1.2　混流装配线的主要形式

混流装配线是一种多品种、小批量的生产组织方式，使得企业对市场的快速反应不再依赖于成品的库存，旨在提高企业对市场环境变化的快速反应能力，实现“只在需要的时候，按需要的量，生产所需的产品”的目标。在汽车、柴油发动机等行业的装配生产过程中，大部分生产工序是相同的，更换产品品种时基本不需要调整生产线，因此，混流装配线生产方式在这些行业具有广阔的应用前景。

1.2.1　混流装配线布局

混流装配线布局是指在工厂内部对各生产设备和辅助设施的相对位置和面积进行合理安排；在装配线内部对各台生产设备的相对位置进行合理布置。为做好生产设施布置优化，首先要确定生产单位的构成，并要确定各生产单位采用的专业化形式。在以上过程中，将形成混流装配线的不同存在形式。

1. 影响生产单位构成的因素

1）产品的结构和工艺特点

企业生产的产品结构不同，要求设置不同的生产车间，如生产机电产品的企业，生产单位可由毛坯车间、零部件加工车间和产品装配车间组成；流程式的化工企业要求严格按照工艺流程的阶段设置相应的生产车间。即使是生产同类型的产品，不同企业的工艺特点也不尽相同，如齿轮厂的毛坯，可以采用模锻的工艺制道，也可以采用精密铸造的工艺制造，因而，根据企业的工艺特点可以相应地设置锻造车间或铸造车间，或者两种工艺车间同时设置。

2）企业的专业化与协作化水平

企业的专业化形式不同，企业内部生产单位的设置存在较大差异。采用产品专业化的制造企业，如汽车制造企业，要求企业内部设置较为完整的生产单位，通常设置有毛坯车间、零部件加工车间、热处理车间、产品装配车间。采用零件专业化的制造企业，如车轮厂，通常可不设置产品装配车间。采用工艺专业化的制造企业，如摩托装配厂，通常只设置相应工艺阶段的车间，只有部件装配车间、产品总装车间等。

随着社会分工的进一步细化，制造企业的专业化程度日渐提高，有大量的外协件需要其他企业协作生产，企业采用业务外包的方式组织优势制造资源，既可以减少企业自身的制造活动，又可以提高生产效率，进一步降低成本；同时，协作化程度越高，则企业内部的生产单位组成越简单。

3）企业的生产规模

企业的生产规模是指劳动力和生产资料在企业集中的程度。一般来说，制造企业规模越大，生产单位就会越多。大型制造企业的车间规模大，为了便于管理，同类性质的生产车间通常可以设置多个，如零部件加工一车间、零部件加工二车间等。对于中、小型企业，若生产规模较小，则可将零部件加工与产品装配设置在同一个车间。

2. 生产单位的专业化原则和形式

1）工艺专业化原则

工艺专业化原则是指企业根据加工工艺专业化特征设置生产单位，形成工艺专业化车间。在工艺专业化形式的生产单位内集中了完成相同工艺的设备和工人，便于同行之间进行技术交流以提高工作质量，可以完成不同产品上相同工艺内容的加工，如零部件加工车间、锻造车间、车工车间、铣工车间等生产单位。工艺专业化生产单位具有对产品品种变化适应能力强、生产系统可靠性高、工艺管理方便等优点，但由于完成整个生产过程需要跨越多个生产单位，因此也有加工路线长、运输量大、运输成本高、生产周期长、组织管理工作复杂等特点，而且变换品种时需要重新调整设备，因此耗费的非生产时间较多，生产效率低。

2）对象专业化原则

对象专业化原则是指企业根据产品建立生产单位。在对象专业化形式的生产单位内集中了完成同一产品生产所需的设备、工艺装备和工人，可以完成相同产品的全部或大部分的加工任务，如汽车制造厂的发动机车间、曲轴车间等生产单位。对象专业化生产单位便于采用高效专用设备组织连续流水作业，可缩短运输路线、减少运输费用，有利于提高生产效率、缩短生产周期，同时还简化了生产管理，但是对象专业化生产单位只固定生产一种或很少几种产品的设备，因而对产品品种变化的适应能力很差。

