第一节 流水生产线概述
第二节 流水生产线平衡设计的方法
第三节 流水生产线平衡实例分析
生产线平衡
本章重点：
流水生产线的特点
流水生产线平衡中可能出现的问题
单一对象流水线和多对象流水线平衡设计方法
生产线平衡的改善原则与方法
本章难点：
多对象流水线平衡设计方法
第一节 流水生产线概述
一、流水生产的基本概念
二、生产线平衡的概念及意义
● 流水生产的原理
流水生产是在“分工”和“作业标准化”的原理上发
展起来的
流水生产方式的诞生
必须依赖加工技术的支撑
流水生产方式的基础是流水生产线
一、 流水生产的基本概念
第一节 流水生产线概述
● 流水生产的特点
工作的专业化程度高
生产按节拍进行
工艺过程是封闭的
生产对象在工序间作单向移动
工作地之间有传送装置连结
第一节 流水生产线概述
一、 流水生产的基本概念
● 组织流水生产的必要条件
产量要足够大，单位产品的劳动量也比较大
制造的工艺过程能划分成简单的工序，又能根据工序
同期化的要求把某些工序适当的合并和分解，使各工
序的作业时间基本相等或成整数倍
产品结构和制造工艺相对稳定
必要的厂房条件
第一节 流水生产线概述
一、 流水生产的基本概念
● 流水生产线的分类
单人单产品式
单产品固定式
多产品固定式
自由流水式
连续传动流水式
间歇传动流水式
分组式
第一节 流水生产线概述
一、 流水生产的基本概念
● 生产线平衡的概念
生产线平衡就是对生产的全部工序进行均衡化，调整作业负荷，以使各作业时间尽可能相近的技术手段与方法。它是生产流程设计及作业标准化中最重要的方法。生产线平衡的目的是通过平衡生产线使现场更加容易理解“一个流”的必要性及生产作业控制的方法。
第一节 流水生产线概述
二、 生产线平衡的概念及意义
● 平衡生产线的意义
通过平衡生产线可以达到以下几个目的：
⑴ 提高作业人员及设备工装的工作效率。
⑵ 减少单件产品的工时消耗，降低成本（等同提高人均产量）。
⑶ 减少工序在制品，真正实现“一个流”。
⑷ 在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高生产应变能力，对应市场变化实现柔性生产系统。
⑸ 通过平衡生产线可以综合应用程序分析、动作分析、布置分析，搬动分析、时间分析等工业工程方法，提高全员综合素质。
第一节 流水生产线概述
二、 生产线平衡的概念及意义
第二节 流水生产线平衡设计的方法
一、流水生产线平衡设计应解决的若干基本问题
二、 流水线平衡设计的准备工作
三、 单品种流水线平衡方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
五、 生产线平衡的改善原则与方法
六、 生产线平衡与“一个流”生产
● 确定流水生产线上的基本作业并制定相应的作业标准
● 确定完成基本作业的先后次序，并绘制基本作业顺序图
● 确定流水生产线的循环时间(节拍)
● 把基本作业按一定的准则分配到各工位上去
第二节 流水生产线平衡设计的方法
一、 流水生产线平衡设计应解决的若干基本问题
● 进行产品和零件的分类
● 改进产品和零件的结构，使之适合流水生产
● 审查和修改工艺规程
● 收集整理设计工作所需要的资料
第二节 流水生产线平衡设计的方法
二、 流水线平衡设计的准备工作
● 确定流水生产的节拍
当流水线的运输批量等于1的情况下，节拍按下式计算：
(4-8)
式中 C——流水线节拍；
Fe——计划期有效工作时间；
N——计划期应完成的产量。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
三、 单品种流水线平衡方法
若按批运输时，则流水线节拍为
(4-9)
式中 Q——运输批量。
● 确定流水生产的节拍
第二节 流水生产线平衡设计的方法
三、 单品种流水线平衡方法
1
1
2
2
5
10
10
～10
1
2
2
5
10
20
20
～
1
2
5
10
20
20
50
～
1
2
5
10
20
50
100
<
≥10
工序平均加工时间（分）
运输批量
单件
