第1章
混流装配线生产计划

1.1　混流装配制造行业

当今世界范围内的机械产品市场发生了巨大的变化，制造企业之间的竞争日趋激烈，决定制造企业竞争力的主要指标包括新产品开发时间（Time）、质量（Quality）、成本（Cost），以及相应的服务（Service）、环境污染程度（Environment）。特别是随着现代科学技术的迅猛发展，产品生命周期大大缩短，使产品尽早上市成为企业竞争的首要目标。同时由于用户需求的多样性，单一品种、大批量的生产已不再适应用户对产品的多样化需求。在新的市场环境中，企业需要探索一种新的生产模式，使其能够以大规模生产的效益进行同一类型多种产品的生产。为满足这样的实际应用需求，多品种混流生产模式应运而生，它根据用户的定制化需求，用大规模生产的效益完成特定产品的生产，从而实现用户的个性化需求和企业的大规模生产能力的有机结合。

20世纪初，Henry Ford创立了汽车工业的流水生产线，引发了制造业的根本性变革，拉开了流水生产的序幕。在随后的近一个世纪中，无论是在制造业中，还是在服务行业中，流水生产方式都取得了非常广泛的应用，流水生产无论是在内容上，还是在形式上，都在不断地发展。20世纪80年代出现的“准时制”生产方式，使流水生产方式从单一品种流水生产向多品种混合流水生产发展。单一品种流水生产方式考虑的主要问题是生产效率的不断提高，而混合流水生产方式不仅要注重生产效率的提高，而且要注重生产与经营一体化的管理思想，这是生产组织方式的一大进步。大批量定制技术使流水生产向更具柔性的方向发展。当前，制造业市场竞争的全球化和产品需求的多样化对企业生产提出了更高的要求，这些要求主要包括更多的产品品种、更低的生产成本和更高的产品质量，以及更短的产品生命周期。因此多品种混流生产成为一种趋势。

近二三十年来，混流装配线在日本、美国、欧洲发达国家等地区已经被广泛采用。混流装配线上生产的产品通常都是结构和工艺相似，但规格和型号不同的系列产品，以保证能够在现有生产设备、生产线组成和生产能力不做大的变动的前提下，在一条流水线上进行多品种产品的混流生产。混流装配线提高了生产过程柔性及工装夹具更换过程的效率与经济性，产品的生产批量可以很小，甚至是进行单件生产。对于标准化的产品，可以进行大批量生产；对于客户定制的非标准产品，可以进行单件小批量生产，以满足顾客需求的个性化和多样性。与传统单一品种流水生产线相比，混流生产线具有更高的灵活性。对于多品种小批量的生产，混流生产是一种非常适合的生产组织方式，能够使企业对市场需求做出快速反应，而又不再依赖于成品的大量库存，可以有效提高企业的快速反应能力，从而实现“只在需要的时候，按照需要的量，生产所需的产品”的目标。针对这一目标，混流装配线通常需要满足以下条件。

（1）装配线能够快速而经济地更换工、模、夹具。

（2）共线生产的多种产品的结构和工艺要标准化和系列化。

（3）要有完善的生产计划体系，能够实现混流生产计划的快速编制。

（4）各个生产环节能够实现快速协调和衔接，从而实现同步化生产。

（5）生产线工人能够掌握多种操作技能。

目前，满足以上条件的典型装配制造行业主要包括汽车制造业、柴油发动机制造业、减速机制造业、电子产业等。

1. 汽车制造业

当今汽车制造领域，大规模的装配生产模式固然具有生产成本上的优势，但随着客户需求多样性和快速变化性的加剧，企业之间的竞争以前所未有的速度和激烈程度在全球范围内展开，产品技术寿命和市场寿命缩短，以单一品种、大批量、连续且缺乏柔性为特征的大规模装配生产模式越来越不能适应当前及未来市场的需求；而以兼具规模和客户化的多品种、小批量柔性装配生产方式备受业界青睐。在汽车制造过程中，装配线的应用尤为重要，其主要通过将产品装配工艺的要求进行分解，然后将汽车装配所需的工作按照先后顺序分配给工位并进行排列，使得被装配的对象按照固定的节拍通过装配线的各个工位，在每个工位或工作站上都在基础结构的基础上增加装配一些零部件的生产形式。根据生产线上产品结构配置或种类数量的不同，可以将汽车装配线分为单流装配线和混流装配线两种类型。