事实上，任何企业，特别是中小制造企业，单纯按工艺专业化形式或对象专业化形式布置的较少，常常同时采用两种专业化形式进行设施布置。工艺专业化原则适用于单件小批量的生产；对象专业化原则适用于大量大批生产。

3. 生产设施布置的原则

（1）车间的布置要能尽量避免互相交叉和迁回运输，以缩短产品生产周期，节省生产费用。

（2）联系紧密的单元的布置应尽量相互靠近。例如，零部件加工车间和产品装配车间应该尽量布置在相近的位置上。

（3）充分利用现有的运输条件和供电、供水等公共基础设施，如仓库在布置时尽量离公路、铁路、港口等近一些。

（4）根据生产单位的性质，以及安全、防火等要求，合理划分厂区，如生活区、办公区、零部件加工区、产品装配区、动力设施区等。尽量把居民生活区设在上风区，以减少污染。

（5）企业在进行初始布置时，应考虑有适当扩建的余地。

1.2.2　几种典型的布置形式

（1）固定式布置（Fixed Postion Layout）是指被加工对象位置不动，生产工人和设备都随着加工的进程不断向被加工对象转移。大型产品的加工、装配过程适用于采用这种布置形式。被加工对象体积庞大，质量很大，不容易移动，因此保持被加工对象位置不动，将工作地按生产产品的要求来布置，如大型飞机、船舶、重型机床等。对于这样的项目，一旦基本结构确定下来，其他一切的功能都围绕着产品而固定下来，如机器、操作人员、装配工具等。

（2）产品布置（Product Layout）就是按对象专业化原则布置有关机器和设施。最常见的是流水生产线或产品装配线。

（3）工艺过程布置（Process Layout）就是按照工艺专业化原则将同类机器集中在一起，完成相同工艺加工任务。

（4）成组制造单元布置（Layout Based on Group Technology）的基本原理是，首先根据一定的标准将结构和工艺相似的零件组成一个零件族，确定出零件族的典型工艺流程；然后根据典型工艺流程选择加工设备和操作工人，由这些设备和操作工人组成一个生产单元。成组生产单元与对象专业化形式十分类似，因而也具有对象专业化形式的优点。但成组生产单元更适用于多品种的批量生产，因此又比对象专业化形式具有更高的柔性，是一种适合多品种、中小批量生产的理想生产方式。

在实际生产中，一般都会综合运用上述几种形式，针对不同的零件品种数和生产批量选择不同的生产布置形式，从而形成线形装配线、U形装配线、双边装配线等多种混流装配线形式。

1. 线形装配线

传统的装配线一般设计成直线形，如图1-13所示。直线形装配线的设备设置按物流路线直线放置，容易实现自动化传输，工人劳动强度相对较低，但是平衡比较困难。也有企业将装配线布置为S、L、U形等，如图1-14所示，但这些装配线实质上是直线形装配线。

直线形装配线适用于几乎所有类型，包含小批量多品种、少品种大批量类型产品，其优点如下。

（1）能批量化规模化生产，生产效率高。

（2）物流流向单一，工序物料单一，物料配送及管理简单。

（3）工序分工明确，人员技能熟练度提升快，并且可以通过轮岗制培养多能工。

（4）工具设备投入少，一条线使用一套生产设备及工具。

直线形装配线也表现出较多缺点，包括以下几方面。

（1）产品切换时间长。

（2）生产线平衡率低。

（3）物料配送难度大。

（4）生产质量问题会导致批量返工。

（5）人员管理难度大，工序分工明确。

2. U形装配线

U形装配线的物流路线呈U形，进出料由一人控制，按工序排布生产线，作业人员多功能化，其中产品的上线点和下线点可以在同一个工位，其余各工位也都可以同时完成入口线和出口线的操作，如图1-15中的工位wk2包括入口线操作（3,4）和出口线操作（7）。