单件重量（kg）
流水线运输批量参考值
● 计算最少工作地数
在给定了节拍时间后，最少工作地数应为：
(4-10)
式中的[ ]符号表示大于或等于W/C的最小整数。
W表示制造单位产品所需全部作业元素加工时间总和。
流水线的最少工作地数可以作为衡量流水线利用程度的一个标准，用来检查工作地任务分工组织的合理性。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
三、 单品种流水线平衡方法
● 流水线平衡
最少工作地数只是一种理想情况。在生产中，有许多因素限制着作业元素的分配。一种是工艺顺序的约束，即作业元素的分解合并必须遵循装配过程的要求，不能任意插补或颠倒。一种是技术上的约束，即为保证技术要求，必须防止工序之间的干扰。当然，还有一个基本的约束，即任何工作地的含量时间不能大于节拍。
于是，应在工艺与技术的约束下，按流水线的节拍要求，为每个工作地分配作业任务，使它们的负荷尽可能地充分而均衡，这就是流水线平衡。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
三、 单品种流水线平衡方法
例：一条组装线（其生产活动见下表）的总装配时间为66分钟。工厂确定每天的工作时间为480分钟，出产量为40。试画出顺序图并找出工序的最小数目。然后安排工序以平衡组装线。这条组装线的平衡效率是多少？
66
总时间
G、H
3
I
E
11
H
E
7
G
C、D
3
F
A
12
E
B
4
D
B
5
C
A
11
B
—
10
A
前项任务
生产时间（分钟）
任务
解：
A
D
C
E
B
I
H
G
F
工序1
10
5
12
11
3
3
7
11
4
工序3
工序2
工序4
工序5
工序6
阶位法的工作步骤如下
① 作图表示装配工艺过程中各作业元素的先后关系，并标明每项作业元素的时间。
② 从作业元素先后关系图找出每项作业元素的后续作业元素，计算它们的时间总和，即每项作业元素的阶位值。
③ 按阶位值的大小，由大到小，将作业元素排队，制成作业元素阶位表。
④ 从阶位值最高的作业元素开始，向工作地分配作业要素。每分配一项作业元素，计算一次在节拍时间内的剩余时间。若剩余时间足够安排另一项作业元素，从阶位表中找出阶位值次高的作业元素分给该工作地。若剩余时间不够安排其它作业元素，就向下一个工作地分配，直到全部作业要素都被安排入工作地为止。
装配流水线平衡的方法很多，这里介绍一种简便而又能取得满意效果的方法——阶位法。
● 流水线平衡的评价与再平衡
用下面的公式计算流水线负荷率，以评价流水线平衡后的效率：
式中 E ── 流水线负荷率
S ── 采取平衡措施后的流水线工作地数。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
三、 单品种流水线平衡方法
● 多品种流水生产的基本形式
一种是可变流水线，又称转换流水线。它的基本特征是，在一条流水线上轮番生产几种产品。
另一种是混合流水线。是指在同一时间内，在同一条流水线上按固定顺序混合地生产多种品种产品。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
● 多品种流水线主生产节拍的确定
可变流水线节拍的确定
混合流水线节拍的确定
第二节 流水生产线平衡设计的方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
可变流水线节拍的确定
● 代表产品换算法
就是在生产的产品中，选择一种产量大、劳动量大、工艺过程比较复杂的产品作为代表产品，然后将其它产品按劳动量比例关系换算成代表产品的产量，按换算后的代表产品的总产量计算每种产品的节拍。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
可变流水线节拍的确定
● 劳动量比例分配法
此法是将计划期有效工作时间按各种产品的劳动量比例进行分配，然后根据产品分得的有效工作时间和产量计算生产节拍。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
