工业工程专业产品装配生产线实验规划研究（已处理）

《工业工程专业产品装配生产线实验规划研究（已处理）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业工程专业产品装配生产线实验规划研究（已处理）（31页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、工业工程专业产品装配生产线实验规划研究 本科毕业论文 题目:工业工程专业产品装配生产线实验规划研究 学 院:机械自动化学院专 业:工业工程学 号:学生姓名:指导教师:日 期: 摘要 工业工程是一门注重实践操作的学科,因此工业工程实验教学是工业工程教学的一个重要组成部分。 论文根据武汉科技大学工业工程系生产线与物流实验室的实际需求,对实验室的实验方案进行设计。依照实验教学要求,设计出既能充分利用当前实验室软硬件条件,又能满足工业工程专业验证性、设计性、综合性、创新性实验教学的实验方案。所设计的实验方案将采用基础工业工程、生产计划与控制、设施规划与物流系统、人因工程等课程的相关理论与方法。其目的是

2、通过实验,加深学生对相关课程理论知识的感性认识,培养学生的工程实践能力、综合运用能力与创新能力。 论文首先介绍当前国内外工业工程实践教学进展。结合该校现有条件,对生产线与物流实验室进行总体规划,包括设施布局和各种实验类型设计。接着对电脑主机装配生产线实验进行总体设计,包括实验环境、实验原理、实验目的、实验对象、实验内容、实验过程、实验报告等。运用程序分析、操作分析、动作分析、时间研究等方法对实验过程进行详细设计,记录每个工位的双手操作动作和操作时间等数据,并运用模特法验证操作时间的有效性。计算生产线的平衡率,找到生产线瓶颈工序,并提出改进方案。根据改进方案重复上述实验过程。然后将两种方案进行比

3、较,确定改进方案的有效性。最后提出论文的不足之处和未来的研究内容。 关键词:工业工程,实验教学,工作研究,生产线平衡 Abstract Industrial Engineering emphasize on practice and operation, so Industrial Engineering Experimental Teaching is an important part of Industrial Engineering Teaching. This Paper is based on the actual needs of the production lines and

4、 logistics laboratory Industrial Engineering of the Wuhan University of Science and Technology, and to design the laboratory of experimental programme. According to the requirements of teaching, experimental program can be designed accordingly with the current hardware and software laboratory condit

5、ions, but also for confirmatory,design and comprehensive, innovative and experimental. Thus this programme should be designed by using the fundament way of industrial engineering , Production planning and control ,Facilities planning and logistics system ,Human Factors and other courses related to t

6、he theory and method. Its purpose is to deepen the perceptual knowledge of the students in theoretical knowledge of relevant courses, and train the engineering practice capacity, the integrated use of capacity, ability to innovate of students. Firstly, this paper introduces the current practice teac

7、hing of Industrial Engineering, and analyzes the progress of Industrial Engineering Teaching at home and abroad. Secondly, it designed the production line and logistics laboratory, including equipment layout and type design. Then, in accordance with the requirements of teaching, it designs a tentati

8、ve programme of experiments by using ways of process analysis, operations analysis, motion analysis, time study and so on to complete an initial experiments process. Then, follow the programme to do the experiments, record each movements operating in the hands and the operational time. By using of p

9、roduction lines balanced methods to analyze the date, find the bottlenecks and compare the situation. Finally, it based on the improved operation of the experiment, record the new dates, including the operation movement and operation of the improvement operation, and using the model law verify the e

10、ffectiveness of operating hours, and then determined to the effectiveness of the improved method by comparing before and after the improvement of the production line imbalance. In the end of this paper, the paper pointed out that further research area. Key words: Industrial engineering, Experimental

11、 teaching, Research work, Production line balance目 录1绪论11.1课题的背景及意义11.2工业工程实验室发展与现状11.2.1工业工程实验教学发展沿革11.2.2工业工程实验教学体系21.3工业工程实验设计思路41.4本文主要研究内容42本文研究采用的关键技术手段62.1工作研究62.2生产线平衡83生产线与物流实验室设计103.1实验室设备及平面布置103.1.1自动化立体仓库103.1.2混合式流水线113.1.3控制系统柜133.1.4实验室平面布置143.2实验室实验类型153.3实验设备的启动与注意事项164装配生产线实验总体设计1

12、84.1实验环境184.2实验原理184.3实验目的194.4实验对象194.5实验内容194.6实验过程204.7实验报告205实验过程详细设计215.1实验过程初步设计215.1.1工艺程序图设计215.1.2流程程序设计235.1.3双手操作分析图245.1.4时间研究295.1.5生产线负荷分析305.2实验方案改进设计315.2.1工艺程序优化315.2.2流程程序优化345.2.3操作分析345.2.4动作分析385.2.5时间研究405.2.6产能分析436总结与展望456.1研究总结456.2研究展望45参考文献47致谢49附录1 实验报告50附录2 双手操作分析图57绪论课题

