工业工程生产线平衡毕业论文

山东科技大学学士学位论文 绪论 1 绪论 1.1 研究背景 流水装配线这种生产组织方式于 1914 年诞生于美国“福特”公司，能够极大地提高了劳动生产率。就在流水装配线诞生的前夕，1913 年的 8 月，“福特”公司装配车间每个汽车底盘由一位工人操作，每装配完成一件的时间是 12.5 小时。数个月后，当装配线试流成功以后，完成一件汽车底盘的操作时间为 93 分钟，劳动生产率提高了 8 倍多。流水装配线创造出巨大的汽车市场，同时也使福特公司的生产规模超过了通用汽车公司。可以说是福特发明的流水线揭开了现代化大生产的序幕。 生产线平衡ALB问题是与生产线问世之日同时出现的，自从 1913 年，HenryFord 发明了第一条装配线以后，一直到 20 世纪 50 年代，准确地说在1954 年前，装配线的平衡技术只有 Trail-and-Error 方法在尝试。没有 ALB问题的研究成果公开发表，正式提出并着手解决这一问题的是美国人Bryton Braces 提出 COMSOALComputer Method of Sequencing Ope rationfor Assembly Lines，利用简单的系统记录的方式，随机地产生分配作业元素的不同分配方式，这种方法比较通用于实际的企业。RPWThe RankedPosition Weight Heuristic另一个著名的启发式算法，把要分配的作业元素按一定的规则排序，并分配到各个工作站去。 众所周知，提高系统的效益主要有以下两种途径： 一是以增加投入来获得提高。大部分企业都倾向于走这条路子，一般都采用先进的管理方法（譬如 ERP）来改善管理或者大量购进设备来提高自己的生产能力，但这两种思路都会发生大量的费用而效果并不一定理想。大量购进设备固然可以提高企业生产能力，对大部分企业来说不得不考虑一次性引进一条生产线的投入给财务带来的压力，最大的问题是没有配套技术的跟进高价引进的设备利用率不高本身就是浪费；采用新的管理方法 1山东科技大学学士学位论文 绪论虽然不用大量引进硬件设施，但购买软件和管理费用上的投入会让企业感觉力不从心，同时还有思维方式的影响造成实施者繁多而成功者甚少的局面。 二是改善资源的利用来获取提高。几乎所有的制造企业都存在系统能力不平衡的现象，增强生产线的平衡性是一种通过改善企业现有资源组合而达到充分利用并提高其效益的行之有效的思路，是流水线型生产企业所追求的目标，其最高境界是实现“一个流”生产。 装配是产品成型的最后的环节也是制约产量的重要地方在制造中占有重要的地位具有联系型、装配型、强制节拍等多种特征的流水线装配型企业是最典型的制造型企业受到工业界的普遍关注。 富士康公司的 CTV 产品处主要生产ＳONY 客

户的 TV 产品，其中 32寸的月产订单产量为 210K，而目前月差能只有 [1**********]K，无法满足订单需求。实习过程中发现，在 CTV 处大规模人工作业的线体，出现了线体平衡率低，人员无效动作浪费比较多单位线体人员数量多且机动性较差等等导致成本提高的现象。并将直接因此导致利润降低，公司市场竞争力降低。因此进行生产线线体现场改善，提高产线平衡率，提高产线产能势在必行。通过对生产线平衡率提升的方法研究，可以不断减少人员无效动作的浪费、提升人员效率、减轻人员工作强度、减少资源浪费，令公司更具人性化，同时提升客户的满意度、公司的满意度、员工的满意度。 1.2 问题的提出 生产线平衡的意义在于，在实现均衡生产后，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 2山东科技大学学士学位论文 绪论 ，提高了生产应变能力，对应本；在均衡生产的基础上实现的“单元生产”市场变化实现柔性生产系统；通过平衡生产线，可以综合运用程序分析、操作分析、动作分析、设备布置分析、时间分析等全部工业工程相关方法，并能适当提高全员的综合素质。 1.3 国内外研究现状 流水线生产一般可分为两种：加工生产线、装配线。加工生产线是一系列机器上制造与加工零件，例如汽车轮胎或冰箱的金属部件。装配线则是在一系列工作台上将制造出的零件组合在一起，包括部件装配线与产品总装线。生产线平衡是这种生产方式评价的重要指标，因此，研究人员对其进行了大量的研究工作。 生产线平衡问题（Line Balancing Problem简称 LBP）伴随着流水生产线的产生而产生，至今已有近百年的时间。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，在此之后，许多科研人员都研究了这个方面的问题，并发表了各种各样的求解方法。 随着产品需求量的增长大部分企业都以增加投入来提高产量quot最常见的一种投入是采用先进的管理方法来改善管理或者大量购进设备来提高自己的生产能力但这两种思路都会发生大量的费用而效果并不一定理想，大量购进设备固然可以提高企业生产能力但对大部分企业来说必须考虑一次性引进一条生产线的投入给财务带来的压力；另一方面是没有配套技术的跟进高价引进的设备利用率不高本身就是浪费采用新的管理方法虽

