PC摄像头装配生产线的优化设计与仿真研究.doc

1、*大学学士论文 摘 要 本文将对 PC摄像头的装配生产线进行设计并进行生产线平衡的计算与分析， 使生产线高度平衡，同时进行人因方面的设计 。降低生产成本最终使得我们的生产达到成本的最低化。本文将针对影响生产平衡的装配中的难点进行详细的设计规划，促使生产线的平衡达到高标准化从而提高生产率。本课题中我们将着重改进这一方面的问题。 本文 将对生产线中的各个工位运用 MOD法进行详细 的计算，并计算装配生产线平衡率，针对不合理的工位进行改进。最后 将运用eM-plant仿真软件进行仿真，对仿真结果进行分析并从中寻找不足点的所在从而进行方案改进 ，最终得到最优方案。 关键词 : 装配线平衡，仿真， MO

2、D。 *大学学士论文 Title： PC camera assembly line Design and Simulation ABSTRACT This paper will be focus on designing PC camera assembly line for production line and caculating and analysising balance of production line,so that make production line high balance,while design on human factor.Ultimately makes

3、 our production reached the minimum cost.This will influence the production of balance of difficulty, the detailed design line balance to achieve high standard so as to raise productivity.This issue we will focus on improving this aspect.This paper analyzes the various stations of production line us

4、ing MOD method, and the detailed calculation for assembly line balancing rate,then improves the station unreasonable . Finally,we will make simulation via eM-plant simulation software,and make analysise on simulation results,then improve it through inadequate finded,obtain the final optimal plan. Ke

5、ywords: assembly line balancing, simulation, MOD *大学学士论文 目 录 1 绪论 . 1 1.1 课题研究的背景 . 1 1.2 研究装配线问题的必要性 . 1 1.3装配线平衡问题的研究现状 . 2 1.4 课题的研究内容及方法 . 2 1.4.1 本文研究的装配线具有以下特点 . 2 1.4.2 本文研究方法 . 3 2 PC摄像头装配线的设计 . 4 2.1 流水线 . 4 2.1.1 流水线的概念 . 4 2.1.2 流水线生产的形式 . 4 2.1.3 流水线的组织条件 . 5 2.1.4 流水线的生产特 征 . 6 2.1.5 流水

6、线的优化特性 . 6 2.1.6 流水线在 PC 摄像头装配生产中的应用 . 8 2.2 工作研究 . 8 2.2.1 工作研究的概念 . 8 2.2.2 工作研究的方法技术 . 9 2.2.3 工作研究的步骤 . 10 2.3 PC摄像头生产线的设计 . 11 2.3.1 PC摄像头的结构 . 11 2.3.2 节拍分析 . 11 2.3.3 工时测定 MOD法 . 12 2.3.4 MOD法工序实例分析 . 15 2.3.5 生产线平衡的意义 . 20 2.3.6 生产线平衡 . 20 2.3.7 工艺流程设计 . 21 3 工作台设计 . 23 3.1 装配型工作台的造型设计 . 23

7、3.2工作台的区域划分和布置 . 25 3.2.1 工作台面板的区域划分 . 25 3.2.2 工作台的台面区域设计 . 26 4 生产线的仿真与改进 . 29 4.1 系统仿真的概述 . 29 4.1.1 系统仿真的分类 . 29 4.1.2 离散系统仿真 . 30 4.1.3 离散系统仿真的步骤 . 30 4.2 Em_plamt 软件介绍 . 30 4.2.1 Em_plamt简介 . 30 4.2.2 Em-plant的特点 . 31 4.2.3Em_P1ant的功能和使用 . 32 4.3 仿真模型的建立与实现 . 34 4.3.1 对装配生产线的建模 . 34 *大学学士论文 4.

