生產線平衡分析與改善(最全面的IE分析,生產線平衡)

IE工業(yè)工程-生產線平衡,主講:,2,2020/5/22,課程內容,生產線平衡一、生產線平衡的概述二、流水生產線概述三、生產線平衡的設計四、生產線平衡的方法及改善原則5、案例分析,3,2020/5/22,一、生產線平衡的概述,1.概念生產線平衡即對生產的全部工序進行平均化，調整作業(yè)負荷，以使各作業(yè)的時間盡可能相近的技術手段與方法，它是生產流程設計及作業(yè)標準化中最重要的方法，是通過平衡生產線使現(xiàn)場真正實施生產同步化，從而達到“一個流”的理想。實施生產線平衡前，管理人員應先處理好個別效率與整體效率之間的關系,4,2020/5/22,一、生產線平衡的概述,2.目的通過平衡生產線可以達到以下幾個目的：加快產品流動,減少生產周期。消除工程瓶頸,提高作業(yè)效率,穩(wěn)定產品質量,優(yōu)化作業(yè)流程,減少單件產品的工時消耗，降低成本（等同提高人均產量）。減少工序在制品，真正實現(xiàn)“一個流”。在平衡的生產線基礎上實現(xiàn)單元生產，提高生產應變能力，對應市場變化實現(xiàn)柔性生產系統(tǒng)。通過平衡生產線可以綜合應用程序分析、動作分析、布置分析，搬動分析、時間分析等工業(yè)工程方法，提高全員綜合素質。,5,2020/5/22,一、生產線平衡的概述,3.生產線平衡表示法一般使用生產流動平衡表來表示,縱軸表示時間,橫向則依工程順序表示,并劃出其標準時間,注:劃法可使用曲線圖或柱狀圖4.平衡圖的應用方法1.將確的定各工程順序(作業(yè)單位),填入生產流動平衡表內.2.測算各工序實際作業(yè)時間以DM或分或秒為單位記入平衡表內.注:1DM=0.01分=0.6秒DM(DecimalMinute),6,2020/5/22,二、流水生產線概述,流水生產是在“分工”和“作業(yè)標準化”的原理上發(fā)展起來的流水生產方式的誕生必須依賴加工技術的支撐流水生產方式的基礎是流水生產線,1、流水生產的基本概念,流水生產的原理,7,2020/5/22,二、流水生產線概述,流水生產的特點,工作的專業(yè)化程度高生產按節(jié)拍進行工藝過程是封閉的生產對象在工序間作單向移動工作地之間有傳送裝置連結,1、流水生產的基本概念,8,2020/5/22,二、流水生產線概述,組織流水生產的條件,產量要足夠大，單位產品的勞動量也比較大制造的工藝過程能劃分成簡單的工序，又能根據工序同期化的要求把某些工序適當的合并和分解，使各工序的作業(yè)時間基本相等或成整數倍產品結構和制造工藝相對穩(wěn)定必要的場地等,1、流水生產的基本概念,9,2020/5/22,二、流水生產線概述,流水線生產的分類,單人單產品式單產品固定式多產品固定式自由流水式連續(xù)傳動流水式間歇傳動流水式分組式,1、流水生產的基本概念,10,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,確定流水生產線上的基本作業(yè)并制定相應的作業(yè)標準確定完成基本作業(yè)的先后次序，并繪制基本作業(yè)順序圖確定流水生產線的循環(huán)時間(節(jié)拍)把基本作業(yè)按一定的準則分配到各工位上去,1、流水生產線平衡設計應解決的若干基本問題,11,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,進行產品和零件的分類改進產品和零件的結構，使之適合流水生產審查和修改工藝規(guī)程收集整理設計工作所需要的資料,2、流水線平衡設計的準備工作,12,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,確定流水生產的節(jié)拍,當流水線的運輸批量等于1的情況下，節(jié)拍按下式計算：式中C流水線節(jié)拍；Fe計劃期有效工作時間；N計劃期應完成的產量。,3、單品種流水線平衡方法,13,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,若按批運輸時，則流水線節(jié)拍為式中Q運輸批量。,確定流水生產的節(jié)拍,3、單品種流水線平衡方法,14,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,案例：生產線平衡分析案例(直流式流程序為例),設某一產品從原料到成品，需經過A、B、C、D四個工序，其基本標準工時（秒/個）及相關生產效率、良率、投入機臺/人員數分別見表1-1：可以求各工序每小時產量為：A工序每小時產量=（3600秒6.90）90%95%1=470.87個B工序每小時產量=（3600秒5.1）80%99.5%1=470.87個C工序每小時產量=（3600秒34.40）100%99.9%2=209.09個D工序每小時產量=（3600秒30.40）100%99.5%2=238.8個。