然不用大量引进硬件设施但购买软件和管理费用上的投入也会让企业感觉力不从心同时还有思维方式的影响造成实施不一定成功的局面quot除了增加投入企业还可以通过改善资源的利用来获取提高几乎所有的制造企业都存在系统能力不平衡的现象增强生产线的平衡性是一种通过改善企业现 3山东科技大学学士学位论文 绪论有资源组合而达到充分利用并提高，其效益的行之有效的思路是流水线型生产企业所追求的目标其最高境界是实现：“一个流”生产。 虽然目前国内外大量的著作对此论述不少但目前国内外很多对生产流水线平衡问题仅见于理论上的研究，其基本研究方法是将一个实际的流水生产线按一定方式进行简化以建立一个可以模拟实际流水线情况的数学模型然后采用适当的方法对这个数学模型进行求解以得出若干个理论上的可行解供流水线的设计者参考。由于影响流水生产线平衡的因素很多目前还没有一种能够把所有影响因素都考虑进去的数学模型而且考虑的因素越多理论设计的模型就越复杂当数学模型中的作业元素和约束条件过多时甚至难以找到合适的算法进行求解因此其应用有很大的局限性。 除了建立数学模型外近年来又出现了一些运用算法解决装配线平衡问题遗传算法、粒子群算法等，这些算法的主要功能是进行装配作业的重组是基于作业时间已知的条件下进行设计。所以这些方法都是优化时间分配的方法而不能研究操作改进给装配线带来的利益。但随着工业工程影响的深入越来越多的企业开始关注工业工程的力量也出现了很多关于应用工业工程技术解决生产中实际问题的研究著作而且大量实践也证明工业工程方法的实用性和有效性。 生产线平衡问题是典型的 NP-Hard 组合优化难题，目前，针对生产线平衡问题，主要的解决方法可以分为四类：工业工程方法、数学分析法、启发式方法和仿真优化方法。本文主要运用工业工程方法。 现国内外正经历着新的产业革命—精益生产 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。生产线平衡 4山东科技大学学士学位论文 绪论问题直接关系到设施利用率和生产效率，且影响到产品的质量，此外，生产线平衡给员工带来的公平感，有助于员工间的合作，因此也是企业关注的热点。 1.4 研究的主要内容 本论文通过对生产线平衡研究发展历程