8、3.2 Em-plant的部分操作界面 . 35 4.3.3 模型及其运行结果分析 . 36 4.4 模型改进及其结果分析 . 38 4.4.1 速度评定法 . 38 4.4.2 改进结果及分析 . 38 5 总结与展望 . 40 5.1 本文结论 . 40 5.2 本文展望 . 40 致谢 . 41 参考文献 . 42 *大学学士论文 1 1 绪 论 1.1 课题研究的背景 现代化大生产中，在大量生产的情况下，流水生产线由于能将 高度专业化的 生产和劳动对象的平行移动方式结合起来，是一种较好的被广泛采用的生产组织 形式。现代流水方式起源于福特制。福特于 20世纪 20年代创立了汽车工业流水

9、线，揭开了现代化流水生产的序幕，引发了制造业的一个根本变革。应用流水线 生产能使生产过程较好地符合连续性、平行性、比例性以及均衡性的要求 ;可以 提高劳动生产率，缩短生产周期，减少在制品占用量和运输工作量，加速资金周 转，降低生产成本 ;还可以简化生产管理工作，促进企业加强生产技术准备工作 和生产服务工作。但是这种福特式的生产方式，在通常情况下，有一半时 间是人员、设备和流水线等待零件，另一半时间等待零件一运到，全体人员总动员，紧急生产产品。这种生产方式造成了生产过程中的物流不合理现象，尤以库存积压和短缺为特征，生产线或者不开机，或者开机后就大量生产，从而导致了严重的资源浪费。 20 世纪 8

10、0 年代以来，出现了“准时制生产方式（ JIT）”的生产模式， JIT的核心是追求一种零库存的生产系统，或使库存达到最小的生产系统。其基本思想可概括为“在需要的时候，生产所需数量的产品”，然后对设备、人员等进行淘汰、调整，达到降低成本、简化计划和提高控制的目的。 JIT将“获得最大 利润”作为企业经营的最终目标，将“降低成本”作为实现最大利润的基本目标。在福特时代，降低成本主要是依靠单一品种的规模生产来实现的。但是在多品种、中小批量的情况下，这种方法是行不通的。因此， JIT力图通过“彻底消除浪费”来达到这一目标。正是因为 JIT生产模式的出现，使得传统的制造业模式由少品种、大批量单一品种流水

11、线生产模式向以满足客户需要为前提而又不增加库存量的 多 品 种 、 小 批 量 混 合 装 配 线 生 产 模 式 转 变 。 混 合 装 配 线 (M 议edModelAssemblyLine， MMAL)这种类型装配线生产，可以在一定时间内，在一条生 产线上生产出多种不同型号的产品 (同一产品族 )，产品的品种可以随顾客需求而变化。 本课题将就混合装配线生产于 PC 摄像头的装配中的应用，为了要满足顾客多样化和个性化的需要，增强对市场的适应性。我们将对 PC 摄像头的装配线进行优化设计和改进，以达到生产状态的最佳模式，提高企业的竞争能力。 1.2 研究装配线问题的必要性 装配线的设计目标是

12、使生产保持一种均衡、连续的流动状态，减少工作站的*大学学士论文 2 闲暇时间，提高人员和设备的利用率。企业刚刚投产时，所建立的装配线一般都是比较平衡的，但是随着市场的变化，引起产品需求产量的变化，往往 会造成装配线不平衡。于是我们就要对装配线进行优化改进，也就是“改进无止境 ” 。这意味着必须随着需求的改变、产品配比的变化以及其他因素随时调整生产线的平衡，这就是动态的和不确定性的因素。所以对装配线的研究是优化企业的生产模式的非常必要的方法。 1.3 装配线平衡问题的研究现状 装配线平衡问题的研究目标是在满足既定的优化目标前提下，使装配线设置的工作站数和生产节拍合理，同时各操作工人的生产负荷尽量

13、均衡，以减少工人忙闲不均的现象。 Kilbridge 和 weher 首次提出混合装配线概念以及混合装配线的两种类型(1961 年 )，混合装配线问题的研究早期集中在装配线的平衡方面，并提出很多算法。首次解决混合装配线平衡问题的是 ThomoPoufosNT， ThomopeulosNT 运用联合优先图的概念把混合装配线转化为单一品种装配线来处理，从而把单一品种装配线的平衡技术和方法运用到混合装配线 (1967)， ;RobertsSD 和 villaCD 建立了求解混合装配线平衡的整数规划模型 (1970)； Korkirnazel和 Meral提出 JIT的两大目标 :使每个工位的负载均匀