13、的背景及意义 当今世界 ,以知识为基础的经济已经形成 ,知识创新已越来越成为综合国力竞争的重要因素,它带动着一场新的产业革命。因此,高等学校正面临着由经济社会边缘步人经济社会中心和培养创造型人才的新挑战,这就要求高等学校从教育思想、教育体制、人才培养模式、课程建设以及教学手段和教学方法等方面进行改革。工业工程作为一个全新的专业,有着系统性、技术性、创造性、有效性的特点1,因此对于其教学需要特殊的人才培养模式。通过装配生产线实验可以使学生学习基础工业工程、人因工程、设施规划与物流等课程时有一个更加全面深刻的认识,对提高教学效果有着极佳的作用。通过各种综合实验提高学生从事制造系统规划、设计、优化、

14、运作、评价和创新能力和素养。 论文依据武汉科技大学工业工程系生产线与物流实验室,根据实验室实际情况和教学要求对实验方案和方法进行研究,设计出具有可操作性的实验方案,以提升工业工程专业实践教学环节水平。工业工程实验室发展与现状 工业工程是高度交叉的学科,学科领域覆盖面和行业适用面较广,除原有的制造业领域外,已经扩大到服务行业、公用事业甚至政府部门。工程教学和实践环节是工业工程人才培养极其重要的环节。通过实验室建设为加强教学实验和项目训练提供基本条件。大量的实践训练,使工业工程专业的学生能够加深对基础理论和工程基础知识的理解,提高综合运用多种工业工程技术解决实际问题的能力,以适应高层次应用型、复合

15、型人才的要求2。基于我国工业工程发展较国外落后很多年,因此开展工业工程实验室建设是提高我国工业工程教育水平的重要方向。通过了解工业工程的发展可以很清楚地看到工业工程伴随着社会和科学技术的发展不断充实革新的过程,而工业工程教学也应跟随这种趋势3。工业工程实验教学发展沿革 工业工程是综合运用数学、物理学和社会科学等方面的知识和技术,以及工程分析和设计的原理与方法, 对由人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、设置、评价和改善的一门系统工程学科。作为边缘学科,工业工程的学科性质决定工业工程必然要不断的吸收融合各种管理学科与工程学科的精华,在这个过程中工业工程学科教育体系也逐步发展与完善

16、。(1)早期工业工程教学 1908年,美国宾夕法尼亚州大学首次开设工业工程课程,成为第一所设立IE的大学。这个时期,工业工程是在制造业(尤其是机械制造企业)中的应用3。这个时期是IE的萌芽和奠基时期,主要是劳动专业化分工、时间研究、动作研究、标准化等方法。这个时期实验方法是通过秒表测定和影片分析等简单直观方法来进行研究。这也与这个时期技术水准相适应。(2)数学模型应用于工业工程 第二次世界大战以后运筹学与计算机开始应用,这给工业工程带来了理论基础。运筹学包括数学规划、优化理论、博弈论、排队论、存储论等理论和方法,可以用来描述、分析和设计多种不同类型的运行系统,寻求最优结果。这在企业中得到广泛运

17、用,解决企业生产决策和战略决策4。这一时期,计算机也开始为解决数学模型问题提供说明。这一时期IE教育开始从数学模型角度分析具体问题,IE进入了全新的发展阶段。(3)系统工程融入工业工程 二十世纪七十以后,系统工程的原理和方法用于IE,使它具备更加完善的科学基础和分析方法,得到进一步发展和更加广发的应用。这一时期出现的主要技术优:系统分析与设计、信息技术、决策理论、控制理论等。相关理论知识的丰富也对工业工程教学带来新的要求5。同一时期,科技水平的提高,自动化物流的应用也在企业中广泛应用,计算机和数据库技术的应用也给工业工程教学带来新的启示。倍速链式和平移装置输送机组成的输送线及组合式货架、巷道式

18、堆垛机、平移式货物交换台、立体仓库等全新物流设备开始在企业中应用6。设施规划理论也在生产车间和物流系统中的广泛运用。 伴随工业工程学科体系的不断发展与完善,工业工程学科教育也应该适应本学科的发展不断融入新元素。作为工业工程学科教育的重要环节,工业工程实验室教学跟随学科发展,注重实践,体现学科分支特色,逐步形成了人因与效率工程、生产及其制造系统工程、现代经营工程和工业系统分析方法与技术等四个方面的实验教学。工业工程实验教学体系 在二十世纪九十年代后,随着信息化技术的发展,传统的生产模式发生了重大变化,计算机与网络技术的完美结合以及智慧化的网络技术对现代工业工程提出更高要求。教学实验体系也更加注重

