TL減速器廠裝配線平衡問題的研究精靈論文

1、tl 減速器廠裝配線平衡問題的研究呂秀杰，劉露（遼寧工程技術(shù)大學(xué) 工業(yè)工程系，遼寧 阜新 123000）5摘要：裝配線平衡即是對(duì)產(chǎn)品轉(zhuǎn)配的全部工序進(jìn)行平均化，調(diào)整作業(yè)負(fù)荷，以使各作業(yè)時(shí)間 盡可能相近的手法與手段。本文主要運(yùn)用裝配線平衡的方法對(duì) tl 減速器廠的一級(jí)圓柱齒輪 裝配線進(jìn)行了平衡研究，分析一級(jí)圓柱齒輪的裝配過程，對(duì)現(xiàn)有的工作站進(jìn)行分析研究，通 過計(jì)算裝配線平衡的參數(shù)，評(píng)價(jià)現(xiàn)有減速器裝配線的平衡效果。應(yīng)用啟發(fā)式算法中的最大候 選原則法對(duì)其進(jìn)行改善。求出改善后的工作站分配，進(jìn)行裝配線平衡，對(duì)改善后的裝配線進(jìn)10行評(píng)價(jià)。關(guān)鍵詞：減速器；裝配線平衡；最大候選原則中圖分類號(hào)：t-01tl re

2、ducer factory assembly line balancing problem15lv xiujie, liu lu(liaoning technical university industrial engineering, liaoning fuxin 123000)abstract: the product assembly line balancing that is transferred with the average of all the processes, adjusting work load, so that the operating time is sim

3、ilar to the way and means possible. this paper used the method of assembly line balancing tl cylindrical gear reducer assembly plant level are20balanced study of a spur gear assembly process, the analysis of existing workstations, assembly line balancing by calculating the parameters, the evaluation

4、 is a gear assembly line balancing. application of heuristic principles of law in its most improved candidate. after the workstation to determine an allocation of the assembly line balancing, to improve the assembly line after the evaluation.key words: reducer; assembly line balancing; the principle

5、 of maximum candidate250引言裝配線平衡是指在工藝條件等約束下，將有限的任務(wù)集合分配到一定數(shù)量的工作站中， 以使每個(gè)工作站的作業(yè)時(shí)間滿足一定的節(jié)拍要求，減少工作站的閑置和過載時(shí)間，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn) 線的符合平衡和物流平衡。1隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種產(chǎn)品逐漸進(jìn)入買方市場(chǎng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常30激烈。企業(yè)要在市場(chǎng)中立于不敗之地，就必須不斷降低成本，提高生產(chǎn)效率，對(duì)市場(chǎng)的需求 變化要能做出快速的反應(yīng)。隨著 ie 技術(shù)的不斷發(fā)展和光放的應(yīng)用，如何提高裝配線的整體 效率，減少工序間的在制品數(shù)量，追求同步化的生產(chǎn)越來越受到人們的重視。采用合適的方 法對(duì)裝配線進(jìn)行平衡就是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)手段之一。裝配線改善

6、的基本原則和方法應(yīng)該是對(duì)瓶 頸工序進(jìn)行作業(yè)改善，如增加工裝，工裝自動(dòng)化等；將瓶頸工序的作業(yè)內(nèi)容分擔(dān)給其它工序35增加作業(yè)人員；合并相關(guān)工序；重新進(jìn)行工序排布，將作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)的工序，將該工序拆分 以滿足平衡生產(chǎn)線的需求。只要平衡率提高，人均產(chǎn)量也會(huì)提高，單位成品的成本就會(huì)隨之 下降，滿足企業(yè)的效益需求。21tl 減速器廠的介紹tl 減速器廠是一家成立有 20 多年正在迅速發(fā)展中的工廠，隨著先進(jìn)技術(shù)的支持，現(xiàn)在40已經(jīng)發(fā)展成為國(guó)家減（變）行業(yè)的領(lǐng)頭企業(yè)，該廠現(xiàn)在生產(chǎn)各種類型各種型號(hào)的減速器，因作者簡(jiǎn)介：呂秀杰，女，講師，工業(yè)工程通信聯(lián)系人：劉露（1988），女，學(xué)生，工業(yè)工程. e-mail: l

