汽车零部件生产企业现场改善与布局优化方法研究
合肥工业大学 硕士学位论文 汽车零部件生产企业现场改善与布局优化方法研究 姓名：张保忠 申请学位级别：硕士 专业：工业工程 指导教师：刘明周
汽车零部件生产企业现场改善与布局优化方法研究摘要现场改善与布局优化作为企业提高生产效率、降低生产成本的重要手段，在各类企业中得到了广泛的应用。本文在总结现场改善与布局优化的 定义及其相应的方法基础上，结合汽车零部件这一类型企业，提出了针对汽车零部件生产企业现场改善与布局优化优化方法研究。论文首先阐述了作业测定基本方法与基于秒表法的标准工时测定方法。其次，针对某一汽车零部件生产企业各产品的生产过程进行了作业测定与平衡分析，对各加工产品的“瓶颈＂环节提出了相应的改进意见与方案，并在此基础上对各 作业单元的布局进行了局部优化调整。最后，从整体的角度出发，结合基于仿真的布局优化方法，构建了基于仿真的生产布局优化仿真模型，实现 对生产系统的整体优化。关键词：现场改善 仿真模型布局优化作业测定标准工时瓶颈ＲｅｓｅａｒｃｈＧｅｍｂａ ｋａｉｚｅｎ ａｎｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ＥｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓｏｎＡｂｓｔｒａｃｔＡｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅａｎｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅ ａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｄｕｃｅ ｂｅｅｎｏｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔｓ，ｇｅｍｂａｋａｉｚｅｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｈａｖｅｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｌｌ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｃｏｎｃｌｕｄｉｎｇ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅｇｅｍｂａｋａｉｚｅｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，ｐｕｔ ｍｅｔｈｏｄｓｏｆ ｇｅｍｂａｋａｉｚｅｎ ａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒｗａｒｄ ａｉｍｅｄａｔ ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ．Ｆｉｒｓｔ ｏｆ ａｌｌ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｅｘｐａｔｉａｔｅ ｔｈｅｂａｓｉｃ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｗｏｒｋ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｉｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ ｓｔｏｐｗａｔｃｈ．Ｓｅｃｏｎｄ，ｍａｋｉｎｇｏｎｗｏｒｋｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｂａｌａｎｃｅａｎａｎａｌｙｓｅｓｐｒｏｄｕｃｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ，ａｎｄ ｐｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓａｎｄｐｒｏｊｅｃｔｓａｉｍｅｄ ａｔ“ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ”ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｕｐｗａｒｄ ｓｔｕｄｙ，ａ ｐａｒｔｉａｌ ｏｐｔｉｍｕｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｆｒｏｍａｎａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｔｏ ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｅｖｅｒｙｗｏｒｋ ｃｅｌｌｏｖｅｒａｌｌ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｖｉｅｗ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｌａｙｏｕｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｂａｓｅｄｐｒｏｄｕｃｔ ｌａｙｏｕｔｏｎｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅｗａｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｓ ａｂｕｉｌｔ，ａｎｄｂｙ ｔｈｉｓ ｍｅａｎｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓＫｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｇｅｍｂａ Ｋａｉｚｅｎｗｈｏｌｅ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ＢｏｔｔｌｅｎｅｃｋＷｏｒｋ ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｔａｎｄａｒｄ ｗｏｒｋ ＴｉｍｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ插图清单图１．１瓶颈改善图…………………………………………………………………５图１．２作业改善方法图…………………………………………………………５图２．１标准时间的构成…………………………………………………………１ ｌ 图３．１改善前备轮升降器平衡分析结果………………………………………１４ 图３．２改进后备轮升降器平衡分析结果………………………………………１５ 图３．３改善前Ｈ１消声器平衡分析结果……………．．．………………………１６ 图３．４改善后Ｈ１消声器平衡分析结果………………………………………１７图３．５改善前Ｇ１ＱＺ排气管平衡分析结果…………………………………。１９图３－６改善前Ｂ６排气管平衡分析结果………………………………………２０ 图３．７改善前Ｄ４排气管平衡分析结果………………………………………．２０ 图３．８改善后Ｇ１ＱＺ排气管平衡分析结果……………………………………２ｌ 图３－９改善后Ｂ６排气管平衡分析结果………………………………………２２ 图３．１０改善后Ｄ４排气管平衡分析结果……………………………………．．２３ 图３．１１改善前卡车消声器平衡分析结果……………………………………．２４ 图３．１２改善后卡车消声器平衡分析结果……………………………………２４ 图３．１３改善前备轮升降器生产区布置图……………………………………．２５ 图３．２７ Ｈ１消声器生产区调整后的整体布局方案…………………………３２ 图３．２８排气管总布局图…………………………………………………………３４ 图３．２９卷圆、涨圆、碰焊、翻边、咬口工位布局…………………………３５ 图３．３２卷圆区改进布局图……………………………………………………．３７图３．３３手工焊接区改进布局……………………………………………………３７图４．１ Ｗｉｔｎｅｓｓ构建的仿真模型…………………………………………………４０ 图４，２ Ｅ―Ｆａｃｔｏｒｙ构建的仿真模型……………………………………………．．４０ 图４．３改进车间平面布置图……………………………………………………４５ 图４．４改进后车间布局的三维实体模型图…………………………………．．４５ 图４．５产品生产工艺过程图…………………………………………………．．４６ 图４．６车间布局仿真分析模型………………………………………………．．４７ 图４．７仿真分析结果对比图…………………………………………………．．４８表格清单表２．１宽放系数影响因素及确定标准………………………………………．．１ｌ表３．１宽放系数的确定…………………………………………………………．１３ 表３．２胎升降器标准工时与产能………………………………………………．．１３ 表３．３ Ｈ１消声器标准工时与产能……………………………………………。１５ 表３．４排气管Ｇ１ＱＺ的日产能………………………………………………．．１８ 表３．５排气管Ｂ６的日产能……ｊ………………………………………………１８ 表３．６排气管Ｄ４的日产能……………………………………………………．１８ 表３．７宽放系数…………………………………………………………………．１８ 表３．８消声器产能分析………………………………………………………．．２３ 表３－９备轮托架总成焊接区组成……………………………………………．．２５ 表３．１０备轮罩壳焊接区组成…………………………………………………．．２６ 表３．１１总装区组成………………．．．．…………………………………………．２６ 表３．１２检测区组成……………………………………………………………２７ 表３．１３调整后各工位人员设备需求一览表…………………………………．．２７ 表３．１４法兰环弧焊接区（单位：米）…………………………………………３０ 表３．