,3、單品種流水線平衡方法,15,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,案例：生產線平衡分析案例,3、單品種流水線平衡方法,16,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,案例：生產線平衡分析案例由表一可知A、B、C、D四個工序每小時產量處于不平衡的狀態(tài)，整體生產線的產量受限于C工序，每小時只能產出209.09個，其他的工序的產出高于209.09個，只會堆積在生產線上而造成半成品庫存積壓，而D工序更將因為C工序的產量，而形成時間的等候。比較B、C兩個工作站，將可發(fā)現(xiàn)B工作站的產能為C工作站的2.69倍，B、C兩個工作站將積壓大量的半成品。若以傳統(tǒng)追求各工作站提升效率的方式進行管理，B工作站的效率提升，只會惡化B、C站的半成品積壓的浪費，而無助于整體產量的提高（假設B工作站經訓練生產效率達100%，則B工作站每小時產量將達702.35個，產量為C工作站的3.36倍）。生產線通過多道工序完成成品，追求效率的方向應以整體的生產效率，也就是以最終成品數量和配置的資源（人員、設備）的多少來衡量,3、單品種流水線平衡方法,17,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,木桶理論與項鏈理論3M（浪費、負荷過重、不平衡）浪費：搬運的浪費、不良品浪費、動作浪費、在庫浪費、加工過度的浪費、等待的浪費、過量生產的浪費負荷過重：機器負荷過重可能導致故障，人員負荷過重可能導致安全、效率和質量問題。不平衡：導致浪費和負荷過重等.,3、單品種流水線平衡方法,18,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,平衡圖分析產能平衡圖是以目視的方式對單一產品于各工序所需的時間進行圖示分析。由于平衡圖可以識別瓶頸工序的可能發(fā)生工序，并以動作分析進行平衡。通常情況下，運用平衡圖主要對產品于各工序加工所需時間進行分析。案例2-1平衡圖分析案例假設某一產品需經四道加工工序A、B、C、D，其加工所需時間（標準工時）分別見表2-1所列工序產量表。,3、單品種流水線平衡方法,19,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,平衡圖分析,20,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,平衡圖分析-改善案例:,21,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,生產線平衡率的計算:,衡量生產線平衡的好壞，可以用生產線平衡率或平衡損失率來進行定量衡量。在計算生產線平衡率或平衡損失率前，必須先設定計算的時間基準，即生產周期。如案例2-1，可以發(fā)現(xiàn)決定生產線的作業(yè)時間周期的工序時間是最長工序的時間（PitchTime）,也就是說PitchTime(節(jié)拍時間)等于周期時間(Ct)（注：在完成各工序后，每隔PitchTime完成一個或批產品）另外一種計算方法同樣可以得到CycleTime，即由以每小時平均成品產量，求得一個產品的Ct,22,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,生產線平衡率的計算:,Ct=瓶頸工序單位產品產出時間生產線的平衡率計算公式如下：生產線平衡率=實際作業(yè)所需時間總和作業(yè)時間總和=Ti（CtN）Ti各作業(yè)資源加工時間N作業(yè)資源數總和若以平衡圖與生產線平衡率做比較，平衡率等于圖中白色部分的面積（加工時間）除以平衡圖的全部面積（作業(yè)時間總和）,23,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,生產線平衡率的計算:,以案例2-2進行計算，對C工序增加作業(yè)資源數作為改善，將有助于生產平衡率由64.17%提高至77%，產能從30分鐘生產一個成品，提高到20分鐘生產一個產品，產能提高50%,24,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,生產線平衡率的計算:,若對C工序進行動作分析研究，將部分工作分配給閑置的B、D兩工序，則將有助于一產平衡率由64.17%提高至96.25%。產能比30分鐘生產一個成品，提高到20分鐘生產一個成品，產能提高50%.,25,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,生產線平衡率的計算:,若評估上述兩方案，對瓶頸工序C進行動作分析的生產線平衡改善方案較增加作業(yè)資源的生產線平衡改善方案的效果為佳（無須增加一個工位）,26,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,生產線平衡損失率的計算:,生產線平衡損失率計算公式如下：平衡損失率=（非加工時間總和）作業(yè)時間總和=LTi（生產節(jié)拍N）=1-生產線平衡率LTi-各作業(yè)資源非加工時間；N作業(yè)資源數總和。