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装配线平衡问题的分类

作者: 来源: 日期:2019-6-23 20:43:00 人气:0

 装配线平衡问题的分类

装配生产线平衡问题的一般表达是:细分出装配线上的所有作业要素,并结合实际的加工顺序给出一个优先关系图G = (E, P) E:操作节点的集合,P:所有有向边的集合。

集合 E 中的每一个节点都对应一个不可细分的作业要素时间 i = 12…,n[22]对装配线开展平衡实际上就是在满足相应条件公式 2-1 1234的情况下划分出集合 E 的范围:

…………………………………………… (2.1)

1) Si Ç Sj = Æ,(i ¹ j;i, j =1, 2,……m)

2)UkSk = E, k =1, 2,……, m

(3) T (Sk) £ CT, k =1, 2,……m

(4) 如果Mij = 1,i Î Sx, j Î Sy ,那么 x £ y, M = (Mij )n´n 为任务优先关联矩阵。

 

目前,大量的学者和技术人员都开展过生产线平衡相关方面的改善优化,这些优化过程按照出发点的不同可以分为三类:一是在生产节拍被预先设定的情况下(市场要求或满足过程中某一工艺时间的需要,通过平衡优化尽量减少工位数量,节省操作人员; 二是生产线的工位数目确定的情况下(多见于机加工等与设备紧密度大的企业,通过平衡优化尽量降低生产节拍,提高产能;三是节拍时间预先设定,工位数目也被预先设定的情况下,通过平衡优化尽量降低生产线的平滑指数Smoothness Index,这种优化方式与前两种相比并不能产生直观的经济效益,但它也均衡了作业负荷,有利于开展企

业管理。上述三条分别被业内称为第一、二、三类生产线平衡问题。在企业的日常运营中,可以结合企业目前所处的市场环境,人力资源情况、企业发展规划、企业内各条生产线之间的衔接等合理的平衡优化方法。

(1) 第一类生产线平衡问题

生产线节拍被预先设定的情况在企业中较为多见,以汽车零部件制造企业为例,在接到整车厂某个车型的具体生产项目时,企业就会结合整车厂的车型产能规划及该整车厂的品牌力和既往车型市场表现预估出该产品的年需求数量。在年需求数量一定、企业班次及设备开动情况和加工能力一定的情况下,较容易计算出该产品设计生产线时的目标节拍。若企业资金有限,可以在设定节拍时对产品的年需求预测偏向悲观,当实际需求量较大时可以通过加班或多开动一个班次来应对。另外,生产线的节拍设定还受到产品工艺参数的影响,如装配线所需的金属件在连线的前道车间电泳槽中电泳时,总的电泳时间是工艺中要求的一个定值。在电泳槽面积及金属件挂链行走路线一定的情况下, 必须保证链速为定值才能使产品的电泳时间得到保证。而这个链速与后道装配线的节拍是严格对应的,由此也就限定了装配线的节拍。

在节拍一定的情况下,为了尽可能的降低成本,获得利润,企业会尽量减少装配线的工位数目以减少操作者数量和设备数量。针对第 I 类装配线平衡问题。可以建立下述模型:

在节拍 CT 确定的情况下,确定优先关系图中的作业元素集 E={1,2……,n}的一个划分,{Sk|k=1,2,……,n},使目标函数约束条件:

åti

maxh =   i=1 Û min n n ´ CT

………………………………………(2.2


(1)Si, Sj = f,(i ¹ j, i, j = 1,2Ln)

(2)U k = E, k = 1,2,Ln

k

(3) T (Sk) £ CT

(4) 如果Mij = 1, i Î Si, j Î Sj, 那么x £ y, M = (Mij)m ´ m为优先关系矩阵

上述四个条件可以这样理解:在分配时必须首先保证作业元素全部被划分进入工位中,没有遗漏的情况,即各工位的合集必须是全部的作业元素;每个工位中都会包含多个作业元素,而当两个工位之间没有交集时,意味着这两个相关的作业要素只能排布在一个相关工位上;在排布作业要素时,由于节拍被预先设定,所以必须保证所有的工位作业时间低于节拍的数值;另外,在实际分配之后,各工序的作业要素要符合紧前紧后关系,不能出现优化后无法加工的现象。

(2) 第二类装配线平衡问题

设备和人员固定的情况下优化节拍的现象在企业中也比较常见。主要可分为以下三类:

一是目前为了保证客户的需求,需要生产线加班生产,企业的管理人员可能会通过生产线平衡的方式降低生产线的节拍,从而提高产能,减少企业的加班支出工人工资、设备开动能耗、班车等

二是生产线投入运营时确定了固定的节拍,但经过一段时间的工作,操作者的操作技能逐渐成熟,作业时间大大降低;或者是由于产品设计变更或工艺变更造成某些作业要素所需要的操作时间减少,给装配线的平衡带来了改善空间。

针对此类生产线平衡问题,可以建立下述模型:






在工作站数确定的情况下,确定优先关系图中的作业元素集 E={1,2……,n}的一个划分,{Sk|k=1,2,……,n},目标函数满足:


åti

Maxh =   i=1 Û min n 2.3

n ´ CT

由于两类问题均是生产线平衡问题,故其满足相同的约束条件。

(3) 第三类装配线平衡问题

此类情况并不像前两类平衡问题那样,在改善后可直观的看到装配线产能的增加或装配线人员的减少,它在改善后只能调整各工序之间的作业负荷,降低整条线的平滑指数。这样做带来的一个直接优点就是使各工位之间工位负荷尽可能一致,整条线的工作岗位无明显的‘好’‘坏’之分。企业在生产线人员发生变化时如请假、辞职等易调配人员,另外,对整条线的操作者的多技能培训也较容易开展。这样做还有一个间接的优点,即收集了生产线作业要素、作业时间等第一手的资料,为后续企业实绩发生变化时的引入第一类和第二类平衡奠定了数据基础。

针对此类问题可以建立如下模型:

在工作站数、节拍确定的情况下,确定优先关系图中的作业元素集 E={1,2……,n}

的一个划分,{Sk|k=1,2,……,n},目标函数应满足

 

 


Min SI =

………………………………(2.4




同样满足与第一类装配线平衡问题一样的约束条件。

由于这三类问题均是生产线平衡问题,故其满足与第一类生产线平衡问题相同的约束条件。

实际上,装配线三类平衡问题的优化是一个整体,传统的解决办法忽略了平衡目标之间的关联性。在生产线节拍 CT 已知的情况下,必须综合考虑生产线所使用的工位数N 和平滑指数 SI 两个指标,对于作业要素集合 E, Min{f(n,SI)}即是模型的目标函数。


    标签:装配线
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