工艺技术_变速器装配线工艺方案设计论文

- ii - 天津大学工程硕士学位论文 变速器装配线工艺方案设计变速器装配线工艺方案设计 Transmission assembly line process design (申请工程硕士学位) 专 业：工业工程工业工程 研 究 生：潘永健潘永健 指导老师：赵道致赵道致 教授教授 企业导师：胡景山胡景山 高工高工 天津大学管理学院 二零一二年八月 - iii - 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和取得 的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，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 天津大学天津大学 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了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 我是爱天大的！ ！ 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学天津大学 有关保留、使用学位论文的规 定。 特授权 天津大学天津大学 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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘摘 要要 变速器是汽车的核心部件之一，是汽车动力总成中重要的动力传输部件，汽 车变速器性能的好坏直接影响到整车的动力性、操控性、舒适性、安全可靠性及 燃油经济性，其质量也反映了整车的质量，是直接关系到整车性能的关键部件。 一台性能优良、质量可靠的变速器首先除了要有一个好的设计，即一个好的产品 设计平台外，还要有一个良好的工程，即一个好的加工制造工艺手段，最后还要 有一个好的作业，即加工制造过程中好的标准作业规程。 一台变速器是由数百个甚至上千个零部件组合装配而成， 所以变速器的总成 装配质量是影响变速器整体性能和质量的关键环节。 作为专业的汽车变速器生产 厂家，一条工艺布局合理的精度高、性能、自动化程度优良的变速器装配生产线 和与之匹配的科学合理的物流方式、健全的防错、追踪系统及安灯信息预警系统 对于提高变速器的装配质量、提升生产效率、降低成本、实现多品种共线装配、 提高异常响应速度及后工程的产品可追溯性都是非常关键和重要的。 本文将从上述开篇提到的变速器生产过程中要有一个 “好的工程” 和一个 “好 的作业” 的角度出发， 以 XL 公司 5MT065 手动变速器装配生产车间改造为契机， 对变速器原装配生产线及生产方式中存在的问题进行了解析， 并对存在的问题提 出了解决方案。装配生产线的改造，以装配线平衡的优化设计为前提，以丰田 TPS 精益生产方式为组线理念，以准时化和自动化为组线原则和目标，一是要彻 底解决原生产方式中存在的问题，二是围绕对该变速器的装配生产物流方式改 善、装配线及检验线工艺布局优化、作业组合优化、装配生产线的防误与互锁优 化设计及装配生产线的安灯系统的设计等内容展开对手动变速器装配车间生产 系统各环节的分析研究、改造、改善和设计。最终目的一是要按照 5MT065 变速 器能增项目的总体要求实现 5MT065 变速器每年 20 万的产能要求，二是通过此 次改造项目彻底解决原有生产模式下物流不顺畅、装配线不平衡、防错措施不到 位、质量控制手段不健全及生产信息反馈不及时和不透明等问题。 关键词：关键词：汽车变速器 装配生产线 TPS 装配线平衡 作业组合 防误互锁 物料配送 ABSTRACT Transmission is one of the core parts of automobile, automobile powertrain important power transmission components.Automobile transmission performance directly affects the vehicle power performance,handling, comfort, safety and fuel economy, its quality reflects the quality of entire ,is directly related to the performance of key components of vehicle. A good performance, quality and reliable transmission, besides must have a good design, namely, a product design platform, but also has a good engineering, namely a good manufacturing process