精編【IE工業(yè)工程】IE裝配線平衡

1、隨心編輯,值得下載擁有！YOUR COMPANY NAME IS HERELOGO專業(yè)I專注I精心I卓越beikezhang【IE工業(yè)工程】IE裝配線平衡XXXX年XX月 XX 日XXXXXXXX集團(tuán)企業(yè)有限公司Please en ter your compa ny's n ame and contentvIE:裝配線平衡1. 制造環(huán)境中的元件裝配 裝配是一個很古老的概念，是我們理解制造的基礎(chǔ)。很難列出制造的、用于出售的產(chǎn)品卻沒有經(jīng) 過裝配的階段，盡管也有一些，例如，簡易扳手、斧柄、刀子、叉。但是，我們想到的制造的產(chǎn)品經(jīng)常 是主要為裝配的東西:汽車、計算機(jī)、還有飛機(jī)?，F(xiàn)代的裝配作業(yè)還沒

2、有多少年，它包含工人的數(shù)目， 移動的傳送帶，將分散的裝配工人合理分配，使用裝配傳送帶將部件帶到他們身邊。圖1解釋了這個概念。傳統(tǒng)的裝配生產(chǎn)線，就象圖 1所描繪的，通常是基于以下事實(shí):工人可以被細(xì)分( Adam Smith concept )可以在生產(chǎn)線上不同的工位上分配；在生產(chǎn)線上工人通過傳送帶裝配上道工序傳來的部件。 但是在過去的二十年中，是如擴(kuò)大提供給每個工位的工作數(shù)量的裝配應(yīng)用得到了很大的發(fā)展和成功的應(yīng) 用。在這種方式中， 移動的傳送帶可能將部件送到一個工位， 一直到它完成才將它移走。 在這種情況下， 需要一個來料的暫存區(qū)減少工作時間波動的影響。 這種裝配生產(chǎn)線的“新”形式，讓使用創(chuàng)新的

3、傳送帶結(jié)構(gòu)(被 Tuggle 叫做 modular 裝配系統(tǒng))成為可能，它通常需 要不同的物理結(jié)構(gòu)滿足不同的需求。一些這種新型的裝配線的擁護(hù)者指出，通過強(qiáng)調(diào)技能和建立工人確認(rèn)產(chǎn)品制度可 以提高品質(zhì)。這種類的生產(chǎn)線需要大量的重復(fù)的工具和夾具，因為一些工人可能同時做相似的事情。圖2 和圖 3 給了兩種 MODULAR 拉的范例。裝配也并不是一定要傳送帶，甚至可以不需要人。裝配可以在工作臺或其他的裝置上完成?？梢酝ㄟ^機(jī)器人或其他的可變成的設(shè)備固定元件。相對于以傳送帶為導(dǎo)向的裝配線的可供選擇的現(xiàn)代的方法是“自動導(dǎo)向運(yùn)載工具”(Automatic Guided Vehicle AGV，見圖4 )。AGV

4、就象是一個移動的裝配平臺，它可以將要裝配的產(chǎn)品從一個裝配工位送到另一個。這種結(jié)構(gòu)，雖然昂貴，但是對裝配不同產(chǎn)品的生產(chǎn)線有很高的靈活性。我們不應(yīng)該認(rèn)為在制造環(huán)境中裝配是個獨(dú)立的動作。制造學(xué)的JIT 原理中，裝配系統(tǒng)可以是驅(qū)動力(拉力) ，用來設(shè)定整個制造系統(tǒng)的步伐。圖 5 概要地描述了平衡的裝配線從按照裝配平衡的步伐進(jìn)行的制造系統(tǒng)中拉動制造元件。也要注意，從倉儲區(qū)域中出入的部件也要和裝配生產(chǎn)線保持平衡。在本章中主要討論裝配操作的平衡，他們被認(rèn)為是 “應(yīng)該平衡的因素” ( the factor should be balanced)2. 裝配平衡的基本概念 在過去，使用“裝配線平衡”解釋工作元素分