图1-1所示为某企业汽车装配生产线。

单流装配线上装配的产品的品种通常只有一种，呈现单一化的特点。在进行汽车装配时，装配线通常不需要进行大的调整，零部件供给的方式也相对比较简单。正是大批量生产的社会背景催生了单流装配线。随着消费者产品多样化需求的增长，汽车制造业企业开始采取大规模定制的生产方式，以满足客户多品种、小批量多样化的需求，混流装配线也就应运而生。由于混流装配线上的不同产品需要使用不同的零部件、夹具和原材料等，可能使用不同的装配方式与工艺，这当中的频繁切换容易增加漏装和错装的风险，这些因素都加大了混流装配线设计优化的难度。另外，在装配线的物料供应方面，各种零部件的供给方式不同，因此会造成各工位操作的复杂性。与传统的单流装配线相比，混流装配线具有以下3个显著特点。

（1）混流装配线是动态变化的，而单流装配线是静态不变的。混流装配线需要按照生产计划的变动对生产线进行相应的调整，如喂料系统的调整、工位所负责任务的调整、夹具的变换等，以适应生产计划的变动。

（2）单流装配线的装配对象是单一的，而混流装配线的装配对象是会变化的。通常来说，在设计之初，单流装配线负责装配的产品就已经确定了，投产后也通常不会对装配线的结构进行大的调整；而混流装配线所生产的产品的类型和数量都是按照客户订单的要求进行不断调整变化的。

（3）单流装配线体现了“以制造为中心”的管理理念；而混流装配线体现的是“生产与经营一体化”的管理理念，也是组织生产方式的变革。

图1-2所示为某汽车混流装配车间布局图。

由于混流装配线具有独特优势，其在汽车生产制造过程中得到了充分的发展与应用。当前，国内大型的汽车制造公司，如第一汽车集团公司、东风汽车公司、上海汽车集团有限公司及中国长安汽车集团股份有限公司等，这些企业的混流装配线经过多年的发展，规模趋近完整，装配效率较高。

2. 柴油发动机制造业

柴油发动机是内燃机行业（包括内燃机配附件行业）中的重要细分产品，是我国机械工业中跨行业、跨部门最多的一类关键制造装备。各种类型的卡车、客车、农业机械、工程机械、船舶、铁道机车、地质和石油钻机、发电设备等都以柴油机为配套动力。在世界范围内，柴油机的保有量一直位居动力机械产品前列，许多国家都将柴油发动机视为传统产业改造升级的重要基础设施和关键技术手段。在我国，柴油发动机生产企业一般分为独立型生产企业（如广西玉柴集团、安徽全柴动力等）和非独立型生产企业（如一汽集团、江铃汽车等）。

图1-3所示为柴油发动机生产线。

目前，柴油发动机企业主要在装配阶段生产多种型号的发动机产品，以满足外部市场的多样性需求。因此，装配线生产过程在柴油发动机企业的运营管理中有着极为重要的地位。图1-4所示为某柴油发动机生产企业中典型的装配车间布局图。

柴油发动机装配车间内包括内装线和外装线。内装线主要完成内部机体的总装操作，外装线完成外部机体的总装操作。其中，内装线包含的工位区域最多、生产周期最长、生产过程最为复杂，它既根据生产计划完成柴油发动机产品的装配与交付，也对活塞连杆分装线、缸盖分装线提出物料需求，拉动分装线的生产计划。因此，柴油发动机装配线一般泛指机体总装线，它的生产过程通常具备以下特点。

（1）订单驱动型生产方式。柴油发动机的按时交付影响着整车企业中的动力总成装配环节，对整车企业产能有着决定性作用，因此客户订单的按时交付能力是整车企业选择柴油发动机供应商的主要评价指标，也是柴油发动机生产企业的核心竞争力。目前，柴油发动机装配线普遍采用订单驱动型生产方式，根据客户订单需求组织装配线生产过程，以满足客户订单对机型、数量、生产期的需求为首要生产目标。

（2）多种机型混线生产模式。由于整车在排放量、功率等方面的多样化技术需求，柴油发动机企业需要为客户企业提供多种型号的发动机产品。同时，由于大部分客户订单的需求量在10台以下，企业面临的小批量生产任务繁多。目前柴油发动机装配线通过混流装配线生产多种型号的发动机产品，以提高对客户订单的交付能力。考虑到不同型号的发动机产品存在装配时间与物料消耗的差异性，混流装配线装配过程需要实现工位负荷平衡和物料消耗平顺化等均衡生产目标，提高装配线生产效率。

（3）工位能力柔性。柴油发动机装配线目前主要采用单边移动式装配方式，当发动机在传送设备上移动时，由工人位于装配线的一侧完成装配操作，并且这些工人多数为多能工，具备在多个工位完成装配操作的技术能力。在编制装配线生产计划时，可以根据生产节拍调整工位区域的工人数量，使工位能力满足生产节拍需求，即利用工位能力柔性提高了柴油发动机装配线对产能需求的适应性。

