X生产线线平衡建模研究

康凯，田九雷，李云霞

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

技术经济

X生产线线平衡建模研究

康凯，田九雷，李云霞

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

本文是以某汽车厂一机加工单元为研究对象 ，结合生产线平衡理论研究，通过对该单元生产线平衡的全面分析及改进，对动态线平衡技术在机加工单元的实际应用进行了论述。

生产线平衡；优先排列与指派法；线平衡建模设计

CLC NO.:U466Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-92-03

1、现状分析

研究对象X是一条混产品机加工流水线，其主要工艺方式为冲孔——压型——抛丸——切割——合梁——透孔，其中每一种工艺方式都由一台或数台机床组成。由于订单个性化的需求，在实际加工工艺中，以主要工艺为基础又衍生出了数种不同的工艺方式。

多品种、多工艺方式给X生产线的计划和物流组织、在制品积压带来较大的困难，常常产生计划冲突造成的物料积压，而且形成了不同的计划抢占一道工序机床的问题，内部物流冲突严重，造成车间的在制品积压严重，为了能够减少工序间的物流冲突，研究者认为必须创造一个适用于多工艺运行状态下的机床优先级选择模型，使得X生产线在多工艺同时加工过程中，内部物流方向及数量都有据可依，达到物流顺畅，生产能力最大释放的目标。

此类的建模是一个典型的复杂工艺状态下机加工成组单元生产线平衡设计应用研究，所以，在研究过程中首先引入适合于此中工艺状态下生产线平衡的方法论。

2、优先排列与指派法

优先排列与指派法作为线平衡的改善方法之一，其最大的特点是适合节拍差别区间较大，具备批量分解分配能力的生产流程。其本质是通过平衡整个系统的物流能力，通过合理调节内部物流的分配，使得整个生产线达到基本的平衡，它的改善步骤主要是：

（1）构造一个工序优先顺序图（如图1），在图中，第I列工序没有前导工序，第II 列工序必须放在第I 列之后，以

后各列依此类推有很多排列能够满足优先顺序图，只要工序之间没有箭头制约，则可以自由的进行列与列之间的工序转换。

（2）确定每道工序的节拍时间和批量转运的可分配最小批量。

（3）对于每道工序进行平衡分配。以最小批量为单位进行物料流转查分，结合各设备的工作节拍，使得该工序工作能够饱满，不发生物料停滞和等待。

（4）每道工序进行物料流动内部平衡后，保证整体每道工序的产能平衡。

（5）平衡流转后，能力缺工将会显现，采取措施解决，保证系统产出最大。

（6）形成整个动态线平衡模型，并在计划中实施。

（7）节拍发生或设备能力发生变化时，重复上述六步作业，不断平衡能力。

结合研究课题的基本概况，采用优先排列与指派法对整个X生产线线平衡进行最优线平衡模型的设计，推导出整个纵梁的物料流转批量方式，从而使得内部各机床的生产能力和物流转运能力达到平衡，避免出现物料流动冲突或者内部物料流动无序造成的能力丧失和结构性产能缺口。

3、X生产线最优线平衡模型设计

照上文介绍的优先排列与指派法，首先确定研究对象额定工位优先图。

步骤一：根据加工性质和加工顺序，确定冲孔机和三面冲为顺序一，压型工序为顺序二，抛丸工序为顺序三，切割机不但可以既进行机器加工，手工加工也可以完成，两台切割机和收购切割设定为顺序四，两台合梁机和手工合梁设定为顺序五，最后爬孔设定为顺序六。（如图2所示）

从上图可以看出，物料在不同工序之间流转涉及机床的选择和分配问题，抛丸生产出的产品和三面冲的产品根据生产工艺都要进入顺序四的切割工序，但切割工序间如何进行物料分配才能使得产能利用率最大成为主要问题。在整个流程中，由于物料分配机床的CT时间各不相同。在没有规划的条件下生产，会造成物料杂乱无章的流动，从而造成生产线无法达到动态平衡，造成生产瓶颈不断在车间内部漂移的情况，所以需要建立一个结合每台机床节拍和流转优先顺序的动态线平衡模型，以达到产能的最大化。

步骤二：节拍时间和最小转运批量的设定。

根据X生产线所在车间的天车转运能力和标准工位器具包容要求，设定车间内部最小转运批量为20辆份，下文中我们统称其为S.

各环节的能力平衡需要以每道工序的生产节拍为依据，经过评测，各台机床的生产节拍（CT）如下所示：

Ⅰ.冲孔CT=8分钟；三面冲CT=9分钟 Ⅱ.压型CT=1.5分钟

Ⅲ.抛丸CT=1.5分钟 Ⅳ.切割机CT=4分钟

Ⅴ.合梁机CT=6分钟 VI.爬孔线CT=22.5分钟

步骤三：结合每道工序节拍对每道工序进行平衡分配。

由图5-2可以看出，工序内部物料流转过程中，首先出现冲突和选择的工序是工序Ⅰ中三面冲和工序Ⅲ中抛丸机的物料进入工序Ⅳ时，在这个过程中，三面冲与抛丸机生产的物料需要确认其流转路径是切割A、切割机B或手工切割，同样其需要确认每道路径流转的数量，所以，需要对工序Ⅳ首先进行的平衡分配。