１５二级分总成焊接区（单位：米）……………………………………．３０ 表３．１６点焊区（单位：米）…………………………………………………３１ 表３．１７一级分总成焊接（单位：米）………………………………………。３ｌ 表３．１８前排管区（单位：米）………………………………………………。３２ 表３．１９一级总成焊接区（单位：米）………………………………………．．３２表３．２０卡卷圆、涨圆、碰焊、翻边、咬口区………………………………３５表３．２１内管总成焊接区组成…………………………………………………３６ 表３．２２总成焊区组成…………………………………………………………．３６ 表４．１方案评价因素检点表……………………………………………………４３ 表４．２生产工艺过程节点对应表………………………………………………．４６ 表４．３产品物料搬运距离一览表………………………………………………４９独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得金目垦王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签签字日期：如ｇ年ｇ Ｂ２０日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金目墨王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权―金 目曼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：签字日期：．江易年寥Ｂ２０日学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编：致谢本论文是在尊敬的导师刘明周教授的悉心指导下完成的。非常感谢刘明周教授两年多来在工作上学业上和生活上的无私的帮助。导师严谨的治学态度、渊博的学识、高度的责任心、平易近人的处事方式和求真务实的科研精神使我终身难忘、受益匪浅，这也将鼓励我在以后的工作和学习中更加努力，鞭策我永远奋发向上。值此论文完成之际，谨向导师表示最诚挚的谢意和最衷心的感谢。非常感谢葛茂根、扈静、蒋增强、张铭鑫、沈维蕾等老师在我课题 研究及论文完成过程中所提出的各种意见和无私的帮助。 感谢王永、朱耀峰、陈岩等研究生同学的指导和帮助，感谢所有关心和帮助过我的老师和同学们。感谢我的爱妻与爱子，在漫漫求学路上给予我生活上无微不至的关怀和精神上的巨大支持和鼓励，正是他们的支持使我顺利完成了学业，在此祝福他们永远幸福。感谢我的父母、岳父岳母以及亲友们，在我学习上给予的支持帮助， 在此祝福他们永远健康。 最后，衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对论文进行评审的专家、 学者们。作者：张保忠 ２００８年９月第一章绪论１．１现场改善概述 １．１．１现场改善的定义 改善是突破现状，产生新价值的开创性的努力。现场管理中的改善活动， 叫做现场改善１１１。 改善的范畴里，企业现场管理具有两项主要的功能：“维持”与“改进”。“维 持（Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）”是指从事于保持现有技术、管理及作业上标准的活动，以及支持这些标准所需的训练和纪律。在“维持”的功能下，管理部门要执行工作的指派，使每一个人都能依照标准的作业程序来工作；而“改进（Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ）”则是 以改进现有标准为目标的活动。日本的管理观点，因此可以浓缩为一句箴言来 表示：维持标准和改进标准【２】。 现场“改善＂是现场管理的一个重要方面，是着重在“过程”上，因为要改进“结果”，必须先改进“过程”。以“过程为导向’’的思维方式，体现在各种不同的改善活动上。诸如：计划．执行．核查．处置（ＰＤＣＡ）的循环、标准化．执行．核查．处置（ＳＤＣＡ）的循环、质量．成本．交期（ＱＣＤ）的活动、全面质量管理 （ＴＱＭ）、准时生产方式（ＪＩＴ）和全员生产保全（ＴＰＭ）。在“改善＂的过程上，关 键在于最高管理部门的承诺和参与。管理部门的承诺和参与必须适时地、持续 地表现出来，以确保在“改善＂的过程中获得成功【２】。１．１．２现场改善的基本方法 为了帮助员工积极有效地参与改善活动，使得改善活动能够容易被员工接受和有效地执行，按照日常的具体工作提出了现场改善的切人点Ｄ】。 １）动作分析。即向动作分析要效益。研究工作者的动作，分析人与物的结合状态，消除多余的动作、无效动作或缓慢动作，如弯腰作业、站在凳子上作业、蹲着作业、作业场所不畅、没有适合的工位器具、人与物处于寻找状态等， 通过对人的动作和环境状态的分析和测定，确定合理的操作或工作方法；探讨 减少人的无效劳动，消除浪费，解决现场杂乱，实现人和物紧密结合，提高作业效率。 ２）平面布置优化。仔细检查和分析工厂平面布置图、车间平面布置图和设备平面布置图，分析作业方式和设备、设施的配置，按生产流程的流动方向， 有无重复路线和倒流情况，找出不合理的部分，调整和设计一种新的布局，使生产流程在新的布置图上路线最短，配置最合理。３）检查工艺流程。即向工艺流程要效益。分析现有生产、工作的全过程，哪些工艺流程不合理，哪些地方出现倒流，哪些地方出现了停放，包括储藏保管、停放状态、保管手段（如储存容器配备、货架配备、设施条件）、有无积 压状态？哪些工艺路线和环节可以取消、合并、简化？寻找最佳停放条件，确定经济合理的工艺路线。４）搬运。即向搬运时间和空间要效益。据统计，在产品生产中搬运和停顿时间约占７０．８０％，搬运的费用约占加工费的２５．４５％，要通过对搬运次数、搬运方法、搬运手段、搬运条件、搬运时间和搬运距离等综合分析，尽量减少搬运 时间和空间，寻找最佳方法、手段和条件。 ５）美化场所环境。分析生产、工作环境是否满足生产、工作需要和人的生理需要，分析现场还缺少什么物品和媒介物，针对不同类别场所的问题，分别提出改进建议，开展“整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全”六项活动，使员 工保持旺盛的斗志和良好的技能，所需物品随手可取，不需要之物随时得到清 除，现场环境通畅、整洁、美化、安全、文明，使场所和环境在时间和空间上实现整体优化。６）５Ｗ１Ｈ法。在现场改善过程中，就是围绕ｗＨＹ：为什么要这样做？ＷＨＡＴ： 这样做的目的是什么？ＷＨＥＲＥ：在什么地方做？ＷＨＥＮ：什么时间来做？ＷＨＯ－ 谁来现场做？ＨＯＷ：如何去做，才能达到效果？对这些问题进行反复提问和回答，从反复提问和回答中去发现改善提案，并去实施改善提案。 １．２设施布局规划概述 １．２．１设施布局规划定义设施，通常被认为是一种有形的固定资产，在“设施＂内，人、物料、机 器集合在一起为了实现一个规定的目标，最典型的就是制造一种实实在在的产品或提供某种服务。当目标出现多个时，比如成本最低、质量使顾客满意以及节省自然资源等，那么“设施”就必须进行恰当的规划、设计和管理才能达到规定的目的。 “设施布局规划”又称“设施规划＂在不同的书籍和不同文献中都有不同的表述，但是都把它认为是一个生产系统或服务系统进行全面的、系统的规划和安排，并且在两方面达成共识１４】： 一是规划的对象是整个制造系统或服务系统而非其中一个环节。设施是一个投入．产出生产或服务系统的转换体，为了达到生产或服务系统的设计目标， 实现尽可能大的经济效益和社会效益，该转换体必须具有合理的结构与运营机制。 二是设施规划（设计）的目的是使设施得到优化布置，支持系统实现有效的 运营，以便在经济合理投入时获得期望的产出。 因此，“设施布局规划”可以解释为：是为新建或改建的制造系统或服务系统，综合考虑各种因素，做出分析、规划和设计，使资源合理配置、系统建２成后能有效运营达到各种预期的目标。 １．２．２设施布局规划的基本方法 设施布局规划根据其发展历程可以分为二次世界大战前的“工厂布置设计” 阶段、２０世纪６０年代的系统化设施布置阶段以及２０世纪８０年代后随着计算机技 术的飞速发展，发展起来的基于仿真的设施布置规划阶段。在设施布局规划的 三个阶段上，分别产生了适应其各自特点的设施布局规划方法。主要可以分为以下三类；１）经验设计法【５－６Ｊ 通过模仿现有同类工厂的布局，但需作局部或小的改进；人员、设备、面积等均采用指标法加以评估，即从已建成的同类工厂中统计计算出生产单位产品或其他所需的厂房面积、设备及人员等，然后在已确定的面积上对各部门或 各种设备及设施进行布置。采用的手段是模仿、修改、定性分析。 ２）系统化设施布局规划方法【７－８］理查德．缪瑟（Ｒｉｃｈａｒｄ Ｍｕｔｈｅｒ）于１９３７年提出了系统化布置方法（ＳｙｓｔｅｍａｔｉｃＬａｙｏｕｔＰｌａｎｎｉｎｇ，ＳＬＰ），该方法的提出使设施布置由原来的定性阶段发展到定量阶段。采用ＳＬＰ法进行布置的首要工作是对各作业间的相互关系做出分析（物 流和非物流的相互关系），按后根据各作业间的相互关系密切程度，确定各作 业之间距离的远近，安排各作业单位的位置。结合实际的约束条件对布置方案进行逐步的调整，通过对调整后的布局方案进行定量的分析，在各个方案都已证明是合理、可行的情况下，从经济角度对方案进行比较择优。３）计算机化布置方法【９】 计算机辅助布置方法可以分为两大类：构建型和改进型。前者是由物流、非物流信息出发，从无到有，生成一个布置图，如ＣＯＲＥＬＡＰ，ＡＬＤＥＰ；后者 则对已有的布置进行改进，寻找一种更好的布置图，如ＣＲＡＦＴ，ＭＵＬＴＩＰＬＥ。 除了这种分法还可以根据布置的信息基础来分，有的基于物流从至表，如ＣＲＡＦＴ，ＭＵＬＴＩＰＬＥ，有的基于关系图，如ＣＲＡＦＴ，ＣＯＲＥＬＡＰ。整个方法基 本上都可以分为选择、放置和评估三个步骤。选择，即选择各个部门进入布置图的顺序；放置，指如何将各个部门放置在布置图中；评估，即是对各种布置结果进行评估，何种布置方案最好。１．３研究内容与研究方法１．３．１研究内容本文以某汽车零部件生产企业现场为研究对象，通过现场调研，系统分析 当前现场作业存在瓶颈与不合理环节，结合作业改善与布局优化的基本理论与 方法，提出了相应的改进意见与方案，本文主要的研究内容包括以下三个方面的内容： １）作业平衡分析。