5、配的過程、需要裝備的部件沿工位分配(通常是沿著裝配線)是可 以接受的。但是，就象我們知道的裝配不總是僅僅出現(xiàn)在典型的裝配線上，裝配平衡就是應(yīng)該做什么的足夠的指引。 裝配是將兩個或更多的在制品或半成品組成一個單位。通常，在裝配的過程中有超過兩個的元件。這就帶來了裝配平 衡的問題。因為產(chǎn)品的裝配時間總是長于單個元件的生產(chǎn)時間，分解裝配任務(wù)是為了可以在幾個裝配工位分階段完成。 這些工位的裝配任務(wù)量一定要“平衡” 。圖 6 表明了這種理論。在這個系統(tǒng)中，每個工位被安排3個任務(wù)，它們獨(dú)立的時間顯示在圖6 ( B)中的柱狀圖部分。每 個工位的積累時間也顯示了出來。工位的時間近似相等；但完美的平衡是不可能達(dá)

6、到的。這個圖也聯(lián)系 到了裝配拉平衡的示例，我們會在以后的部分在中具體描述。3. 裝配平衡問題的元素 一個產(chǎn)品被幾個工人一步一步的手工裝配，這是一個解釋裝配平衡概念的模型。產(chǎn)品的裝配可以被細(xì)化為元素任 務(wù)，當(dāng)元素任務(wù)被以適當(dāng)?shù)墓?jié)奏執(zhí)行的時候，會形成完整的產(chǎn)品。工作元素、執(zhí)行它們的時間值、執(zhí)行的先后順序被 叫做“優(yōu)先圖” ( Precedence Diagram )。圖 7 是一個出現(xiàn)在 Hoffman 中的特殊的(簡單的) 9 元素的優(yōu)先圖。出現(xiàn) 在另一個元素右邊，通過箭頭連接在一起的一個元素，不能夠在另一個元素完成之前進(jìn)行；例如，只有元素1 完成后才能開始元素 2，同樣元素 3 也是。有時，就

7、象元素 9 那樣，必須有兩個以上的元素完成后接下來的元素才能進(jìn)行。拉平衡運(yùn)算法則的目的是在幾個工位中分配工作元素，使每個工位的總的工作量盡可能相等，滿 足工作元素的限制和時間， 而且滿足生產(chǎn)計劃的要求。 對每個產(chǎn)品來說， 當(dāng)它經(jīng)過每個裝配工位的時候， 在每個工位上的工人重復(fù)自己的工作。通常，會有很多可能的優(yōu)先圖的排列，作業(yè)元素可能分配給工位的順序不同。例如，在9元素的優(yōu)先圖中有 24種可能的元素順序。整個拉平衡的運(yùn)算法則希望能在眾多的方法中選擇“好的平衡”(選 擇好的元素順序)。裝配線平衡問題通常的定義是“最小的總的空閑時間，或者相當(dāng)于在給定工作量和 給定的裝配線速度的情況下最小的工人數(shù)量。”

8、這被稱作平衡延遲的最小化。平衡延遲定義為全部的， 從不同的生產(chǎn)時間到不同的工位所引起的空閑時間的總和。只有在很少的情況下可能達(dá)到較好的平衡， 通過平衡會消除空閑時間。4. 用于裝配線系統(tǒng)建模的參數(shù)為了更好的理解裝配線平衡問題和計算機(jī)導(dǎo)向(computer-orie nted)的生產(chǎn)線平衡過程，象征性的定義問題是必要的。以下的符號就是為了達(dá)到這一目的：c = cycle time 循環(huán)時間k = workstati onnu mber 1<=k<=K 工位數(shù)目i = work eleme nt ide ntificatio n nu mber 1<=i<=K工作元素數(shù)目T

9、i = time value for work element i為完成工作元素i的時間Sk = amount of time assigned station k在工位k上所花費(fèi)的時間和dk = delay (idle time)at station k在工位k上的延遲時間(空閑時間)和D = bala nee delay for en tire assembly line整個生產(chǎn)線的平衡延遲循環(huán)時間定義為被裝配的產(chǎn)品出現(xiàn)在裝配線尾部的速率(the rate at which assembledproducts emerge from the end of the assembly line