● 混合流水线的生产组织方式是，在同一时间内多种产品混合编组在一条流水线上进行生产。
● 它具有如下的特点：
按固定的混合产品组组织生产
产品组在各工作地的作业含量时间与流水线节拍应相等或成倍比关系
生产中转换品种时，不需要对设备或工艺装备重新调整
第二节 流水生产线平衡设计的方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
混合流水线节拍的确定
● 混合流水线的节拍是按产品组计算的。其计算公式为：
（4-14）
式中 ----混合流水线的平均节拍；
----计划期内产品组的产量。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
混合流水线节拍的确定
● 产品组产量N组与产品组的构成及各产品的计划产量有关。它需分别对下面不同情况来加以确定：
固定于流水线上生产的产品产量相等。
流水线上生产的若干种产品的计划期产量成较小的整数比(如1:2:3 或2:3:4等)。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
混合流水线节拍的确定
编制综合的作业元素顺序图
选择平衡工作地作业量的时间周期
计算作业元素在平衡周期内的作业时间
第二节 流水生产线平衡设计的方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
多品种流水生产线的平衡
式中:di——第i作业元素的作业时间
Nj——产品j在周期内的产量
δij——系数，产品j含有作业元素i时， δij=1，否则， δij=0
ti——第i作业元素的单件作业时间
例：某混合流水线上有A、B、C三种产品，平均日产量分别为40台、10台、30台，一个工作日一班，不考虑停工时间，各产品作业顺序如图。求混合流水线的节拍、Smin、综合作业顺序图，并进行混合流水线的平衡。
解：
⑤
④
⑥
①
⑦
5
5
4
3
1
3
3
5
4
4
12
13
14
17
18
⑤
⑥
①
⑦
4
3
1
3
5
4
4
14
17
18
②
4
⑧
⑨
3
4
3
16
4
15
11
⑩
5
⑤
⑥
①
⑦
4
3
1
3
5
4
4
14
17
18
2
2
③
(1)A产品
FA=4+3+3+4+1+5+5+3+4+5=37（分）
(2)B产品
FB=4+4+3+4+1+4+3+3+4+5=35（分）
(3)C产品
FC=4+5+3+4+1+2+2+3+4+3+4+5=40（分）
产品作业顺序图
5
⑤
④
⑥
①
⑦
5
4
3
1
3
3
5
4
4
12
13
14
17
18
②
4
⑧
⑨
3
4
3
16
4
15
11
⑩
5
2
2
③
产品A、B、C的综合作业图
将综合作业图中各作业元素合并成工序，要求合并后的工序数尽可能小。具体要求：
不违反作业先后顺序
必须满足
评价平衡结果。
混合流水线负荷率：
混合流水线在计划期内的工作时间损失：
进行混合流水线的平衡
混合流水线平衡的具体步骤：
按作业先后次序将综合作业顺序图划分成区间。5个作业区间
编制作业元素关系表，明确哪些作业元素的先后次序是可变的
进行平衡
分配作业元素时的原则：①按区间顺序进行分配。②在同一区间内尽可能先分配di值较大者。按一日一班计，使∑di≤480分钟，尽可能达到工作地数目最小。③在一个区间内不易继续分配时，可用能够移动的作业元素进行调整。
平衡结果的评价
工序的进一步合并
5
⑤
④
⑥
①
⑦
5
4
3
1
3
3
5
4
4
12
13
14
17
18
②
4
⑧
⑨
3
4
3
16
4
15
11
⑩
5
2
2
③
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
作业区间的划分
Ⅳ
Ⅴ
3030
400
400
18
Ⅴ
2630
320
320
17
Ⅳ
2310
850
90
可移至区间Ⅳ
