西筑公司装配线平衡研究毕业论文.doc
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1、毕业论文西筑公司装配线平衡研究毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存
2、毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 1 绪论1.1 选题背景和意义1.1.1选题背景工业企业生产任何产品都要经过一定的生产过程,如何合理有效的组织生产过程是企业生产管理的主要内容。通过对各种生产要素以及生产过程各环节、阶段和工序的统筹安排,使它们在空间上能做到合理的配置,在时间上紧密衔接,是生产过程组织的主要目标【1】。本课题来源于西安筑路机械有限公司(简称:西筑公司)提出的摊铺机装配线平衡研究。本文针对西筑公司装配车间摊铺机装配线,对装
3、配线现状进行分析和研究,主要改进装配过程中的装配、检验、运输、储存和等待等环节,运用分支定界法对改进后的作业单元进行了优化组合,重新划分工位,缩短装配周期,减少在制品堆积,降低产品成本,提高生产率。1.1.2研究目的及意义通过对本论文的研究,运用生产与运作管理和工业工程相关理论与知识,优化西筑公司摊铺机装配线,提高劳动生产率和设备利用率,加速资金周转,降低产品成本,减少在制品堆积,提升员工士气。使摊铺机装配线以最小的时间消耗,保持较大的流量,实现摊铺机装配线的优化。培养理论联系实际,综合运用相关知识,解决实际问题的能力。1.2研究内容及思路1.2.2 主要内容在综述国内外关于装配线平衡的研究现
4、状和研究装配线平衡的基本原理和方法的基础上,对西筑公司摊铺机装配线的现行方案进行分析和改进,对改进后方案做一定量化的评价。主要内容可分为以下几个部分:简要介绍国内外关于装配线平衡研究的现状,综述装配线平衡研究的基本原理和方法,并建立装配线平衡评价指标体系。介绍西筑公司以及摊铺机装配车间的情况,并对该公司摊铺机装配线现行方案进行分析。对该公司现行方案的装配、检验、运输、储存和等待提出改进措施。运用分支定界法对改进后的作业单元进行组合优化,并对最终优化方案进行评价。1.2.2 研究思路首先,阐述装配线平衡的目的和意义,并概述国内外关于装配线平衡研究的现状。建立装配线流程分析理论、装配线作业单元组合
5、优化方法和装配线平衡效果的评价指标体系。其次,进入西筑公司摊铺机装配线进行实地调研,分析西筑公司摊铺机装配线运行现状和存在的问题。最后,运用工业工程的相关理论和方法对该公司摊铺机装配线进行改进和优化,并对改进后的装配作业单元进行组合优化。运用装配线平衡效果评价指标体系对平衡结果进行评价。绪 论作业单元组合优化结 论理论综述流程要素改进改进和优化方案新方案评价其他因素改进流程要素分析理论单元组合优化方法平衡评价指标流程要素分析其他因素分析装配线平衡评价现状分析1.3论文结构框架图2理论综述2.1装配线平衡问题概述及研究现状2.1.1装配线平衡问题概述装配是机器制造的最后一部分生产过程,它包括装配
6、、调整、检验和试车等工作。机械产品的质量最终必须通过装配来保证。据统计,制造业中约有11%40%的熟练劳动力被装配作业占用,装配作业成本约占制造成本的30%50%【2】。由于装配工作对人的感知、技艺和工作经验的要求较高,其作业的复杂程度也比较高,目前装配过程的自动化程度还相当低。因此研究装配线平衡问题对于提高生产率、缩短生产周期、降低生产成本有重要的作用。装配线平衡问题的具体定义为:有一单元作业集,其元素之间存在时间先后的偏序时间约束关系;给定节拍CT(Cycle Time),在满足偏序约束的前提下,如何分配各单元作业,以组合成最少工位,并使各工位的最大作业时间不超过CT,以及他们的作业时间尽