结合秒表测时法，系统的采集各作业单位之间的工时定额信 息，结合作业单位平衡分析理论，分析存在的瓶颈环节以及有待改进的作业方式。 ２）瓶颈及作业改善。结合发现瓶颈与不合理的作业环节，应用作业与瓶颈改善 的基本方法，对各瓶颈环节提出改进方案，并进行优化对比分析。 ３）布局优化。通过对生产现场布局规划的不合理之处的综合分析，结合布局优化的基本原则与方法，实现对改善后生产现场整体布局的优化调整。１．３．２研究方法 １）作业平衡分析和瓶颈改善；作业的平衡指的是如何保证产品每个工序或每个工作站的总制作、处理和作业时间近似接近于不变并有相同或近似相等的总作业时间。使生产线上每个 组成单元的物件流动为同一生产率，而不会出现“等待＂或传送零件过程中零 件的“堆积＂失衡【ｌｏ】。作业平衡是对产品的全部工序进行负荷分析，通过调整工序间的负荷分配 使之达到能力平衡，最终提高整体效率。这种改善工序间能力平衡的方法又称为瓶颈改善。作业平衡分析及瓶颈改善的主要目的是：①提高人员及设备的生产效率； ②减少产品的工时消耗，降低成本； ③减少在制品，降低在库； ④实现单元化生产，提高生产系统的弹性；作业平衡分析与改进方法如下：１）工时测量。所应用到的工具有：秒表、观测板、录像机、计算器、测量的方式有：一般测时法和连续测时法；２）程序改善。通过５Ｗ１Ｈ系统地分析程序的组成是否合理和必要，“ＥＣＲＳ”四大原则：ａ）取消（Ｅｌｉｍｉｎａｔｅ）；“完成了什么？是否必要？为什么？”ｂ）合并 （Ｃｏｍｂｉｎｅ）：“谁完成？何时完成？哪里？如何？”重排（Ｒｅａｒｒａｎｇｅ）：取消一合并一重排。程序分析的五大内容：１）工艺流程分析一取消／合并／重排工序，溅少浪费； ２）搬运分析一一考虑重量、距离、方法、工具、路线；３）检验分析一按产品 要求设计合理站点和方法；４）储存分析一一使物料及峙供应：５）等待分析一 一减少和消除引起等待的因素４图１．１瓶颈改善图图１－２作业改善方法图２）生产布局优化改善合理的生产布局能够保证物料顺畅流动，减少无价值的搬运动作，提高现 场的管理透明度和生产效率。因此进行现场布局改进时，需要保证以下几点：１）保证标准作业；避免：制造过多的浪费、步行距离的浪费、手动作业的 浪费。２）避免物流浪费一一先进先出，快速流动：一头一尾存货，中间均衡快速流动时考在制品放置、搬运方法和搬运路径，前后生产尽量靠拢。３）考虑信息流动一一生产指示明确便于信息传递；４）确保作业安全――避免：制造过多的浪费，步行距离的浪费，手动作业的浪费；５）整体布置协调――整体效率最高；整体物流，动力供应，线间仓库间搬运，预备扩充空间；结合上述几点进行现场布置优化，其目的在于简化加工过程；有效地利用 人员、设备、空间和能源：最大限度地减少物料搬运：缩短生产周期；力求投 资最低；为职工提供方便、舒适、安全和职业卫生的条件【１１】。１．３．３论文整体结构 １）作业时间测定方法研究 在介绍时间测定的基本方法的基础上，系统的介绍了秒表测时法的基本理论，利用秒表测时法并结合相应的宽放标准，确定各作业的标准时间。２）平衡分析与现场改善结合秒表测时确定的标准时间，分别对各产品的作业平衡进行分析，找出了各产品作业的瓶颈环节，并根据作业改善的基本理论与方法提出了相应的改进意见，并对改进前后的作业平衡进行对比分析。在平衡分析改进的基础上，结合各作业单元的改进方案，提出了针对各作业单元的布置优化方案。３）基于仿真的布局优化方法研究 在简单介绍当前流行的仿真分析软件的基础上，系统阐述了布局优化分析 目标与影响因素，结合Ｅ．Ｆａｃｔｏｒｙ布局仿真分析软件，构建了作业改善后现场整体布局的优化模型，提出了改进方案。６第二章作业时间测定方法研究２．１时间研究概述 ２．１．１时间研究的意义 在生产制造过程中日常消耗的总时间大致可以分为：基本需要作业时间与由于工作进度不妥而造成的多余时间，以及完全浪费的无效时间三种。 １）基本需要作业时间。当产品设计、制造工序及作业方法都不再更改时所 使用的生产时间，也可以说是不能降低到的理想时间，唯有这项作业内容才视 为真正是“有效工作”。 ２）多余时间。由于设计及制造方法不当多耗费的作业时间，其内容本质上是“无效工作”。 ３）无效时间。由于工厂管理上的各种缺陷所引起的中断时间，作业人员与 机械设备在此期间没有工作成效而浪费掉的时间，其内容可以说是“浪费工 作＂。在制造的总过程中，这些多余因素与无效因素，所谓非生产因素与真正需要的基本作业内容相比，其值相当大。因此，依靠时间研究在对工作潜在的非 生产因素内容定向的分析的同时，还必须进行定量的评价，以便使能够极力排除或减少它。时间研究的首要目的在于明确非生产因素，以便生产作业进行改 进和提高，从而有效降低无效因素的比例。２．１．２时间研究方法 时间研究的方法主要可以分为以下四类‘１０，１２】： １）预定动作时间标准法。预定动作时间标准系统也称预定时间标准系统（Ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ Ｔｉｍｅ Ｓｙｓｔｅｍ），简称ＰＴＳ法，是国际工人的制定时间标准的先进技术。它利用预先为各种动作制定的时间标准来确定进行各种操作所需要的 时间。ＰＴＳ法不需经过秒表进行直接时间测定，即可根据作业中包含的动作及实现确定的各动作的预定时间值计算该作业的正常时间，加上适当的宽放时间后就得到作业的标准时间。２）标准资料法。标准资料就是将实现通过作业测定（时间研究、工作抽样、ＰＴＳ等）所获得的大量数据（测定值或经验值）进行分析整理，编制而成的某 种结构的作业要素（基本操作单元）正常时间值的数据库。利用标准资料来综合制定各种作业的标准时间的方法就叫标准资料法。 ３）直接测时法。直接测时法又可以分为连续测时法、归零测试法、累计测 时法和周程测时法等四种方法。 ?连续测时法。在整个研究持续时间内，秒表不停地连续走动，直到整个７研究结束为止。观测者将每个操作单元的终点时间读出，记录在表格内。研究结束后，将相邻两个操作单元的终点时间相减，即得到操作单元实际持续时间。 ?归零测时法。在观测过程中，每逢一个操作单元结束，即按停秒表，读 取表上读数，然后立即将秒表指针快速回到零点，在下一个操作单元开 始时重新启动。?累计测时法。累计测时法是一种用两个或三个秒表完成测时的方法。把两只秒表装在一个专用的架子上，由一联动机构连结。用于连续计时的时候，在每一个操作单元结束时，操作联动机构，一个表停下来，另一个表则重新启动。研究人员对停下的表读数，每个单元的时间通过将两个交替的读数相减而获得。若用于重复记录时，停下的表在被读数后即返回到零位，所有单元的时间是直接读出来的。?周程测时法。对于单元甚小且周期甚短的作业，读出并记录时间很难准 确，于是将几个操作单元组合在一起测时。２．２秒表测时研究秒表测试一般可以划分为：①收集资料；②划分操作单元：⑨选择测时方 法；④计算正常时间；⑤确定宽放时间；⑥制定标准时间等六个步骤组成，下面对各步骤的主要工作加以阐述。 ２．２．１收集资料?能迅速识别研究内容的资料；?能正确识别制造的产品或零件的资料； ?能正确识别制造程序、方法、工厂或机器的资料； ?能识别操作者的资料； ?研究的期间； ?有关工作环境的资料温度、湿度、照明、噪声以及其它影响操作者生 理与心理的资料。 ２．２．２划分操作单元为了便于分析研究，常将操作划分为细小的单元。但用秒表来观测，则每一动素所占时间过于短促，无法观测与记录。为了秒表测时方便起见，常将操 作划分为适当的单元。通常是将若干动素集合成一个单元。单元的划分应遵循 下列原则：①在不影响精确观测记录前提下，每一操作单元的时间越短越佳。但每单元的时间必须在０．０４分钟（２．４秒）以上（太短无法记录）。②将人操作时间和机器工作时间分开。机动时间一般不必加以评比，只需记录人操作的时间。③单元与单元之间的界限要分清，使每个单元得以准确地测定。每一单元的起终点要易于辨别，最好在单元的终点有明显的声音。如无声音，则以明显 易辨的动作作为划分点。所有划分单元的标准，在一个企业内应是一致的。④应明确划分不变单元与可变单元。不变单元是指在各种情况下，其操作 时间基本相等。可变单元的操作时间，系指因加工时对象的尺寸、大小、重量等的不同而不同。⑤规则单元与间歇性单元要划分清楚。规则单元是加工每个工作件都有规则地出现的单元。间歇单元是在加工过程中偶尔出现的单元。由于间歇单元可 能偶尔出现在规则单元之内，也可能偶尔不在规则单元之内，故在观察记录时，如不将其划分清楚将会引起混乱。 ⑥材料搬运时间应与其它单元分开。因为材料搬运时间受工地布置的影响大，故应单独研究。 ２．２．３选择测时方法 利用秒表法进行工时测定的方法在２．１．２中进行了详细的阐述。在选定具体 的方法进行工时测定后，进行公时测定时需要根据不同产品的确定相应的观测次数。在误差范围为±５％，可靠度为９５％的情况下，可采用下式计算观测次数ｎ们：Ⅳ＝ｌ ４０、扣∑ｘ卜（∑＿）２／∑ｔ Ｉ２．２．４计算正常时间ｒ厂了――――一。］２（２－１）正常时间则是以一种不快不慢的正常速度完成工作所需要的时间。必须利 用“评比”予以修正上述步骤所求出的操作者个人的平均时间¨引。 （１）何谓“评比’’，评比就是时间研究人员将所观测到的操作者的操作速度，与自己头脑中的理想速度（正常速度）作想象的比较。（２）建立理想速度（或正常速度）的方法，根据评比的定义可知，时间研究人员必须能在自己头脑中建立一个理想的速度，然后再根据这个理想速度去评比 操作者动作的快慢。评比尺度。常用的速度评比尺度有三种，即６０分法、ｉ００分法及７５分法。 １）６０分法与ｉ００分法此两种方法是建立在同一水平之上，凡观察速度与理想速度完全相同的给予６０或１００分。２）７５分法这是由英国时间研究专家所提出的一种方法，他们认为采取自然 的标准为依靠，也就是现在管理上公认的，在有刺激的情况下比无刺激的情况 下速度要快１／３，所以可依照此种有刺激情况下的速度为理想速度的标准。即?在有刺激情况下，三种尺度的正常速度为：８０，１３３，９１００?在无刺激的情况下，三种尺度的正常速度为：６０，１００，７５２．２．５确定宽放时间将操作时所需的停顿或休息，加入正常时间。这种进一步进行修正的时间称为“宽放时间”。表２－１中给出了影响宽放率的因素以及其对应宽放率。宽放率（％）＝（宽放时间／正常时间）×１００％（１）增加宽放时间的原因 ?