16
120
可移至区间Ⅳ
15
240
14
200
可移至区间Ⅳ
13
200
可移至区间Ⅳ
12
Ⅲ
1460
950
60
若移 16 ，可移至区间Ⅲ
11
60
若移15 16 ，可移至区间Ⅲ
⑩
30
可移至区间Ⅲ
⑨
40
⑧
80
⑦
320
⑥
240
⑤
120
若移12 13 ， 可移至区间Ⅲ
④
Ⅱ
510
510
150
若移15 16 ， 可移至区间Ⅱ
③
40
②
320
①
Ι
累计
区间
di
移动的可能性
作业元素
区间
作业元素关系表
480
360
修正后的累计时间
320
Ⅲ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
Ι
Ι
410
17
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ι
7
400
400
18
Ⅴ
6
90
90
16
Ⅲ
440
240
14
5
200
200
13
390
120
15
270
200
12
70
30
⑨
Ⅱ
4
40
40
⑧
460
60
11
3
400
80
⑦
320
320
⑥
450
60
⑩
2
390
240
⑤
150
150
③
120
④
移至区间Ⅱ
510
150
③
360
40
②
1
320
320
①
Ι
作业工序
作业元素的移动
∑di
di
作业元素
区间
平衡的结果及过程
平衡结果评价：
混合流水线在计划期内的工作时间损失：
混合流水线负荷率：
工序的进一步合并
现在有7道工序。由于第三道与第四道工序相互没有先后关系，说明两道工序可以同时进行，即可以合并为一个工序而设两个工位，由两个工人在同一工作地上操作。因此，该混合流水线最后可并为6道工序7个工位。
2
进一步合并工序示意表
[1] [2] [3] [4] [5] [6]
[3´]
工作顺序图
1
1
1
1
1
工位数
18
16 17
13 14
⑥ ⑦ 11
⑧⑨ 12 15
③ ⑤ ⑩
① ② ④
所分配的作业元素
6
5
4
3
2
1
工序号
做好流水线平衡是混合流水线设计的一个步骤。要在生产中真正实现均衡化，还需做好产品混合生产的计划和组织工作。应合理搭配产品品种，不但保证生产按节拍，不间断地进行，达到产量均衡，而且还必须保证工时和品种的均衡。这样的一种组织生产的方法称为生产的平准化。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
混合流水生产的平准化
● 生产平准化具有如下的特点：
同一条流水线上有多种产品在同一时间内循环
变换生产
为达到均衡生产，应减少批量，增加批次
合理选择各种品种的投产顺序
第二节 流水生产线平衡设计的方法
四、 多品种流水生产的平衡设计
混合流水生产的平准化
编排投产顺序的方法之一——生产比倒数法
仍以上例分析，其步骤为：
计算生产比。从各品种的计划产量中，找出最大公约数，计算各品种的生产比。公式为
式中：xj——品种j的生产比
Nj——品种j的计划产量
dc——各品种计划产量的最大公约数
xA=40/10=4 xB=10/10=1 xC=30/10=3
计算生产比倒数mj。公式：
mA=1/4 mB=1 mC=1/3
按以下规则确定投产顺序：①全部品种中生产比倒数值最小的品种先投。②在具有多个生产比倒数最小值的情况下，晚出现生产比倒数最小值的品种先投。若出现连续投入同一品种时，应排除这一品种，在剩下的各种品种中选择晚出现生产比倒数最小值的品种先投。
在已选品种的mj上标上*号，并更新mj值（即加上该产品的mj 值）
各个品种在混合流水线上的流送顺序称为连锁，即一个循环中产品的投产顺序。
ACACAC
C
1*
1
¼+¾=1
6
ACACACA
A
⅓+1=4/3
1
1*
7
生产比倒数法确定投产顺序计算表
ACACACAB
B
4/3
1*
¼+1=5/4
8
ACACA
A
⅓+⅔=1
1
¾*
5
ACAC
C
⅔*
1
¼+½=¾
4
ACA
A
⅓+ ⅓=⅔
1
½*
3
AC
C
⅓*
1