7、可能相等【3】。单元作业之间的偏序约束关系可用下图来表示。如图2-152625716354图2-1 作业单元优先图每个结点表示一个单元作业,每个单元作业有作业时间和唯一的作业序号。作业顺序图中的每一条边表示一个先后顺序的约束关系,边的头结点表示的作业必须在尾结点表示的作业之前完成。生产线平衡要满足的基本约束【4】:节拍的约束:生产线节拍是生产相邻两件产品的时间间隔,每个工作站的总作业时间不能超过生产线节拍;优先关系的约束:优先关系是由产品设计和生产工艺所确定的作业元素之间的加工先后顺序。在生产线平衡中当且仅当一个作业元素的所有紧前作业元素被分配完毕,这个作业元素才能被分配;其它方面的约束:由于
8、场地、设备的限制,一些作业元素只能被分配到固定的工作站。生产线的平衡问题的约定【5】:一个作业单元是不可再细分的最小自然作业单位;一个作业单元只能而且必须被分配到一个工作站; 一个作业单元可以被分配到任一个工作站进行加工,而无其它技术限制,作业单元的加工时间不依赖于所在的工作站。装配线上有多个工位,各工位并行作业,工件串行的依次进入各工位。在批量生产中,工件在工位上的移动按时间组织理论中的平行移动方式移动,即一种固定间隔期的移动方式,这个固定间隔期就是装配线的装配节拍(Cycle Time,简称CT)。如图2-21234时间CT工位 装配工时等待工时图2-2 工件移动示意图由图2-2不难看出,
9、各工位员工任务不一,在制品堆积现象严重,明显存在瓶颈现象,其后果必然是单件生产周期太长、产品产量低、员工士气低落、等等一系列问题。从整个装配线看,该装配线上工时流失现象严重,整条生产线的理论生产能力过剩,而瓶颈工位的实际生产能力已经满载,生产率低,设备利用率低,没有充分发挥装配流水线的优越性。为了消除这些问题,必须对装配线进行再改进和优化。实现在空间上和时间上更合理的组织生产过程,提高劳动生产率和设备利用率,缩短生产周期,减少和消除物料、半成品周转场所,消除瓶颈,提高作业率,加速资金周转,降低产品成本,稳定产品质量,提升员工工作士气、改善作业秩序【6】。2.2.2装配线平衡问题研究现状装配流水
10、线平衡(Assembly Line Balancing,简称ALB)问题最早由B.Bryton于1954年在他的硕士论文中提出,Salveson于1955年首先建立了单品种装配流水线的数学模型,并给出了模型的解法。目前流水线平衡主要应用于新建流水线的设计和现有流水线的优化与改进。从研究方向看主要集中在以下几方面:(1)给定工作站数,使流水线的节拍最小(ALB)【7】;(2)给定节拍,使流水线的工作站数最少(ALB)【8】;(3)使产品单件成本最低【9】;(4)使装配流水线的负载平衡【10】。在众多研究中,讨论最多的属ALB和ALB问题。经过50年的发展,现在已经有很多种流水线平衡算法。20世纪
11、六七十年代由Baybars,Ghosh和Gagnon提出的基于启发式算法的单品种的流水线平衡方法【11】;Bowman等人提出的基于整数规划的优化搜索算法的单品种流水线平衡方法【12】;Hadi和Erdal提出的二进制规则【13】;巢志骏等人提出的基于改进Fable算法的单品种流水线平衡方法【14】;宋华明、韩玉启提出的动态阶位算法解决联合U型装配线的平衡问题【15】;孟广耀等人应用最大候选原则解决鼓风机装配线平衡问题【16】;吴君华等人建立了装配线平衡问题的数学模型,并进行了相应的研究【17】。解决装配线平衡问题的算法远不止这些,还有如遗传算法、禁忌搜索算法、分支定界法、线性规划法等等。虽然
