TL减速器厂装配线平衡问题的研究精灵论文

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1、TL 减速器厂装配线平衡问题的研究吕秀杰，刘露（辽宁工程技术大学 工业工程系，辽宁 阜新 123000）5摘要：装配线平衡即是对产品转配的全部工序进行平均化，调整作业负荷，以使各作业时间 尽可能相近的手法与手段。本文主要运用装配线平衡的方法对 TL 减速器厂的一级圆柱齿轮 装配线进行了平衡研究，分析一级圆柱齿轮的装配过程，对现有的工作站进行分析研究，通 过计算装配线平衡的参数，评价现有减速器装配线的平衡效果。应用启发式算法中的最大候 选原则法对其进行改善。求出改善后的工作站分配，进行装配线平衡，对改善后的装配线进10行评价。关键词：减速器；装配线平衡；最大候选原则中图分类号：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引言装配线平衡是指在工艺条件等约束下，将有限的任务集合分配到一定数量的工作站中， 以使每个工作站的作业时间满足一定的节拍要求，减少工作站的闲置和过载时间，实现生产 线的符合平衡和物流平衡。1随着经济的发展，各种产品逐渐进入买方市场，市场竞争异常30激烈。企业要在市场中立于不败之地，就必须不断降低成本，提高生产效率，对市场的需求 变化要能做出快速的反应。随着 IE 技术的不断发展和光放的应用，如何提高装配线的整体 效率，减少工序间的在制品数量，追求同步化的生产越来越受到人们的重视。采用合适的方 法对装配线进行平衡就是实现这一目标手段之一。装配线改善

6、的基本原则和方法应该是对瓶 颈工序进行作业改善，如增加工装，工装自动化等；将瓶颈工序的作业内容分担给其它工序35增加作业人员；合并相关工序；重新进行工序排布，将作业时间较长的工序，将该工序拆分 以满足平衡生产线的需求。只要平衡率提高，人均产量也会提高，单位成品的成本就会随之 下降，满足企业的效益需求。21TL 减速器厂的介绍TL 减速器厂是一家成立有 20 多年正在迅速发展中的工厂，随着先进技术的支持，现在40已经发展成为国家减（变）行业的领头企业，该厂现在生产各种类型各种型号的减速器，因作者简介：吕秀杰，女，讲师，工业工程通信联系人：刘露（1988），女，学生，工业工程. E-mail: l

7、lwonderfullove为技术较好，所以生产出的减速器质量也是比较好的，赢得了很多客户的一致好评，所以现 在该厂的减速器需求量越来越多，但是随着产品销售的越来越好，该公司现有一个问题，那 就是生产线效率不高，满足不了市场的需求，经过调研和现场观察发现，这个生产瓶颈主要 出现在减速器装配线这一地方，如何提高该减速器厂装配线的生产效率是该厂所迫切需要解45决的问题，在这里可以利用工业工程的知识来解决 TL 减速器厂所面临的问题。2减速器装配线的现状分析由于固有的厂房流水线的限制，使得装配线非常不平衡。瓶颈资源限制企业的产出，造 成非瓶颈资源的大量闲置，严重影响企业的生产效率，造成企业的柔性不足

8、。在现代制造系 统高速发展的情况下，使得企业在市场竞争中十分被动。所以对于减速器的装配车间来说。50进行装配线的平衡问题的研究就尤为重要。32.1减速器的结构为了能够直观的了解减速器的装配过程，现将该厂生产的一级齿轮减速器的总装配图一 级主要零件的结构图如图 1 所示。55图 1 减速器装配组件Fig. 1 Reducer assembly components该型号的一级圆柱齿轮减速器，由上箱体、下箱体、输入轴组件、输出轴组件、和其它60箱体外零部件组成的。 现将其装配过程简要描述如下：（1） 将 1 个平键、1 个传动齿轮、两个轴套、两个滚动轴承一次装入输出轴。（2） 将装配好的输出轴装入

9、下箱体（3） 将 1 个传动齿轮、2 个轴套、2 个滚动轴承等零件依次装入输入轴。65（4） 将输入轴组件放入下箱体，调整输入轴组件和输出轴主件的相对位置。（5） 将轴承盖装在两个传动轴组件上。（6） 将上下箱体合并。（7） 将油塞、螺丝等附件装入箱体。（8） 将装配好的减速器放到指定位置。702.2减速器的装配流程分析（1）装配前的准备工作。现在可以大致估算一下，这个减速器厂若能每天生产出 1097 台减速器，则其在货品积压较少的情况下能够获得较大的利润。所以，在每个工作日，首先 按照要求的 1097 台来计算，依据产品的装配图在仓库领取所有需要的专用件和标准件。由 工程专门勤杂人员进行集中