¼+¼=½
2
A
A
⅓
1
¼*
1
C
B
A
连锁
投入顺序
品种
项目
计算
过程
一个连锁的生产周期为：
每日可进行480/48=10（次）循环就可完成全部任务（40台A、10台B、30台C）
● 实施时可遵循以下方法
首先应考虑对瓶颈工序进行作业改善
将瓶颈工序的作业内容分担给其他工序
适当增加各作业人员
合并相关工序，重新排布生产工序
分解作业时间较短的工序，把该工序安排到其
他工序中去
第二节 流水生产线平衡设计的方法
五、 生产线平衡的改善原则与方法
一般，流水线负荷率在75%以上即可认为满意。若达不到这个比率，则需设法改进，重新对流水线进行平衡。用同样办法，也可计算每工作站的负荷率，通过工作站负荷率可检查负荷分配的均衡性。若负荷分布不均衡，也需重新调整作业元素的分配，即使总的负荷率略有降低，也是值得的，因为这有利于今后产量的提高，也有利于员工积极性的调动。
第二节 流水生产线平衡设计的方法
六、 生产线平衡与“一个流”生产
● “一个流”所追求的理念
尊重人性的生产方式
最大限度地适应市场变化（柔性生产作业管理）
第二节 流水生产线平衡设计的方法
六、 生产线平衡与“一个流”生产
第三节 流水生产线平衡实例分析
一、玩具小车生产线平衡实例
二、 重型汽车总装配流水线平衡设计实例
三、焊接生产线平衡实例
一、玩具小车生产线平衡实例
某J型玩具小车要在一个传送带上组装，每天需生产500辆。每天的生产时间为420分。表4-3列出了J型小车的装配步骤及其定额时间，请根据节拍和作业次序的限制，求使工作站数量最少的生产线平衡方式。
1. 绘制装配生产线的流程图
图4-4给出了表4-1中的次序关系（表示作 业次序关系，箭头长度无实际意义）。
第三节 流水生产线平衡实例分析
195
合计
上紧全部螺栓和螺钉
9
K
F，G，H，I
安装前轴上的车把手，拧紧螺栓和螺钉
8
J
E
安装2#前车轮，拧紧轮轴盖
12
I
E
安装1#前车轮，拧紧轮轴盖
12
H
C
安装2#后车轮，拧紧轮轴盖
12
G
C
安装1#后车轮，拧紧轮轴盖
12
F
D
拧紧前轴螺栓
15
E
—
安装前轴，用手拧紧4个螺母
50
D
B
拧紧后轴支架螺栓
9
C
A
插入后轴
11
B
—
安装后轴支架，拧紧4个螺母
45
A
必须提前的作业
描 述
时间（秒）
作业
表4-1 J型小车的装配步骤及其时间
第三节 流水生产线平衡实例分析
A
B
D
E
I
C
F
G
H
J
K
图4-4 J型小车的流程图
第三节 流水生产线平衡实例分析
2. 计算节拍
3. 工作站最小值（理论上）
第三节 流水生产线平衡实例分析
4. 选择作业分配规则
研究表明，对于特定的问题有些规则会优于其他规则。一般来说，首先安排有许多后续作业或者持续时间很长的作业，因为它们会限制装配生产线平衡的实现。这种情况下，我们选用如下规则：
规则一：按后续作业数量最多规则优先安排作业；
规则二：按作业时间最长规则优先安排作业；
规则三：按该项作业元素时间与后续作业元素时间的总和最大规则优先安排作业（阶位法）。
第三节 流水生产线平衡实例分析
5. 平衡装配生产线，将所有作业分配到各工作站
(1) 平衡方案A： 选用规则一，按后续作业数量最多规则来平衡装配生产线。各项作业的后续作业数量如表4-2所示。根据后续作业最多规则给工作站1，2安排作业，在规则一遇到问题时，采用规则二，直至所有作业安排完毕。表4-3列出了实际的安排。
0
K
4
C或E
1
J
5
B或D
2
F,G,H或I
6
A
后续作业元素数量
作业元素
后续作业元素数量
作业元素
表4-2 各项作业的后续作业数量
第三节 流水生产线平衡实例分析
无
空闲
9
K
5
无
空闲
8
J
J
12
I
I
12
H
H、I
H、I
12
G
4
无
空闲
12
F
H、I
F、G、H、I
F、G、H、I
9
C
F、G、H、I
C
C、H、I
15
E
E
C、E
C、E
11
B
3
无
空闲
50
D
2
无
空闲
45
A
1
时间最长的
作业
紧后作业最多的作业
可安排的
紧后作业
