X生產(chǎn)線線平衡建模研究

康凱，田九雷，李云霞

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

技術(shù)經(jīng)濟(jì)

X生產(chǎn)線線平衡建模研究

康凱，田九雷，李云霞

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

本文是以某汽車(chē)廠一機(jī)加工單元為研究對(duì)象 ，結(jié)合生產(chǎn)線平衡理論研究，通過(guò)對(duì)該單元生產(chǎn)線平衡的全面分析及改進(jìn)，對(duì)動(dòng)態(tài)線平衡技術(shù)在機(jī)加工單元的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了論述。

生產(chǎn)線平衡；優(yōu)先排列與指派法；線平衡建模設(shè)計(jì)

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

1、現(xiàn)狀分析

研究對(duì)象X是一條混產(chǎn)品機(jī)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(tái)或數(shù)臺(tái)機(jī)床組成。由于訂單個(gè)性化的需求，在實(shí)際加工工藝中，以主要工藝為基礎(chǔ)又衍生出了數(shù)種不同的工藝方式。

多品種、多工藝方式給X生產(chǎn)線的計(jì)劃和物流組織、在制品積壓帶來(lái)較大的困難，常常產(chǎn)生計(jì)劃沖突造成的物料積壓，而且形成了不同的計(jì)劃搶占一道工序機(jī)床的問(wèn)題，內(nèi)部物流沖突嚴(yán)重，造成車(chē)間的在制品積壓嚴(yán)重，為了能夠減少工序間的物流沖突，研究者認(rèn)為必須創(chuàng)造一個(gè)適用于多工藝運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)床優(yōu)先級(jí)選擇模型，使得X生產(chǎn)線在多工藝同時(shí)加工過(guò)程中，內(nèi)部物流方向及數(shù)量都有據(jù)可依，達(dá)到物流順暢，生產(chǎn)能力最大釋放的目標(biāo)。

此類(lèi)的建模是一個(gè)典型的復(fù)雜工藝狀態(tài)下機(jī)加工成組單元生產(chǎn)線平衡設(shè)計(jì)應(yīng)用研究，所以，在研究過(guò)程中首先引入適合于此中工藝狀態(tài)下生產(chǎn)線平衡的方法論。

2、優(yōu)先排列與指派法

優(yōu)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(diǎn)是適合節(jié)拍差別區(qū)間較大，具備批量分解分配能力的生產(chǎn)流程。其本質(zhì)是通過(guò)平衡整個(gè)系統(tǒng)的物流能力，通過(guò)合理調(diào)節(jié)內(nèi)部物流的分配，使得整個(gè)生產(chǎn)線達(dá)到基本的平衡，它的改善步驟主要是：

（1）構(gòu)造一個(gè)工序優(yōu)先順序圖（如圖1），在圖中，第I列工序沒(méi)有前導(dǎo)工序，第II 列工序必須放在第I 列之后，以

后各列依此類(lèi)推有很多排列能夠滿足優(yōu)先順序圖，只要工序之間沒(méi)有箭頭制約，則可以自由的進(jìn)行列與列之間的工序轉(zhuǎn)換。

（2）確定每道工序的節(jié)拍時(shí)間和批量轉(zhuǎn)運(yùn)的可分配最小批量。

（3）對(duì)于每道工序進(jìn)行平衡分配。以最小批量為單位進(jìn)行物料流轉(zhuǎn)查分，結(jié)合各設(shè)備的工作節(jié)拍，使得該工序工作能夠飽滿，不發(fā)生物料停滯和等待。

（4）每道工序進(jìn)行物料流動(dòng)內(nèi)部平衡后，保證整體每道工序的產(chǎn)能平衡。

（5）平衡流轉(zhuǎn)后，能力缺工將會(huì)顯現(xiàn)，采取措施解決，保證系統(tǒng)產(chǎn)出最大。

（6）形成整個(gè)動(dòng)態(tài)線平衡模型，并在計(jì)劃中實(shí)施。

（7）節(jié)拍發(fā)生或設(shè)備能力發(fā)生變化時(shí)，重復(fù)上述六步作業(yè)，不斷平衡能力。

結(jié)合研究課題的基本概況，采用優(yōu)先排列與指派法對(duì)整個(gè)X生產(chǎn)線線平衡進(jìn)行最優(yōu)線平衡模型的設(shè)計(jì)，推導(dǎo)出整個(gè)縱梁的物料流轉(zhuǎn)批量方式，從而使得內(nèi)部各機(jī)床的生產(chǎn)能力和物流轉(zhuǎn)運(yùn)能力達(dá)到平衡，避免出現(xiàn)物料流動(dòng)沖突或者內(nèi)部物料流動(dòng)無(wú)序造成的能力喪失和結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能缺口。