19、系统的开放和可扩展性。具体思路是以实验硬件设施为基础,以计算机软硬件技术为手段,以自动化和网络通信技术为支撑,提供相关辅助设备和资料,建设一个柔性开放式的现代IE实验体系。由于课程之间的联系,因此各实验模块并不是孤立割裂的,在网络环境下相互联系、相互影响、相互制约6。通过实验可以进行设施布置、现场管理、物料搬运系统等相关理论知识有更为清醒的认识。目前,国内高校工业工程实验室主要应包括以下三个模块: 1基础工业工程实验室 该实验室主要完成基础工业工程这门专业核心课程的实验教学。让学生通过观察生产现场或对摄像进行分析,目的在于培养学生掌握基础工业工程技术和方法。树立工业工程意识,为后续课程的学习奠

20、定实践基础。并为日后应用IE技术与方法解决生产实际问题提供支持。基础工业工程实验以生产系统的微观基础-作业或操作为研究对象,对工作过程中的程序、操作、动作进行诊断分析。如流程程序分析实验、人机操作分析实验、联合操作分析实验、双手操作分析实验、时间研究实验、工时评价实验、工作抽样实验、标准资料法实验、学习曲线实验、模特法实验等。 2人因工程实验室 该实验室主要承担人因工程学理论教学相应的实践教学任务。人因工程实验以劳动者、生产对象和作业环境之间的相互关系为研究对象。研究生产中人的心理、生理、作业能力与疲劳、岗位作业要求、作业环境、人机界面设计等内容。如耗氧量测定实验、劳动强度测定实验、环境照明与

21、生产率关系实验、环境噪声测定实验、显示器编码设计实验、人机工效测试实验、微气候作业环境测试系统、设施规划与物流模拟等。 3现代工业工程实验室 该实验室旨在完成设施规划与物流分析、生产计划与控制、先进制造系统、管理信息系统、质量控制与可靠性等专业核心课程的实践教学部分。现代工业工程实验室主要利用现代高科技手段与计算机技术,采集、分析、优化企业中的人、财、物、设备、能源、信息、时间等资源的利用效率。充分挖掘企业资源的利用潜力,进行资源优化整合,实现其效用最大化原则。主要包括:ERP系统实验与课程设计系统、人机模拟仿真系统实验、计算机辅助工业系统实验、物流工程与管理实验、生产计划与控制实验、质量工程

22、与可靠性实验、电子商务和管理信息系统实验等实验。 目前,我国的工业工程要借鉴西方发达国家和我国港台地区的实践教学经验,要结合国内实际情况和各高校本身的现有条件,逐步建立完善的工业工程专业实验室。整合和扩大现有实验资源,发挥资源的最大效用,不断深化工业工程实践教学环节,使学生掌握更全面的IE技术和方法,培养出面向新世纪的高素质IE人才30。工业工程实验设计思路 从IE本身的特点看, 该学科是综合运用数学、物理学和社会科学等方面的知识和技术,以及工程分析和设计的原理与方法, 对由人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、设置、评价和改善的一门系统工程学科。因此, 我们认为在设计教学实验

23、时,必须强调现代IE的系统工程特点, 除考虑对学生的基本技能训练外, 还必须注意知识的系统性、连续性,以及综合运用所学知识和技能来解决复杂问题的能力的培养。其教学实验的设置,不仅仅是相互独立的, 简单的单项实验, 而应根据IE专业的课程和知识体系,运用系统原理,设计一整套既相对独立、又密切联系, 能覆盖各门专业课程和知识领域的、多种实验形式的教学实验体系。该体系应具有的功能是: 提供验证理论知识和综合运用相关技术的环境,以及模拟现实生产工作系统的场所和开发应用 IE 的条件8。 为达到上述目的和要求, 我们将实验体系中的各项实验分为以下几种类型: 1单项认知型, 是指仅对某一理论进行验证或训练

24、某一方面技能的实验。 2综合型, 是指综合运用多种知识和技能分析研究一个较复杂问题的实验。研究一个较复杂问题的实验。 3开发设计型, 是指综合运用多门课程的多种知识和技能进行系统分析与设计的实验。 以上三种实验类型反映了不同的实验层次和复杂程度, 它们均可独立开设,但又具有联系。一项综合型实验可能包含或运用几个单项认识型实验及其结果;开发设计型实验可能包含或运用多个综合型和单项认知型实验及其结果7。本文主要研究内容 本文是根据装配生产线设计出一个可以实施的实验方案,实验方案要充分运用工业工程的各种技术手段(包括程序分析、操作分析、动作分析、时间研究、生产线平衡)来对实验对象进行研究,在设计实验

25、方案中要充分考虑教学要求和实验室条件情况。具体内容包括以下方面:第一章为绪论,主要是对论文的背景意义和研究现状进行介绍。第二章介绍论文采用的关键技术和手段。第三章介绍生产线与物流实验室,对当前实验室的情况进行介绍,这也是本文所设计的实验方案所要进行的场所。第四章是介绍所要采用的实验方案的基本原理、目的和内容。第五章是进行详细的实验方案设计,主要包括操作方案的初步设计和改进设计,通过两种方案的对比,来理解工业工程方法的实际作用的体现。第六章是对论文研究的总结和展望,对我校工业工程实验室的发展表明自己的意见和看法。本文研究采用的关键技术手段工作研究 工作研究是工业工程体系中最重要的基础技术,以提高