10、区毛刺、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 装配钱准备工作Tab. 1 Preparations for the assembly of money元素代号作业单元内容作业时间/s1按产品总装图领出所用专用件和标准件2402所有零件去除毛刺25603对零件进行清洗3604对零件进行烘干4005分配零件给各工作站410这些准备工作，由于不属于装配流水线的作业，所以在进行装配线平衡的过程中可以不80予研究考虑。（2）减速器装配流水线的装配过程如表 2 所示表 2 装配过程表Tab. 2 Table assembly元素代号作业单位内容作业时间/s紧前工作1将下箱体放到

11、平台上3.222将平键装入输出轴3.833将传动齿轮装入输出轴2.2424将两个轴套装入输出轴3.9335将两个滚动轴承装入输出轴3.9246将输出轴组件装入下箱体1.831,57将传动齿轮装入输入轴3.328将两个轴套装入输入轴3.9379将两个滚动轴承装入输入轴3.92810将输入轴组件装入箱箱体3.516,911将上箱体放到平台上3.2212将上箱体装到下箱体上2.6410,1113将轴承盖装入输出轴两端并调整4.841214将轴承盖装入输入轴两端并调整4.841215将透视盖装入上箱体17.241116将透气螺栓装到透视盖上5.221517装输出轴轴承该螺栓15.641318装输入轴轴

12、承盖螺栓15.641419装箱体螺栓16.461220装油塞5.24121装游标尺5.32122将成品放到指定位置3.1216,17,18,19,20,21ti 85133.1依据其装配过程，可以画出减速器装配过程的优先图，如图 2 所示。212011317023456101214182278919111516图 2 减速器装配优先图90Fig. 2 Reducer assembly precedence diagram in Figure 22.3现有工作站的分配情况现有减速器装配车间大致是根据不同分工进行的工作地划分，整个装配流水线被分为 4 个工作地，每个工作站由一人负责。其中工序 1,

13、2,3,4,5,6,7,8,9,10 为工作站 1；11,12,15,16 为工作站 2；13,14,17,18,19 为工作站 3；20,21,22 为工作站 4。这里因为 0 是前期准备工作，95不予考虑。 该分工依据是将不同种类的工作分配给不同的工作站，由同一人完成某到工序所有的工作。例如，工作站 1 完成输入轴组件和输出轴组件的安装，并将两个组件装入下箱体；工作 站 2 完成的是上箱体及其部件的安装；工作站 3 完成的是箱体螺丝的安装；工作站 4 完成的 是下箱体小部件的安装，并且收集成品的工作。工作站的分配情况如图 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图 3 减速器装配工作站分配图（改善前）Fig. 3 Reducer assembly workstation allocation map (before improvement)这样分配没有考虑到装配线平衡的问题。装配线上存在着瓶颈工序，在运输轨道上有在 制品等待加工，有的地方有工人等待的现象。出现忙闲不均，工人矛盾严重。各工作站的负 荷情况如图 4 所示：图 4 工作地

15、负荷图（改善前）Fig. 4 Work to load map (before improvement)由图可以很容易看出，工作站 3 的工作负荷较重，而工作站 4 的符合相对较轻。工作站3 直接影响了产品的生产效率，为装配线的瓶颈工序。各工作站的作业时间相差悬殊，浪费 了时间，致使产量不高。2.4现有工作站的数据统计1152.4.1计算工作站时间的损失系数 L由分析可知，现有的装配线的工作节拍为工作站 3 的工作时间，即为 r=56.6s，即可算 出该装配线的时间损失系数。sS r Tei 4 56.6 133.1 = i =1 100% = 100% = 41.2%L S r4 56.61

16、202.4.2计算装配线的平衡率 PP = 1 L = 1 41.2% = 58.8%2.4.3计算工作站的平滑系数 SITemax 为工作站的瓶颈工位时间即各工作地中作业时间最长的那个值，为 56.6s。Tei 为 各工作站的工作时间，可计算出该装配线的平衡系数。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数据分析有以上得到的参数可以分析出现有装配线的平衡情况，（1）时间损失系数：时间损失 系数 L 10% 时较优；时间损失系数10% 20% 时