14、 ;生产线零部件的消耗率均匀。重点探讨是第二个目标且优化函数为最小化 实际生产量和理论生产量之差。由于生产线零部件的消耗率均匀是装配线平衡问题，因此实现这个目标较困难。必须保证两个方面 :产品生产量与需求相当，制造过程的每一阶段零部件使用率保持稳定 (2001)；Agpak 和 Gokcen 提出用 0-1 整数规划模型求解装配线问题，优化目标是最小化工作站数和资源 (2005)；随着混合装配线的应用，文献中某些假设对实际生产状况过于理想化，不能真实地反映生产现状中不确定因素对混合产品平衡的影响。因此，出现了对不确定因素的混合装配线的研究。混合装配线平衡问题将成为装配生产线平衡问题新的发展方

15、向。 1.4 课题的研究内容及方法 1.4.1 本文研究的装配线具有以下特点 生产线结构、工艺和尺寸相近，生产的品种要均匀混合流送，组织相间性投 产，从而减少装配线上生产能力的浪费和在制品的占用量。在这种装配线上，产 品的品种虽然不同，但它们在结构上必须是相似的，工艺、尺寸也必须相近，区 别很大的产品是无法组织混合生产 /装配的。本文是以 PC摄像头装配线平衡问题为研究对象并着重对几个相应的工位进行详细的分析设计，大致从以的相应下几个方面进行研究 : *大学学士论文 3 (1)对装配中的难点进行方案优化设计并进行解决。 (2)研究影 响装配线平衡的相关问题 。 (3)研究装配线平衡系统软件，搭

16、建算法理论与生产实践之间的平台。 1.4.2 本文研究方法 (l)归纳前人关于装配线平衡问题的研究成果，在生产实际因素分析基础 上，提出装配线平衡问题的分析方法。 (2)总结遗技术特点，传算法的分析国内外学者针对遗传算法缺陷所进行的改 进研究，设计基于装配线平衡问题的改进的遗传算法。 (3)应用工业工程的相关的理论知识对生产线进行优化分析，对整个流水线进行5S等现场进行优化分析设计。 (4)对装配中所遇到的装配难点进行辅助工具的设计使装配过程简单化， 从而达到降低成本、提高生产率的根本目的。 *大学学士论文 4 2 PC摄像头装配线 的 设计 2.1 流水线 2.1.1 流水线的概念 流水线是

17、在一定的线路上连续输送货物搬运机械，又称输送线或者输送机。按照输送系列产品大体可以分为：皮带流水线、板链线、倍数链线、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和一般是固定的。流水线输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广支承件等。输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线 路，输送线路泛。 （如图 2-1） 图 2-1 流水线 2.1.2 流水线生产的形式 (1)按生产对象的移动方式：固定流水向线和移动流水线 固定流水线：是指生产对象位置固定 ,生产工人携带工具沿着顺序排列的生产对象移动 .

18、主要用于不便运输的大型制品的生产 ,如重型机械、飞机、船舶等的装配。 移动流水线：生产对象移动，工人和设备及工具位置固定的流水线。这是常用的流水线的组织方式。 (2)按生产对象的数目：单品种流水线和多品种流水线 单品种流水线：又称不变流水线，是指流水线上只固定生产一种制品。要求制品的数量足够大， 以保证流水线上的设备有足够的负荷 。 多品种流水线：将结构、工艺相似的两种以上制品，统一组织到一条流水线上生*大学学士论文 5 产。 (3)按产品的轮换方式：可变流水线、成组流水线和混合流水线 。 可变流水线：集中轮番地生产固定在流水线上的几个对象，当某一制品的批制造任务完成后，相应地调整设备和工艺装