12、上述方法均可解决装配线平衡问题,但有一共同缺点,即:没有考虑某一作业单元是否可行、是否经济。他们仅从现有的作业单元的装配时间上进行了组合优化。张梨阳应用模特法平整轴承装配线【18】;范秀敏等人在分析装配线规划过程的基础上,提出了基于标准作业时间及系统仿真的装配规划方法【19】;陈友玲等人运用IE知识对发动机装配车间空间物流路线进行研究与调整,并对发动机总装线进行了工作研究和时间平衡【20】;崔存荣、余臻运用工作研究方法对KC-20空调器装配线进行了改进和优化【21】。而以上等人仅从实际生产着手,运用工业工程知识对装配线进行了初步改进,没有进行作业单元的组合优化工作。总之,针对装配线平衡问题,许
13、多学者从不同角度、运用不同方法对装配线平衡问题进行了研究。他们所做的工作大体可分为两类:从操作的可行性入手和从装配单元的排序入手。2.2装配线平衡理论 时间也是一种资源,进行装配线平衡的主要工作就是通过对装配线上作业单元的记录和分析,寻求最合理的装配方法,同时通过对作业单元的排序组合以达到减小装配节拍,确保装配对象的连续性,从而实现在空间上和时间上合理的组织生产过程,提高劳动生产率和设备利用率,缩短生产周期,加速资金周转,降低产品成本的目的。2.2.1流程分析理论在工业企业中,影响企业生产率的内部因素主要有:产品设计、生产系统设、生产规模、职工素质等等。以装配线为研究对象,影响生产率的因素主要
14、有装配流程五要素,即装配、检验、运输、储存以及等待。流程分析是通过对现有的工作方法进行系统的记录和严格的考查,运用“ECRS”原则进行分析,改进装配工艺和程序,改进装配车间的平面布局,经济的使用人力,降低劳动强度,从而实现装配线平衡的目的。装配:装配作业是装配流程的主要要素,没有装配,各零部件不会有机的组合成一个整体。为了实现装配合理化,首先要将人力、物力集中于装配,并使装配以外的其它要素在允许的情况下减少到最低限度。即相对增加装配工时在生产周期中所占的百分比。缩短装配作业时间,通常靠改善辅助设备和改进装配工艺来实现,有时也可以通过增加人力等手段来实现。检验:检验是将实物与标准进行比较的过程,
15、它是装配过程必不可少的环节,检验耗费一定时间,但它不能给劳动对象增加使用价值,因此希望这部分时间尽可能的减少。运输:运输是使物料发生位移的过程。在生产过程中,物料的运输占有相当大的比重,不可忽视。同检验一样,它不能给劳动对象增加使用价值,而只能给产品增加成本,因此,尽可能减少运输频率和运输距离。运输以作业现场为研究对象,对现场布置及物料和作业者的实际流通路线进行分析,常与流程程序图配合使用,以达到改进现场布置和移动路线,缩短搬运距离和减少运输频率的目的。储存和等待:储存和等待都是物料没有被装配、检验和运输,而仅仅搁在某处,让时间白白流失的过程。为了研究问题的方便,这里暂称储存和等待为间断。在生
16、产过程中,间断时间在总时间耗费中所占比重有时高达95%【22】,然而人们为了缩短产品的生产周期,往往在压缩工序作业时间上下工夫,而忽略了减少间断时间。间断之所以被忽略,还有一原因就是它不象装配、检验、运输那样有人和物的运动状态。间断虽然没外在的运动状态,但有着时间经过的静的现象,人们很少关心间断的时间量。一般可将间断做如图2-3的划分。图2-3 间断分类图 间 断 工作班外间断 节假日间断工序间间断非工作班内间断工作班内间断非工作班时间内间断有节假日间断和工作班外间断。节假日间断是国家规定的节日和公休日造成的生产过程的间断,不论是节假日间断还是工作班外间断,都可以根据生产任务的需要使之减少。如
17、加班、轮休或轮班制等等。工作班时间内间断在摊铺机装配线上突出表现为工序间间断。工序间间断是部件结束上一工序装配后等待再装配、检验或运输的滞留过程。工序间间断可以表现为部件装配在工作地之间的间断,也可以表现为摊铺机在装配线上工位之间的间断。工序间间断使在制品占用量增多,占用更多的库存,增加保管费用,造成流动资金的积压,成本上升,生产周期延长。从时间的角度考察,工序间间断有以下三种情况:恰好送到的情况,恰好送到是装配的同步化或工序的同期化即装配线平衡的理想状态,如图2-4a所示。如果前工位装配时间较小而后工位装配时间较大或者某部件装配提前期太长,都会形成过早送到的情况,如图2-4b所示。如果前工位