17、，评价结果为差；（2）平滑系数：平滑系数 SI 越小越好，理论值 SI = 0 时， 装配线的作业完全均衡，为理想平衡状态现由计算所得的时间损失系数 L 为 41.2%20%，说明现有装配线的时间损失较大，平 衡率 P=58.8%，较小，说明现有的平衡效果很差。而且其平滑系数 SI 为 55.49，很大，综合 分析图 6 的工作站负荷图，可知现有的装配线及其不均衡，忙闲不均现象很严重。所以该厂 的装配线急需进行改善。43对现有的装配线进行改善装配线平衡改善的基本原则是通过调整工作的作业内容来使各工序作业时间接近或减 少这一偏差。具体实施的可以遵循如下的方法：（1）首先应该考虑对瓶颈工序进行作业

18、改善；（2）瓶颈工序的作业内容分担给其它工序；（3）增加各作业人员，提高了平衡率，人均产量就提高了，单位产品的成为也随之下 降；（4）合并相关工序，重新排布生产工序，在作业内容较多的情况下容易拉平衡；（5）分解作业时间较短的工序，把该工序安排到其它工序当中去； 问题分主次，具体情况具体分析，对于 HL 减速器厂装配车间的平衡问题改善来说，应145该通过工作站进行相关的合并或者分解重排，以达到生产线平衡的目的。3.1计算该装配线的生产节拍根据所收集的资料，减速器装配车间的计划日产量应该达到 1097 台/每天，才能满足市 场的需求。现在的车间为单班制生产，计划每天生产 8 小时，每班计划有 30

19、 分钟的停班时 间，即有效时间为 450 分钟，产品的计划部合格率为 2.5%。则生产节拍 r：计划期内有效工作时间 F r = = 0 =450= 24(秒 / 件)计划期内产量N 1097 (1 + 0.025)150155但是在实际中由于装配线的有效性不可能达到 100%，所以在实际装配线上要求节拍应 该小于理论节拍。而对于这种小型的一级减速器来说。他是属于手工装配线，其机械故障相 当少，故其有效性接近于 100%。所以其实际节拍也接近理论节拍。在进行工作站划分时， 只需要求各工作地作业时间小于 24s 即可。3.2装配线工作站数如果需要装配一定批量的产品，则装配线的节拍为 24s。由此

20、可以计算出装配线上需要 的最少工作站数。 i t S =133.15.55 6min = = r 24160165170175所以进行装配线平衡，所需组织的工作站的数目是 6 个。3.3组织工作站的约束条件减速器装配线上的约束主要有以下几种：（1） 位置约束：所谓的位置约束是指作业必需在某一特定位置上完成的限制。（2） 固定工具的约束：在装配作业中，有些作业需要使用一些固定工具才能完成， 存在一定的约束。（3） 疲劳作业约束:在减速器的装配作业中，有个别的作业强度大，操作员融化工艺 疲劳，所以要尽量避免两个或两个以上的疲劳作业分配给同一个工位。3.4工作站的分配3.4.1分配原理简介 这里应用

21、的是最大候选原则对工作地进行分配，该规则规定根据最小理论装配元要求的作业时间值分派工作站的作业，选择装配作业元。它是最简单的选择规则，其实施装配线平衡步骤如下：步骤 1，根据Ti 值由大到小的排列。步骤 2，按照排列顺序，从上到下选取满足有限约束，但所占用的Tc 值总和不超过作 业循环时间Ti 值的可行装配元配置在第一个工作站上。步骤 3，重复步骤 2，知道合理分配到 Ti Tc 为止。步骤 4，重复步骤 2 和步骤 3，安排完第 2 至最后一个工作站。53.4.2分配工作站按照上述的步骤，对现有的装配线进行分配。其分配结果如下表 3 所示。180表 3 工作地分配表Tab. 3 Work a

22、llocation table工作站 装配单元 装配单元 ti / s工作地总作业时间 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 41916.46103.54122.6422.64工作地 51715.64134.8420.48工作地 61845.64144.84223.1223.6所以可以得到根据最大候选规则进行装配线平衡的工作地分配情况，如图 5 所示21201131702345610121418227891911

23、1516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图 5 工作地分配图Fig. 5 Work distribution map190各工作站的负荷情况如图 6 所示。195图 6 工作站负荷图（改善后）Fig. 6 Workstation load map (improved)3.5改善后工作站的数据统计3.5.1计算损失系数200sS r Tei 6 23.6 133.1 = i =1 100% = 100%