10、)。它也是一個產(chǎn)品按順序裝配時通過裝配工位時可用的最大時間。假設(shè)產(chǎn)品在傳送帶上裝配，循環(huán)時間應(yīng)該如下定義：C = H / P其中，H =每計劃界限的時間(天、工作等)；P =在H小時內(nèi)的產(chǎn)品數(shù)量，包括返工和報廢。 有了這個C值，我們就能得到裝配線上最小可能數(shù)目的工位：Kmin = ETi / C + r (0 <r<1) = an integer如果根據(jù)給定的循環(huán)時間裝配勞力的分配刀Ti/C有余數(shù)r (r是一個相對的平衡值)，在這種情況下 所有工位的循環(huán)時間完全相等是不可能的。使生產(chǎn)線平衡的C為：C = ETi / Kmin全部生產(chǎn)線的平衡延遲有以下的公式：D =Edk = E(C

11、 - Sk )圖8顯示了一個工位中 d、c、s之間的關(guān)系。優(yōu)先圖”的信息可以簡潔的包含在“優(yōu)先矩陣”中(但是沒有可視功能)。圖9顯示了在圖7所示的9個元素之間的優(yōu)先關(guān)系。i12345678910+1+ 1+1+ 1+1+ 1+1+ 12-100+1+ 1+1+ 1+1+ 13-100+1+ 1+1+ 1+1+ 14-1-1-10+ 1+1+1+1+15-1-1-1-10000+16-1-1-1-1000+1+17-1-1-1-10000+18-1-1-1-10-100+19-1-1-1-1-1-1-1-10在矩陣中，“ +1 ”代表i元素絕對優(yōu)先于j元素。例如，元素3優(yōu)先于矩陣4?！?”代表沒

12、有關(guān)系。 矩陣的對角線明顯應(yīng)該是0;除此之外，還表示成對元素之間沒有關(guān)系，例如 5和6、7和8等?！?1”代 表i元素絕對落后于j元素。這個信息由于已經(jīng)由+1表示過了而顯得多余。另有一種優(yōu)先矩陣沒有 -1的關(guān) 系。5。裝配線平衡方法優(yōu)先矩陣和之前討論的裝配線參數(shù)之間的基本關(guān)系是裝配線平衡運(yùn)算法則的基本輸入。在本章討 論的基本運(yùn)算通常使用啟發(fā)式或最優(yōu)化的方法操作優(yōu)化矩陣，這個過程是動態(tài)程序(dyn amicprogramming)、分散集合(branch and bound)、等等。有些文獻(xiàn)建議使用計算機(jī)導(dǎo)向的過程；有些僅 僅是理論的東西，但是還有一些在工業(yè)實(shí)踐中有典型的實(shí)際應(yīng)用。我們這里討論的

13、是等級位置權(quán)重法 (ran ked positi onal weight method)，一種啟發(fā)式的方法。等級位置權(quán)重法由Helgeson和Birnie在1961年發(fā)明，當(dāng)時的目的是顯示在裝配線平衡運(yùn)算過程 中基本條件是如何計算的。但是，必須認(rèn)識到，這種方法相對于用在工業(yè)應(yīng)用中的其他的方法是一個簡 單的運(yùn)算。而其他的方法由于元素數(shù)量大、優(yōu)先權(quán)的限制、裝配線結(jié)構(gòu)和工裝的限制等而非常復(fù)雜。使用以前討論過的 9元素問題，優(yōu)先矩陣可以要求給出的兩列元素時間新系來討論(如圖10 )。第一列數(shù)據(jù)是元素的操作時間(小時)；第二列數(shù)據(jù)是元素的權(quán)重。權(quán)重的值是元素時間與和該元素關(guān)系為+1的所有元素時間的總和。

14、例如，元素 4 的權(quán)重為：0.05+0.01+0.04+0.05+0.04+0.06=0.25。Ti123456789PWa10.050+1+ 1+1+ 1+1+ 1+1+10.3720.03000+1+ 1+1+ 1+1+10.2830.04000+1+ 1+1+ 1+1+10.2940.050000+ 1+1+ 1+1+10.2550.0100000000+10.0760.040000000+1+10.1070.0600000000+10.1180.0400000000+10.1090.060000000000.06等級位置權(quán)重法的基本邏輯是將元素安置在一個位置，使位置在優(yōu)先權(quán)限的限制下，