工序Ⅳ的平衡分配：

工序Ⅳ最小供给量=三面冲最小生产量（S）+抛丸机生产量

工序Ⅳ相同时间分机床需求量：

切割机A=切割机B=切割机生产时间/切割机节拍

=三面冲CT×20/切割机节拍=45辆份≈2S

为使得切割机供给饱满，则共需要4S的物料，即切割机A与切割机B各需要2S物料，三面冲此时可供给1S物料，则切割机需求的剩余3S的物料需要由抛丸机，上述工序计算知道三面冲和抛丸机总共可供给140辆份物料，则抛丸机后在制品剩余140-4S=60辆份物料，可转入手工切割加工。

则工序Ⅳ的平衡分配规则如下：抛丸机产成后的分配为二分之一进入手工切割，三分之一进入切割机A，六分之一进入切割机B。三面冲的产量为抛丸机的六分之一，全部进入切割机B

工序Ⅳ后的工序Ⅴ为合梁机工序，此工序有两台合梁机和手工合梁工序，这里也涉及物料分配路径和数量问题，所以对其也进行工序的平衡分配.

工序Ⅴ的平衡分配：

首先确定工序Ⅴ的需求量，则有：

切割机CT/合梁机CT=合梁机AB需求量/切割机供给量

则合梁机AB需求量=（2/3）×4S

则每台合梁机可消耗每台切割机产量的三分之二，剩余三分之一转入手工合梁加工。

步骤四：验证每道工序的产能是否平衡：

我们计算前端平衡后能力能否满足最后一道工序VI。

工序VI的平衡分配

爬孔线需求=（180/22.5）×10=80辆份=4S=工序Ⅴ的供给

这时可以发现，工序VI的消耗恰好等于工序Ⅴ的供给，说明分配已达到最优。

这里，我们不能忽略对于前端工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的验证，验证其能力是否能够满足上述生产分配的需求。

④工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的分配

通过①②③的分配，工序生产能力已经达到最大，则工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ满足整个生产能力即可

压型CT=1.5分钟=抛丸CT，可以满足后工序。

冲孔生产能力=（180/8）×5=112.5＜120（抛丸机需求量）

可见其产生了能力的缺口。

步骤五：对能力缺口采取措施

可以看出冲孔的能力并不能够满足后端工序的需求，即三面冲每生产1S的物料，需要为冲孔补充7.5辆份的生产能力，这里采用外协的方式进行补充。

步骤六：形成整个动态线平衡模型，并实施应用。

按照各工序间计算推到所求的平衡分配规则，得出最优线平衡模型图（如图3所示）。

根据计算，三面冲生产的全部产品进入切割机B，可以满足切割机B一半的生产能力，冲孔生产全部供给压型，压型生产全部供给抛丸。抛丸生产的六分之二物料转至切割机A，则切割机A工作饱满。抛丸机生产的六分之一物料转运至切割机B，则切割机B的生产能力饱满。而抛丸剩余的一半物料进入手工切割前储存，形成整个流转过程中的一个货店，随时补充和调节手工切割和机器切割的能力。切割工序进行时，根据节拍状况，切割机A和切割机B生产的三分之一的物料转入手工合梁作业区，他们生产的三分之二物料分贝进入合梁机A与合梁机B，则合梁机A、合梁机B和手工合梁能力均达到饱满的状态。最后，由于合梁机的整体能力和最后一道工序爬孔工序生产能力一致，所以全部物料转入可保证产能的完全利用。

最后，一旦节拍发生变化时，我们按照上述的方法对模型进行修正，始终使得其保持最佳的状态。

4、结束语

TOC理论中强调柔性生产线中最重要的是平衡流动而不是平衡能力。在本文研究的课题中，由于生产线各自具备额定能力不同，而且在每个优先等级的选择上都还有多种选择可选，这就造成了车间内部物料流动的岔口选择问题。如果进行物料的随机流动选择，则很有可能造成生产线岔口“堵车”问题的产生。就会出现局部能力发挥不全，其余能力不够的发生。造成生产线忙的很忙，闲的很闲这种情况的发生，产生了局部能力利用的不充分。

针对此种现实情况，摒弃了装配生产线传统的“山积图”平衡法，采用了线平衡“近似算法”中的优先排列与指派法，对整个车间内部流程进行工序的优先指派与能力的平衡，计算推导出研究对象的最优物流流动与生产平衡图。从而为生产计划的排布和内部控制提出最优目标和指导方向。使生产线避免“堵车”现象的发生，降低“约束”因素发生的概率，提高生产线最高产出的稳定发挥，是一种防止潜在“约束”发生的重要办法。

Modeling of X production line balance line

Kang Kai, Tian Jiulei, Li Yunxia
（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

This article is based on an automobile plant on a machining unit for the study, combining theoretical study balance production line, through a comprehensive analysis of the cell line balancing and improvement of the dynamic line balancing technology in the practical application of machining units discussed.

Line balancing；Prioritize and assign France；Line balancing modeling design

U466

A

1671-7988(2014)12-92-03

康凯，就职于陕西重型汽车有限公司。