3、X生產(chǎn)線最優(yōu)線平衡模型設(shè)計(jì)

照上文介紹的優(yōu)先排列與指派法，首先確定研究對(duì)象額定工位優(yōu)先圖。

步驟一：根據(jù)加工性質(zhì)和加工順序，確定沖孔機(jī)和三面沖為順序一，壓型工序?yàn)轫樞蚨?，拋丸工序?yàn)轫樞蛉?，切割機(jī)不但可以既進(jìn)行機(jī)器加工，手工加工也可以完成，兩臺(tái)切割機(jī)和收購(gòu)切割設(shè)定為順序四，兩臺(tái)合梁機(jī)和手工合梁設(shè)定為順序五，最后爬孔設(shè)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(zhuǎn)涉及機(jī)床的選擇和分配問(wèn)題，拋丸生產(chǎn)出的產(chǎn)品和三面沖的產(chǎn)品根據(jù)生產(chǎn)工藝都要進(jìn)入順序四的切割工序，但切割工序間如何進(jìn)行物料分配才能使得產(chǎn)能利用率最大成為主要問(wèn)題。在整個(gè)流程中，由于物料分配機(jī)床的CT時(shí)間各不相同。在沒(méi)有規(guī)劃的條件下生產(chǎn)，會(huì)造成物料雜亂無(wú)章的流動(dòng)，從而造成生產(chǎn)線無(wú)法達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，造成生產(chǎn)瓶頸不斷在車(chē)間內(nèi)部漂移的情況，所以需要建立一個(gè)結(jié)合每臺(tái)機(jī)床節(jié)拍和流轉(zhuǎn)優(yōu)先順序的動(dòng)態(tài)線平衡模型，以達(dá)到產(chǎn)能的最大化。

步驟二：節(jié)拍時(shí)間和最小轉(zhuǎn)運(yùn)批量的設(shè)定。

根據(jù)X生產(chǎn)線所在車(chē)間的天車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)能力和標(biāo)準(zhǔn)工位器具包容要求，設(shè)定車(chē)間內(nèi)部最小轉(zhuǎn)運(yùn)批量為20輛份，下文中我們統(tǒng)稱其為S.

各環(huán)節(jié)的能力平衡需要以每道工序的生產(chǎn)節(jié)拍為依據(jù)，經(jīng)過(guò)評(píng)測(cè)，各臺(tái)機(jī)床的生產(chǎn)節(jié)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(jī)CT=4分鐘

Ⅴ.合梁機(jī)CT=6分鐘 VI.爬孔線CT=22.5分鐘

步驟三：結(jié)合每道工序節(jié)拍對(duì)每道工序進(jìn)行平衡分配。

由圖5-2可以看出，工序內(nèi)部物料流轉(zhuǎn)過(guò)程中，首先出現(xiàn)沖突和選擇的工序是工序Ⅰ中三面沖和工序Ⅲ中拋丸機(jī)的物料進(jìn)入工序Ⅳ時(shí)，在這個(gè)過(guò)程中，三面沖與拋丸機(jī)生產(chǎn)的物料需要確認(rèn)其流轉(zhuǎn)路徑是切割A(yù)、切割機(jī)B或手工切割，同樣其需要確認(rèn)每道路徑流轉(zhuǎn)的數(shù)量，所以，需要對(duì)工序Ⅳ首先進(jìn)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(chǎn)量（S）+拋丸機(jī)生產(chǎn)量

工序Ⅳ相同時(shí)間分機(jī)床需求量：

切割機(jī)A=切割機(jī)B=切割機(jī)生產(chǎn)時(shí)間/切割機(jī)節(jié)拍

=三面沖CT×20/切割機(jī)節(jié)拍=45輛份≈2S

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

則工序Ⅳ的平衡分配規(guī)則如下：拋丸機(jī)產(chǎn)成后的分配為二分之一進(jìn)入手工切割，三分之一進(jìn)入切割機(jī)A，六分之一進(jìn)入切割機(jī)B。三面沖的產(chǎn)量為拋丸機(jī)的六分之一，全部進(jìn)入切割機(jī)B

工序Ⅳ后的工序Ⅴ為合梁機(jī)工序，此工序有兩臺(tái)合梁機(jī)和手工合梁工序，這里也涉及物料分配路徑和數(shù)量問(wèn)題，所以對(duì)其也進(jìn)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(jī)CT/合梁機(jī)CT=合梁機(jī)AB需求量/切割機(jī)供給量