26、生产率和整体效率为目的,利用方法研究和作业测定两大技术,分析影响工作效率的各种因素,帮助企业挖潜、革新、消除人力、财力和时间方面的浪费,减轻劳动强度,合理安排作业,用更为有效的工作方法来代替现行方法,并制定该项工作所需的标准时间,从而提高劳动生产率和经济效益的一门现代化的科学管理技术8。 工作研究的范畴如图2-1: 论文主要采用了程序分析法、操作分析法、时间研究和模特法等几种技术手段。 图2-1 工作研究 程序分析可分为工艺程序分析、流程程序分析和流线图分析三种手段。根据本文实验特点采用工艺操作分析和流程分析手段依照5W1H,对生产线上整个制造过程进行详细记录,对过程中的“操作”、“检验”、“

27、搬运”、“存储”、“暂存”做详细的研究与分析,特别是用于分析其搬运距离和暂存、储存等“隐藏成本”的浪费8。 工艺程序分析是对现场的宏观分析,把整个生产系统作为分析对象。分析的目的是改善整个生产过程中不合理的工艺内容、工艺方法、工艺程序和作业现场的空间布局,通过严格的考察与分析设计出最经济合理、最优化的工艺方法、工艺程序、空间布局。进行工艺程序分析要采用工艺流程图和流程程序图8。 操作分析是通过对以人为主的工序的详细研究,使操作者、操作对象、操作工具三者科学地组合,合理地布置和安排,达到工序结构合理,减轻劳动强度,减少作业的工时消耗,以提高产品的质量和产量为目的而进行的分析。根据目的不同,可以分

28、为:人机操作分析、联合操作分析和双手操作分析9。本文采用的是双手操作分析,通过双手操作程序图来对生产现场中具体的操作进行合理而有效的研究,找出改善的途径。 动作分析是程序决定后研究人体的各种动作浪费,以寻求省力、省时、安全和经济的动作。动作分析有三种方法:目视动作分析、动素分析和影片分析。本文所采用的是动素分析。 动素分析法是将人体动作分为17种基本动素,通过分析来判断操作中存在的无效动素,以便对其予以消除,使得操作更加有效。 动素分析法中的动素可以通过图2-2表示:图2-2 动素图示10 作业测定是运用各种技术来确定合格工人按规定的作业标准完成某项工作所需的时间 即标准作业时间。标准作业时间

29、是指在规定的作业条件下,利用标准的作业方法,以普通熟练的工人的正常作业来完成标准作业所需要的时间10。标准作业时间的组成如图2-3所示: 图2-3 标准作业时间 在确定标准作业时间时,通过作业测定技术确定了正常作业时间后还必须对其进行一定的宽放: 标准时间 正常时间X 1+宽放率 其中宽放率的求法有两种:1工作抽样法求宽放率;2按固定和变动宽放求宽放率。具体取值需要根据作业性质而定。 作业测定技术一般包括4 种方法,即时间研究、工作抽样、预定时间标准和标准资料法9。本文采用的是时间研究。 时间研究是一种作业测定技术,旨在决定一位合格、适当、训练有素的操作者,在标准状态中,对一定的工作以正常速度

30、操作所需要的时间11。文中采用秒表测时法,记录每个操作单元的操作时间,为下一步分析做好准备。生产线平衡 制造业的生产多半是在进行细分化之后的多工序流水化连续作业生产线, 此时由于分工作业,简化了作业难度,使作业熟练度容易提高,从而提高了作业效率。然而,经过了这样的作业细分化之后,各工序的作业时间在理论上、现实上都不能完全相同,这就势必存在工序间作业负荷不均衡的现象。除了造成无谓的工时损失外,还造成大量的工序堆积,严重时会造成生产线的中止12。 生产线平衡是现场IE的一种管理手法,也是解决生产线负荷平均化这一影响生产线效率关键问题的重要方法之一。它对各工序的作业时间进行平均化,同时对作业进行研究

31、、对时间进行测定,通过合理地划分和重组生产作业要素,使得各个工序作业时间具有尽可能相近的技术手段与方法1314。 要衡量工艺总平衡状态的好坏,我们必须设定一个定量值来表示,即生产线平衡率或平衡损失率,它在定量上表示了生产线的平衡性,通常以百分率表示。 生产线平衡率或生产线平衡损失率通常可以使用以下两个公式给予确定: 2-1 式中:C.T为节拍时间 2-2 C.TCycle Time指生产线最长作业时间Pitch Time,即节拍时间。在数值上可以由每小时的平均产量,求得一个产品的Cycle Time: 2-3 式中:时间单位为秒 Q为每小时的产量11。 产能是衡量装配线生产能力的指标,其具体计