7、lwonderfullove為技術(shù)較好，所以生產(chǎn)出的減速器質(zhì)量也是比較好的，贏得了很多客戶的一致好評(píng)，所以現(xiàn) 在該廠的減速器需求量越來越多，但是隨著產(chǎn)品銷售的越來越好，該公司現(xiàn)有一個(gè)問題，那 就是生產(chǎn)線效率不高，滿足不了市場(chǎng)的需求，經(jīng)過調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，這個(gè)生產(chǎn)瓶頸主要 出現(xiàn)在減速器裝配線這一地方，如何提高該減速器廠裝配線的生產(chǎn)效率是該廠所迫切需要解45決的問題，在這里可以利用工業(yè)工程的知識(shí)來解決 tl 減速器廠所面臨的問題。2減速器裝配線的現(xiàn)狀分析由于固有的廠房流水線的限制，使得裝配線非常不平衡。瓶頸資源限制企業(yè)的產(chǎn)出，造 成非瓶頸資源的大量閑置，嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，造成企業(yè)的柔性不足

8、。在現(xiàn)代制造系 統(tǒng)高速發(fā)展的情況下，使得企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中十分被動(dòng)。所以對(duì)于減速器的裝配車間來說。50進(jìn)行裝配線的平衡問題的研究就尤為重要。32.1減速器的結(jié)構(gòu)為了能夠直觀的了解減速器的裝配過程，現(xiàn)將該廠生產(chǎn)的一級(jí)齒輪減速器的總裝配圖一 級(jí)主要零件的結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。55圖 1 減速器裝配組件fig. 1 reducer assembly components該型號(hào)的一級(jí)圓柱齒輪減速器，由上箱體、下箱體、輸入軸組件、輸出軸組件、和其它60箱體外零部件組成的。 現(xiàn)將其裝配過程簡(jiǎn)要描述如下：（1） 將 1 個(gè)平鍵、1 個(gè)傳動(dòng)齒輪、兩個(gè)軸套、兩個(gè)滾動(dòng)軸承一次裝入輸出軸。（2） 將裝配好的輸出軸裝入

9、下箱體（3） 將 1 個(gè)傳動(dòng)齒輪、2 個(gè)軸套、2 個(gè)滾動(dòng)軸承等零件依次裝入輸入軸。65（4） 將輸入軸組件放入下箱體，調(diào)整輸入軸組件和輸出軸主件的相對(duì)位置。（5） 將軸承蓋裝在兩個(gè)傳動(dòng)軸組件上。（6） 將上下箱體合并。（7） 將油塞、螺絲等附件裝入箱體。（8） 將裝配好的減速器放到指定位置。702.2減速器的裝配流程分析（1）裝配前的準(zhǔn)備工作?，F(xiàn)在可以大致估算一下，這個(gè)減速器廠若能每天生產(chǎn)出 1097 臺(tái)減速器，則其在貨品積壓較少的情況下能夠獲得較大的利潤(rùn)。所以，在每個(gè)工作日，首先 按照要求的 1097 臺(tái)來計(jì)算，依據(jù)產(chǎn)品的裝配圖在倉庫領(lǐng)取所有需要的專用件和標(biāo)準(zhǔn)件。由 工程專門勤雜人員進(jìn)行集中