means, and finally to have a good job, namely in the process of manufacturing and processing. Standard operating procedures. An automotive transmission is composed of hundreds or even thousands of partsis assembled,so the transmission assembly quality is affecting the transmission performance and quality of key links. As a professional manufacturer of automotive transmission, A rational layout of high precision, good performance, the degree of automation of the transmission assembly production lines and matching with the scientific and rational logistics mode, sound proofing, tracking system and security lights warning information system to improve the transmission assembly quality, improve production efficiency, reduce costs, achieve more varieties of collinear assembly, improve the abnormal response speed and after engineering product traceability is a very crucial and important。 In this paper, from the first mention transmission production process to have a “ good engineering “ and a “ good work “ point of view, taking the XL company 5MT065 manual transmission assembly production workshop reconstruction as an opportunity, On the transmission of the original assembly production line and production problems were analyzed, and the existing problems puts forward solutions.assembly production line, the assembly line balancing optimization design for premise, with Toyota TPS lean production mode group line concept, punctual and automation for the group of principles and goals, one is to solve the problems existing in the original production, two are around the transmission assembly production logistics improvement of assembly line and testing line, layout optimization, operation optimization, assembly production line anti misoperation and interlock design and assembly line of andon system design issues for the manual transmission assembly workshop production of various links of the system analysis and research, improvement, reform and design. The final purpose is to want according to the 5MT065 transmission can increase overall project required to achieve a 5MT065 transmission 200000 annual production capacity requirements, two