18、装配时间大而后工位装配时间小或者某部件装配提前期太短,都会形成过迟送到的情况,如图2-4c所示。过早送到的原因主要有:各工位装配时间不平衡;暂时性的故障干扰,如人员缺勤、材料不合格、机器故障等等;瓶颈现象的存在,瓶颈是最突出的装配线不平衡现象,它的存在导致整条装配线瘫痪,生产率受它的制约;订货变动,当某种产品的交货期推迟,根据生产调度决定停止该产品的生产,或由于临时追加紧急生产任务,使另一些产品的交货期延迟,同时发生在制品等待等问题;过早投料等,由于计划工作考虑不周,或者为了生产管理的方便而过早投料,即把部件装配提前期太长,形成部件总装前的等待。过迟送到的情况同样也影响装配线同期化的实现,导致
19、设备利用率低,生产率低,人员工作效率低,工时浪费严重等等。出现这些情况,在很大程度上与生产管理工作的不善有关,应大力加强生产管理工作。“ECRS”原则:取消(Elminate)为改善的最佳效果,如取消不必要的工序、动作等等,这是一种无需投资的改进,是改进的最高原则。合并(Combine)对于无法取消而又不必要者,看能否与其它工序合并,以达到省时的目的。如合并一些工序或动作,或将多人不同地点的操作改为由一人或一台设备完成。重排(Rearrange)经取消、合并后,可考虑对工序重排以达省时的目的。简化(Simple)经取消、合并、重排后可考虑能否采用最简单的方法及设备,以节省人力、时间及费用。最后
20、达到用最简单的设备、工具和最少的人力实现生产。时间a)恰好送到工位1工位2工位1工位2时间b)过早送到物料等待时间工位1工位2c)过迟送到图2-4 工序间断情况分析 2.2.2 作业单元排序方法针对装配线平衡问题,一般的当作业单元规模较小,最行之有效的方法就是枚举法。可是,随着作业单元规模的增加,枚举法就显得有些笨拙和不经济。可以从下表得到证明,首先假定计算机找出24个作业单元数的装配线最优解用时1秒。有表2-1:表2-1 作业单元规模用时比较表作业单元数242526272829求解用时(s)1256501755049140014250600可以看出,当作业单元数为29时,用时约等于165天,
21、一个明显的问题,用枚举法求最优解太浪费时间,不经济。分支定界法排除了枚举法的对不可行解的计算的缺点,仅在规定条件下的可行解范围内,通过比较,寻找最新活动结点,逐步缩小可行解范围,最终达到求解最优问题的目的。具有简单,方便以及手工求解快捷等特点,在作业单元排序方面得到广泛的目的。在手工求解排序问题方面有广泛的应用。利用分支定界法求解装配线作业单元排序问题,并寻找最新活动接节点的原理,首先求出可行的工位组合方案,然后一面依靠回溯检查,消除明显不良的工位组合方案;一面求出能使装配工序数为最小的工位组合方案。用分支定界法求最优时间平衡方案的程序如下:求第一可行解,列出所有可能作为第一工位的作业单元组合
22、。在进行工位组合时遵守的原则。求出各工位组合方案的流水线上可能的最少工作地数。它根据组合后剩余的作业单元时间总和求得,其计算公式为:式中 根据第1工位的作业单元组合方案求得的流水线上最少工作地数; 第1工位的作业时间; T 所有作业单元的时间之和。当为小数时,只能近似为较大的整数。当第1工位组合有多个方案时,可分别求得多个(,)。然后,从各组合方案中找出minNk1的方案,作为分支节点,在该节点进行分支。当各方案的相等时,选取工位时间。现以图2-1为例求时间平衡方案,假定CT=10。列出第1工位的方案:方案1-1:,方案1-2:,分别计算两方案的作业时间及值。 ;T=46; ;由于;,因此决定
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