操作周程中操作的疲劳，需要休息。 ?操作者个人的需要，如喝水、上厕所、擦汗、更衣等。?操作者听取班长或车间主任的指示，或本人指示助手等，而使本身工作停顿。?操作者领取材料、工件、对象及完成件、工具的送走等。 ?操作中等待检验、等待机器的维修、保养、等待材料等。 ?操作者从事操作前的准备工作，如清理工作场所、擦拭机器、所需对象的准备和操作中、操作完后工作场所、机器、物料及工具的清理工作。 ?操作者从事刀具的刃磨、更换皮带、调整机器等工作。 （２）宽放时间的种类 ?私事宽放。考虑操作者生理上的需要，如喝水、上厕所、擦汗、更衣等。每天８小时工作，上下午无规定的休息时间时：对于轻松工作，一般为正常时间的２％一５％；对于较重工作（或不良环境）则大于５％：对于举重工 作（或天气炎热）定为７％。一般情形多以正常时间的５％计。?疲劳宽放。一般采用估计的方法来决定。在一般情况下常以正常时间的百分率来表示。?程序宽放。是操作中无法避免的延迟所需要的宽放时间。 ?特别宽放时间。可分为①周期动作宽放时间如刃磨工具、清洁机器或 工厂、周程检查、发生在固定间隔或某一定周期之后的动作时间。②干 扰宽放时间一人操作多台机器，当在这台机器操作时，另一台机器已 停止，等待来操作，称为干扰宽放。⑨临时宽放时间对可能发生而不能确定会发生的事件发生时，给予临时宽放时间，通常规定此类宽放时 间不得超过正常时间的５％。ｌＯ表２．１宽放系数影响因素及确定标准序号ｌ影响因素 基本的疲劳宽放时间 较重的疲劳宽放时间男４％ ９％女５％ １１％２ ２．１ ２．２ ３ ３．１ ３．２ ３．３ ４ ４．１ ４．２ ４．３ ５ ５．１ ５．２ ５．３ ６ ６．１ ６．２基本疲劳时间的可变增加时间 站立工作的宽放时间 不正常姿势的宽放时间 用力或使用肌肉 ２．５?ｌＯ埏 ｌＯ－２０ｋｇ２０―５０ｋｇ２％ ４％４％ ５％０－３％ ４．１０％ １２．５８％０－４％ ５．１５％１８％Ｏ光线情况 稍低于规定数值 低于规定数值 非常不充分 空气情况 通风良好，空气新鲜 通风不良，但无毒气 在火炉边工作或其他 精神紧张 相当复杂的操作 高复杂或需全神贯注的工作 很复杂的工作 单调、精神方面 低度 中度 高度 生理方面０ Ｏ ０ ０ ０２％ ５％２％ ５％５％ ５％５％ １５％１％ ４％ ８％ｌ％ ４％ ８％６．３７ ７．１ ７．２ ７．３ ８１％ ４％ ２．６％１％ ４％ ０．２％２．２．６制定标准时间标准工时是在正常的操作条件下，以标准的作业方法及合理的劳动强度和 速度完成符合质量要求的工作所需的作业时间。标准时间组成如图２一ｌ所示。图２．１标准时间的构成标准时间＝正常时间＋（正常时间Ｘ宽放百分数）＝正常时间×（１＋宽放率）例如，某一单元观测时间为０．８ｍｉｎ， 间为０．８８ｍｉｎ，标准时间为０．９２４ｍｉｎ 评比为１ １０％，宽放为５％，则正常时１２第三章平衡分析与现场改善结合上一章中所述的时间测定的基本方法，本章主要阐述通过秒表测时法 在汽车零部件生产企业中的具体应用。通过测定的作业时间，结合各产品实际加工的情况，确定相应的评比系数与宽放系数，求解出产品加工各工序的标准 作业时间，并以此进行产品加工过程作业平衡分析的依据，从而找出瓶颈环节， 实现产品加工过程的作业改善。并结合改善方案，从微观布局的角度出发，对 各加工作业单元的详细布置分别进行了系统的规划，实现了对作业单元内部布局的优化与改善。 ３．１现场作业平衡分析与改进 ３．１．１备轮升降器作业平衡分析与改进 一、标准时间确定及平衡分析备轮升降器加工包括冲压、备轮升降器壳和棘轮焊接、备轮托架焊接、涂 漆（外包工序）、总装、检测六个工位。冲压工作完全可以在罩壳焊接的时间 内同步进行，因此对于备轮升降器的加工，只需要考虑备轮升降器壳和棘轮焊接、备轮托架焊接、总装、检测共四个工位。根据现场观测的实际加工环境， 确定各加工工位的宽放系数如表３一ｌ所示。表３．１宽放系数的确定工位名称 备轮托架焊接工位 备轮罩壳焊接工位 各轮棘轮总成焊接工位 各轮升降架总装工位 备轮检测工位 影响因素 私事宽放 基本疲劳 私事宽放 基本疲劳 私事宽放 基本疲劳 私事宽放 基本疲劳 私事宽放 基本疲劳 影响系数（％）５ ５５ １０ ５ ５ ｌＯ ５ ５ １０ ５ ５ １０ ５宽放系数（呦ｌＯ在确定的宽放系数的基础上，结合测定的正常时间计算出各作业的标准时间与实际产能如表３－２所示。表３．２胎升降器标准工时与产能工位名称 各轮托架焊接 各轮棘轮焊接 各轮罩壳焊接 罩壳固定板焊接 各轮总装 备轮检测 测定工时３６．５９．１ ７４．７５ １０８．５ ９７ ４５．９标准工时４０．１５ ｌＯ．０ｌ ８２．２３ １１ ９．３５ １０６．７ ５０．４９预计产能（日产量）７１７×ｌ１３６Ｘｌ２７０Ｘ３５７０×ｌ备注：表中棘轮焊接、罩壳焊接与固定板焊接为一人在一个工位完成。二、瓶颈分忻根据表３―２中的标准工时数据，利用ＷＩＴＮＥＳＳ仿真分析软件刊算出备轮升降 嚣各工位的平衡分析结果如图３－ｉ所示。ａｊ仿真计掉结果（ｂ）时间平衡图 图３．１改善前备轮升降器平衡分析结果出（ｂ）图中叫以看出可焊接工位一直处于忙状态，但仍不能使达到生产量的需要，总装和检测与焊接相比十分清闲，因此焊接工位就是瓶颈工位。焊接 Ｔ位中棘轮焊接、罩壳焊接与固定板焊接为一人在一个丁＝位完成，此处的工时 约为焊托架工位的５倍。因此该工位是各轮升降器的瓶颈所在，需要改进对该工位进行瓶颈改善。 三、瓶颈改善 由３１１中的分析可得，备轮升降器生产中最大的瓶颈工位是罩壳焊接工位，改进方案是在甚工位增加一名焊接人员，改进后运行仿真模型，可得统引报告如斟３－２所示。通过对比（ａ）图中可以看到，实施改进方案后其同产量由原柬的４１５件提 高节５４２件。由（ｂ）可看出与改进前相比，总装和检测的自效工作时问都大大 提高。尤其是检测工位，其有效工作时间由原来的７２ ７５％提升至９５０２％。ａ）仿真“算“，果（ｂ）时间平衡剧 目３－２改进后备轮升降器平衡分析结果３ １ ２Ｈ】消声器作业平衡分析 一、标准时句确定及平衡分析…商务车消声器生产区主要由弯管、切余量、法兰环弧焊、二级总成焊接、 二级分总成焊接、隔板点焊、一绒分总成焊接、一绒总成焊接和前排管焊接几个工位组成。法兰环弧焊、二级总成焊接、二级分总成焊接、隔板点焊、一级分总成焊接、一级总成焊接和前排管焊接这七个工位目前由五个工人协作，连 接管的焊接也是由这儿个人协作完成。各个工位的工时信息和产能情况如表３―３所示。表３－３ Ｈ１消声器标准Ｌ时与产能蛮管ｆｎ＃＊、 弯管（＃它§） ＂余量一‰ｎｍ≈“ｘ３２６×１３ ４６ ２４ ５６０ ４２８ ６５ ２６３ ２６７一级丹恩＆日《Ａ＊一ｇ＂总成 ｍ＃扳＊接 ｎ！烧焊接 前F＊焊接３８３４ １８８注表６弯管［位肯两人台作完成．隔热扳焊接、法兰烧焊与前排管焊接由一人负责完成一、瓶颈分析根据袁３―３叫Ｊ的标准工时数拊，利用ｗＩＴＮＥＳＳ仿真分析软件计算出Ｈ１消声器 各工位的平衡分析结果如图３―３所示。由图叶１数据可以看出弯管工位和～级总战 挥工位～直处于忙碌状态，而相对于法兰焊接与点焊工位的工作时间只有３０％ 庀右，由此可以看出｜｜１产品加一ｒ的作业分配存在一定的不合理之处，需要进行 改进．其瓶颈工位则在于弯管与一级总成焊工位。ａ）仿真计算结果（ｂ）时问平衡幽吲３．３改善前Ｈ１ ｙ＿！声器平衡分析结果三、瓶颈改善 根据统计报告分析，环弧焊工位一天有３２ ７４％的时暗』约２ ６个小时就能完成 任务，因此不需要安排号人负责，由其他工位的工人来完成是合理的。 成焊接］一位 级长天９７ ７７％的时间７ ８个小时都在工作爿‘能正好完成每天５０个的生产任务，因此要安排专人负责生产。二级总成焊接工位一天８６ ４６％时问６ ９个小 时赴工作，日产量可达８１个，能够满足生产要求；前排管焊接工位一天５９晌时Ｉ＇Ｈｊ４ ３ｊ％８个小时在工作；隔板点焊工位天３０ ７３％的时间２ ｊ个小时就可以完６成工作，【垌此也没有必要安排专人：一级分总成焊接工位一天９４ ７９％的时叫７小时在工作；二级分总成焊接工位一兀８４ ５０％的时间７个４、时在＿丁作。因此在对１１１产品加工过程的改进足通过对作业人员的优化调配，来实现对平衡改进。ａ）仿真计算结果（ｂ）时间平衡幽 幽３－４馥善后ＨＩ消声器平衡分析结果由图３ ４中的数据可以看出＿！ｆＬ个主要工位的机器利用率均在９０％以上，随明 机器几乎没有闲置。３Ｉ３排气管作业平衡分析、标准时问确定及平衡分析 出于现场生产的排气管种类繁多，且各自的加工工艺和实际的需求量相差 很大。在计算工时与产能时，很难做到将每一种产品都完全的确定。罔此存计尊］二时与产能时，｝要考虑几种典型的产品，以此米确定生产过程中的“瓶颈”Ｌ位，进而对生产过程提出改进意见。论文以排气管Ｇ１ＱＺ、Ｂ６和Ｄ４型产品为对象，术分析排气管各生产工位的生产节拍，从而确定相对的“瓶颈”工何。排气管的加工过程丰要包括下料、弯形、切余量、点焊和烧焊五道工序。 通过寅地调研测定了对应上述三种产品的加工工时，并计算出了对应得同产能，具体结果如袁３ ４、寝３―５和表３－６所示。工位名称 下料 弯形 切余量 点焊 烧焊测定工时７３．６２ ６３．６９ ３８．１２ ３４．５７ ２６８．０５标准加工工时８３。９３ ７２．６１ ４３．４６ ３９．４１ ３０８．２６预计产能（日产量）３４３ ３９６×２ ６６２ ７３０ｘ １．５ ９３×５注：点焊有一部分为两人配合完成，并且没有考虑点焊的准备时间。 表３．５排气管Ｂ６的日产能 工位名称 下料 弯形 切余量 点焊 烧焊 测定工时２４．５４ ６３．６９ ３８．１２ ４６．８７ ７８．２标准加工工时２７．９８ ７２．６１ ４３．４６ ５３．４３ ８９．９３预计产能（日产量）１０２９ ３９６×２ ６６２ ５３９Ｘ３ ３２０×５表３－６排气管Ｄ４的日产能 工位名称 下料 弯形 切余量 点焊 烧焊 测定工时７３．６２ ６３．６９ １１４．３６ ３２．４５ １８９．８标准加工工时８３．９３ ７２．６１ １３１．５１ ３７．３２ ２１８．２７预计产能（日产量）３４３ ３９６×２ ２１８ ７７１×３ １３ｌ×５表３－４至３－６中，宽放工时都是以实测的工时乘以对应工位的宽放系数所得， 对应各工位的宽放系数如表３－７所示。