剩余时间
（s）
作业时间（s）
作业
工作站
表4-3 根据后续作业最多规则平衡装配生产线
第三节 流水生产线平衡实例分析
计算流水线负荷率：
%的负荷率意味着该装配线不平衡或闲置时间达%（有57秒闲置），最空闲的是工作站5。表4-4所示的工作地5的负荷率仅为%。那么我们能否得到更好的平衡方案呢？下面我们给出平衡方案B。
45
50
47
44
9
A
D
B,E,C,F
G,H,I,J
K
1
2
3
4
5
工作地负荷率（%）
工作地作业时间
工作地作业元素
工作地
表4-4 平衡方案A中各工作地负荷率
第三节 流水生产线平衡实例分析
(2) 平衡方案B：选用规则三（阶位法），即按该项作业元素时间与后续作业元素时间的总和（阶位值）最大规则优先安排作业。
首先，计算各作业元素的阶位值。其计算过程如表4-5所示。表中的1表示直接后续元素，+ 表示间接后续元素。作业元素的阶位值就是该项作业元素时间与后续作业元素时间的总计。
J
F,G,H,I
E
E
C
C
B
D
A
—
—
紧前工序
9
17
29
29
29
29
50
56
61
106
106
阶位值
195
9
8
12
12
12
12
9
15
11
50
45
作业时间(s)
总计
K
J
I
H
G
F
C
E
B
D
A
作业元素
表4-6 J型小车作业元素阶位表
第三节 流水生产线平衡实例分析
按节拍为秒依作业元素的阶位值的高低次序分配作业元素到工作地的过程如表4-7所示。
9
9
J
9
K
5
12
24
36
44
12
12
12
8
C
E
E
F,G,H,I
29
29
29
17
G
H
I
J
4
11
26
35
47
11
15
9
12
A
D
B
C
61
56
50
29
B
E
C
F
3
50
50
—
106
D
2
45
45
—
106
A
1
剩余时间(s)
累计作业时间(s)
作业时间(s)
紧前作业
阶位值
作业元素
工作地
表4-7 按阶位法分配作业元素过程
第三节 流水生产线平衡实例分析
最后得到的工作地数为5个，与平衡方案A相同，负荷率为77．38%，该装配线平衡的效果仍然不够理想。为了得到更好的平衡方案，下面我们给出平衡方案C。
第三节 流水生产线平衡实例分析
(3) 平衡方案C：选用规则二，按作业元素时间最长规则安排作业，并用规则一作为辅助规则，以达到装配生产线的平衡。表4-8给出了按作业元素时间的大小排列的顺序，表4-9列出了平衡方案C的实际安排。
12
H,I,F或G
8
J
15
E
9
C,K
45
A
11
B
50
D
作业时间（s）
作业元素
作业时间（s）
作业元素
表4-8 各项作业的后续作业数量
第三节 流水生产线平衡实例分析
无
空闲
9
K
K
空闲
8
J
J
12
G
G
G
G、J
12
F
F、G
F、G
F、G
9
C
4
无
空闲
11
B
B
B
J、B
12
I
B
I
I、B
12
H
B、C
H、I
B、C、H、I
15
E
3
无
空闲
45
A
2
无
空闲
50
D
1
紧后作业最多的作业
时间最长
的作业
可安排的
紧后作业
剩余时间
（s）
作业时间
（s）
作业
工作
站
表4-9 按作业元素时间最长规则安排作业
第三节 流水生产线平衡实例分析
计算流水线负荷率：
表4-10所示平衡方案C中工作站1、3、4负荷率均为%，工作站2也为%，流水线平衡达到了满意的效果，所以选用平衡方案C更好。
50
45
50
50
D
A
E, H, I, B
C, F, G, J, K
1
2
3
4
工作地负荷率（%）
工作地作业时间
工作地作业元素
工作地
表4-10 平衡方案C中各工作地负荷率
第三节 流水生产线平衡实例分析
二、重型汽车总装配流水线平衡设计实例
● 实例概述
● 重型汽车装配流水线工艺流程
● 产品及生产大纲
● 重型汽车总装配流水线平衡设计方案
第三节 流水生产线平衡实例分析
三、焊接生产线平衡实例
● 焊接生产线工艺流程及作业顺序
● 焊接生产线作业时间标准
● 焊接生产线平衡设计
第三节 流水生产线平衡实例分析