3. 减速机制造业

减速机制造业发展前景广阔，同时行业竞争激烈，能够在保质保量的情况下给客户供货，是企业赢得市场的关键。装配阶段对减速机装配线的优化设计对整个减速机的生产流程起决定性作用，能够有效减少时间，提高效率，保证交货。减速机装配过程具有以下几个特点。

（1）产品结构复杂。减速机的产品结构复杂，要求体现客户个性化的需求和生产经济性的需要，种类一般较多，技术含量较高，需要装配线、人员等有足够的灵活变通能力。

（2）生产组织复杂。在装配过程中，为了确保产品及时装配，必须保证物理的齐套性，这就需要外购、外协件的准时到达，加工件生产进度的有效控制，避免缺件引起的交期延误、在制品积压；还应实行零缺陷的生产准则，避免不合格的零部件流向装配线，避免错装、漏装引起的返工，严格进行质量把关。

（3）自动化水平低。对于减速机，由于装配的复杂性，自动化水平较低，大多数仍采用手工装配的方式，产品的质量和生产效率很大程度上依赖工人的技术水平。

减速机的生产方式为多品种、小批量，使得生产组织方式既不能组织单一品种的装配线，又不能较好地组织轮番生产的装配线作业。而混流装配线适合多品种、小批量的准时制柔性生产要求，通过将各类产品进行细致的分析，根据工艺要求的相似性进行分类组合，以便进行混流装配生产。

以某生产全系列减速机为主的德国独资企业为实际案例背景，该公司拥有全亚洲最大且最先进的装配中心，它的占地面积高达2.7万平方米，纵向主要由收货区、立体仓库、装配线、检测区、喷线区与发货区等区域组成，横向主要由装配大、中、小型产品的3条总装线构成。其中，标准齿轮减速机的总装线（简称总装线）采用混流装配线的生产组织形式，也是该公司唯一的混流装配线，实现了单件流的生产，装配线上还配备了先进的现场管理系统及Andon控制系统，可以实时获取工人和产品的信息，进行订单跟踪和进度控制，以及生产数据的收集和分析，使得装配线上的问题可视化并得到快速解决，以保证生产的顺利进行。总装线为直线形布置，采用步进式输送方式，固定装配作业，各工位同步传送。如图1-5所示，减速机被放置在装有输送链条的可移动工作台车上，当装配线上的所有工人均完成相应的装配任务后，启动输送装置将工作台车沿轨道送至下一工位，固定后进行后续作业的装配。为了便于实现装配线的同步输送，同时装配线的所有工位等距离布置，将线上所有工作台车平拉一个工位距离。每个工位上配备一名装配工人，采用手工装配的流水作业方式。各工位的装配节拍应尽量保持一致，整条线的装配节拍为最慢工位的装配节拍。

总装线上共有5个工位，并预留两个工位以追加投资扩大产能，如图1-6所示。混流装配线上生产的产品型号有A、B两种，两者的装配工艺相似，有着许多的公共装配作业，只是个别的装配作业存在区别，公共作业的装配时间相同或略有差别。

在标准齿轮减速机的混流装配线设计时，产品A、B的需求比例为1﹕5，经过一年多的运行，两种产品的需求比例变为了2﹕1，有些装配作业元素的作业时间也产生了较大的变化。产品A、B的优先关系图及装配元素的作业时间变化如图1-7和图1-8所示。其中，左边的黑色数字为初始值，右边的浅色数字是一年后重新测定的装配作业时间。

从图1-7和图1-8中可以看出，A、B两种产品的装配工艺相似，有许多相同的作业，也有各自特有的作业，大部分的公共作业的作业时间并不相同，这主要是由于不同规格型号的产品、装配量及复杂程度是不尽相同的。此外，运行一年以后，因为工人的熟练程度在不断地提高，绝大部分作业的作业时间得到缩短，使得装配线的工作效率得到极大提升。

4. 电子产业

电子产品与人们的生活密不可分，大到国防、航天，小到半导体收音机、手机等，已经成为生活中不可或缺的部分。我国电子产业持续保持快速发展，产业规模、产业结构技术水平得到了大幅度提升。同时，随着电子产品的种类与需求量日渐增多，电子产品的设计变更越来越繁杂，产品开发工艺越发复杂，制造线体也越来越多样复杂。传统的电子产品装配生产线已经无法满足市场的需要，混流装配线在电子产品领域的应用进一步加深。

以某公司某型号便携式计算机的生产装配线作为介绍背景，该便携式计算机具有一定典型的特征，其主要是由LCD模组、上盖模组、主板模组和关键零部件等组成的。为在排站时减少料件过多地占用作业空间而影响生产作业和不良率增加，在实际排站时，会根据图1-9～图1-12所示的各模组装配生产优先关系图，分别按照便携式计算机常用的模组进行排站，这样不仅降低了排站的计算难度，也提高了生产过程柔性化水平。