is through this project completely solve the original production logistics is not smooth, assembly line balancing, error proofing measures are not in place, quality control means is not sound and production information feedback and opaque wait for a problem. Key words: transmission ，assembly line ，TPS，assembly line balancing operation combination ， anti misoperation locking ，material distribution 目 录 第一章：绪论.1 1.1 汽车变速器装配技术的发展趋势.1 1.2 汽车变速器装配工艺装备的发展趋势.2 1.3 中国汽车市场预测及研究背景.3 1.3.1 中国汽车市场预测 .3 1.3.2 研究背景 .4 1.4 研究目的和研究方向 5 1.5 本文研究的主要内容 6 1.6 研究框架 8 第二章：基本理论9 2.1 定量预测方法 9 2.1.1 因果预测中的最小二乘法9 2.2 精益 LP/丰田 TPS 生产方式.9 2.3 基础 IE 方法研究和作业测定.12 2.3.1 方法研究 12 2.3.2 作业测定.13 2.4.装配流水线平衡设计 14 第三章：装配生产线工艺布局的优化改进17 3.1 装配线技术组成 17 3.2MT 变速器装配结构介绍.17 3.3 原 5MT065 变速器装配车间生产线问题分析.19 3.3.1 原装配线工艺布局存在的问题19 3.3.2 物流方式中存在的问题.20 3.3.3 装配过程中存在的问题21 3.4 适合丰田生产方式的装配车间的能增项目改造.23 3.4.1 组织结构及职责分工24 3.4.2 项目改造推进计划24 3.5.5MT065 装配车间改造优化设计24 3.5.1 变速器规划原则 .25 3.5.2 对于原装配生产线存在问题的改进方案25 3.5.3.5MT065 变速器装配线平衡优化及工艺流程优化27 3.5.3.1.主装配线平衡优化设计.27 3.5.3.2.主装配线平衡优化设计.29 3.5.3.3. 5MT065 变速器工艺流程优化设计32 3.5.4. 装配生产线及检验线优化设计.33 3.5.4.1.优化设计方案指导思路.33 3.5.4.2.常见装配生产线的型式.34 3.5.4.3.装配生产线布局优化设计.36 3.5.4.4. 装配生产线布局设计阐述.38 3.5.5. 检验线工艺布局设计.41 3.5.5.1. 检验线的常见型式.41 3.5.5.2. 检验线工艺方案设计思路.41 3.5.5.3. 检验线的布局设计.42 3.5.5.4. 检验线布局设计阐述.44 第四章 装配生产线的防误与互锁50 4.1 装配生产过程中产生错误的原因及归类.50 4.2 原装配生产线存在的错误易发位置及改善防止措施.52 4.3 新装配线防误互锁系统设计.52 4.3.1 二维码技术 .52 4.3.2 RFID 射频技术 .53 4.3.3 装配信息管理系统 .53 44 车间外来物料防误 .54 4.5 配餐工序防误 .55 4.6 装配线及检验线防误与互锁56 第五章：装配生产线安灯系统的设计.59 5.1 安灯系统介绍 59 5.1.1 安灯总体结构 59 5.1.2 安灯系统工作流程.60 5.1.3 安灯系统主要功能.60 5.1.4 安灯系统组成 61 5.1.5 安灯系统的作用 62 5.2 生产现场安灯系统设计 63 5.2.1 安灯显示屏画面 .63 5.2.2 安灯显示屏画面功能设计及描述64 5.2.3 安灯显示屏功能数字代号在生产现场的位置对应66 5.2.4 安灯屏的信号来源及表达含义.68 5.3 工厂生产总控室安灯系统设计69 5.3.1 总控室液晶显示屏显示画面.69 5.3.2 总控室安灯系统设计说明.69 5.4 设备保全区安灯系统设计69 5.4.1 设备保全区液晶显示屏显示画面.70 5.4.2 保全区安灯系统设计说明.70 第六章：结论与展望.71 6.1 本文结论 .71 6.2.工作展望 71 参考文献72 致 谢74 第一章：绪论 1 第一章 绪论 汽车变速器，是用来协调汽车发动机输出转速和汽车车轮的实际输出行进速 度的变速传递装置，能够发挥汽车发动机的最佳机械性能。汽车变速器在汽车行 驶的过程中，在发动机和汽车车轮之间产生不同的速比变化，并通过手动或自动 换挡，能够使发动机在其最佳的转速及动力性能状态下工作。汽车变速器目前的 发展趋势越来越复杂，其自动化的程度也发展得越来越高，随着当前各种汽车变 速器产品重量向轻量化、结构向简单化、性能向优质化发展，变速器的装配制造 技术也有了非常大的发展及进步。