前四个工位设定的依据是考虑了基本疲 劳、私事宽放和站立工作这三个方面的因素；烧焊焊接工位则考虑了基本疲劳、私事宽放和工作环境这三个方面的因素来设定其宽放系数。表３．７宽放系数 工位名称 宽放系数 下料１．１５弯形１．１５切余量１．１５点焊１．１５烧焊１．１５二、瓶颈分析 针对排气管产品品种繁多的特点，在进行“瓶颈＂分析时，按产品分开讨 论。通过分析针对不同的产品给出不同的改进意见，最后综合这三种产品的改进意见，给出排气管生产区各工位具体布局的改进意见。 １）Ｇ１ＱＺ排气管瓶颈仿真分析 根据表３―４中的标准工时数据，利用ＷＩＴＮＥＳＳ仿真分析软件计算出ＣｌＱＺ排气管各工位的平衡分析结果如图３－５所示。由图中数据可以看出下料工位是该产品 加工的最大瓶颈，制约着整个产品产能的提高。１８ａ）仿真计算结果（ｂ）时州平衔幽幽３－５改善前Ｇ１ＱＺ排气管甲衡分析结粜２）Ｂ６排气管瓶颈仿真分析根据表３ ５ｔ｛?的标准［时数据，利Ｈｊ ＷＩＴＮＥＳＳ仿真分析软件计算出Ｂ６排气管 并工忙的甲衡分析结果如图３ ６所示。由图中数据训以看出Ｆ料工位是该产品加工的最人瓶颈，制约着整个产；昂产能的提高。ａ）仿真Ｈ尊结果（ｂ）时问平衡匿 幽３－６段苦前Ｂ６排气管甲衡分析结果：｛）Ｄ４排气管瓶颤仿真分析 根扼表３ ６中的标准Ｔ时数据，利用ＷＩＴＮＥＳＳ仿真分析软件计算出Ｂ６排气管并工位的平衡分析结果如图３―７所＿ｉ。ｌ＿｝｜图中数据可毗看出ｒ料与切预料工位是该产品加工的瓶颈，制约着整个产品产能的提高。ａ）仿真计芹结果（ｂ）时间＇７－新剖 １划３－７改善前Ｄ４排气管平衡分析结果二＿、瓤颈改善 ：）（，１ｑｚ排气管瓶颂改善针对该产品加工过程中下料瓶颈工位，下料工位每天加班一小时：增加一台弯管机，增女ｕ台切余量机。并构建新的仿真模型后，仿真运行结粜如图３８所小。从统计报告中ｕｒ咀看到，下料仍是Ｇ１ｑｚ生产中是一个很大的瓶颈。下料 工位加班后，产量随之增长，可达到３８３台套／天。除下料和总成焊接外的其他 ＿［位基本能够达到工序间的节拍平衡。ａ）仿真计算结果（ｂ）时问平衡目 幽３－８改善后Ｇ１Ｑｚ排气管平衡分析结果２）Ｂ６排气管瓶颈改善Ｂ６产品的瓶坝丁位与Ｇ１ＱＺ产品基本一致，在进行瓶颈改善时采用相同的方 案，ＥⅣｒ料工位每犬加班一小时：增加１台弯管机：增加一台切余量机。并构建新的仿真模型后，仿真结果如图３ ９所示。从报告中可以看出，对于Ｂ６的生产，仁采用改进山案后备工位的产量达到了平衡，日产量由原来的６５９台套提高到 】１ｉ１台套，各个Ｔ位设备人员的使用率大大提高，均在７０％以上；牛产节拍基本、ｒ衡，山ｒ罔统计表中的数据可以明显看出。而且此时所有的利用率，达到了 较置的７－Ｊ用牢。ａ）仿真计掉缩粜溺（ｂ）时问平衡Ｈ 引３－９故善历Ｂ６排气管平衡分析结果３）Ｄ４排气管瓶壬负改善 Ｄ４产品的瓶领ｒ位为下料与切余量工位，在进行瓶颈已５【管时采用下料工位 每天加班 小时：增加ｌ台弯管机；增ＪｊⅡ台切余量机。并构建新的仿真模型后，仿真结果如罔３ １０所示。从报告中可以看出，Ｄ４的生产，在采用改进片案后各 ｌ位之间的平衡‘陆有所改善，闩产最由原来的２ｌ ７台套提高§Ｕ５６２台套，产量翻 年一倍以上。尤其足总成焊接ｊ。位设备人员的使用率人大提高．出原来的３２增车８ｊ ２ｉ％。０９％ａ）仿真计算结果（ｂ）时间平衡图 目３，１ ０鳆善后Ｄ４排气管平衡分析结果３ １４卡车消声器作业平衡分析 一、标准时削确定及平衡分析 卡车消声器加工区域包括卷圆、涨圆、碰焊、翻边、内管总成、咬ｕ和总成焊接七个工位，操作工艿九人。卷圆、涨圆、碰焊、翻边、咬口这五个工位｝¨五人共Ｈ协作完成，其中卷圆需要两人同时协作操作，其他工位各需一人操作，这几个工位不确定任务到人：内管总成有两人操作，ｌｊｋ．主要负责点焊内管 中的小碗、另一人主要负责内管隔板的焊接：总成焊接有两人操作，１人主要负 责点焊消声糌端口的法兰、另一入主要负责消声器的封口焊接。对于其各工序的加工工时测定整王甲后如表３―８所示。表３－８淌卢器产能分析 Ｊ位名称 卷捌 涨到 碰焊 碰焊消声器支架 翻边 焊小碗 焊隔板 覆式吱口 卧式峻ｎ ，ｊ焊法兰 封］焊 测定Ｉ时８ ８７５ ２２ ５ １９ ３ ４９１２ ２７ ２ ３０ ５５ ３８ ３ ４７ ７５标准加工工时预计产能（日产带）２８２３ １１２２ １２９７ ５５０ ９３６ ８１９ ７１９ ５３８ ３８９ ８１４ ３５０６６３０ ７５ ７ｌ ５５，、瓶颈分析根拈表３＂－８中的标准工时数据，利用ｗ１１ＸＢＳＳ仿真分析软件计算出卡车消卢 器的平衡分析结果如图３一ｌｌ所示。由圈中数据可以看出封口焊工位是该产品加 工的瓶颈，制约着整个产品产能的提高。图３－１１改善前｝乍消声器甲衡分忻结果：、瓶颈改善 卷到、涨喇、碰焊、翻边工位的产能分别是２８２３、１０８０、１０７９、９３４，市式 咬］工位为５３５，卧式咬口工位为３８８，总共为９２３即一天咬ｎ上位可蚍生产９１８． 田此这些Ｉ。位没有必要每个工位都由专人负责，但由于封；］［位是＊车消声器 的瓶颈＿【＝位，因此在逃行瓶颈改进时，前三个工位的员工在负责卷圆、涨圆与 碰焊加工作业的工时，ｃ，Ｊ以将多余的时间片ｊ于封口焊接工位，这样在提高产能的『刊明，也提高了各个装配人员的叫间利用率。根据改进后的方案，构建了新的仿真分析模型，如图３ｌ２所示，由罔中可以看出各装配工位的作业时问利，：ｊ苹均达到９０％以上，并且产能也由３４９提升到６２３件每天。Ｈ３３―１２改善后卡Ｉ?消声器平衡分忻结果２作业单元布置改善原则与方案ｉ各轮升降器布胃改善原则与方案 备轮升降器总成的加工作业单元共有ｊ个：冲压区、备轮托絮总成焊接区３ ２备轮爿烽器单壳焊接区、总装区和检测区，各作业单兀整体布置如剀３１３所示ｆ血将结合瓶颈改善的基本方枭．对各作业单元的布置进｛ｊ了改善ｔｊ优化。――――――――一一――二―――――――――二１―一、布局现状分析 １）备轮托架总成焊接区 备轮托架总成焊接区目前占地面积１０所不。。ｉｉ：：艮一――――一＿虹―＝二ｊ坠＿！＝些二＝ｌｉ７． 襄乐≥毒Ｉｊ麓擎‘嚣斧１ ５２；紫辫；＝＿。ｉ―Ｊ！Ｉ’～ＪＬ圈３－１３改善前各轮升降器生产医布置图３×６＝６１８ｍ＇，其拥有人员、设备、工作台以及工位器具的数目、各自占位和容量如表３―９。该区布置图如图３―１４表３－９备轮托架总成焊接医组成 名称 ＆×宽ｘ高 面积吖 数量排作Ｊ扒焊接工作台 原料盛放器且 托架总成盛放车 零什架 焊枪柜 焊接电源柜 气瓶柜 大配电柜 链条搬ｉ薹车０ ８１×０ ５ｌ刈员１Ｊ丁具箱！唑鹭口里．匿型：黯三１４＊ Ｅ霪享目３―１４备轮托架｛且接图３．１ ５备轮罩壳焊接工｛奇２）备轮罩壳焊接区 备轮升降器罩壳焊接区目前占地面积１０．３×６＝６１．８平方米，其拥有人员、 设备、工作台以及工位器具的数目、各自占位和容量如表３一１０。该区布置图如图３―１５所示。表３．１０备轮罩壳焊接区组成 名称 操作工人 焊接工作台 原料盛放器具 半成品盛放器具 工具箱 模具架 焊接电源柜 大配电柜 出货筐 焊夹具 气瓶柜 入货罩壳货筐 焊枪柜１．８×Ｏ．５×Ｏ．７ １×０．７×０．９ １×Ｏ．７×０．９ ０．５２ｘ０．４２ｘ０．８ ０．８１×Ｏ．５ｌ×１ ０．６８×０．３８×０．６９ ０．７×０．４３ｘ １．８７ １×Ｏ．７ｘＯ．９ ０．７１×Ｏ．５１ｘｌ ０．８１×Ｏ．５１×ｌ １×０．７１ｘＯ．６ ０．６８×０．３６ｘ ｌ Ｏ．９ ０．７ Ｏ．７ Ｏ．２２ ０．４２ ０．２５ ０．３ Ｏ．７ ０．３６ ０．４２ ０．７ｌ ０．２５长Ｘ宽×高面积ｍｌｌ ｌ ｌ １ １ ２ １ １ １ １数量２ ２ １３）备轮总装区 总装区目前占地面积ｌＯ．３Ｘ６＝６１．８平方米，其拥有人员、设备、工作台以及工位器具的数目、各自占位和容量如表３－１１。该区布置图如图３―１６所示。表３－１１总装区组成 名称 操作工人 装配工作台 备轮升降器盛放车 总成货架 零件存储柜 盖板存储专用车 行星轮导块货架 备轮罩壳推车 员工存物台 废品车 大配电柜３．５５×１．０５ｘＯ．７５ １．２７×０．５８×０．９ １．４ｘＯ．８ｘ１．５７ ２．０１ｘＯ．６３×１．８ ０．６ｌ×０．４ｌｘＯ．６ｌ ０．８１×Ｏ．７１×１ １．１ｘＯ．５７×１．４ １．１×Ｏ．４５×０．７ ｌ ｘＯ．７×０．９ ０．７ｘＯ．４３×１．８７ ３．７３ ０．７４ １．１２ １．２７ Ｏ．２５ ０．５８ Ｏ．６３ Ｏ．５ Ｏ．７ ０．３长×宽×高厩积ｍｌ数量３ １ ｌ ２ ２ ｌ ｌ ２ ｌ １ １４）备轮检测区检测区目前占地面积１０．３×３．６＝３７．１平方米，其拥有人员、设备、工作台以及工位器具的数目、各自占位和容量如表３－１２。该区布置图如图３－１７所示。２６表３．１２检测医组成图３．１６备轮总装区蚓３－１７各轮检测区二、布局改善方案 １）生产设备及人员数量的确定依据对备轮升降器瓶颈分析，只存在备轮罩壳焊接这一瓶颈工位，因此在人员与设备配置方面，除了该焊接工位需要调整之外，其余工位都按照目前的人员与设备配置不变。罩壳焊接工位由前面的“瓶颈”分析时就提出了需增加名操作人员与生产设备一套。调整后具体人员与设备需求如衷３―１３０１示。 表３－１３调整后备上位人员设备需求一览表丁值名称 备轮托架焊接上位 人员数量 ＮＴ．设备数量 １套焊接设备 ２套焊接设备 装配ｌ。作台１张 检测工作台１个备轮翠壳焊接Ｉ’位各轮总娃Ｌ位 各轮检洲Ｔ位２）工位器具数量的确定①各轮托架总成焊接区 酸工位目前有放托架的原料车，其容量为４８０，盛放成品托架推车，其容量为１ ４０，由于ｚ１与Ｅ４两种产品的托架型号不同，需要两个不同的托架存放原料车；对于成品也需要分丌存放，对于ｚｌ和Ｅ４各自需要两个成品推车。该工位需要的工位器具的数量为：原料车２个，成品推车４个。②备轮罩壳焊接区 备轮罩壳焊接工位器具罩壳半成品货框，其中罩壳的组装焊接是由外协直 送工位，焊接成型后放入货框。然后再进行固定板的焊接等。所以依据该工位 一天的产能，其需求的货框的数量为１个成品货框与１个半成品货框，但考虑到 该工位有两个焊接工作台，所以共需要２个成品货框与２个半成品货框。 ③备轮总装区 备轮总装区的工位器具主要是备轮升降器的成品货车与Ｚ１型罩壳的半成品车。备轮成品车的容量为１４０件成品，Ｚｌ罩壳的半成品车的容量为３３０件。依据 Ｚ１与Ｅ４的产能，各自需要成品推车２辆。Ｚ１和Ｅ４的罩壳都是由外协厂商直送工位， 其中Ｚ１的罩壳需组装成半成品后再与托架总成组装，所以Ｚ１罩壳需半成品车为１ 辆。