10、區(qū)毛刺、清洗、擦干以及分配零件到各工作地等工作，如表 175所示：表 1 裝配錢準(zhǔn)備工作tab. 1 preparations for the assembly of money元素代號(hào)作業(yè)單元內(nèi)容作業(yè)時(shí)間/s1按產(chǎn)品總裝圖領(lǐng)出所用專用件和標(biāo)準(zhǔn)件2402所有零件去除毛刺25603對(duì)零件進(jìn)行清洗3604對(duì)零件進(jìn)行烘干4005分配零件給各工作站410這些準(zhǔn)備工作，由于不屬于裝配流水線的作業(yè)，所以在進(jìn)行裝配線平衡的過程中可以不80予研究考慮。（2）減速器裝配流水線的裝配過程如表 2 所示表 2 裝配過程表tab. 2 table assembly元素代號(hào)作業(yè)單位內(nèi)容作業(yè)時(shí)間/s緊前工作1將下箱體放到

11、平臺(tái)上3.222將平鍵裝入輸出軸3.833將傳動(dòng)齒輪裝入輸出軸2.2424將兩個(gè)軸套裝入輸出軸3.9335將兩個(gè)滾動(dòng)軸承裝入輸出軸3.9246將輸出軸組件裝入下箱體1.831,57將傳動(dòng)齒輪裝入輸入軸3.328將兩個(gè)軸套裝入輸入軸3.9379將兩個(gè)滾動(dòng)軸承裝入輸入軸3.92810將輸入軸組件裝入箱箱體3.516,911將上箱體放到平臺(tái)上3.2212將上箱體裝到下箱體上2.6410,1113將軸承蓋裝入輸出軸兩端并調(diào)整4.841214將軸承蓋裝入輸入軸兩端并調(diào)整4.841215將透視蓋裝入上箱體17.241116將透氣螺栓裝到透視蓋上5.221517裝輸出軸軸承該螺栓15.641318裝輸入軸軸

12、承蓋螺栓15.641419裝箱體螺栓16.461220裝油塞5.24121裝游標(biāo)尺5.32122將成品放到指定位置3.1216,17,18,19,20,21ti 85133.1依據(jù)其裝配過程，可以畫出減速器裝配過程的優(yōu)先圖，如圖 2 所示。212011317023456101214182278919111516圖 2 減速器裝配優(yōu)先圖90fig. 2 reducer assembly precedence diagram in figure 22.3現(xiàn)有工作站的分配情況現(xiàn)有減速器裝配車間大致是根據(jù)不同分工進(jìn)行的工作地劃分，整個(gè)裝配流水線被分為 4 個(gè)工作地，每個(gè)工作站由一人負(fù)責(zé)。其中工序 1,

13、2,3,4,5,6,7,8,9,10 為工作站 1；11,12,15,16 為工作站 2；13,14,17,18,19 為工作站 3；20,21,22 為工作站 4。這里因?yàn)?0 是前期準(zhǔn)備工作，95不予考慮。 該分工依據(jù)是將不同種類的工作分配給不同的工作站，由同一人完成某到工序所有的工作。例如，工作站 1 完成輸入軸組件和輸出軸組件的安裝，并將兩個(gè)組件裝入下箱體；工作 站 2 完成的是上箱體及其部件的安裝；工作站 3 完成的是箱體螺絲的安裝；工作站 4 完成的 是下箱體小部件的安裝，并且收集成品的工作。工作站的分配情況如圖 3 所示。10010511021202211317023456101

14、2141878919111516工作站 1 工作站 2 工作站 3 工作站 41、2、3、4、5、6、7、8、9、1011、12、15、1613、14、17、18、1920、21、2235.6828.3256.613.68圖 3 減速器裝配工作站分配圖（改善前）fig. 3 reducer assembly workstation allocation map (before improvement)這樣分配沒有考慮到裝配線平衡的問題。裝配線上存在著瓶頸工序，在運(yùn)輸軌道上有在 制品等待加工，有的地方有工人等待的現(xiàn)象。出現(xiàn)忙閑不均，工人矛盾嚴(yán)重。各工作站的負(fù) 荷情況如圖 4 所示：圖 4 工作地