欧美及日本等汽车制造业发达国家对变速器的 自动化装配技术的研究起步比较早，各方面的技术也都比较的成熟。目前世界上 的著名汽车制造公司例如美国的通用公司、福特公司、德国的大众公司等都采用 配备有装配机器人的自动柔性装配生产线，生产装配节拍一般普遍在 60 秒以内。 近些年来，随着我国汽车制造行业的高速增长，国内的变速器装配线制造厂家也 得到了同样迅猛的发展，如大连豪森、南京凯特、上海天永、安徽巨一等装配线 制造厂家，通过和国外的装配线制造商进行广泛技术交流或技术上的合作，已经 掌握国外先进的装配生产线制造的关键技术。这些新的装配技术、新的装配理念 的广泛应用，在装配制造、产品检验等领域为变速器专业生产企业提供了一批技 术先进、运行可靠的装配生产线，为变速器生产企业节省了大笔的投资。 装配生产线对在其上装配制造的产品的质量起着特别重要的作用。目前，汽 车变速器的专业生产企业越来越重视装配生产线，生产制造的目标也变得越来越 高，现代化的装配线目标包括质量控制设计到过程的每一个步骤中，设备能够保 证其应具备的能力及功能，每个工位的具体操作都具有唯一性(装配线能够保证操 作者在装配过程中不会出现任何错误)， 装配生产线的自动化、 智能化以及数字化， 在生产装配过程中能够及时地发现产品的质量缺陷，下线产品的质量可靠、稳定 并且可以控制和预测，最终给用户提供近乎于零缺陷的变速器产品。装配线制造 厂商首要的任务就是实现“产品零缺陷”的制造目标。 1.1 汽车变速器装配技术的发展趋势 近些年来，随着用户对汽车消费的个性化和多样化的追求，为生产出品种多 样的变速器搭载到不同的车型上，来满足汽车消费市场不同用户的需要。汽车变 速器的装配作业也从原来传统的单一品种、大批量生产向多品种、中小批量生产 转化，装配生产的批量性特点趋于复杂和多样，装配零件的品种和数量也进一步 增多。这对于变速器零部件的接收、存放、供给以及装配作业操作工艺等都提出 了更高的要求。市场需求的不断变化必然引起装配生产方式的不断变革，必将向 第一章：绪论 2 装配模块化、装配自动化技术、柔性装配系统及汽车变速器虚拟装配系统方向发 展。 1.装配模块化。所谓模块，是指按汽车变速器的组成结构将零部件进行集成，从 而形成一个个大的部件或小总成。而生产装配模块化，即汽车变速器厂商对小总 成进行总成装配即可完成变速器的生产。 2.柔性装配系统（Flexible Assembly System，简称 FAS），是近年来才发展起来 的一种多品种自动装配系统。它是由计算机控制的具有高度的装配自动化、装配 柔性、生产率及较好的可靠性的自动装配系统。是柔性制造系统（FMS）的一个重 要环节。柔性装配系统能在一条装配线上同时完成多个品种的装配工作。 3.汽车变速器虚拟装配系统，是利用计算机辅助技术建立汽车变速器主模型。根 据主要模型形状特性、精度特性、约束关系，进行计算机模拟装配干涉分析、模 拟装配等的多次反复，以达到预定评价标准的设计过程，并通过产品数据管理 （Product Data Management，PDM）将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺 规划（CAPP）和计算机辅助制造（CAM）统一集成起来，具有高适应性和高柔性的 集成化装配系统。 汽车变速器虚拟装配工艺主要包括三部分：汽车变速器总装产品数据管理。 总装产品数据主要包括产品设计结构数据、产品装配数据；装配单元划分。它 是装配作业均衡的基础，是装配工序的直接来源，也是装配工具选用的依据，主 要包括确定装配单元的任务，技术要求，装配工具、夹具的选用，装配工序卡； 装配作业均衡。它是解决装配线的平衡问题，达到平均分配作业量，优化作业 组合的目的，以提高汽车变速器装配的生产效率，降低制造成本。 1.2 汽车变速器装配工艺装备的发展趋势 随着汽车变速器装配线及装配技术的不断进步，汽车变速器装配工艺装备也 随之迅速发展。装配线和零部件装配小装线向模块化、自动化、柔性化和虚拟化 方向发展，以满足多品种生产和自动化装配要求；输送设备向柔性输送设备方向 发展；试验检测设备已大量应用光、机、电一体化技术，并采用计算机测控，有 些检测设备具有专家系统和智能化功能；螺栓紧固设备向定转矩转角的多头螺 栓扭紧机方向发展，如 Atlas Copco、DDK、日本横田等公司的拧紧设备的技术发 展已很成熟、可靠和稳定；专用装配设备向高精度、适应性强、自动化方向发展， 一台专机应能适应多种产品的生产要求，以适应多品种生产的需要；以定扭扳手 和定转矩电动扳手替代冲击式气动扳手是装配工具的发展趋势， Atlas Copco、 DDK、 日本横田、瓜生等公司的产品技术领先，精度高、寿命长。将柔性装配线和其上 的各种装配专机及检测设备有机地结合在一起，由同一专业厂家进行设计、制造、 第一章：绪论 3 安装、调试和后期服务，即交钥匙工程，是今后装配线及设备制造的发展趋势， 这样有利于保证设备的制造精度、质量和保证工期，并可有效避免因制造厂家多， 在设备制造及安装调试过程中出现的职责不清，互相扯皮现象，有利于提高装配 工艺装备的整体制造水平。 