15、按循環(huán)時間 升序排列。如果9元素優(yōu)先矩陣定義的產(chǎn)品的生產(chǎn)計劃為每 40小時生產(chǎn)285件，如何用等級位置權(quán)重法設(shè)置 裝配線呢？循環(huán)時間如下計算：C = H / P = 40 / 285 = 0.14小時 / 件對于實(shí)際的循環(huán)時間，理想的工位數(shù)為：K = ETi / C = 0.37 / 0.14 = 2.64 3 個工位最后的結(jié)果顯示完美的平衡（沒有空閑時間）是不可能的，最小工位的數(shù)量為3個。就象之前提到的，Helgeso n-Birnie方法的主要思想是在優(yōu)先限制和將工位的空閑時間放在工位 許可范圍之內(nèi)的情況下，將元素按權(quán)重的升序排位。圖11顯示了元素-位置安排的步驟?？梢援?dāng)作計算機(jī)程序的流程

16、圖。圖6是計算的結(jié)果。在結(jié)束討論這個問題之前，應(yīng)該注意循環(huán)時間 0.14小時是由公式C = H / P 得出的。如果要求在 40小時（分子）之內(nèi)生產(chǎn)多于240件產(chǎn)品（分母），循環(huán)時間就要相對的少些。循環(huán)時間給裝配員工定 義了配件通過他面前的一段時間。當(dāng)循環(huán)時間減少，裝配線的速度就更快。如果過分希望裝配工人在最 短的時間內(nèi)完成任務(wù)，品質(zhì)問題可能會增加。6.同時生產(chǎn)兩種以上不同產(chǎn)品的裝配線平衡有些工業(yè)產(chǎn)品是由幾種或更多的不同部件組成的，這些部件要求同時完成。在這種情況下，平衡 裝配線就要有更多的實(shí)踐經(jīng)驗。一個很好的例子是汽車的裝配，同樣汽車的幾種模塊同時轉(zhuǎn)移到裝配線。 通常，因為每種模塊有不同的優(yōu)

17、先圖，每種模塊需要的工作量也不相同； 這就形成了生產(chǎn)線上的不平均， 從而引起單個工位的工作元素的不平均。模塊混合有兩個主要的問題：（1）決定生產(chǎn)線部件的生產(chǎn)次序；（2）安排所有模塊的所有部件到一個特殊的工位上。后者可以被視為與單模塊拉平衡的不同之處。 以下我們詳細(xì)介紹Burns和Daganzo有關(guān)裝配線的次序問題的理論。在混合裝配線平衡可行的情況下，它可以是單模塊生產(chǎn)的一種經(jīng)濟(jì)的可替換方式，在不同的模塊 之間建立起詳細(xì)的目錄，然后管理一種模塊到另一種模塊變化。但是一個必須回答的問題是，混合拉是 否平衡？混合拉比幾條單模塊拉的平衡延遲時間要長，也更昂貴?；旌侠胶鈫栴}中的主要的部分是決定在同一生

18、產(chǎn)線上生產(chǎn)的不同的模塊之間的先后次序。生產(chǎn) 線上不同的工位和操作員有不同的技能、混合工具、或者兩者都有，所以模塊的次序要使工位不至于負(fù) 擔(dān)過重或工作量不夠。有一個關(guān)于焊接工位的例子。6個不同模塊可能要求在一個工位僅僅焊接其中連續(xù)的3個，而不焊兩外的3個。那么在這個工位上焊接的次序要高于其他的。工位k兀素i權(quán)重前過程兀素時間Ti工位時間刀Ti延遲平衡C-Sk110.37-0.050.050.09130.2910.040.090.05120.2810.030.120.02240.252.30.050.050.09270.1140.050.10.04260.140.040.140380.160.04

19、0.040.09350.0760.010.050.09390.065，7，80.060.110.03在不同的時間間隔中開始在生產(chǎn)線裝配模塊的理由（同時也是在生產(chǎn)線上不同地方生產(chǎn)模塊的理 由）的步驟可能會減小以前段落中提到的問題。但是，專業(yè)人員知道生產(chǎn)線上模塊的次序是理想的狀況，因為它需要模塊生產(chǎn)線的配合、采購和制造元件部門的配合，這些都必須著正確的時間送到，很象JIT生產(chǎn)計劃。在混合模塊拉的裝配過程中選擇較好的模塊次序有一些方法。這些方法的目的是決定模塊的裝配 次序使之可以平衡不同模塊經(jīng)過的工位的工作量。如果工位使工人機(jī)動（當(dāng)模塊移動時，工人僅需要不 幸很短的距離），那么好的排序方法可以使上產(chǎn)