15、負(fù)荷圖（改善前）fig. 4 work to load map (before improvement)由圖可以很容易看出，工作站 3 的工作負(fù)荷較重，而工作站 4 的符合相對(duì)較輕。工作站3 直接影響了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，為裝配線的瓶頸工序。各工作站的作業(yè)時(shí)間相差懸殊，浪費(fèi) 了時(shí)間，致使產(chǎn)量不高。2.4現(xiàn)有工作站的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)1152.4.1計(jì)算工作站時(shí)間的損失系數(shù)å l由分析可知，現(xiàn)有的裝配線的工作節(jié)拍為工作站 3 的工作時(shí)間，即為 r=56.6s，即可算 出該裝配線的時(shí)間損失系數(shù)。ss r tei 4 × 56.6 133.1å = i =1 ×100% =

16、 ×100% = 41.2%l s r4 × 56.61202.4.2計(jì)算裝配線的平衡率 pp = 1 å l = 1 41.2% = 58.8%2.4.3計(jì)算工作站的平滑系數(shù) sitemax 為工作站的瓶頸工位時(shí)間即各工作地中作業(yè)時(shí)間最長(zhǎng)的那個(gè)值，為 56.6s。tei 為 各工作站的工作時(shí)間，可計(jì)算出該裝配線的平衡系數(shù)。si =s (te=max2 tei )i 1= (56.6 35.68) 2 + (56.6 28.32)2 + (56.6 13.68) 2= 55.491251301351402.4.4數(shù)據(jù)分析有以上得到的參數(shù)可以分析出現(xiàn)有裝配線的平衡情

17、況，（1）時(shí)間損失系數(shù)：時(shí)間損失 系數(shù)å l 10% 時(shí)較優(yōu)；時(shí)間損失系數(shù)10% < å l 20% 時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為良；當(dāng)時(shí)間損失系 數(shù)å l > 20% 時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為差；（2）平滑系數(shù)：平滑系數(shù) si 越小越好，理論值 si = 0 時(shí)， 裝配線的作業(yè)完全均衡，為理想平衡狀態(tài)現(xiàn)由計(jì)算所得的時(shí)間損失系數(shù)å l 為 41.2%>20%，說明現(xiàn)有裝配線的時(shí)間損失較大，平 衡率 p=58.8%，較小，說明現(xiàn)有的平衡效果很差。而且其平滑系數(shù) si 為 55.49，很大，綜合 分析圖 6 的工作站負(fù)荷圖，可知現(xiàn)有的裝配線及其不均衡，忙閑不均現(xiàn)象

18、很嚴(yán)重。所以該廠 的裝配線急需進(jìn)行改善。43對(duì)現(xiàn)有的裝配線進(jìn)行改善裝配線平衡改善的基本原則是通過調(diào)整工作的作業(yè)內(nèi)容來使各工序作業(yè)時(shí)間接近或減 少這一偏差。具體實(shí)施的可以遵循如下的方法：（1）首先應(yīng)該考慮對(duì)瓶頸工序進(jìn)行作業(yè)改善；（2）瓶頸工序的作業(yè)內(nèi)容分擔(dān)給其它工序；（3）增加各作業(yè)人員，提高了平衡率，人均產(chǎn)量就提高了，單位產(chǎn)品的成為也隨之下 降；（4）合并相關(guān)工序，重新排布生產(chǎn)工序，在作業(yè)內(nèi)容較多的情況下容易拉平衡；（5）分解作業(yè)時(shí)間較短的工序，把該工序安排到其它工序當(dāng)中去； 問題分主次，具體情況具體分析，對(duì)于 hl 減速器廠裝配車間的平衡問題改善來說，應(yīng)145該通過工作站進(jìn)行相關(guān)的合并或者分