1.3 中国汽车市场预测及研究背景 1.3.1 中国汽车市场预测 进入 21 世纪，尤其是近年来，中国汽车市场进入了高速发展期，为了更好地 准确把握市场，按照市场的发展规律确定汽车产销规模，从而进行科学合理的投 资进行汽车扩大再生产，以适应汽车市场发展需要。现根据近几年中国汽车销售 数据，采用定量预测方法中的最小二乘法对“十二五”期间汽车市场规模进行 预测。 表 1-1 近年中国汽车销售数据 单位：万辆 2005200620072008200920102011 商用车178.7204249.4262.5331.4430.4452.4 乘用车397.1517.6629.8675.61033.11375.81534 合计575.8721.6879.2938.11364.51806.21986.4 0 500 1000 1500 2000 2500 商 乘 合 设回归方程为：Y=a+bX 公式（1-1） 其中 a、b 为回归参数，Y 为每年汽车预测变量， ； 公式（1-2） 其中，N 为样本个数 Y a= N 2 XY b= X 第一章：绪论 4 表 1-2 最小二乘法计算回归方程 Y X X2 XY 2005 397.1 -3 9 -1191.3 2006 517.6 -2 4 -1035.2 2007 629.8 -1 1 -629.8 2008 675.6 0 0 0 基准时期 2009 1033.1 1 1 1033.1 2010 1375.8 2 4 2751.6 2011 1534 3 9 4602 总计：6163 0 28 5530.4 由公式（1-2）计算得：a=6163/7=880.43 , b=5530.4/28=197.51 则回归方程为：Y=880.43+197.51X 公式（1-3） 由公式（1-3）回归方程可预测得“十二五”期间乘用车销量预测数据。 同理，可求得商用车各年预测销售数据的回归方程为：Y=301.27+48.43X 根据求得回归方程计算得出的所有预测数据如下表 1-3 所示 表 1-3“十二五”期间各年汽车销售预测数据 预测数据 1.3.2 研究背景： 2005 年以来，中国轿车市场销量逐年攀升，中国汽车工业保持了持续的高速 增长，除 2008 年受到全球经济危机的影响，速度下降到个位数外，其它年份均保 持了两位数的增长。2009 年国家开始调控汽车产业，自主品牌受益颇多，市场份 额得到进一步提升，呈现良好上升趋势。中国汽车工业面临着世界上增速最快、 397.1 517.6 629.8675.6 1033.1 1375.8 1534 1670.471867.98 2065.49 2263 178.7 204 249.4262.5 331.4 430.4 452.4 494.99 543.42 591.85 640.28 575.8 721.6 879.2 938.1 1364.5 1806.2 1986.4 2165.46 2411.4 2657.34 2903.28 0 1000 2000 3000 4000 商用车178.7204249.4262.5331.4430.4452.4494.99 543.42591.85 640.28 乘用车397.1517.6629.8675.61033.11375.815341670.47 1867.98 2065.492263 合计575.8721.6879.2938.11364.51806.2 1986.4 2165.46 2411.4 2657.34 2903.28 20052006200720082009201020112012201320142015 第一章：绪论 5 前景最广阔的市场需求。今后 510 年，中国汽车市场仍然会持续增长，年销量 超过 3000 万辆的可能性很大。后金融危机时期，世界经济在不确定环境中逐步复 苏，中国政府已经确定“十二五”期间，GDP 平均增长 7%，实际增长率预计将 达到 8%以上，中国的汽车工业将迎来第二个黄金增长期。中国的城市人均收入达 到 2 万元/年，也就是 3000 美元，已进入典型的汽车社会的普及期。在汽车普及 导入阶段，汽车产销量增速应该是 GDP 增速的 1 至 1.5 倍，年平均增长率可以达 到 1015%，预计到 2015 年中国汽车产销量占世界份额将超过 30%以上。2012 年， 考虑到人口基数、人均道路、汽车文化、国家相关政策及经济增速放缓等因素， 今年中国汽车市场仍有望挑战 2000 万辆新高。 变速器对整车的性能起着至关重要的作用。变速器产品的需求规模和市场容 量由两个因素决定：配套车型的产销状况以及变速器本身的性价比和市场竞争力。 目前国内各大汽车制造厂商在快速发展的进程中均扩大了对变速器生产厂的投资 建设规模，进一步提升了设施设备水平，改进、优化了物流方式，强化了产品质 量管理体系，从而进一步提高产能和产品质量，不断抢占快速发展的汽车市场份 额。中国汽车变速器市场正处于高速发展期。在汽车行业市场规模高速增长的情 况下，中国变速器行业面临着重大机遇。2006 年我国汽车变速器市场规模达 300 亿元人民币，并且以每年超过 20%的速度增长。