从而确定该工位需要成品推车４辆，Ｚ１罩壳半成品车一辆。④备轮检测区该工位负责检测组装备轮的合格性，其原料车是从总装区的成品车，其工 位器具的数量为１４０件，对于一辆原料车，其就需要一辆成品车。所以该工位需 求工位器具的总数量为４辆，但检测完后成品将被送至存储区，其原料车就空了出来，所以该工位实际需要的工位器具的数量为１辆成品车。三、布局原则与改进方案针对备轮升降器加工的作业特点和改进后各作业单元需要的人员、设备以及工位器具的数量，确定了布局改善时所遵循的原则和最终的布局方案。 １）布局改善原则 ?操作人员的安全范围应满足左、右、后１ｍ的空间。?安全距离。《焊接、切割作业中的防火要求》中有要求“可燃物与焊、割作业的安全间距一般不小于１０米”。焊接采用二氧化碳保护焊机，按照气体保护焊要求： “盛装保护气体的高压气瓶应小心轻放竖立固定，防止倾倒。气瓶与热源距离应大于３ｍ。” ?焊接工作台（焊接火源）距离主通道４一－，５ｍ，在安全距离内。?区划面积。考虑面积是否需要增加或减少。首先考虑中心区域（焊接工作台及人）所需范围，再根据原料车、成品车通过时所需要的宽度而定。２）改善布局方案根据上述原则改善后各作业单元的布局方案如图３－１８至３－２１所示，整体改进布局方案如图３－２２所示。２８Ｌ－砭。蟊砭褥一酊．０一剐一．一口嗲Ｊ＾ｉ【＾十…，｛Ｆ～吣一～一等一。一蔫一ｌ竺弩酉一 震一 ｉ丽ｌ讽图３－２１备轮检测区刨３．２０署轮总裟医幽３－２２各轮升降器总体布局幽３．２．２Ｈ１消声器布置改善原则与方案 一、布局现状分析 １）法兰环弧焊区法兰环弧焊接区目前占地面积１０．３ Ｘ ５．５＝５６．６５ｍ＇，其设备、工作台以及工位器具的数目、各自占位和容量如表３－１４。该区布置图如图３―２３所示。表３．１４法兰环弧焊接区（单位：米） 设备名称 法兰成品货箱 法兰货架 模具区 电流机 焊接机 氧气瓶存放架 未焊管货箱 长×宽×高１．２×０．８１×Ｏ．８５ Ｏ．７２×０．７５×Ｏ．７ ３．１×０．４７×０．１１ ０．５３×０．３８×０．７ １．５５×Ｏ．８９×２．８ ０．８１×０．５１×１ １．０１×Ｏ．７ｌ×０．６数量１ １ ｌ ｌ ｌ １ １图３－２３法兰环弧焊区布置图３．２４二级总成焊接２）二级分总成焊区 法兰环弧焊接区区目前占地面积１０．３Ｘ５＝５１．５ｍ＇，其设备、工作台以及工 位器具的数目、各自占位和容量如表３－１ ５。该区布置图如图３―２５所示。表３．１５二级分总成焊接区（单位：米） 设备名称 二级分总成货柜 二级总成进气管 零件柜 二级尾管推车 焊接机 二级总成货架 长×宽×高１．１２×ｏ．４６ｘ１．４７ １．１２×ｏ．４６ｘ １．４７ １．１２×０．４６×１．４７ １，０２Ｘ０．６７×０。９２ ３．８×０．７×１．２ １．６８×１．０６×１．５６ ｌ １数量１ １３０３）隔板点焊区 隔板点焊区目前占地面积１０．３×３．５＝３６．０５ｍ＇，其设备、工作台以及工位器 具的数目、各自占位和容量如表３－１６。该区布置图如图３―２５所示。表３．１６点焊区（单位：米） 设备名称 隔板推车 点焊机 固定气压柜 长×宽×高１．１９×０．７×Ｏ．７ １．８５×１．Ｏ×１．８ Ｏ．６７×Ｏ．６７×Ｏ．７２数量１ ｌ ｌ４）一级分总成区一级分总成焊接区目前占地面积１０．３×３．５＝３６．０５ｍ＇，其设备、工作台以及工位器具的数目、各自占位和容量如表３―１７。该区布置图如图３－２５所示。表３．１７一级分总成焊接（单位：米） 设备名称 焊接设备 一级分总成货架 一级隔板货架 一级分上盖货架 一级分下盖货架 长×宽×赢２．１×１．３×２．Ｏ １．２９×Ｏ．７９×１．３５ １．０１×Ｏ．４６×１．４６ １．５８×Ｏ．６６×０．７９ １．２９×Ｏ．７９×１．３９数量１ １ ｌ ｌ １ｎ目［］口Ｉ遗辫 Ｉ蔫溢⑨圈堕二厂］厂］卧◎一级总成 焊杌２．４来匮回多菊菰ｄ． 忙田图３．２５点焊与一级分总成布置一２．４米图圆图３．２６前排管和一级总成焊接区布置５）一级总成焊接和前排管区域 前排管焊接与一级总成焊接区目前占地面积６．３Ｘ ８＋４ Ｘ ８＝１０．３＊８＝８２．４ｍ＇，其设备、工作台以及工位器具的数目、各自占位和容量分别如表３－１８和表３－１９所示。该区布置图如图３―２６所示。表３－１ ８前排管Ｅｉ（单位米 设备名称 前排逆气管货架 莳排气管总成货架 前排总成焊接机 零件货架 渡纹管框 气瓶存放医 焊柜 嵌３．１９ 设备名称 一级尊成货架 一级分总成货架 级总成焊接区（单能?米 Ｋ×宽×高 数量】０２×Ｄ ７×Ｏ ６ ２ ９４Ｘ１ ２×０ ９长×宽×高１ ０１×０ ５×０数量８３墩逛（小）气箭货架零州货架 放氧气瓶柜 焊枪柜 焊接电源柜 焊接机０ ６８×０ ３８×０ ６９ ｌ ０Ｉ×０ ０ ６５×０ ６ｌ×ｌ＇ｄ６ ３×【０１一、改进原则与方案 通过Ｘ，ｔＨｌ消声器现有布局的系统分析，发现当前布局系统存在的问题主要 体在以Ｆ几个方面： ●卒剞的浪费太过，“重，有的医域有很好的利用起来。 ●工位器具的摆放不是很台理。 ●焊接丁位离高压气瓶过近。 ●部分生』“工位剧互相影响： 针对上述存在的问题和不足，确定了针对Ｈｌ消声器的布局改进方案，目３ 为改进后Ｈ１消声器区整体布局方案。２７●■＿！１１１＿■●＿．Ｅｒ≥ｌ望Ｅ露。＿＿；Ｉ薹主要羞ｉ 三Ｉ王过？ｉ ｉ＿＿一ｑ』ｍ。―＾＃二～蚓３．２７一ｌ习’一ｌＩ叶潼盟ｒ≮鼍ＨＩ消声器生产区调整后的牿体布局方案备注： １．红色部分是加工设备。 ２．＿是操作个人，其安全生产距离＞＝１米。 ３．氧气瓶放置在绿色线条部分，应保证加工设备和放置氧气瓶的距离大于３米。 ４．黄色部分是重新划分后的产区调整后的布置图。 ５．绿色部分是空间浪费比较严重的区域，切余量区和法兰环弧焊区之间的浪费也比较严重，所 以如果在法兰环弧焊区和切余量区开辟一条３米宽的通道也是可行的。?盛装保护气体的高压气瓶应小心轻放竖立固定，防止倾倒。气瓶与热源 距离应大于３ｍ，由于高压气瓶均放置在图示绿色线条部分，所以在重新布置时加上～条蓝色的三米线，加工设备均放置在三米线以上部分。以确保安全生产。?为了保证操作人员的操作方便，操作空间大于１．０×１．Ｏ平方米。 ?在风扇转动时的风向上应尽量避免设备的叠加，以防止靠近风扇的工位的焊接气体对在风向上的操作工位的工作人员产生影响。 ?尽量避免空间的浪费，按照产能和容量对工位器具进行合理的布置。 ３．２．３排气管布置改善原则与方案 一、改进方案分析 排气管总成的加工作业单元主要包括下料、弯管、切余量、点焊与烧焊等五个区域，结合瓶颈改善的基本方案，对各作业单元的布置进行了改善与优化。由于在进行瓶颈分析师，是通过对各种典型产品的分析，给出了它们各自对应“瓶颈’’问题的解决方案。方案存在一定的片面性，不能够体现该厂所有种类排气管的生产。因此在通过结合三种典型产品的解决方案，给出排气管生产区 的总体改进方案。 １）下料工位。综合该工位三类典型产品的解决方案，在排气管的实际生产 过程中可以考虑该工位每天加班一小时。在该种方案下对于Ｇ１ＱＺ的生产很难满足所有的工位都达到均衡生产，但考虑到实际生产过程中不是只生产这一种产 品，如果采用双班制则可能造成不必要的浪费，所以选择了该工位每天加班一小时的改进方案。２）弯管工位。由于弯管设备很难满足生产要求，可以建议增加１台弯管机， 来满足生产需求。 ３）切余量工位。该工位是所有产品生产过程中最大的“瓶颈＂工位，且该 工位的生产对于整个排气管生产过程的均衡生产有着至关重要的作用，因此对于该工位的建议是增加一台切余量机。 ４）点焊工位。依据分析的结果，该工位的生产能够满足需求，因此该工位 无需作调整。５）烧焊工位。结合前面工位的改进方案和各类产品在该工位实际产能，对３３于设工位实际生产过程中方案可以不用调整。 二、改进布局方案结合上述分析，通过对排气管生产区三种典型产品的分析，，综合考虑了成本、可行性，对各工位的布局做出了一定的调整。按照上述的布局方案，给 出排气管的．ｅｅ，布局如图３―２８所不。罐：蕊磐嚣鉴。爹一。恩肇：擎裂雕 整； 鼎萼３ ２罂礴卷一㈣㈩…㈥『秘扩强磬。Ｉ牡～＝幽３－２８排气管总布局图４卡车消声器布置改善原则与方案 、布局分析 １）消声器筒身生产区布局消声器筒身生产医目前的占地面积为２５ ５×ｌＯ＝２００平方米，其包含的人员设备、工作台与工位器具的数目，及其各自的占地面积和存储量如表３－２０所示。该区的目前的车间布置图如图３―２９所示。表３―２０卡卷圆、涨圆、碰焊、翻边、咬口区 名称 卷圆机 操作工人 送料架 原料区 敖筒小车 涨圆机（一） 涨圆机（二） 涨圆机（三） 操作工人 放筒小车 碰焊机 冷却水箱 操作工人 放筒小车 翻边机 盖板架 操作工人 放筒小车 立式咬口机 发动机 控制台 操作工人 放筒小车 卧式咬口机 小卡端盖架 操作工人 放筒小车 长×宽×高２．７２×０．５５ｘ０．９５ １×ｌ×１．７ １．２ｘＯ．７ｘＯ．４ １．２ｘＯ．７ １．６×０．６ｘＯ．８２ ０．７５ｘ０．５ｘ１．２ １．１ｘＯ．３８ｘ１．１ ０．７ｘＯ．５２×１ １×ｌ×１．７ １．６×０．６ｘＯ．８２ １．５×０．５４ｘ１．７３ ０．８４ｘ０．８６ｘ０．９ ｌ×ｌｘｌ．７ １．６×０．６×０．８２ ２．６６ｘ １．５５×１．３ １．３ｘｌ×０．９ １Ｘｌｘｌ．７ １．６ｘＯ．６ｘＯ．８２ １．６２ｘ １．６ｘ２．２ １ ｘＯ。８×０．９５ ０．８ｘＯ．５ｘ １．０５ １×ｌ×１．７ １．６×０．６ｘＯ．８２ ３．１５ｘ１．６ｘ１．３ １．３５ｘ０．８ｘ １－５３ １×ｌＸｌ．７ １．６ｘＯ．６ｘＯ．８２数量１ ２ ｌ １―－３ ｌ ｌ ｌ １ ｌ １ １ ｌ １ ｌ ｌ ｌ ｌ ２ ｌ １ １ １ １ ｌ １ ｌ １图３．２９卷圆、涨圆、碰焊、翻边、咬口工位布局３５２）消声器内管总成焊接区布局 消声器内管焊接区目前的占地面积为７．２Ｘ １０＝７２平方米，其包含的人员、设备、工作台与工位器具的数目，及其各自的占地面积和存储量如表３－２１所示。该区的现有布置图如图３－３０所示。表３．２１内管总成焊接区组成 名称 隔板焊夹具 操作工人 内管盛放器具 焊小碗夹具＋焊件 操作工人 小碗木箱 内管盛放器具 工作架 焊机供电箱 捏栩｛关幺幺期 长×宽×高０．８５Ｘ０．３×０．４５ １×１ｘ１．７ １．