24、= 6%L S r6 23.63.5.2计算装配线的平衡率P = 1 L = 1 6% = 94%3.5.3计算工作站的平衡系数SI =si =1(Temax2 Tei )= (23.6 22.46)2 + (23.6 21.46) 2 + (23.6 22.46)2 + (23.6 22.64) 2 + (23.6 20.48) 2205= 4.223.5.4数据分析根据以上的计算所得，装配线的时间损失系数 6%，小于 10%，则该装配线的平衡效果较 优。而且工作地的平滑系数为 4.22 比之前的 55.49 缩小很多。根据图 8 中的工作站负荷图 已经可以较为清楚的看出，装配线的负荷较均衡

25、，忙闲不均现象较为改进之前有很大的缓解。2102152204改善成果的评价(1)不平衡时间损失的计算 时间损失为各工作地时间损失之和，各工作地的时间损失为装配线的节拍减去各工作地的作业时间。改善前的时间损失：T=(56.6-35.68)+(56.6-28.32)+(56.6-13.68)=92.12s改善之后的时间损失为：T=(23.6-22.46)+(23.6-21.46)+(23.6-22.46)+(23.6-22.64)+(23.6-20.48)=17.83s(2)产能和人均产能改善之前装配线的生产节拍为 56.6s，工作地为 4 个，计算出装配线每天实际可生产的 产量 N。计划期内实际

26、工作时间N =（ 为不合格率）节拍 （1 + ）由此可以算出产能N : N =450 60= 465 .4 465 (台 / 天 )56 .6 1 .025人均产能：n = 4654= 116 .25 116（台/ 天 / 人）改进之后，装配线的生产节拍为 24s，工作站的数目为 6 个，若一个工作站设置为一个 岗位工人，则需要 6 人进行装配作业。由此可以算出产能N : N =450 60= 1097(台 / 天 )人均产能：n = 10976= 18224. 83 1 . 025 183（台/ 天 / 人）225230通过计算可以得出，虽然改进之后工作站的数目增加了，相应的工人也增加，劳资

27、必然 增高，但是人均产能提高了很多，由原来的没人每天 116 台，到现在没人每天的 183 台，总 体来说，工人的生产率得到了很大的提高。相应的利润也跟着提高。技能满足市场的需求， 又能在一定程度上赢取了相应的利润。现将改善前后各评价指标的变化列表如下表 4 所示，以便较直观的看出改善的效果。其6中不平衡损失率和平衡率已经有前面的计算可以知道。表 4 改善前后评价指标对比表Tab. 4 Comparison Table before and after the evaluation to improve平衡率不平衡损失（s）不平衡损失率（s）产能（台/天）人均产能（台/天/人）改善前58.8%

28、92.1241.2%465116改善后94%17.836%1097183235综上所述，经过改善，进行减速器装配线平衡之后，在减少了增加了两名工人的情况下，减速器装配线的平衡率由原来的 58.8%提高到 94%。虽然因为增加了两名工人，成本增加了， 但是减速器每天的总产能和人均产能都有所增加。由此可以说明进行装配线平衡的研究可以 提高企业的生产效率，改善装配线上的忙闲不均的现象，提高工人的人均产能，增加企业的 利润。2402452502555结论在现如今的工业生产活动中，零组件的快速加入最终产品的迅速装配式两件同等重要的 事，尤其装配生产线的规划水准与实施绩效，更直接影响最终产品的产出速度。采

29、用合理的 装配线研究方法有助于提高转配效率。工业工程的理念就是持续的改善，尽管现代 IE 应用 及其广泛，但制造业仍然是最主要和有代表性的一个领域，应用现代 IE 对生产线平衡问题 进行研究，可以使生产系统投入要素得到有效利用，降低成本，提高生产率，获得最佳经济 效益，让企业在社会竞争中立于不败之地。参考文献 (References)1 罗振璧.现代制造系统M.北京：机械工业出版社，2004.2 汪应洛，袁志平.工业工程导论M.北京：中国科学技术出版社，2001.3 范中志，张树武，孙义敏.基础工业工程（IE）M.北京：机械工业出版社，1993. 4 陈荣秋，马士华.生产运作管理M.北京：机械工业出版社，2006.5 白东哲.生产系统现场工作研究M.北京：机械工业出版社，2004.6 郑晓明，吴志明.工作分析实务手册M.北京：机械工业出版社，2002.