19、备，然后再开始另一种制品的生产。 成组流水线：固定在流水线上的几种制品不是成批轮番地生产，而是在一定时间内同时或顺序地进行生产，在变换品种时基本上不需要重新调整设备和工艺装备。 混合流水线：是在流水线上同时生产多个品种，各品种均匀混 合流送，组织相间性的投产。一般多用于装配阶段生产。 (4)按连续程度：连续流水线和间断流水线 连续流水线：制品从投入到产出在工序间是连续进行的没有等待和间断时间。 间断流水线：由于各道工序的劳动量不等或不成整数倍关系，生产对象在工序间会出现等待停歇现象，生产过程是不完全连续的。 (5)按节奏性程度：强制节拍流水线、自由节拍流水线和粗略节拍流水线 强制节拍流水线 :

20、 要求准确地按节拍出产制品 . 自由节拍流水线 : 不严格要求按节拍出产制品 ,但要求工作地在规定的时间间隔内的生产率应符合节拍要求 . 粗略节拍流水线 : 各个工序的加工时间与节拍相差很大 ,为充分地利用人力、物力，只要求流水线每经过一个合理的时间间隔，生产等量的制品，而每道工序并不按节拍进行生产。 (6)按机械化程度：手工流水线、机械化流水线和自动线 2.1.3 流水线的组织条件 （ 1）品种稳定单一，产量足够大，长期供货，单位劳动量大，保证设备足够负荷。 （ 2）产品结构和工艺相对稳定 。 先进性 良好的工艺性和互换性 标准化程度高 （ 3）工艺过程既可划分为简单的工序，又可以相互合并。

21、 （ 4）原材料和协作件的标准化、规格化，且按时供应。 （ 5）机器设备始终 处于完好状态，严格执行 计划预修制度 。 （ 6）工作必须符合质量标准。 （ 7）厂房和生产面积适合安装流水线。 *大学学士论文 6 2.1.4 流水线的生产特征 流水线是指劳动对象按照一定的工艺路线 ,顺序的通过各个工作地，并按照统一的生产速度（节拍）完成工艺作业的连续的重复的生产过程。流水生产是把高度的对象专业化生产和劳动对象的平行移动方式有机结合起来的一种先进的生产组织形式。它具有以下特征 ： (1) 工作地的专业化程度高 。 (2) 具有明显的节奏性 。 (3) 各工序的生产能力平衡或成比例 。 (4) 工艺

22、过程封闭、单向 。 (5) 具 有高度的连续性 。 2.1.5 流水线的优化特性 流水线在工业生产中扮演着重要的角色，优化流水线直接关系着产品的质量和生产的效率，因此成为企业不得不关注的话题。 (1)优化流水线第一站的作业时间 , 及多久放一片板子 , 此为满足生产计划量所必须的投流水线的 输送带 速度也可反推算出日产量 , 下面为输送带速度的公式： 输送带的 pitch 时间 = 整日的上班入 cycle 时间。但在实际上 , 瓶颈站的作业时间必然大于第一站 , 第一站一定不是瓶颈站 , 所以第一站不一定会完全依要求的 cycle 时间去投入 , 因为瓶颈站已脱拖慢他的速度 , 故管理的角度

23、来看 , 要确实要求第一站作业者依规定速度投入。时间 /日产量*(1+不良率 ) 输送带的 速度 = 记号间隔距离 /输送带的 pitch 时间 所谓记号间隔距离 , 在流水线的皮带上所做的记号间的距离 , 希望作业者依记号流经的速度完成作 业并放置在皮带线上 ; 但炼条线并没有做记号 , 就以板子的长度当做记号间隔距离。为何要用输送带 ? 除了运送物品外 , 还有半强制作业者依计划完成作业的功能 , 但不是一味地加快去试试看 , 而应依上述公式去计算求得。 (2)观察流水线上哪一站是瓶颈站： 1)永远忙个不停的站； 2)老是将板子往后拉的站； 3)从该站开始 , 原本一片接着一片的板子 , 中间出现了间隔。 上面三点是目视就可察觉的 , 再来就是用秒表量 , 作业时间是所有站中最长的。 瓶颈站的作业时间就变成了整条流水线实际产出的 cycle 时间 , 而日