的认识，运用工业工程的相关知识对烟台富士康 CTV 处 TV 生产线进行了细致的研究和分析，同时应用平衡理论对该生产线进行了分析和优化，希望通过这些研究能够提高自己对工业工程基本理论的认识和对这些知识的实际运用能力。在解决问题的同时，提高自身发现问题、分析问题、解决问题的能力，也希望能够通过这篇论文为青岛红旗电机公司的小电机生产线起到一定的指导和借鉴作用，从而使该生产线能够真正达到高效率、高品质生产的目标。 5山东科技大学学士学位论文 基本理论综述 2 基本理论综述 2.1 工作研究理论 工业工程的核心是降低成本、提高质量和工作效率，工作研究是工业工程体系中最重要的基础技术，起源于泰勒提倡的“时间研究”的吉尔布 。雷斯提出的“动作研究”“时间研究”是用科学法则代替经验法则，确定 “动作一名工人每日公正合理的工作量，并采用秒表测定，制定工时定额。研究”是通过研究改进操作和动作方法，提高生产效率。1936 年“时间研究”和“动作研究”结合为一体。随着动作研究技术的不断发展，进一步延伸到对操作和作业流程的研究，逐步形成了 （Method “方法研究” Study）的完整体系，时间研究的技术也日益丰富和完善，尤其是 20 世纪 40 年代以后，出现了众多的预定时间标准，它们可以说是动作研究与时间研究的完美结合。到了 40 年代中期，“时间研究”则更名为“作业测定”（WorkMeasurement） “方法研究”与“作业测定”两部分结合在一起统称 。至此，为“工作研究”。 工作研究的对象是作业系统。作业系统是为实现预定的功能、达到系统的目标，由许多相互联系的因素所形成的有机整体。作业系统的目标表现为输出一定的“产品”或“服务” 。作业系统主要由材料、设备、能源、方法和人员等五方面的因素组成，其结构如图 2.1 所示。 为了使作业系统达到预定目标，在系统转换过程中需经常检查测定作业活动的时间、质量、成本、柔性。“时间”包括作业活动的进度、消耗的人工数及交货期等方面；“质量”既包括制成品的质量，也包括转换过程的质量；“成本”是指变换过程中各项耗费的总和，它反映出作业系统运行的经济性。作业活动的时间、质量、成本和柔性根据检测结果再反馈到作业系统，进行控制和调整，使作业活动按预定项目进行。 6山东科技大学学士学位论文 基本理论综述“柔性”是指企业具备的为顾客提供多种类型产品的能力，以及对需求变化的能力。 原材料 生产设备、能源、生产 产品或服务 方式和人的作用 反 馈 检 控 时间（T） 测 制 质量（Q） 成

本（C） 柔性（F） 图 2.1 作业系统结构简图 工作研究又称为基础 IE最显著的特点是：只需很少投资或不需要投资的情况下，通过改进作业流程和操作方法，实行先进合理的工作定额，充分利用企业自身的人力、物力和才力等资源，走内涵式发展的道路，挖掘企业内部潜力，提高企业的生产效率和效益，降低成本，增强企业的竞争能力。因此，世界各国都将工作研究作为提高生产率的首选技术。 工作研究包括方法研究和作业测定两大技术。方法研究在于寻求经济有效的工作方法，主要包括程序分析、作业分析和动作分析。而作业测定是确定各项作业科学合理的工时定额，主要包括秒表测时、工作抽样、预定动作时间标准法和标准资料法。运用这些技术来考察生产和管理工作，系统地调查研究影响生产效率和成本的各种因素，寻求最令人愉快的工作方法和最科学、最合理的工作时间，不断改进和完善，保证人员、物料等资源的有效运作，达到提高生产效率，降低成本的目的。 工作方法研究常用的分析技术是： 、 “5W1H”“ECRS 四大原则”。 “5W1H”提问技术是指对研究工作以及每项活动从目的、原因、时间、地点、人员、方法上进行提问，为了清楚地发现问题可以连续几次提问， “5W1H”提根据提问的答案，弄清问题所在，并进一步探讨改进的可能性。 7山东科技大学学士学位论文 基本理论综述问方法如表 2.1 所示。 表 2.1 5W1H 提问技术 考察点 分析现状 提出问题 改进意见 目的 做了什么 what 是否必要 有无其他更合适的对象 原因 为何做 why 为什么要这样做 是否不需要做 时间 何时做 when 为何需要此时做 有无其他更合适的时间 地点 何处做 where 为何需要此处做 有无其他更合适的地点 人员 何人做 who 为何需要此人做 有无其他更合适的人 方法 如何做 how 为何需要这样做 有无更合适的方法与工具 表中前两次提问在于弄清问题现状，第三次提问在于研究和探讨改进的可能性，改进常遵循 ECRS 四大原则。 （1）E 、 Eliminate即消除。在经过“作什么”“是否必要”等问题的提问，而答复为不必要则予以取消。取消为改善的最佳效果，如取消目的、取消不必要的工序、作业和动作等以及取消不必要的投资等，取消是改善的最高原则。 （2）C Combine即合并。对于无法取消而又必要者，看能否合并，以达到省时简化的目的。如合并一些工序或动作，或将原来有多人进行的操作，改进为有一人或一台设备完成。