32、算公式如下: 2-3生产线与物流实验室设计3.1实验室设备及平面布置 武汉科技大学工业工程系生产线与物流实验室是采用了深圳固高公司的系统。本实验系统通过模拟典型的工业生产过程,演示现代工业控制中的各项基本技术的结合与应用,系统中各项内容具有模块化、开放性和可扩充性等特点,其中的各个硬件设备通过工业现场总线和计算机网络互相连通,系统的学习和实际操作可以通过仿真系统和实物系统分别进行。 图3-1 实验室现场布置图 实验室包括两个基本模块:装配线模组和自动仓库模组。通过各模块之间的联系来体现企业的生产系统、物流系统、信息流系统等, 并通过不同的实验类型和实验方式来体现IE的系统规划、设计、评价和改进

33、等功能, 以及对IE基本知识的验证和基本技能的训练。这两个模块可以独立运行也可以联合操作,适用于不同的实验条件。自动化立体仓库 包括组合式货架和堆垛机。组合式货架采用冷轧异性钢和冷弯技术制成,外表面烤漆制作,坚固耐用,严格按照工业标准制造。全自动堆垛机是立体仓库的核心部件,用于将立体仓库中的货物取出到出货台或者将入货台上的货物放置到设定的仓位。图3-2 立体仓库与堆垛机混合式流水线 装配生产线包括出入货台,皮带式输送线,动力式辊筒线,倍速链输送线,90度转角机。出入货台图3-3 平移式入货台 立体仓库和外界的输送线的衔接使用带平移功能的出货台和入货台,立体仓库堆垛机从货架上取出货物后放到出货台

34、上,由出货台交换到输送线;同样输送线需要存放到货架的货物先要经过入货台交换,才能进入仓库存储。皮带式输送线图3-3 皮带式输送线及检测开关 皮带式输送线一般用于电子装配输送线或者食品线。在该系统中的皮带线上为了能够实现流水线上的装配工序,在皮带线上的特定位置,我们设定了4个Omron光电感应开关,当托盘经过这些开关的时候,系统会收到反馈信号,然后根据终端计算机设定的每个虚拟工序停留的时间让皮带线停下。动力式辊筒线图3-4 动力辊筒线和辊筒线行程开关 动力辊筒线上的特定位置设定了专用行程开关,用来检测托盘进入/流出流水线状态、并在特定的位置设置了虚拟工序检测开关,可以用来在这些位置进行工序操作。

35、倍速链输送线图3-5 倍速链输送线 倍速链经常备用为家电装配线。系统中的倍速链输送线也根据工业标准配备了气动阻挡器和行程检测开关。用来阻挡和检测在倍速链上流过的托盘。90度转角机在系统中,90度转角机用来在流水线之间中转托盘时使用,采用转角气缸和单相 AC220V交流电机驱动。图3-6 90度转角机控制系统柜全自动堆垛机控制中心 立体仓库控制装置使用工业标准配电柜设计,每一个部件清晰明了的排列在可拆卸面板中,且有详细标签。接口线路使用工业标准接线,每一根信号线上都有明确线号标志,非常适合于学校教学参观学习以及故障检测。该控制中心有两种运行模式:手动模式/联机模式。在手动模式下,可以通过控制中心

36、的触摸屏来控制堆垛机运动。联机模式下,该中心作为 ProfiBus 总线上的一个节点,受主站调度。 图3-7 全自动堆垛机控制柜工业工程系统控制柜 工业工程系统控制柜是通过PLC来实现对流水线上各个行程开关和光电开关的信号检测,以及对流水线运行逻辑的控制。 图3-8 工程系统控制柜物流仓储输送线控制柜物流仓储输送线控制柜是控制立体仓库出入货台的运行,根据出入货台的传感器反馈来判断运行情况。图3-9 物流仓储输送线控制柜实验室平面布置 根据这些设备的功能和实际尺寸,可以对实验室进行综合布置,最终的布置图见图3-2。实验室依照设备的功能进行布置,保证各个模组的正常工作空间。图3-2 实验室平面布置

37、图 实验室布置主要从以下几个方面进行安排: 实验室的空间尺寸限制。实验室的物理尺寸是140006500mm,而自动化立体仓库的货架尺寸达48905002850mm,出入货台的长度也达到2米。相对而言现有的实验室空间并不充裕,为保证物料能够正常进出立体仓库,采用如上图的纵向布置,保证水平空间上有足够余量保证物流的正常进出。 实验室设备的功能划分。实验室的设备主要分为两大部分:自动化立体仓库模块和自动化装配流水线。因此相关的设备布置要依照它具体属于哪个模组。在完成立体仓库的布置后,开始对自动化装配流水线进行布置。流水线依据设计是U型布置,这种布置方式满足了实验室空间上的限制,利用90度转角机实现流

38、水线按照U形线路运行。采用这样的布局后流水线占据的整个空间局域被限制在60003500mm的范围内,因此将其布置到如上图所示的区域。这样流水线的出入口与立体仓库的出入口相对应,可以非常方便的进行物料运输。控制台在两个模块之间也可以随时监控设备的运行情况。3.2 实验室实验类型 实验室的实验设备决定了实验室所能从事的实验类型,根据图3-2的平面布置图,可以看到实验室的由两大模块组成,因此实验室的实验类型可以分为基础工业工程实验和物流系统实验。 其中基础工业工程实验是在自动化装配流水线上进行的,具体可分为:流程程序分析、生产节拍与效率的测定模特法应用实验、秒表测时分析(时间研究)、人机操作分析、作

