换气扇实际生产状况，确定改善步骤如下： 第一步：努力提高工人的素质

根据工厂运作的实际情况，采取必要的措施，努力提高工人的素质。对工人进行必要的岗位培训，鼓励他们提合理化建议，加强他们的问题意识。提高作业人员的工作积极性，以间接地提升产量及品质。 第二步：确定现在生产线节拍

收集已有生产线工时资料，并按照作业测定理论要求，重新测试并确定各工序的作业时间。 第三步：调整工序作业内容

缩短瓶颈站位与其它站位的节拍差异，重新分配各工作站位的工作内容，对于不合理的部分进行调整，使各工序的工作量均衡。 第四步：对测试段的人机数量进行分析

量测并对现有人机分配方式进行分析，制订人机数量。 第五步：对策实施效果评价

（1）测试改善后的生产线平衡率,及生产效率； （2）比较改善前后的产能状况； （3）产生的经济效益；

第二节 确定组装及包装段各工序站位的工时

利用工作研究方法中―取消、合并、重排、简化‖的方法对换气扇装配线进行以下的改进和调整。

一、生产节拍的调整

生产节拍是流水装配线的重要参数，它决定了装配线的生产效率。原装配线由于隘路工序作业时间较长，使装配线上各工作的负荷不平衡，需大量保险在制品，传送带时开时关，由此造成装配线无明显节拍性，各工序之间生产能

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力不平衡，为此，我们给装配线设定一个节拍35.5,且考虑到与其他工序的协调后，确定该流水线的节拍为36秒。

二、工位的平衡和改进原则

根据工业工程的理论，结合生产实际，对各工位的分布进行改进。改进原则如下：

1、分割出的操作不会给原操作造成困难；

2、分割出的操作尽可能合并到临近工位上，这样可使工艺流程和设备不会发生大的变化；

3、被合并的工位不会因作业的增加而使装配顺序发生改变，导致装配线作业非常困难或工作量大大增加分割合并作业要考虑操作类型相同，技术难度相当，使操作人员能够承受。

三、工位的平衡和改进

将装配线的节拍定为36秒后，原装配线上各工位中只有测试工序各工位的作业时间超过新节拍时间。为了使装配线能按新节拍运作，达到均衡生产的目的，有必要对测试工位的作业进行分析和改进。采用以下方法来减少测试工序作业时间。

1、操作的分解和合并。

在测试工序中，需要操作的项目较多，这是其作业时间过长的原因。在这里操作进行分解并重新合并到一个工序中去，这样测试工序的总作业时间就会相应减少。由装配线流程程分析图可以看出，有的工序时间较短，低于新设定的节拍。故将一些时间较短的相邻工序适当合并，并增加装配线的平衡率，并降低人力资源的浪费。工序1和2合并为33秒，工序4和5合并为34秒，工序6和7合并为31秒。根据以上原则，进行如下表4-1操作。

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表4-1工序改进表

工序号 1 2 工序名称 检查型号和电机轴 安装电机 固定风轮、箱体、电容 检查 接线 固定压线板 固定接线盒 时间（S） 9 26 人数 1 1 按各工序算出的节拍 9 26 改善措施 合并为一道工序, 分解为3道工序，单间工序加工时间32,35,31 合并为一道工序 合并为一道工序 分解为三道工序，单间工序加工时间为40，43，人数减少为3人 分解为2道工序，减少为2个人 PTS预置时间 33 3 98 3 32.7 35 4 5 6 7 8 27 15 17 1 1 1 2 8 27 15 8.5 34 31 8 测设 208 5 41.6 42 9 合计 包装 142 550 4 19 35.5 203.3 35.5 2、操作的删除和工作台的布置

（1）操作的删除。在接线的时候，原线头在制造车间生产是已经剥过，但由于时间较久，产生铜锈，使线头的焊接性较差。因此接线人员在进行操作的时，需要用剪刀剪去，再重新剥线，耽搁了不少时间。另外由于电机线外皮的剥制长度不够，操作人员还需多剥开22—46毫米并剪去。在改进使时，建议电机生产车间只将电机线剥置操作使用长度，而内芯剥制由接线操作。这样，不 仅节省了时间，而且节约了电线。

（2）操作台的布置。按动作经济原则的要求，工具物料和操作装置应布置于操作者面前进处，把定时器、电源线置于左前方工作台空闲处，只需伸手便可拿到，降低动作等级。

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1、检查安装 7、测试1 8、测试2 2、固定风轮 3、固定箱体 4、固定电容 6、固定压线5、检查接线 9、测试3 图4-2工序作业改善图

10、包装1 11、包装2

表4-3改进后的换气扇生产装配线流程 工序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 合计 工序名称 检查安装 固定风轮 固定箱体 固定电容 检查接线 固定压线板、接线盒 测试1 测试2 测试3 包装1 包装2 时间（S） 35 32 35 33 34 32 33 32 35 31 34 336 人数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 第三节 改进后装配线的效果