19、解重排，以達(dá)到生產(chǎn)線平衡的目的。3.1計(jì)算該裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍根據(jù)所收集的資料，減速器裝配車間的計(jì)劃日產(chǎn)量應(yīng)該達(dá)到 1097 臺(tái)/每天，才能滿足市 場(chǎng)的需求。現(xiàn)在的車間為單班制生產(chǎn)，計(jì)劃每天生產(chǎn) 8 小時(shí)，每班計(jì)劃有 30 分鐘的停班時(shí) 間，即有效時(shí)間為 450 分鐘，產(chǎn)品的計(jì)劃部合格率為 2.5%。則生產(chǎn)節(jié)拍 r：計(jì)劃期內(nèi)有效工作時(shí)間 f çr = = 0 =450= 24(秒 / 件)計(jì)劃期內(nèi)產(chǎn)量n 1097 × (1 + 0.025)150155但是在實(shí)際中由于裝配線的有效性不可能達(dá)到 100%，所以在實(shí)際裝配線上要求節(jié)拍應(yīng) 該小于理論節(jié)拍。而對(duì)于這種小型的一級(jí)減速器來

20、說。他是屬于手工裝配線，其機(jī)械故障相 當(dāng)少，故其有效性接近于 100%。所以其實(shí)際節(jié)拍也接近理論節(jié)拍。在進(jìn)行工作站劃分時(shí)， 只需要求各工作地作業(yè)時(shí)間小于 24s 即可。3.2裝配線工作站數(shù)如果需要裝配一定批量的產(chǎn)品，則裝配線的節(jié)拍為 24s。由此可以計(jì)算出裝配線上需要 的最少工作站數(shù)。 i t s =133.15.55 6min = = r 24160165170175所以進(jìn)行裝配線平衡，所需組織的工作站的數(shù)目是 6 個(gè)。3.3組織工作站的約束條件減速器裝配線上的約束主要有以下幾種：（1） 位置約束：所謂的位置約束是指作業(yè)必需在某一特定位置上完成的限制。（2） 固定工具的約束：在裝配作業(yè)中，有

21、些作業(yè)需要使用一些固定工具才能完成， 存在一定的約束。（3） 疲勞作業(yè)約束:在減速器的裝配作業(yè)中，有個(gè)別的作業(yè)強(qiáng)度大，操作員融化工藝 疲勞，所以要盡量避免兩個(gè)或兩個(gè)以上的疲勞作業(yè)分配給同一個(gè)工位。3.4工作站的分配3.4.1分配原理簡(jiǎn)介 這里應(yīng)用的是最大候選原則對(duì)工作地進(jìn)行分配，該規(guī)則規(guī)定根據(jù)最小理論裝配元要求的作業(yè)時(shí)間值分派工作站的作業(yè)，選擇裝配作業(yè)元。它是最簡(jiǎn)單的選擇規(guī)則，其實(shí)施裝配線平衡步驟如下：步驟 1，根據(jù)ti 值由大到小的排列。步驟 2，按照排列順序，從上到下選取滿足有限約束，但所占用的tc 值總和不超過作 業(yè)循環(huán)時(shí)間ti 值的可行裝配元配置在第一個(gè)工作站上。步驟 3，重復(fù)步驟 2

22、，知道合理分配到 ti tc 為止。步驟 4，重復(fù)步驟 2 和步驟 3，安排完第 2 至最后一個(gè)工作站。53.4.2分配工作站按照上述的步驟，對(duì)現(xiàn)有的裝配線進(jìn)行分配。其分配結(jié)果如下表 3 所示。180表 3 工作地分配表tab. 3 work allocation table工作站 裝配單元 裝配單元 ti / s工作地總作業(yè)時(shí)間 ti / s工作站 1205.2443.9353.9213.2232.2422.46工作站 2215.2483.9393.9273.32113.2261.8321.46工作地 31517.24165.2222.46工作地 41916.46103.54122.6422