39、业测定在装配生产线中的应用实例等实验。 物流系统实验包括自动立体仓库订货发货运行模式实验、自动立体仓库查询/盘点运行模式实验、物性检测,条形码识别及传动实验等实验。 实验的具体方式可以分为:动手操作、计算机模拟、现场观测、运行演示、案例分析、专业课程设计。 根据学校教学要求还可以进行更多复合型实验方案的设计,本文进行复合实验方案的设计。3.3 实验设备的启动与注意事项 实验室的设备都是高精密仪器,拥有许多电气设备,应此在实验操作时必需按照设备使用要求来进行,否则会造成设备损害甚至人员伤害。根据实验类型的不同所启动的设备也各不相同,因此在实验操作前,必需明确实验设备启动流程。 生产线操作步骤:

40、第一步. 给工业工程系统控制柜上电,打开气泵。确保流水线上没有杂物和托盘。 第二步. 启动Monitor软件,点击生产线复位。 第三步. 在软件中添加生产任务。 第四步. 生产完成后,点击停止生产。 堆垛机操作步骤: 第一步. 给堆垛机控制柜和物流仓储控制柜上电。 第二步. 启动Monitor软件,点击回零,使堆垛机回零;点击复位,使输送线复位。 第三步. 进行入库,出库,移库,调库操作。 具体详细的实验设备启动操作流程可以参照附件中的各组件详细上电步骤来进行。 危险事项: 系统工作时,在堆垛机工作范围内活动是危险的,可能会出现误伤! 系统工作时,人为干涉流水线运行是不允许的:比如,人为触发堆

41、垛机限位开关、流水线行程开关、光电开关等是危险的! 在立体仓库动作之前必须保证立体仓库内实际仓位仓储信息同软件端仓储信息是一致的,否则将导致堆垛机出入库操作时同仓内托盘发生干涉而使堆垛机出现致命性损坏! 系统操作者一定要严格按照各设备说明书进行操作,否则可能会造成操作失误,导致系统损坏! 系统软件代码开放,随意修改源代码会导致系统工作失灵甚至随坏!禁止和注意事项: 禁止在堆垛机工作时人为向立体仓库中手动添加托盘,否则可能会使堆垛机出现致命性伤害! 严格禁止对软件源代码的任意删减和修改,否则将会导致系统出现不可恢复性故障。 系统在以下几种情况下必须进行堆垛机回零(即堆垛机回原点)操作: 1. 系

42、统在初次运行时; 2. 堆垛机在运行过程中突然出现系统掉电现象,使堆垛机处在危险位置。装配生产线实验总体设计实验环境 装配生产线是武汉科技大学工业工程系生产线与物流实验室的一个主要组成部分,通过倍速链输送机和90度转向机来带动托盘在生产线上运动。整个装配流水线共有10个操作工位,待装配产品通过这10个工位来进行装配。每个工位可以安排至少一名操作者,另外还可以安排一名几记录员,对实验过程中所需要记录的数据进行统计。整条生产线要通过终控机上的控制软件和工业工程系统控制柜对生产线进行控制。终控机也需要一名操作者来进行控制,系统的设备需要一名操作者进行监视和管理。图4-1 装配流水线现场图实验原理 在

43、装配生产线作业现场,由于作业活动的作业流程安排,操作动作的差异,设备与工具条件的不同,都会对生产线产能产生极大的影响。因此通过工业工程的手段,对生产系统进行作业研究,通过制定标准的作业方法和标准时间来达到对生产线进行优化的目的。本实验通过设计模拟实际生产线的装配过程来学习工业工程研究方法,对基础工业工程技术和生产线平衡原理的过程有一个全面的了解,并学会运用这些方法对生产线的产能进行优化。实验目的 通过实验将掌握方法研究、时间研究、生产线平衡、产能分析等多种工业工程研究方法。通过对流水线进行优化设计,提高装配生产线平衡率;掌握运用多种工业工程方法对生产线进行优化。 实验对象 根据当前实验室教学要

44、求,结合工业工程专业要求,所设计的实验要能完整展现工业工程研究方法的具体流程,因此设计的必需要包含这些必要的内容。因此选取的实验对象必需能够满足这些教学要求,同时也要满足一些基本要求:实验对象要能满足实验要求,完成实验目的实验对象不能过于复杂,使得学生难以理解。实验对象要比较耐用,要能够反复拆装且不易损换。 根据这些原则,选取电脑主机作为实验对象,确定以电脑生产企业为背景,在这个背景前提下进行基础工业工程相关实验。我们利用生产线与物流实验室的装配生产线模组来进行实验操作。这里以定节拍流水线为前提进行实验设计。在考虑到实验室的实际情况下,再实验方案进行改良,分析前后方案对生产线效率和生产线平衡上

