生产节拍时间管理

生产线配置与柔性生产

张志敏

生产线配置首先是生产线平衡问题，生产线平衡问题研究如何安排生产线工位，即需要设置多少个工位和每个工位的作业内容是什么。“平衡”的意义体现在每个工位的工作量相当。生产线平衡的目的是尽量使每个工位都处于繁忙状态，完成最多的操作量，闲置时间最少，以求生产线效率最优。时下，为快速适应市场需求的变化，生产方式的灵活性和可变性正越来越受到企业的重视。柔性生产的思想正是为了快速适应市场需求的变化而产生的。柔性生产是指企业通过变革生产方式，以快速对应市场需求变化的一系列方法。柔性生产是关于生产方式的一种理念，而不是一门技术，没有一种普遍适用的柔性生产方式。实现柔性生产需要的是不断改善的意识，并没有什么必须要掌握的关于柔性生产的技术。同样具有柔性生产理念的企业，实现柔性生产的方式却并不一定相同。

第一节 生产线平衡 一、三个基本概念 （一） 生产节拍

生产节拍是相邻两个产品通过生产线尾端的时间间隔，即每隔多长时间有一件产品从生产线流出。

生产节拍的计算公式是：

每天的生产时间

生产节拍（C）＝ 每天的计划产量

（二） 基本作业单元

基本作业单元是生产线上不能再分解的动作，如果再分解，就产生多余动作。 （三） 生产线效率

生产线效率是衡量生产线平衡优劣的指标，为总有效时间占总付出时间的百分比，闲置时间越少生产线效率越高。生产线效率的计算公式如下：

总有效时间T

生产线效率＝ ×100%

节拍C×工位数N

二、 生产线平衡步骤 生产线平衡的步骤如下：

（1） 用一个流程图表示出基本动作的先后关系。流程图由圆圈和箭头组成，圆圈

代表一个基本作业单元，箭头表示作业顺序。

（2） 计算生产节拍（C）

（3） 用下面的公式计算出所需要的工位数（N）。

完成作业所需的时间总量（T）

N＝

生产节拍（C）

结果取不小于计算值的最小整数。计算出的工位数为理论上满足要求的最少工位数。 （4） 向第一个工位分配基本作业单元，一次一项，逐项增加，直到完成作业的时

间等于节拍，或由于受作业时间或操作次序的限制其他基本作业单元不能再增加为止。 重复这个过程向第二个工位分配作业，然后是第三个工位，直到

将所有基本作业单元分配完毕。

分配作业时，首先分配具有第一特征的基本作业单元，若有问题，则分配具有第二特征的基本作业单元。

第一特征：具有最多后续作业； 第二特征：持续时间最长。

（5） 计算效率，评价生产线平衡效果。

（6） 如果结果不如人意，进一步调整生产线的平衡。 三、生产线平衡事例

某型玩具车要在一个传送带上组装，每天生产1000台，每天的生产时间是8小时， 图表1列出了组装的基本作业单元和时间。

基本动作 时间（秒） A B C D E F G H I J K 总时间T 23 6 5 27 9 7 7 7 7 5 5 108 动作描述 组装车体支架 安装前后轴 拧紧支架螺钉 组装传动组件 安装电路板 安装前轮 安装后轮 安装遥控组件 安装马达 总装，拧紧4个螺钉 测试 必须提前的作业 — A B — D C C E E F、G、H、I J 图表1 某型玩具车组装的基本作业单元和时间

下面我们看看如何按以上介绍的规则来配置玩具车的组装生产线。 第一步：画流程图

图表2以流程图的形式反映了图表1中各基本作业单元的次序关系。 7秒

F 5秒 6秒 23秒 C B A 7秒

G

5秒 5秒 7秒 J K H 27秒 9秒

E D 7秒

I

图表2 某型玩具车组装作业流程图

第二步：计算生产节拍

计算时将每天的工作时间换算成秒，因为作业时间是以秒表示的。

每天的生产时间

C＝ ＝（8小时×60分×60秒）/1000台＝28.8(秒)

每天的计划产量

第三步：计算工位数

完成作业所需的时间总量（T）

N＝ ＝108/28.8＝3.75≈4(取整)

生产节拍（C）

这是计算出的工位数的理论值，实际数量可能会大一些。 第四步：向工位分配作业

各基本作业单元后续作业数量如图表3所示： A 6 B 5 C 4 D 5 E 4 F 2 G 2 H 2 I 2 J 1 K 0 基本作业单元 后续作业数量 图表3 各基本作业单元后续作业数量