則合梁機(jī)AB需求量=（2/3）×4S

則每臺(tái)合梁機(jī)可消耗每臺(tái)切割機(jī)產(chǎn)量的三分之二，剩余三分之一轉(zhuǎn)入手工合梁加工。

步驟四：驗(yàn)證每道工序的產(chǎn)能是否平衡：

我們計(jì)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(shí)可以發(fā)現(xiàn)，工序VI的消耗恰好等于工序Ⅴ的供給，說(shuō)明分配已達(dá)到最優(yōu)。

這里，我們不能忽略對(duì)于前端工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的驗(yàn)證，驗(yàn)證其能力是否能夠滿足上述生產(chǎn)分配的需求。

④工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的分配

通過(guò)①②③的分配，工序生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到最大，則工序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ滿足整個(gè)生產(chǎn)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(chǎn)能力=（180/8）×5=112.5＜120（拋丸機(jī)需求量）

可見(jiàn)其產(chǎn)生了能力的缺口。

步驟五：對(duì)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(chǎn)1S的物料，需要為沖孔補(bǔ)充7.5輛份的生產(chǎn)能力，這里采用外協(xié)的方式進(jìn)行補(bǔ)充。

步驟六：形成整個(gè)動(dòng)態(tài)線平衡模型，并實(shí)施應(yīng)用。

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

根據(jù)計(jì)算，三面沖生產(chǎn)的全部產(chǎn)品進(jìn)入切割機(jī)B，可以滿足切割機(jī)B一半的生產(chǎn)能力，沖孔生產(chǎn)全部供給壓型，壓型生產(chǎn)全部供給拋丸。拋丸生產(chǎn)的六分之二物料轉(zhuǎn)至切割機(jī)A，則切割機(jī)A工作飽滿。拋丸機(jī)生產(chǎn)的六分之一物料轉(zhuǎn)運(yùn)至切割機(jī)B，則切割機(jī)B的生產(chǎn)能力飽滿。而拋丸剩余的一半物料進(jìn)入手工切割前儲(chǔ)存，形成整個(gè)流轉(zhuǎn)過(guò)程中的一個(gè)貨店，隨時(shí)補(bǔ)充和調(diào)節(jié)手工切割和機(jī)器切割的能力。切割工序進(jìn)行時(shí)，根據(jù)節(jié)拍狀況，切割機(jī)A和切割機(jī)B生產(chǎn)的三分之一的物料轉(zhuǎn)入手工合梁作業(yè)區(qū)，他們生產(chǎn)的三分之二物料分貝進(jìn)入合梁機(jī)A與合梁機(jī)B，則合梁機(jī)A、合梁機(jī)B和手工合梁能力均達(dá)到飽滿的狀態(tài)。最后，由于合梁機(jī)的整體能力和最后一道工序爬孔工序生產(chǎn)能力一致，所以全部物料轉(zhuǎn)入可保證產(chǎn)能的完全利用。

最后，一旦節(jié)拍發(fā)生變化時(shí)，我們按照上述的方法對(duì)模型進(jìn)行修正，始終使得其保持最佳的狀態(tài)。

4、結(jié)束語(yǔ)

TOC理論中強(qiáng)調(diào)柔性生產(chǎn)線中最重要的是平衡流動(dòng)而不是平衡能力。在本文研究的課題中，由于生產(chǎn)線各自具備額定能力不同，而且在每個(gè)優(yōu)先等級(jí)的選擇上都還有多種選擇可選，這就造成了車(chē)間內(nèi)部物料流動(dòng)的岔口選擇問(wèn)題。如果進(jìn)行物料的隨機(jī)流動(dòng)選擇，則很有可能造成生產(chǎn)線岔口“堵車(chē)”問(wèn)題的產(chǎn)生。就會(huì)出現(xiàn)局部能力發(fā)揮不全，其余能力不夠的發(fā)生。造成生產(chǎn)線忙的很忙，閑的很閑這種情況的發(fā)生，產(chǎn)生了局部能力利用的不充分。

針對(duì)此種現(xiàn)實(shí)情況，摒棄了裝配生產(chǎn)線傳統(tǒng)的“山積圖”平衡法，采用了線平衡“近似算法”中的優(yōu)先排列與指派法，對(duì)整個(gè)車(chē)間內(nèi)部流程進(jìn)行工序的優(yōu)先指派與能力的平衡，計(jì)算推導(dǎo)出研究對(duì)象的最優(yōu)物流流動(dòng)與生產(chǎn)平衡圖。從而為生產(chǎn)計(jì)劃的排布和內(nèi)部控制提出最優(yōu)目標(biāo)和指導(dǎo)方向。使生產(chǎn)線避免“堵車(chē)”現(xiàn)象的發(fā)生，降低“約束”因素發(fā)生的概率，提高生產(chǎn)線最高產(chǎn)出的穩(wěn)定發(fā)揮，是一種防止?jié)撛凇凹s束”發(fā)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(chē)有限公司。