45、的差距,得出结论。下面将对实验的原理和具体内容进行设计。实验内容 本实验是模拟生产线电脑主机的装配过程,整个实验方案的设计要包含以下内容:程序分析,具体包括工艺程序分析和流程程序分析来设计出装配线的确定装配流程。操作分析法,对各个工序进行双手操作分析,分析出每个工序的具体操作动作,运用双手操作分析法做出双手操作程序图。 进行时间研究并采用秒表测试法和模特法,制定标准时间。对装配线产能进行分析,完成产能分析表。装配线进行优化设计,并对比优化方案,实现产能和平衡率的提高。 实验过程 实验的正式开始前需要做好详细的准备工作,需要对实验的整个过程进行规范,使得实验能够正常进行,实现实验目的。实验过程需

46、要充分考虑到实验中人员与设备的协调。参加实验学生熟悉实验室环境和所需要使用的实验设备。了解设备的启动和维护注意事项,保证实验过程中的安全。熟悉每个工位具体的操作过程和动作,了解自己所要进行的操作。这一部分可以在实验前进行预习,以加深印象。各个工位的操作人员到位,记录人员到位。终控机和设备控制人员到位。按照设备指导书启动设备,启动终控机并打开控制软件,按照制定的初步实验方案设置好生产线节拍。按照实验指导要求进行实验操作,开始实验模拟电脑装配,测定每个工位的操作时间并记录数据在表格中。分析每个工位的双手操作动作,记录在双手操作分析图中。根据所得到的数据分析生产线所存在的问题,并提出改进意见。制定改

47、进方案。首先对工艺流程图进行优化设计,标明需要进行改进的工位和流程;制定出改进后的流程程序图;各个小组根据新的流程对自己所在工位的情况进行分析,对当前工位的操作进行分析,制定出新的双手操作分析图和动作分析图。按照改进方案进行实验。对各个工位的操作时间进行统计,记录在事件分析表格中。将两次实验的数据结果进行对比分析,完成实验报告。实验报告 实验报告是实验结果和内容的展示过程,实验报告要包含实验环境、原理、目的、内容、过程和实验结论,最后还要对实验的心得体会进行叙述。实验报告要按照标准统一的格式进行,具体的实验报告格式在附录1中。 实验报告在书写过程中要注意以下几个方面:实验报告的目的和内容要仔细

48、学习,实验过程必须按照这些要求来进行。实验报告中要完成各个分析图,包括流程程序图、双手操作分析图、动作分析图等实验报告的数据处理要详细,按照初定方案的过程来进行,以便能够进行对比分析。实验过程详细设计 在确定实验方案后,就要开始实验详细方案的设计工作了,实验方案的最终要求是要具有可操作性,可以指导学生来完成这个实验。根据实验目的,本文先进行电脑装配方案设计的初步,具体包括以下主要内容:实验初步方案设计,制定装配线工艺程序图、流程程序图、操作分析结果、时间研究。针对上一步实验初步方案,并根据实际操作的结果对实验方案所存现的问题进行改进。做出改进方案对比两个方案,进行产能分析,确定装配线改进方案。

49、 整个实验设计流程如下图所示: 图5-1 实验设计流程图实验过程初步设计工艺程序图设计 电脑装配过程是将成品的电脑各个部件在生产线上组装起来,通过实际的拆解,可只用于实验的电脑其基础组间主要有以下部分:机箱,主板,CUP,CUP散热器,电源,内存条,显卡,光驱,软驱,硬盘,USB扩展卡。图5-2 电脑主机主要零部件图5-3 电脑主机装配完成效果图 由于实验室模拟生产线安排有十个工序,因此需要分十步来装配。初步设计的装配程序为:将主板安装在机箱安装光驱安装软驱安装硬盘安装CPU及散热器安装内存安装显卡安装USB扩展卡安装电源连接电源线安装数据排线安装机箱挡板。依据这个装配程序做出相应的工艺程序图

50、: 工作名称:电脑主机装配实验 方法:现行工作部门:生产线与物流实验室图5-4 电脑主机装配工艺流程图流程程序设计 通过上一步工艺程序图的初步确定,可以制定出流程程序图。流程程序图与工艺程序图的构成记为相似,其差别仅为加入了“搬运”、“储存”、“暂存”三种符号。特别是用于分析其搬运距离和暂存、储存等“隐藏成本”的浪费。特别是用于分析其搬运距离和暂存、储存等“隐藏成本”的浪费。根据这些原则做出流程程序图(图4-3) 工作名称:电脑主机装配实验开始:将机箱有托盘运送至操作员结束:装配完成后将电脑主机成品运送到仓库 图5-5 电脑主机装配流程程序图双手操作分析图根据前面章节制定的工艺流程图和流程程序