６×Ｏ．６×Ｏ．８ １×０．７×０．９ １Ｘ１×１．７ Ｏ．３５×０．２×Ｏ．２ １．６×Ｏ．６×０．８ Ｏ．６×０．４５×０．９ ０．６７×０．３７×Ｏ．７５ ０．７０ＸＯ．２１Ｘ０．３５ ｌ ｌ ２ １ １ ｌ ２ １ ２ ２数量图３．３０内管总成焊接区平面布图３－３１总成焊接区平面布局３）消声器总成焊接区布局 消声器总成焊接区目前的占地面积为６．８Ｘ １０＝６８平方米，其包含的人员、 设备、工作台与工位器具的数目，及其各自的占地面积和存储量如表３－２２所示。 该区的现有布置图如图３－３１所示。表３．２２总成焊区组成 名称 操作工人 操作工人 工作台 焊机供电箱 焊机送丝机 大配电柜 点焊法兰焊机架 封口焊机架 放筒小车 长×宽×高１Ｘ１Ｘ１．７ １×１Ｘ１．７ １．７２ｘ０．５×０．８５ ０．６７ｘ０。３７ｘ０。７５ ０．７０ｘＯ．２１ ｘＯ．３５ ０．７ｘＯ．４３ｘ １．８７ １．８×０．７×０．６８ ０．６ｘＯ．３５×０．６５ １．６ｘＯ．６×０．８２数量１ ｌ ｌ ２ ２ １ ｌ ｌ ３３６二、改进原则与方案 当前消声器与其它产品的生产相独立，其生产原料一部分通过采购由外协 件库提供，另一部分出冲压区生产。卷圆、涨圆、碰焊、翻边区的布局较为合 理，但工位器具摆放比较混乱，不满足５ｓ的要求，会使作业流程不流畅，增加搬运距离，浪费工时；容易混料用错料，产生质量问题；增加人员走动时侧，影响现场秩序；易造成物品堆积，浪费场所和资金；存放物品的种类和数量难以识别，致使生产管理困难。进行布局改进与布置的基本原则为：１）人员操作范围方面．操作人员的安全范围应满足左、右、后ｌｍ的空间。目前这一点符台。２）焊接设备距气瓶的距离大于３ｍ，以保证焊接安全性。 ３）安全距离，符合《焊接、切割作业中的防火要求》的基本要求。 改进后卡车捎声器各区块柿局如图３―３２和图３ ３３所示。＝。～一刚３．３３手工焊接区改进布Ｊ口｛第四章基于仿真的布局优化方法研究在上一章中，通过对各工位的瓶颈分析，在改进方案的基础上对各作业单元的布局进行了初步的改进与优化，本章将在改进的作业单元布局规划的基础 上，详细阐述基于仿真的车间布局优化方法研究。 ４．１仿真布局规划方法概述 ４．１．１仿真布局规划的基本流程 系统仿真可以分为如下几个主要步骤¨５。１６１： １）系统调研设立目标：通过调研仿真者应对研究的系统由全面的、深入的了解，能够尽可能的对仿真的对象进行尽可能详细的描述。确认仿真的目标和系统所涉及的范围。一般来说，仿真目标不同，所建立的模型也不同，为建立数学模型所采集的数据也不同。 ２）构建系统仿真优化模型 建立模型：根据仿真目标，对系统进行选择和整理，这是一件费时费力的 工作。在搜集数据时，应注意考虑系统运行的循环周期。建立模型的过程，是一个抽象和简化的过程。为了保证所建模型符合真实系统，应该对模型进行检 察，反复的修改，直至模型正确为止。３）建立仿真模型根据不同的问题选择适当的仿真软件或相关工具建立仿真模型，为后续的分析做准备。 ４）运行模型 在计算机上运行仿真模型，获得模型的输出数据。 ５）输出结果分析 通过对输出结果的分析，与期望的结果进行对比。６）修改完善模型针对模型中的不足予以修改完善。 ４．１．２典型仿真规划软件简介２０世纪７０以后计算机仿真已在设施布置和物流中开始应用，随着计算机硬 件和软件的飞跃发展其应用的广度和深度也在不断扩大和深入。出现了众多用于布局仿真优化分析的软件，其中比较典型的软件包括ＡＵＴＯＭＯＤ、ＱＵＥＳＴ、ＷＩＴＮＥＳＳ、Ｅ―Ｆａｃｔｏｒｙ、ＳｈｏｗＦｌｏｗ、ＳＩＭＡｎｉｍａｔｉｏｎ、ＰｒｏＭｏｄｅｌ与ｅ―Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ等。在国内外大型的企业中获得了成功的应用，并取得了良好的效果。３８如美国Ｇ￣ｌ、ＧＥ、Ｆｏｒｄ，韩国现代，日本丰田等公司都应用计算机仿真来对生产 物流系统的布置规划、调度管理、物流控制等做出模拟和检验，并对生产物流 系统可能出现的问题做出早期的判断，并提出相应的防范措施，节省了投资成 本和运行周期㈣。Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司利用Ｗｉｔｎｅｓｓ仿真软件优化其物流配送中心的物流作业，在６个月内，工作效率就提高了１５０％：福特公司在Ｖ６发动机工厂的设 施布置优化中应用仿真技术，产值提高了３％；Ｎｉ ｓｓａｎ公司在汽车生产工艺和物 流系统规划中利用仿真技术使生产和物流瓶颈均大大减少；Ａｉｒｂｕｓ公司在建设 Ａ３８０机翼的生产厂时，运用仿真技术进行设施布置和物流系统规划，减少成本 近百万ｎ ８１。下面介绍几种已经取得较好应用效果的仿真软件。 １）ＡＵＴＯＭＯＤ。该软件也是目前市面上比较成熟的三维物流仿真软件。主要 包括了三大模块：ＡｕｔｏＭｏｄ、ＡｕｔｏＳｔａｔ和ＡｕｔｏＶｉｅｗ。ＡｕｔｏＭｏｄ模块提供给用户一系列的物流系统模块来仿真现实世界中的物流自动化系统。ＡｕｔｏＳｔａｔ模块为仿真项目提供增强的统计分析工具，由用户定义测量和实验的标准，自动在 ＡｕｔｏＭｏｄ的模型上执行统计分析。ＡｕｔｏＶｉｅｗ可以允许用户通过ＡｕｔｏＭｏｄ模型定义 场景和摄像机的移动，产生高质量的ＡＶＩ格式的动画。 ２）ＱＵＥＳＴ（ＱｕｅｕｉｎｇＥｖｅｎｔ ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴ００１）是一个离散事件仿真工具包¨引。用于对生产工艺流程的准确性与生产效率进行仿真与分析的全三维数字工厂环境。ＱＵＥＳＴ为工业设计工程师、制造工程师和管理人员提供了一个单一的协同环境，以在整个产品设计过程中开发和确证最好的生产工艺流程。在为实际设施投资之前，改善设计，减少风险与成本，使数字工厂效益最大化，可使产品从一开始就能尽如人意。用ＱＵＥＳＴ钡０试各种参数，例如设施布局、资源配置、其它可替换方案，产品开发小组可以量化他们的决策对生产产量和成本的影响。 ＱＵＥＳＴ灵活的、基于对象的离散事件仿真环境结合了强大的可视化和健壮的 导入、导出功能，使其成为对生产工艺流程仿真与分析的工程与管理首选解决方案。 ３）Ｗｉ ｔｎｅｓｓ。该软件是由ＡＴ＆ＴＩＳＴＥＬ公司开发的仿真软件。它可以用于离散事件的系统仿真，也可用于连续事件的系统仿真。Ｗｉｔｎｅｓｓ提供了丰富的模型单元和随机分布函数，可以组成各种复杂的系统模型，从而可适应多种系统仿真的需要，并利用动画模拟仿真过程，可以实时观察到仿真模型在各时刻的运行 情况，仿真结果可以按表格、曲线图、饼图和直方图四种方式输出。另外，它 还可以与ＦａｃｔｏｒｙＣＡＤ系统集成，在Ｗｉｔｎｅｓｓ里自动建立布局图表、使用这些数据 建立Ｗｉｔｎｅｓｓ的路径选择、部件类型图标的设置。图４－１就是用Ｗｉｔｎｅｓｓ构建的生产线仿真模型。３９幽４－１ Ｗｉｔｎｅ ｓｓ构建的仿真模犁４）Ｅ Ｆａｃ ＬｏＨ。该软件最初美国Ｃｉｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｌｅｓ公司基于ＡｕｔｏＣｋＤ平台Ｆ发（现版权属于ＣＯＳＰＩ．Ｍ ｓｏｌｕｔｌｏｎｓ公司），是迄今为止被广泛认同的设施规划ＯＰＴ等四个模块．其中设施智能建模软和布胃设计的可视化仿真软件，应用效果很好，这一软件主要由ＦａｃｔｏｒｙＣＡＤ、ｒａｃｔｏｒｙＦＩＯＷ、ＦａｃｔｏｒｙＰｌ，ＡＮ和Ｆａｃｔｏｒ ｙ件Ｉ?ａｃｔｏｒｙＣＡＤ捉供了大量的设施布置的模型叫以方便迅速的构建工Ｊ设施栉置的三维环境，并可以进行空间利用率分析、零部件存储规划、基本布局成本计算；生产物流路径分析软｛牛Ｆａｃｔｏｒｙ―ＦＩ ＯＷ提供了Ｆａｃｔｏｒｙ ＣＡＤ提供的布局匿、 牛产ｌ。艺数据、产品结构和物流数据的集成平台，?Ⅱ以进行一系列物流分析包 括物流路线规划、物流捌难分析、物流成本和物流时间估算；Ｆａｃｔｏ ｒｙ ＰＬＡＮ和 ＦａｃｔｏｒｙＯＰＩ则是模拟系统化布置设训方法的作业点关系分析，并提供了优化算 法１１动生成一些柿局万案以供参考…。图４―２就是利用ＦａｃｔｏｒｙＣＡＤ建立的车间实 体横型和利用ＦａｃｔｏｒｙＦＬＯＷ软件建立的＿乍问物流关系模型。幽４－２ Ｅ－Ｆａｃｔｏｒｙ构建的仿真横刑本章卞要研究Ｅ―ｈｃｔｏｒ ｙ巾局优化方法在车创布局优化中的应用４．２布局优化的评价标准与方法 ４．２．１设施布局优化的评价指标 设施布局的评价指标主要体现、企业生产系统物流的连续性、布局规划的 适应性以及物流成本的经济性【２０】： １）连续性。生产是一道工序接一道工序往下进行的，因此要求物料能顺畅地、最快、最省地走完各个工序，直至成为产品。每个工序的不正常停工都会造成不同程度的物流阻塞，影响整个企业生产的进行。２）适应性。当企业产品改型或品种发生变化时，生产过程应具有较强的应变能力。也就是生产过程应具备在较短的时间内，可以由一种产品迅速转移为 另一种产品的生产能力。 ３）经济性。企业生产系统布局规划时需要针对产品的数量、品种、工艺路线、搬运设备、单位搬运成本等因素综合考虑生产系统的物流成本，在满足非 经济因素的约束下，需要以最低的成本来进行生产系统的布局优化。４．２．２布局规划的评价方法 影响车间布局优化的因素基本上可以划分为成本因素与非成本因素两类， 因此在进行车间布局优化评价时，其屏蔽方法可以分为三类，第一类是针对非 成本因素的非经济因素评价法，该方法在实施规划的评价过程中主要只考虑诸 如安全、舒适、便利等主观的评价因素，所包含的评价方法可以分为加权因素 法与优缺点比较法。第二类是针对经济因素而的经济因素评价法，该方法在进 行设施布局优化的过程中通过量化的指标，将各种影响因素转化为成本进行评比，主要应用的方法有多种，本章将主要介绍费用对比法的应用。第三类，就 是综合考虑非经济因素与经济因素的综合因素评价法。下面将对前两种方法做以介绍。 一、非经济因素评价法 １）加权因素法 制造系统的布置过程是一个多目标优化设计过程，某个可行的布置方案可能在某一目标因素方面是非常优越，而在另一目标因素方案可能并不突出，其它布置方案可能正好相反。也就是说，各种布置方案各有优、缺点，需要进行 综合评价，从中选出最优的布置方案。加权因素就是把布置设计的目标分解成若干个因素，并对每个因素的相对 重要性评定一个优先级（加权值），然后，分别就每个因素评价各个方案的相对４ｌ优劣等级，最后加权求和，求出各方案的得分，得分最高的方案就是最佳方案。