对比图1-13～图1-15可知，当节拍为12时，U形装配线所需要的工位更少，从而证明U形装配线可以具有更高的生产效率。为更好地描述U形装配线，将其用虚线形式附加到原始的优先关系图中，如图1-16所示。优先关系约束和影子约束分别对应U形装配时的入口线和出口线约束。在操作分配时，从虚操作0开始，按照优先关系向后分配得到入口线操作，或者按照影子约束向前分配得到出口线操作。在操作分配时，一定要遵循相应的约束关系，若操作（2, 3）已完成，则可按优先关系约束将操作（5）分配到入口线；若操作（5）已完成，则将操作（5）按影子约束分配到出口线；若操作（2, 3, 6）均已完成，则自由分配操作（5）。与直线形装配线相比，U形装配线上的每个操作既可按优先关系约束分配到入口线上，也可按影子约束分配到出口线上，每个操作具有更多的分配机会。操作分配的灵活性增加使U形装配线的平衡率更高，从而提高生产效率。

U形装配线适用于品种多、批量少，生产工序相对明确，工艺相对单纯的产品，其大小无关紧要，U形装配线可以人动产品不动，也可以人不动产品动。U形装配线的优点如下。

（1）可以相对减少作业场地。

（2）生产平衡率高。

（3）产品切换时间短，完全可以多到零切换。

（4）生产计划安排简单，可以根据标准工时直接将任务安排到个人。

U形装配线的缺点如下。

（1）不便于大批量生产。

（2）人员技能要求非常高，培养周期长。

（3）工具设备投入高，每人都需要一套完整的生产设备及工具。

（4）要有良好的物料支撑及物料配送体系，同样需要很好的物料配送人员。

（5）生产布局规划及工艺节点设计要求高。

3. 双边装配线

双边装配线如图1-17所示。它是对传统单边装配线的扩展，通过将原本单一的装配作业区域拆分成左、右两个相对独立的装配区域，工人在各自区域内并行、独立地进行装配作业。沿用简单装配线平衡中的表达方法，用“工位”（或工作站）表示工人的装配区域。那么对于双边装配线而言，它是由若干组左边和右边工位组成的。为便于交流，称双边装配线中一组左右对称的两个工位为一个“位置”（又称一对“伴随工位”），即双边装配线是由一系列“位置”组成的，而每个“位置”（p）又由左、右两个对称的工位（2p-1和2p）组成。这两个左右对称的工位又互称对方为自己的“伴随工位”。

双边装配线一般常用于汽车、装载机等大型产品的装配。对这些产品而言，它们都拥有较大的装配作业空间，可供工人们在装配体的左右两边并行、独立地进行装配作业。而不会因为装配空间的缘故，出现工人相互等待，“变相”地退化为单边作业等情形。出于安全、成本和技术等因素的考虑，双边装配线上左右两边的工人一般限定在自己的工作区域内独立进行装配作业。因此，在分配任务时，需要考虑该任务装配作业所处装配体的区域。例如，在装载机的装配过程中，像机油冷却器、左轮胎等安装在机体的左侧，需要安排左边的工人进行装配；像滤清器、右轮胎等安装在机体的右侧，需要右边的工人来进行装配；而像储气罐、传动轴等安装在装配体的中间部分，左右边的工人均可进行装配作业。

双边装配线与单边装配线相比，有以下优点。

（1）能缩短装配线长度，减少产品从投入装配线到产出的时间。在双边装配线中，由于双边工位中无优先关系约束的任务可并行装配，可充分利用时间；而单边装配线中装配任务在时间轴上并无重叠，增加了产品的装配时间。由于双边工位的存在，若忽略产品任务之间的优先关系约束，则理论上可减少装配线一半的长度。若考虑优先关系约束，则可在一定程度上节约装配线占地空间，提高生产空间的利用率。同时缩短了产品的生产周期，提高了企业的市场反应能力，从而直接提高企业竞争力。

（2）能提高某些设施、设备的共享率，减少固定资产投入。在双边装配线中，由于双边工位的安排布局，使得任务之间排列更为紧凑，若某些装配相似程度高的任务处于同一工位或同一位置中，可共享一些设备和工具。例如，在双边装配线中，在进行可并行操作且对夹装有相同要求的装配任务时，只需一次夹装即可，减少了夹具的开关、工件的换装次数，降低无效劳动时间；并且可以减少企业对工装、夹具的投入。

（3）减少无效劳动时间，提高装配效率。由于双边工位的存在，使得某些需要变换装配方位的任务在双边装配线中可直接由此任务所在操作方位的工人完成装配任务，减少工件的移动与工人的位置变动，降低无效劳动时间。