51、图,我们进行了模拟装配,并对每个工序的装配过程中操作者的双手操作进行了操作分析,做出了每个工序的双手操作图。 绘制双手操作分析图因注意以下几点:必须深入现场,观察全部操作,了解情况,确定操作周程及起点和终点。画图前,首先要填入有关资料,比如工作名称、操作人员、研究人员等。画出工作场所的平面布置图。 正是画图时,要边观察、变记录、一次观察一只手的动作。通常先记录右手,将其动作用适当的符号及文字说明记录在右边,并反复补充、核对、改正,不要遗漏。再以同样的程序记录左手的动作。左右手的动作应画在同一水平位置,并多次核对两只手的动作,使记录准确无误。 最后将左右手的动作分别进行统计,并记录在操作图的下方

52、或者右下方。按照这些要求,做出每个工序的双手操作分析图。在这里罗列出工序8,工序9和工序10这三个工序的双手操作分析图,其他工序的双手操作分析图见附录2。第8工序:电源连线装配 电源连线装配是将电源线与已安装的光驱,软驱,硬盘,主板连接起来。工序安排一名操作者,双手操作分析图如下:工作工序8电源连线装配流水线开始电脑机箱在托盘上,操作者空手坐于工作台前结束连接好电源线后,将机箱放回托盘 左手右手左手右手图5-6 电源连线装配双手操作图 第9工序:数据排线装配 数据排线的安装是将光驱、软驱、硬盘通过排线与主板连接。工序安排一名操作者,双手操作分析图如下:工作工序9数据排线装配 流水线开始电脑机箱

53、在托盘上,操作者空手坐于工作台前结束连接好数据排线,将机箱放回托盘 左手右手 左手 右手图5-7 数据排线装配双手操作图第10工序:机箱挡板装配 机箱挡板装配是本次实验做后一步工序,是对装配情况进行检验并合拢机箱完成装配。本工序安排一名操作者,双手操作分析图如下:工作工序10机箱挡板装配流水线开始电脑机箱在托盘上,操作者空手坐于工作台前结束安装,将机箱放回托盘 左手 右手 左手右手 左手 右手图5-8 机箱挡板装配双手操作图时间研究 在对模拟装配的双手操作分析完成后,对装配线上每个工序操作的事件进行研究。在经过一定的训练后,操作者达到了熟练程度。在时间测量中使用秒表计时,并将测得的数据记录在下

54、表 表5-1 标准时间表 单位:秒工序装配单元测量操作时间评比正常时间放宽率%标准时间1主板54 1.159 1568 2光驱47 1.151 1559 3软驱46 1.151 1558 4硬盘43 1.147 1554 5CPU和内存44 1.148 1555 6显卡及USB扩展卡48 1.153 1561 7电源48 1.153 1561 8电源线连接461.151 15589数据排线66 1.173 1583 10机箱68 1.175 1586 总计509560643图5-9 工序作业时间制定装配作业的标准时间步骤是:划分操作单元 按照工序的分布将整个装配作业划分为10的单元,各项作业的

55、内容如表中所示。这样安排的原因是整个分析过程不会太复杂,便于在实验室环境下进行操作,而且可以跟前文所划分的流程联系起来,可以纵向分析和对比。运用归零法进行计时,记录每个操作单元的操作时间。采用这个计时方法的原因是缺少实验人员,这个方法可以各个工序独立进行测量。在学生正式实验时可以采用连续测量法进行测时。进行数据分析。首先计算每个周期的实际工作时间,本次测试中是在熟练操作假设前提下所测得的数据,在正式的测量中应该测量多组数据取平均值。进行作业评定。用速度评测法对各单元作业进行评定,这里将评定系数都定位1.10.计算正常时间。正常时间测量操作时间评定系数确定放宽率,计算标准时间。综合考察实验室的环

56、境和作业环境,确定放宽率为15%。标准时间正常时间(1+放宽率)生产线负荷分析 通过表5-1中所计算出的当前流程的标准时间,可以发现当前的主要瓶颈工序是第9和第10工序。结合表5-1和图5-14,计算当前装配生产线的负荷情况。 5-1 5-2s5-3 假定装配线一天工作12小时,工时利用率 0.95, 产品良率 0.95,该手工段作业的产能计算如下: (件) 5-4实验方案改进设计 在上一节中,通过生产线负荷分析,我们发现在生产线上所存在的一些问题,下面将分步来改善所存在的问题,提高生产效率,缩短作业时间。工艺程序优化 根据表5-1,我们可以发现在当前工序安排上,工序9和工序10所花费的时间最多,是瓶颈工序,需要进行优化改进。 在工序9中,发现了装配干涉,如图5-16所示。在图中表示1的是前一步工序电源连线装配后的电源线,由于电源接口在数据线的外侧,因此才装配数据排线的过程中会受到其影响,使得数据排线插口不能顺利连接装配好。 在工序10中,装配的操作数量使所有工序中最多的,见图5-17。其动作负荷大大超过了其他的工序,而且其动作基本平衡,因此需要采用其他办法来解决这个问题。 图5-10 数据排线