向各工位分配作业的过程如图表4所示： 工位 工位1 工位2 作业 A D B 工位3 E C F（注） G 工位4 H（注） I J 工位5 K 作业时间（秒） 23 27 6 9 5 7 7 7 7 5 5 剩余时间（秒） 5.8（空闲） 1.8（空闲） 22.8 13.8 8.8 1.8（空闲） 21.8 14.8 7.8 2.8（空闲） 23.8（空闲） 可安排的紧后作业 无 无 C、E C、H、I 无 H、I I J 无 无 紧后作业最多的作业 C、E C H、I 持续时间最长的作业 E H、I F、G、H、I F、G、H、I F、G、H、I 注：若最长时间相等，任选一项作业。 图表4 向各工位分配作业的过程

第五步：计算效率：

总有效时间T

生产线效率＝ ×100%＝108/（28.8×5）×100%＝75%

节拍C×工位数N

效率为75%意味着生产线不平衡或闲置时间达25%，共有36秒的闲置时间（28.8×5－112），最轻松的工位是工位5。

第六步：进一步调整生产线的平衡

能不能得到一个更好的平衡方案呢？在本例中，答案是肯定的。在本例中，将第一特征和第二特征交换，就会得到一个更好的方案。

进一步调整生产线平衡可能采取的方法还有进行作业分解和采取柔性生产布置等。 四、作业分解

最长的基本作业单元时间决定了生产节拍的最小可能值。最长的基本作业单元时间就是生产节拍的下限，除非有可能将作业分解到两个或更多的工位上去。

考虑下面的例子，假设一条生产线的基本作业单元的时间分别为：25秒、42秒、17秒、15秒、22秒、18秒、9秒、15秒、27秒，生产线每天运行8小时，每天的产量为800台。满足800台/天产量的生产节拍是36秒〔（8×60×60）/800〕，现在面临的问题是有一个基本作业单元的时间是42秒，大于36秒，应该怎么办呢？

有许多方法可以使42秒的作业适合36秒的节拍。可能采用的办法如下： （1） 作业分解

将这个作业分配到两个工位上，虽然会产生多余动作。 （2） 作业共享

让相邻的工位对该作业进行一点共享，这样相邻的工位就能帮助完成一部分作业。作业共享与作业分解不同，对于作业共享而言，相邻工位只是提供帮助，而不是独立完成作业的某一部分。

（3） 设立平行工位

将作业分配给两个平行操作的工位。 （4） 聘用操作技能高的工人

聘用操作技能高的工人也许能满足36秒的要求。 （5） 加班

以42秒每台的速度每天能生产685台，比800台少115台，生产115台需要加班约80分钟（115×42/60）。

（6） 改进设计

对产品设计进行改进使作业时间稍微减少是有可能的。 其他减少作业时间的办法包括设备改进、生产线设立备用人员、改进材料以及由多技能的工人组成团队来操作生产线而不是让生产线的工人各负其责。

第二节 生产线布置 一、直线型与U型生产线

以上生产线平衡事例对工位的配置结果如图表5所示，这是直线型生产线布置，是最常见的一种生产线布置方式。

A D B E C F G H I J K

图表5 直线型生产线布置

如果将以上事例的生产线布置成U型，将得到图表6所示的布置。

B E C F D A

K J I H G

图表6 U型生产线布置

在以上生产线平衡事例中，将生产线布置成U型使5个工位减少为4个，因为A、K两个作业可以由一个人来完成。

U型生产线布置是柔性生产和精益生产中经常采用的一种生产线布置方式。U型生产线布置让生产线拐个弯，将生产线上的物品投入口和输出口放在一个地点。相对于将物品投入口和输出口分开的直线型生产线布置，它有如下优点：

·为生产线的平衡提供更多的可能性；

·随生产线流动的产品托板、工夹具等流回到起点，减少了搬送作业； ·一人进行多项操作时，有利于减少人员走动；

·不用安排不同的人进行投入材料和收集成品的工作； ·物流路线更加顺畅。

有时将U型生产线的首尾连在一起，成为O型生产线，进一步减少产品托板和工夹具等的搬送。

二、便于作业共享的生产线布置

作业共享，即相邻工位的员工互相提供帮助，能起到自动平衡生产线的作用。因此，在工位的安排上要注意不要将员工隔离或封闭起来，应该为作业共享创造条件，如图表7所示。

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