采用加权因素法进行方案评价的一般步骤如下：１．列出所有对于选择布置方案有重要影响的因素。一般考虑的因素有：物流 效率和方便性、空间利用率、辅助部门的综合效率、工作环境安全与舒适性、管理的方便性、方案布置的可行扩展性、产品质量及其他相关因素。用Ｚ表示第ｉ个因素，其中，ｉ＝１，２…．。２．评出每个因素之间的相对重要性一一加权值％，其中，ｉ＝ｌ，２…．３．布置方案优劣等级的划分。由于布置方案优劣得分难以准确给出，且没有 必要给出准确的分，因此，通过多优劣等级评定给出某个方案在某项因素方面 的优劣分数。等级可以分为非常优秀、很优秀、优秀、一般和基本可行５个等 级，并规定其符号分别取Ａ（４）、Ｅ（３）、Ｉ（２）、Ｏ（１）、ｕ（ｏ），括号中的数字为各等 级相对分数。４．评价每个方案在各项因素方面的分数，用ｄ，，表示第．，个方案第，项因素的 得分，其中ｉ＝１，２…．；为因素项目。，＝１，２…．。式中，，ｚ５．求出各方案的总分。设乙为第．『个方案的总分，则Ｔｊ＝∑ｑｄ口， ４１６．取Ｔｍ找＝脚留，ｌ歹＝１，２，．．．．ｊ，即乙为最高的总分，获得最高总分的上述评分过程中，应由各方面的专家独立进行评分，以保证评价结果的可方案就是最佳方案。靠性。２）优缺点比较法 优缺点比较法是最简单的评价方法。其具体做法是列出每个方案的优点和缺点，加以比较。有的规划人员可能认为某个设施方案的优缺点是“显而易见”的或是很容易明白的，从而忽略了有说服力的分析。其实，对一个有经验的规 划人员，列出一个优缺点评价表并不困难，而对说服有关人员却是十分必要而 且是有效的。问题是要选择好优缺点所涉及的因素，特别是有关人员所考虑和 关心的主导因素。为了防止遗漏，可以编一个内容齐全而最常用的车间布置方 案评价因素点检表，供规划人员结合实施的具体情况逐项点检并筛选需要比较的因素，如表４．１所示。４２表４．１方案评价因素检点表 序号１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０因 是否满足需求能力 工艺过程的合理性 物料搬运的合理性 维修的方便程度 空间的利用率 辅助服务的适应性 物流搬运的效率 潜在事故的危险性素点检记号重要性与外部的公共设施的结合 是否适合将来发展二、经济因素评价 经济因素评价最常用的方法是费用对比法，我们将费用对比法作以详细的介绍。费用对比法一般是在各个方案都已证明是合理、可行的情况下，从经济角度对方案进行比较择优。分析评价时，可以着重对布置方案的物流费用进行评价，费用最低的方案就是最佳方案。设施优化分析与设计的原理是系统内设施间物流费用最小化，因此，车间布局问题就可抽象为如下的形式［４，２Ｕ： 设给定的系统有ｎ个设施，整个系统的物料搬运量如式（４．１）所示，，＝∑∑ｃＦｄｐＣＩＩ Ｃ２１● ●（ｆ，ｊ＝ｌ，２…，刀）ｄＩｌ ｄｉｊ２（４―１）Ｃ１２ Ｃ２２● ●一ｄ１２ ｄ２２…ｄ伽 …ｄ２ｎ－． ● ●打● ●ｄ２Ｉ％％；‰竹：●ＣＨｌＣｎ２●ｄｎｌｄｎ２…ｄ肼式中：ｃｉｊ――放置在第ｆ个位置的设施与放在第歹个位置的设施间的物流量； ｄｉｊ――第ｆ个位置与第，个位置间的距离； Ｆ――量距积若Ｋ为设施ｆ与设施歹间的单位搬运费用，则整个系统的搬运费用为ＫＦ：腰＝∑∑％ｃ｛『ｄ∥（ｆ，，＝１，２…，甩）通常情况下，运输成本主要有以下两个优化目标： １）以总的运输成本最小化为优化目标，其目标模型如下：４３（４．２）ｍｉｎ∑∑ｋｇｃ｛，ｄ口（ｆ，／＝１，２…，玎）（４－３）物料运输成本目标函数模型只考虑了车间内部的运输工作量，而没有考虑 物料从车间入口至出口的固定运输工作，因而其实际优化效果受到一定的影响。 ２）以相邻单元运输成本最大化为优化目标，其目标函数如下：ｍａｘ）－泛］ｋ｛『ｃｌ『ｄ｛『（ｆ，ｊｆ＝１，２…，玎）铲｛１’黧翌甓要篓＾仃（４－４） １０，部门ｉ与部门ｊ不相邻Ｖ相邻单元物料运输费用最大化，实质上是总运输费用最小化目标函数的简 化形式。这类目标函数忽略了非相邻布置单元之间的物流对运输成本的影响，因而优化效果有一定的局限性。 经过以上的两种优化目标的比较可以看出，两者均有一定的缺陷，因为我们在分析的时候，考虑的是物料从缓存区到各个工位直至产品加工完的搬运费用，所以一般选择第一种优化模型。 当设施布置的位置改变时，则有：ＫＦ’＝∑∑％ｃ扩ｄ’∥Ｏ，Ｊ＝１，２，…，刀）（４－５）若ＫＦ’＜腰，则方案灯’优于ＫＦ。这样设施每调整一次，则有一个可行的方案，则最优方案ＫＦ为：ＫＦ＝ｍｉｎ｛ｒＦｌ，ＫＦ２，…腰。）４．３仿真优化实例分析（４．６）４．３．１基于Ｅ．Ｆａｃｔｏｒｙ仿真优化模型构建 本文以汇凌汽车零部件有限公司的生产车间为研究对像，通过构建仿真模 型并结合经济因素评价法对车间整体布局进行优化分析。在综合考虑现场调研 情况与企业需求的基础上，仿真过程中主要考虑从以下几个目标进行优化： （１）以流动的观点作为设施规划的出发点，并贯穿在设施规划的始终。生 产系统的有效运行依赖于人流、物流、信息流的合理化。 （２）重视人的因素，运用人机工程理论进行综合设计，并要考虑环境的条 件，包括空间大小、通道配置等因素对人的工作效率和身心健康的影响。 （３）设施规划设计是从宏观到微观，又从微观到宏观的反复迭代、并行设计的过程。要先进行总体方案布置设计，再进行详细布置；而详细布置设计方案叉要反馈到总体弁置方案中．列总体方案进行修正。根掘第二帝中的分析的结果，结合企业的生产实际情况，在对布局进行改进叫主要采用了成组布置与产品甸置相结合的原１＿！Ｉ｜，在枷局分析的过程巾，ｊ＝要是在保证物流车旬物流通畅的前提ｒ，以车间搬运费用最小和设备利用蜜为ｔ耍评价标准来建立车问布局的评价目标函数。改造后的车间平血布置图和３维实体模型图如斟４－３和幽４－４所不。F排器｝目｝ｉ市ｉ２导倦一０㈣８撤舂糖号～ｅ．ｚ孔圈４―４故进后车间布局的三维实体模型图４ ３２柿局优化评比分析 …式４．５ ｕＪ知，在采用经济因素分析注时牟叫布局进行优化时，需要考虑的关键影。舢圊素包括物料搬运距离和搬运成本返两个方面，在进行分析时似定 物料搬运成奉不变，物料搬运距离的计算方法有以Ｆ两种Ｂ“： １１出入口距离池。卅入几距离法足指以单元物料的出入ｎ为计算距离的依据。这 种方法忽略了单元内各世备至物料出入口位置的距离，汁算距离般小于实际距离。２）中心距离法。是指以两单元的中心点作为计算相互间距离的依据。适用于生产单元的物料输入、输出口的位置未明确的情况下。ａ）各轮升降器生产工艺过程图ｂ）排气管生产工艺过程图ｃ）卡消生产工艺过程图ｄ）Ｈ１生产工艺过程图 图４－５产品生产工艺过程图本文选用单元的物料出入口为计算距离的依据，沿物料的运输通道来计算搬运距离。由第三章中各产品的加工工艺分析，可绘制如图４．５所示各产品加工工艺过程图，表４．２中列出了图中各符号表示的工艺内容。并结合通过Ｆａｃｔｏｒｙ．Ｆｌｏｗ分析软件构建 各产品物流分析模型如图４．６所示，仿真并运行该模型，可得出车间布局改进前与改 进后的物流成本差异，从而实现为车间布局的优化调整提供依据。表４－２生产工艺过程节点对应表工位名称 原材料区 外协件库 剪切区 冲压区 卷圆咬 口对应符号ｓｌ ｓ２ ｃｕｔ ｐｕｎｃｈ ｒｏｌｌ ｈｅａｌ ｓｅａｌ４ ｓｅａｌ５ｌｎＣｌＳｅ ＣＵｒＶｅ工位名称 托架焊接 罩壳焊接 各轮总装区 切余量 钻孔 法兰环弧焊 二级总成焊 一级总成焊 前排管焊接 排气管总成焊 翻边对应符号ｓｅａｌ２ ｓｅａｌ３ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｓｈｅａｒ ｂｏｒｅ ｓｅａｌ６ ｓｅａｌ７ ｓｅａｌ８ ｓｅａｌ９ ｓｅａｌｌ０ｒｅｖｅｒｓｅ内管焊接 卡消总成焊接 下料 弯管 扩口ｅｘｐａｎｄ４６ｃ）排气管仿真分析横剐ｉ－】＾ｊ＝ｏ日、００＋－ｔ％ｑ日ｆ＝：．＝＝．。，翳暑？＠：≮．．。＿｜＝：．ｏ：！＿＿＿＿ｉ＿：≥．＿＝蟹唧誊ｉｉｉ： … 曩 ！『＝斗曩＿｜ｌ＿＿＿！｜！！一。量：；：！一ｉ道媾≥＿虢ｌ蓦ｌ：；¨ｊ：ｉｉ＿｜ｉ！ｉｉＴＺ曩。ｄ）卡消仿珏分忻模型 幽４－６车闸布局仿真分析模利由于产品在加工车间的搬运过程的主要搬运形式都是靠人工利用小推车进行的（只有从原材料区Ｓ１至弯管区Ｃｕｒｖｅ是用叉车搬运的），因此在分析的过程中，在确定了各类产品的工位器具及其容量以后，各个产品物流量的大小就体现在了搬运距离地＝｛；二ｉ圭襄则搬运费用与搬运距离成砒因此，式４。２可以简化为如式４．７所示：Ｔｃ＝∑∑吒ｄ．｜，（ｆ，歹＝１，２?ｅ ９疗）（４－７）式中２．ｃ为总的搬运费用。在确定了作业点的工艺流程、作业工时、生产班 制、零部件的单台用量、物流设备等信息以后，运行此物流模型，即可得到各 个零件在不同作业点之间的搬运距离，布置前后的Ｍｏｖｅｓ／Ｄｉｓｔａｎｃｅ分析结果如图４．７所示。Ｍ＿＝；―．兰兰－｛――蛩―－｛｝―掣＝；―兰｝｛趋―｝―｛―』｝■－ｎ■■■■＾一■■●＾■Ｈ●■■●＿■■●●－¨㈨Ⅲｍ…■＊善 至 主： ：――一亨丕毛一―｝（一）原布局苎 ｝ 三爱 ≥ 堂兰 ｝ ｉ： 茎 ： 蚕 墓――兰 ； 三兰 ｝ ｝至 手 ｉ一享刍笔。―ｊ一（二）新布局■…一～～＿●一‘…＿－＿一ａ）备轮升降器分析结果‘＿＿ｌ＿＿＿■■●●■晰－■●●－＇……－＿一●●＿●…一一－■■●一●■●－●■●■●一■■●＿■－一…●■一 一 一 一 一 一 － ＿ 一 一 一 一 一 一 ＿ 一－●ｏ一 一＿一■一 一 －＿■， ●＇＿＿＿一 一■一●－ ＿ －一 一 ＿ 一¨－● ＿ 一一 。一 。一＿；＿―＇罱―一一 一。一 ＿－‘ ＿ 一 － 一 。 ＿ 一 一 － ＿ 一 ● － 一 ＿ 一 － 一 － 。 一＿＝一――｝一（一）原布局（二）新布局ｂ）卡车消声器分析结果●■＿●■●■●―●■●●＿＾：＝：；一＝＝．釜――』＿――Ｊｔ――＿＝兰一 ●－＿＿＿●一¨＿一 一 一¨ ●●＿ 一 埘 岬 ＿ ＿ 一－一●一一一 一 一 一 一＿●一一 一 一 一 一 一一＿＿ 一 一 ～ ＿ 一 一―一．二一 一： ＿ 一一 一 一 一 － 一 一 一 一 一 － 一 一 一 ＿ 一 一 一一 一一■■一 一 ＿ 一 一 ～ 一 一一 一 ＿ －：．＝一―’；．ｒ一 ： 一■－●＿‘}