23、.64工作地 51715.64134.8420.48工作地 61845.64144.84223.1223.6所以可以得到根據(jù)最大候選規(guī)則進(jìn)行裝配線平衡的工作地分配情況，如圖 5 所示212011317023456101214182278919111516工作站 1工作站 1工作站 3工作站 4工作站 5工作站 61、2、3、4、5、206、7、8、9、11、2115、1610、12、1913、1714、18、2218522.4621.4622.4622.6420.4823.6圖 5 工作地分配圖fig. 5 work distribution map190各工作站的負(fù)荷情況如圖 6 所示。19

24、5圖 6 工作站負(fù)荷圖（改善后）fig. 6 workstation load map (improved)3.5改善后工作站的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)3.5.1計(jì)算損失系數(shù)200ss r tei 6 × 23.6 133.1å = i =1 ×100% = ×100% = 6%l s r6 × 23.63.5.2計(jì)算裝配線的平衡率p = 1 å l = 1 6% = 94%3.5.3計(jì)算工作站的平衡系數(shù)si =si =1(temax2 tei )= (23.6 22.46)2 + (23.6 21.46) 2 + (23.6 22.46)2 + (

25、23.6 22.64) 2 + (23.6 20.48) 2205= 4.223.5.4數(shù)據(jù)分析根據(jù)以上的計(jì)算所得，裝配線的時(shí)間損失系數(shù) 6%，小于 10%，則該裝配線的平衡效果較 優(yōu)。而且工作地的平滑系數(shù)為 4.22 比之前的 55.49 縮小很多。根據(jù)圖 8 中的工作站負(fù)荷圖 已經(jīng)可以較為清楚的看出，裝配線的負(fù)荷較均衡，忙閑不均現(xiàn)象較為改進(jìn)之前有很大的緩解。2102152204改善成果的評(píng)價(jià)(1)不平衡時(shí)間損失的計(jì)算 時(shí)間損失為各工作地時(shí)間損失之和，各工作地的時(shí)間損失為裝配線的節(jié)拍減去各工作地的作業(yè)時(shí)間。改善前的時(shí)間損失：t=(56.6-35.68)+(56.6-28.32)+(56.6-

26、13.68)=92.12s改善之后的時(shí)間損失為：t=(23.6-22.46)+(23.6-21.46)+(23.6-22.46)+(23.6-22.64)+(23.6-20.48)=17.83s(2)產(chǎn)能和人均產(chǎn)能改善之前裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍為 56.6s，工作地為 4 個(gè)，計(jì)算出裝配線每天實(shí)際可生產(chǎn)的 產(chǎn)量 n。計(jì)劃期內(nèi)實(shí)際工作時(shí)間n =（ ç 為不合格率）節(jié)拍 ×（1 + ç ）由此可以算出產(chǎn)能n : n =450× 60= 465 .4 465 (臺(tái) / 天 )56 .6 × 1 .025人均產(chǎn)能：n = 4654= 116 .25 116（臺(tái)/ 天 / 人）改進(jìn)之后，裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍為 24s，工作站的數(shù)目為 6 個(gè)，若一個(gè)工作站設(shè)置為一個(gè) 崗位工人，則需要 6 人進(jìn)行裝配作業(yè)。由此可以算出產(chǎn)能n : n =450× 60= 1097(臺(tái) / 天 )人均產(chǎn)能：n = 10976= 18224. 83× 1 . 025 183（臺(tái)/ 天 / 人）225230通過計(jì)算可以得出，雖然改進(jìn)之后工作站的數(shù)目增加了，相應(yīng)的工人也增加，勞資必然 增高，但是人均產(chǎn)能提高了很多，由原來的沒人每天 116 臺(tái)，到現(xiàn)在沒人每天的 183 臺(tái)，總 體來說，工人的生產(chǎn)率得到了很大的提高。相應(yīng)的利潤(rùn)也跟著提高。技能滿