若以平衡圖與生產線平衡損失率做比較，平衡損失率等于平衡圖中陰影部分面積（非加工時間）除以平衡圖的全部面積（作業(yè)時間總和）,27,2020/5/22,三、流水生產線平衡的設計方法,生產線平衡損失率的計算:,28,2020/5/22,四、生產線平衡的改善方法與原則,1、平衡率改善的基本原則:是通過提高作業(yè)資源的產出、調整工序的作業(yè)內容，使各工序作業(yè)時間達到平衡。實施時可采用以下方法:對瓶頸工序進行作業(yè)改善。作業(yè)改善的方法包括對于良率的提升、效率的提高和設備的開動率的提高（設備開動率指實際設備開動時間與可開動（負荷）時間之比，計算如下：設備開動率=實際設備開動時間設備負荷時間）憑借增加瓶頸工序的作業(yè)資源數，提高平衡率。分解瓶頸工序的作業(yè)內容，并分提給其它工序。減少非瓶頸工序的作業(yè)資源數，以提高平衡率；合并相關工序，重新排布生產工序。相對來講，在作業(yè)內容相對較多的情況下容易平衡。在精益生產中，可憑借U形布局的多能工輕易達到目的。分解作業(yè)時間較短的工序，把該工序排到其它工序中去。,29,2020/5/22,四、生產線平衡的改善方法與原則,2、平衡率改善的圖示。,30,2020/5/22,四、生產線平衡的改善方法與原則,2、平衡率改善的圖示。,31,2020/5/22,四、生產線平衡的改善方法與原則,2、平衡率改善的圖示。,32,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,計算最少工作地數=各工序作業(yè)時間除以節(jié)拍,在給定了節(jié)拍時間后，最少工作地數應為：式中的符號表示大于或等于W/C的最小整數。W表示制造單位產品所需全部作業(yè)元素加工時間總和。流水線的最少工作地數可以作為衡量流水線利用程度的一個標準，用來檢查工作地任務分工組織的合理性。,1、單品種流水線平衡方法,33,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,例：一條組裝線（其生產活動見下表）的總裝配時間為66分鐘。工廠確定每天的工作時間為480分鐘，出產量為40。試畫出順序圖并找出工序的最小數目。然后安排工序以平衡組裝線。這條組裝線的平衡效率是多少？,34,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,解：,35,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,階位法的工作步驟如下,作圖表示裝配工藝過程中各作業(yè)元素的先后關系，并標明每項作業(yè)元素的時間。從作業(yè)元素先后關系圖找出每項作業(yè)元素的后續(xù)作業(yè)元素，計算它們的時間總和，即每項作業(yè)元素的階位值。按階位值的大小，由大到小，將作業(yè)元素排隊，制成作業(yè)元素階位表。從階位值最高的作業(yè)元素開始，向工作地分配作業(yè)要素。每分配一項作業(yè)元素，計算一次在節(jié)拍時間內的剩余時間。若剩余時間足夠安排另一項作業(yè)元素，從階位表中找出階位值次高的作業(yè)元素分給該工作地。若剩余時間不夠安排其它作業(yè)元素，就向下一個工作地分配，直到全部作業(yè)要素都被安排入工作地為止。,裝配流水線平衡的方法很多，這里介紹一種簡便而又能取得滿意效果的方法階位法。,36,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,流水線平衡的評價與再平衡,用下面的公式計算流水線負荷率，以評價流水線平衡后的效率：式中E流水線負荷率S采取平衡措施后的流水線工作地數。,1、單品種流水線平衡方法,37,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,2、多品種流水線生產的平衡設計,多品種流水生產的基本形式,一種是可變流水線，又稱轉換流水線。它的基本特征是，在一條流水線上輪番生產幾種產品。另一種是混合流水線。是指在同一時間內，在同一條流水線上按固定順序混合地生產多種品種產品。,38,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,2、多品種流水線生產的平衡設計,多品種流水線主生產節(jié)拍的確定,可變流水線節(jié)拍的確定混合流水線節(jié)拍的確定,39,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,2、多品種流水線生產的平衡設計,可變流水線節(jié)拍的確定,代表產品換算法,就是在生產的產品中，選擇一種產量大、勞動量大、工藝過程比較復雜的產品作為代表產品，然后將其它產品按勞動量比例關系換算成代表產品的產量，按換算后的代表產品的總產量計算每種產品的節(jié)拍。,40,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,2、多品種流水線生產的平衡設計,勞動量比例分配法,此法是將計劃期有效工作時間按各種產品的勞動量比例進行分配，然后根據產品分得的有效工作時間和產量計算生產節(jié)拍。