基于上述这些原则和设想，绘制出新的装配线流程程序图4-2，根据新的装配线流程图可计算出改进方案所显示的增产效果

（1） 理论班产：N=(T0*?)/r=（7.5*60*60*0.93）/36=697

=7.5*60*60*0.93*11/336=822 （3） 装配线线闲余率及平衡率计算：

线闲余率A=T2/T1=(r*n-∑ti)(/r*n)=(36*11-336)/(36*11)=15.2% 装配线作业平衡率=1—A=84.8%

（4） 工人数量由原来的19人减少到11人，降低了用工成本。

（5） 生产节拍从原来的41.6秒减到36秒，均衡效果明显，解决了生产瓶颈

问题。

（2） 装配线最大生产能力计算：Nmax=有效作业时间/单间作业时间

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第四节 生产线平衡方案实施效果评价

一、工艺流程变更的相应措施

在进行换气扇线体的平衡改善过程中，部分的作业方作业内容被重新拆分合并,对于相应作业人员而言,则相需进一定数量的试产，以便人员熟悉新工艺，同时也确认目检站流程变更，由需求单位技术部门一起讨论量试方案，并根据量试验结果来确定是对于调整工艺后产生的不良品，同样以分析的方式来经过这样的过程，最终确定了改善的内容可行。

二、调整后的生产效率

通过第四章对产线的全面分析及调整，装配线线闲余率及平衡率计算： 线闲余率A=T2/T1=(r*n-∑ti)(/r*n)=(36*11-336)/(36*11)=15.2% 装配线作业平衡率=1—A=84.8%

以装配线平衡的评判标准来看，已达到优良的行列。

三、改善前后的产能、人力变化等

从装配的人力来看，每条生产线作业的人员由原来的19人降到11人，精减了18个人力；以测试站来看,测试人员的数量由原来的9人精减了3位。总体作业人员的减少较大幅度地降低了人力成本。在工业企业中，人工是一项重要的生产成本,且人工配置的合理与否对生产线平衡性会带来很大的影响。人工成本的高低反映了企业经营业员管理的水平，也反映了生产线的均衡状况。

生产能力上来看，作业节拍C=36秒，以一天正常生产7小时来算，可得出班产能= N=(T0*?)/r=（7.5*60*60*0.93）/36=697，相较原来603台的生产能力提高了94台。

表4-4改善前后相关数据对比表

每条生产线 人员数 总产量 人均产量 生产线平衡率 单件工时消耗

改善前 19 603 31 69.6% 550 改善后 11 697 63 84.8% 336 变化量 减少8人 增加94 增加32 增加15.2% 减少214 变化率% 42.1 15.6 100 21.8 38.9 备注：达到此效果的前提条件:假设所有上线零件都是合格的 中国最大的论文知识平台www.lwxiezuo.com

将改善前后项目的变化以柱状图来表示，如下图，从图中可直观地看出经过此次线平衡的改善,每班可达到的产能、一条线的人力、生产线节拍及线平衡率都获得了明显的改善效果，为公司的生产带来切实的效益。

700680660640620600580560540一条线产能对比改善前改善后20151050改善前改善后一条线人力对比424038363432改善前改善后生产节拍90.00?.00p.00`.00P.00@.000.00 .00.00%0.00%线平衡率改善前改善后

图4-3改善前后产能、一条线的人力、生产线节拍及线平衡率对比

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第五节 本章小结

本章综合运用了各种理论对产现存在的问题点进行细项分析，通过理论计算及实际量测，重新获得各工序站位的作业工时，并总结出重新量测并确定工时的机；以IE理论中ECRS原则对各工序进行分析，结合工作现场对瓶颈站位进行改善以人-机操作图对测试站位的人机分配比例进行分析，自理论上取得最优分配后,同时结合生产实际要求进行调整，从而获得最佳人机比例；总结一些管理技巧方面的知识，在具体改善过程中加以应用，提升了作业人员的生产积极性,也使技术人员的改善能力得以提升，这些都间接地提升了整个工厂的能力，使得站位工时得到全面改善，并提升整体的产能，精简人力，降低了生产成本。通过对各种理论及方法的应用，我们也发现其实每种方法都有一定的效益，恰当的使用可对生产线平衡产生正面的影响，而将各种方法综合使用，部分方法还可在其它方法进行生产线平衡的基础上进一步平衡，产生联合效益。当然，具体应用哪一种或哪几种方法可以根据具体企业的具体情况，找出最需要的环节进行分析才是见效最快的选择。

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第五章 结论及展望

本文通过对各种改善方案的运用，重新获得了新的工时分布，并对改善前后的产能、人力、节拍及线平衡率的对比，证实了对线平衡理论的研究，对工业工程理论的运用，在实际生产中能发挥非常重要的作用，也有助于同类状况产线的借鉴，并为企业带来效益。同时，为了保证品质的一致性，对于这样的工艺流程的变更，通过小批量试的结果，确认改善方案同样符合质量要求。

本文对生产线平衡的理论经行了研究，同时结合工业工程的理论，将所在工厂中实际生产所碰到的问题进行分析并进行了了改善。经过改善，除了实际生产的线平衡率，产能有了较大幅度的提高，人员也进行了精减，降低了生产成本，更重要的是总结了一些对于生产线平衡的改善经验，对企业深入掌握工业工程理论和方法，提高企业工业化基础及管理水平有指导意文。改善是无止境的，没有最好，只有更好，才会使企业更有活力，并且不断修正细节。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/50lg.html