20、線上完成模塊所需要的額外的移動降低到最少。由 Thomopoulos 發(fā)展的理論Dar-EI和Clother，就是解決這個問題的。從 Thomopoulos 摘錄的圖12，演示了在混合拉中模塊次序引起的4種不同工位排步的可能的操作員的移動。注意，如果員工在指 定的時間內(nèi)或指定的區(qū)域內(nèi)不能完成裝配，那么必須增加一個公用的工人做其他事。7.混合模塊的關(guān)系我們將裝配線上同時生產(chǎn)的不同模塊標(biāo)注為 A、B、C、，在給定時間T內(nèi)要求生產(chǎn)的每種模塊 的總數(shù)標(biāo)記為Na，Nb， Nc ，（這里使用的是Webster、Kilbridge的命名法則）。如果Tij表示第j 模塊的第i工作元素的生產(chǎn)過程，那么在給定時間

21、 T內(nèi)生產(chǎn)用的最小的操作員工的數(shù)量n為：n = E（Nj ETij） / T如果n是分?jǐn)?shù)，則取相鄰的大的整數(shù)值。如果Nj是未知的，但是我們知道不同的模塊在裝配過程中使用的比例為fa : fb : fc，在時間T內(nèi)使用n個員工能生產(chǎn)的每種模塊的最大的產(chǎn)量為：Max Nj =(nT / E( fj ETij) * fjj = A , B, C假設(shè)平衡過程可以將裝配工作分配給n個操作員工，所以每個操作員工的裝配模塊的總時間大致相等。這個時間叫做“模塊循環(huán)時間” (model cycle time )。每個模塊的Cj為：Cj = ETij / nj = A，B，C對于給定工位數(shù)目，最大的模塊循環(huán)時間應(yīng)

22、該是有最多裝配工作的模塊。對于系統(tǒng)的混合比率，最大的 模塊循環(huán)時間應(yīng)該為連續(xù)模塊之間的時間。8. 范例以下是從Thomopolos中有關(guān)混合模塊平衡問題的肯定方面的示例。一條裝配線一天的產(chǎn)品計劃 如下：模塊類型需求量A42B28C14D2E5F_9_100如果我們認(rèn)為所有的工作元素要聯(lián)系六個模塊，那是非常大的工作量。但是，不同的模塊可能是 相似的，在裝配線上連續(xù)生產(chǎn)的部件也不需要完全相同的工作元素。這個使單模塊生產(chǎn)線平衡的方法失 去了作用。正確的方法是按全部時間(所有部件)安排子元素的工位，而不是按循環(huán)時間(單個部件) 安排?；谶@種方法進(jìn)行混合模塊工作的工位安排。在六模塊、100部件的例子中

23、，裝配線首先根據(jù)小組被分為 4個部分。例子僅僅考慮了第一小組的 情況，如果在裝配周期中(就是這100個部件的計劃周期)一個工位有450分鐘的裝配時間，那么如果 給一個周期設(shè)計450分鐘的時間，工位就可以平衡的很好。使用這個元素安排的原理，在表2中給出了一個工位不同模塊的不同工作元素的相互關(guān)系。有了正確的不同模塊上裝配線的次序，安排操作員工、工 位上的工作、案秤所有模塊的所有元素就是可能的了。兀素序模塊部件的數(shù)量部件的完成元總時間號總計數(shù)量素時間ABCDEF14228142591000.3232.00200000990.110.9934228142591000.4444.004422814259

24、1000.6262.00500005050.261.3064228142591000.4545.0074228142591000.2626.0080280000280.071.96900005050.311.55100280000280.051.40114228142591000.220.001200000990.040.36134228142591000.8989.001400005050.160.80154228142591000.2424.00160280000280.020.561700005050.120.601842280000700.053.501900000990.040.362000020020.170.342142280000700.042.80224228142591000.4848.00234228142591000.088.00244200050470.314.102542281425910000.002600005050.150.75270014209250.25.002800025070.463.2231000259160.46.40443.999. 裝配傳送帶的不同形式很明顯對于裝配系統(tǒng)來說，通常是傳送帶形式的機(jī)械式物料轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)是必不可少的。通常傳送帶 有兩種形式：向前流動( progressive flow )和隨機(jī)流動(