,可變流水線節(jié)拍的確定,41,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,2、多品種流水線生產的平衡設計,混合流水線的生產組織方式是，在同一時間內多種產品混合編組在一條流水線上進行生產。它具有如下的特點：,按固定的混合產品組組織生產產品組在各工作地的作業(yè)含量時間與流水線節(jié)拍應相等或成倍比關系生產中轉換品種時，不需要對設備或工藝裝備重新調整,混合流水線節(jié)拍的確定,42,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,2、多品種流水線生產的平衡設計,混合流水線節(jié)拍的確定,混合流水線的節(jié)拍是按產品組計算的。其計算公式為：式中-混合流水線的平均節(jié)拍；-計劃期內產品組的產量。,43,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,2、多品種流水線生產的平衡設計,混合流水線節(jié)拍的確定,產品組產量N組與產品組的構成及各產品的計劃產量有關。它需分別對下面不同情況來加以確定：,固定于流水線上生產的產品產量相等。流水線上生產的若干種產品的計劃期產量成較小的整數比(如1:2:3或2:3:4等)。,44,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,2、多品種流水線生產的平衡設計,編制綜合的作業(yè)元素順序圖選擇平衡工作地作業(yè)量的時間周期計算作業(yè)元素在平衡周期內的作業(yè)時間,多品種流水生產線的平衡,式中:di第i作業(yè)元素的作業(yè)時間Nj產品j在周期內的產量ij系數，產品j含有作業(yè)元素i時，ij=1，否則，ij=0ti第i作業(yè)元素的單件作業(yè)時間,45,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,2、多品種流水線生產的平衡設計,例：某混合流水線上有A、B、C三種產品，平均日產量分別為40臺、10臺、30臺，一個工作日一班，不考慮停工時間，各產品作業(yè)順序如圖。求混合流水線的節(jié)拍、Smin、綜合作業(yè)順序圖，并進行混合流水線的平衡。,解：,46,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,2、多品種流水線生產的平衡設計,(1)A產品FA=4+3+3+4+1+5+5+3+4+5=37（分）(2)B產品FB=4+4+3+4+1+4+3+3+4+5=35（分）(3)C產品FC=4+5+3+4+1+2+2+3+4+3+4+5=40（分）,產品作業(yè)順序圖,47,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,產品A、B、C的綜合作業(yè)圖,48,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,將綜合作業(yè)圖中各作業(yè)元素合并成工序，要求合并后的工序數盡可能小。具體要求：不違反作業(yè)先后順序必須滿足評價平衡結果?；旌狭魉€負荷率：混合流水線在計劃期內的工作時間損失：,進行混合流水線的平衡,49,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,混合流水線平衡的具體步驟：按作業(yè)先后次序將綜合作業(yè)順序圖劃分成區(qū)間。5個作業(yè)區(qū)間編制作業(yè)元素關系表，明確哪些作業(yè)元素的先后次序是可變的進行平衡分配作業(yè)元素時的原則：按區(qū)間順序進行分配。在同一區(qū)間內盡可能先分配di值較大者。按一日一班計，使di480分鐘，盡可能達到工作地數目最小。在一個區(qū)間內不易繼續(xù)分配時，可用能夠移動的作業(yè)元素進行調整。平衡結果的評價工序的進一步合并,50,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,51,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,52,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,53,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,平衡結果評價：,混合流水線在計劃期內的工作時間損失：,混合流水線負荷率：,54,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,工序的進一步合并現(xiàn)在有7道工序。由于第三道與第四道工序相互沒有先后關系，說明兩道工序可以同時進行，即可以合并為一個工序而設兩個工位，由兩個工人在同一工作地上操作。因此，該混合流水線最后可并為6道工序7個工位。,55,2020/5/22,五、生產線平衡的其它案例,做好流水線平衡是混合流水線設