X生產線線平衡建模研究

康凱，田九雷，李云霞

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

技術經濟

X生產線線平衡建模研究

康凱，田九雷，李云霞

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

本文是以某汽車廠一機加工單元為研究對象 ，結合生產線平衡理論研究，通過對該單元生產線平衡的全面分析及改進，對動態線平衡技術在機加工單元的實際應用進行了論述。

生產線平衡；優先排列與指派法；線平衡建模設計

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

1、現狀分析

研究對象X是一條混產品機加工流水線，其主要工藝方式為沖孔——壓型——拋丸——切割——合梁——透孔，其中每一種工藝方式都由一臺或數臺機床組成。由于訂單個性化的需求，在實際加工工藝中，以主要工藝為基礎又衍生出了數種不同的工藝方式。

多品種、多工藝方式給X生產線的計劃和物流組織、在制品積壓帶來較大的困難，常常產生計劃沖突造成的物料積壓，而且形成了不同的計劃搶占一道工序機床的問題，內部物流沖突嚴重，造成車間的在制品積壓嚴重，為了能夠減少工序間的物流沖突，研究者認為必須創造一個適用于多工藝運行狀態下的機床優先級選擇模型，使得X生產線在多工藝同時加工過程中，內部物流方向及數量都有據可依，達到物流順暢，生產能力最大釋放的目標。

此類的建模是一個典型的復雜工藝狀態下機加工成組單元生產線平衡設計應用研究，所以，在研究過程中首先引入適合于此中工藝狀態下生產線平衡的方法論。

2、優先排列與指派法

優先排列與指派法作為線平衡的改善方法之一，其最大的特點是適合節拍差別區間較大，具備批量分解分配能力的生產流程。其本質是通過平衡整個系統的物流能力，通過合理調節內部物流的分配，使得整個生產線達到基本的平衡，它的改善步驟主要是：

（1）構造一個工序優先順序圖（如圖1），在圖中，第I列工序沒有前導工序，第II 列工序必須放在第I 列之后，以

后各列依此類推有很多排列能夠滿足優先順序圖，只要工序之間沒有箭頭制約，則可以自由的進行列與列之間的工序轉換。

（2）確定每道工序的節拍時間和批量轉運的可分配最小批量。

（3）對于每道工序進行平衡分配。以最小批量為單位進行物料流轉查分，結合各設備的工作節拍，使得該工序工作能夠飽滿，不發生物料停滯和等待。

（4）每道工序進行物料流動內部平衡后，保證整體每道工序的產能平衡。

（5）平衡流轉后，能力缺工將會顯現，采取措施解決，保證系統產出最大。

（6）形成整個動態線平衡模型，并在計劃中實施。

（7）節拍發生或設備能力發生變化時，重復上述六步作業，不斷平衡能力。

結合研究課題的基本概況，采用優先排列與指派法對整個X生產線線平衡進行最優線平衡模型的設計，推導出整個縱梁的物料流轉批量方式，從而使得內部各機床的生產能力和物流轉運能力達到平衡，避免出現物料流動沖突或者內部物料流動無序造成的能力喪失和結構性產能缺口。

3、X生產線最優線平衡模型設計

照上文介紹的優先排列與指派法，首先確定研究對象額定工位優先圖。

步驟一：根據加工性質和加工順序，確定沖孔機和三面沖為順序一，壓型工序為順序二，拋丸工序為順序三，切割機不但可以既進行機器加工，手工加工也可以完成，兩臺切割機和收購切割設定為順序四，兩臺合梁機和手工合梁設定為順序五，最后爬孔設定為順序六。（如圖2所示）

從上圖可以看出，物料在不同工序之間流轉涉及機床的選擇和分配問題，拋丸生產出的產品和三面沖的產品根據生產工藝都要進入順序四的切割工序，但切割工序間如何進行物料分配才能使得產能利用率最大成為主要問題。在整個流程中，由于物料分配機床的CT時間各不相同。在沒有規劃的條件下生產，會造成物料雜亂無章的流動，從而造成生產線無法達到動態平衡，造成生產瓶頸不斷在車間內部漂移的情況，所以需要建立一個結合每臺機床節拍和流轉優先順序的動態線平衡模型，以達到產能的最大化。

步驟二：節拍時間和最小轉運批量的設定。

根據X生產線所在車間的天車轉運能力和標準工位器具包容要求，設定車間內部最小轉運批量為20輛份，下文中我們統稱其為S.

各環節的能力平衡需要以每道工序的生產節拍為依據，經過評測，各臺機床的生產節拍（CT）如下所示：

Ⅰ.沖孔CT=8分鐘；三面沖CT=9分鐘 Ⅱ.壓型CT=1.5分鐘

Ⅲ.拋丸CT=1.5分鐘 Ⅳ.切割機CT=4分鐘

Ⅴ.合梁機CT=6分鐘 VI.爬孔線CT=22.5分鐘

步驟三：結合每道工序節拍對每道工序進行平衡分配。

由圖5-2可以看出，工序內部物料流轉過程中，首先出現沖突和選擇的工序是工序Ⅰ中三面沖和工序Ⅲ中拋丸機的物料進入工序Ⅳ時，在這個過程中，三面沖與拋丸機生產的物料需要確認其流轉路徑是切割A、切割機B或手工切割，同樣其需要確認每道路徑流轉的數量，所以，需要對工序Ⅳ首先進行的平衡分配。

工序Ⅳ的平衡分配：

工序Ⅳ最小供給量=三面沖最小生產量（S）+拋丸機生產量

工序Ⅳ相同時間分機床需求量：

切割機A=切割機B=切割機生產時間/切割機節拍

=三面沖CT×20/切割機節拍=45輛份≈2S

為使得切割機供給飽滿，則共需要4S的物料，即切割機A與切割機B各需要2S物料，三面沖此時可供給1S物料，則切割機需求的剩余3S的物料需要由拋丸機，上述工序計算知道三面沖和拋丸機總共可供給140輛份物料，則拋丸機后在制品剩余140-4S=60輛份物料，可轉入手工切割加工。

則工序Ⅳ的平衡分配規則如下：拋丸機產成后的分配為二分之一進入手工切割，三分之一進入切割機A，六分之一進入切割機B。三面沖的產量為拋丸機的六分之一，全部進入切割機B

工序Ⅳ后的工序Ⅴ為合梁機工序，此工序有兩臺合梁機和手工合梁工序，這里也涉及物料分配路徑和數量問題，所以對其也進行工序的平衡分配.

工序Ⅴ的平衡分配：

首先確定工序Ⅴ的需求量，則有：

切割機CT/合梁機CT=合梁機AB需求量/切割機供給量

則合梁機AB需求量=（2/3）×4S

則每臺合梁機可消耗每臺切割機產量的三分之二，剩余三分之一轉入手工合梁加工。

步驟四：驗證每道工序的產能是否平衡：

我們計算前端平衡后能力能否滿足最后一道工序VI。

工序VI的平衡分配

爬孔線需求=（180/22.5）×10=80輛份=4S=工序Ⅴ的供給

這時可以發現，工序VI的消耗恰好等于工序Ⅴ的供給，說明分配已達到最優。

這里，我們不能忽略對于前端工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的驗證，驗證其能力是否能夠滿足上述生產分配的需求。

④工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的分配

通過①②③的分配，工序生產能力已經達到最大，則工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ滿足整個生產能力即可

壓型CT=1.5分鐘=拋丸CT，可以滿足后工序。

沖孔生產能力=（180/8）×5=112.5＜120（拋丸機需求量）

可見其產生了能力的缺口。

步驟五：對能力缺口采取措施

可以看出沖孔的能力并不能夠滿足后端工序的需求，即三面沖每生產1S的物料，需要為沖孔補充7.5輛份的生產能力，這里采用外協的方式進行補充。

步驟六：形成整個動態線平衡模型，并實施應用。

按照各工序間計算推到所求的平衡分配規則，得出最優線平衡模型圖（如圖3所示）。

根據計算，三面沖生產的全部產品進入切割機B，可以滿足切割機B一半的生產能力，沖孔生產全部供給壓型，壓型生產全部供給拋丸。拋丸生產的六分之二物料轉至切割機A，則切割機A工作飽滿。拋丸機生產的六分之一物料轉運至切割機B，則切割機B的生產能力飽滿。而拋丸剩余的一半物料進入手工切割前儲存，形成整個流轉過程中的一個貨店，隨時補充和調節手工切割和機器切割的能力。切割工序進行時，根據節拍狀況，切割機A和切割機B生產的三分之一的物料轉入手工合梁作業區，他們生產的三分之二物料分貝進入合梁機A與合梁機B，則合梁機A、合梁機B和手工合梁能力均達到飽滿的狀態。最后，由于合梁機的整體能力和最后一道工序爬孔工序生產能力一致，所以全部物料轉入可保證產能的完全利用。

最后，一旦節拍發生變化時，我們按照上述的方法對模型進行修正，始終使得其保持最佳的狀態。

4、結束語

TOC理論中強調柔性生產線中最重要的是平衡流動而不是平衡能力。在本文研究的課題中，由于生產線各自具備額定能力不同，而且在每個優先等級的選擇上都還有多種選擇可選，這就造成了車間內部物料流動的岔口選擇問題。如果進行物料的隨機流動選擇，則很有可能造成生產線岔口“堵車”問題的產生。就會出現局部能力發揮不全，其余能力不夠的發生。造成生產線忙的很忙，閑的很閑這種情況的發生，產生了局部能力利用的不充分。

針對此種現實情況，摒棄了裝配生產線傳統的“山積圖”平衡法，采用了線平衡“近似算法”中的優先排列與指派法，對整個車間內部流程進行工序的優先指派與能力的平衡，計算推導出研究對象的最優物流流動與生產平衡圖。從而為生產計劃的排布和內部控制提出最優目標和指導方向。使生產線避免“堵車”現象的發生，降低“約束”因素發生的概率，提高生產線最高產出的穩定發揮，是一種防止潛在“約束”發生的重要辦法。

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

康凱，就職于陜西重型汽車有限公司。