目前我国自主品牌汽车厂商，变速 器的研发水平较进口或合资品牌还有一定差距。对于手动变速器，各厂商基本已 经具备自主研发能力，但自动变速器的研发能力还比较薄弱，基本还是依靠外来 引进技术。 1.4 研究目的和研究方向： XL 汽车股份有限公司（以下简称“XL 公司” ）是中国自主品牌小排量经济 型轿车制造企业，为我国生产经济型轿车的重要基地。小排量汽车在便利性、经 济性和环境保护方面具有显著优点，随着市场燃油价格的不断上涨，广大农村市 场不断趋于成熟，XL 公司经济型乘用车具有广阔的市场前景。在上述中国汽车市 场发展背景下，“十二五”期间，XL 公司将承担所属汽车集团 200 万辆自主品 牌汽车中接近三分之一的生产和销售量。目前集团已经制定出“十二五”期间 变速器的需求，由于 XL 公司十几年来在原有产能规模基础上没有实际的进一步扩 产增能，所以从产能，到设备设施、生产方式、质量控制、物流管理等方面都存 在很多需要改善和改进的地方，落后状态没有得到根本的改变，生产制造成本也 没有得到有效的控制，经营压力很大。所以 XL 变速器目前状况已不能满足集团公 司发展的需要，因此，为了长期保持 XL 公司经济型轿车的市场地位，进一步扩大 第一章：绪论 6 产品的产量规模，保持并抢占经济轿车市场份额，更快为 XL 公司和集团公司配套 高品质变速器的能增改造及新建项目已是势在必行。 在上述大背景下，XL 公司决定分两步走，第一步先在现有的厂房规模基础上 进行 XL 公司能增改造，第二步是在第一步完成后，择址新建用于变速器生产制造 的新基地，到“十二五”期末，使变速器总体产能达到每年 60 万台以上，以满 足集团三分之一的自主品牌的产销任务。 在 XL 公司第一步能增，即在现有厂房规模基础上增能改造项目中，本人有幸 成为此次改造项目的重要成员，负责 5MTO65 变速器总装车间的能增改造。本文研 究的目的是以此次改造项目为契机，实现项目总体目标 5MT065 变速器年产 20 万 的生产能力，同时解决原有生产方式中工艺布局、物流、防错、质量控制等方面 存在的问题。项目总体要求把 5MT065 变速器装配车间建成采用全新的装配线、装 配设备、装配工具、检测设备、物流配送、 防误系统、质量控制等设施先进的 20 万产能的总成装配车间。此次 XL 公司变速器增能项目，要满足集团开发自主品牌 小排量乘用车的要求，项目的产品选型合理、市场定位准确。未来 5TM065 变速器 应当在满足集团内配套需求的同时，努力拓宽产品系列；在保证产品质量的前提 下，积极推行现代化管理，降低生产成本；加强宣传和营销力度。只要企业能够 采取切实有效的措施规避可能存在的风险，注重提高产品的性价比和综合竞争力， 项目完全能够实现既定的产销目标，为企业创造预期的经济效益和社会效益 本文研究方向以型号为 5MT065 的手动 MT 变速器为产品原型，围绕对该变速 器的装配生产物流方式改善、装配线及检验线工艺布局优化、装配生产线的防误 与互锁优化设计及装配生产线的安灯系统的设计等内容展开对手动变速器装配车 间生产系统各环节的分析研究、改造、改善和设计。研究、改造的目的一是要按 照 5MT065 变速器能增项目的总体要求实现 5MT065 变速器每年 20 万的产能要求， 二是通过此次改造项目彻底解决原有生产模式下物流不顺畅、装配线不平衡、防 错措施不到位、质量控制手段不健全及生产信息反馈不及时和不透明等问题。 1.5 本文研究的主要内容 第一章：介绍了汽车变速器的发展和变速器装配技术及工艺装备的发展趋势， 对中国变速器市场进行分析和市场预测，阐述研究背景并说明本文 的研究目的和研究方向。 第二章：介绍了定量预测方法、精益 LP /丰田 TPS 生产方式技术体系、基础 IE 方法研究和作业测定技术、装配流水线平衡设计理论及方法。 第三章：系统分析了 5MT065 变速器原生产方式存在的问题，结合能增改造的 要求，提出了解决问题、进行改善的方法。并进行了装配线平衡优 第一章：绪论 7 化和工艺流程优化，并按照丰田配餐组线理念并结合装配线平衡优 化和工艺流程优化结果，对变速器装配线及检验线进行了优化设计， 并对设计进行详细阐述。 第四章：详细介绍了二维码技术、RFID 射频技术及装配信息管理系统等实现 生产装配线防误与互锁的技术，并结合对装配生产线工艺布局的优 化，集合上述技术有机结合运用，设计优化了生产线防误与互锁系 统。 第五章：按照丰田生产模式，现场基于“建立立即暂停制度以解决问题，从 一开始就重视品质管理的文化”的生产原则，阐述了安灯系统的结 构和作用，并结合生产线布局对安灯系统进行设计和阐述。 第六章：对 5MT065 变速器装配生产系统改善、优化研究进经总结和展望。 第一章：绪论 8 1.6 研究框架 第一章：绪论 （变速器的发展和装配技术及工艺装备的发展趋势，变速器市场分析及预测， 研究背景、研究目的和研究方向。 ） 第二章：基本理论 （定量预测方法、精益 LP /丰田 TPS 生产方式、 基础 IE 方法研究和作业测定、装配流水线平衡） 第三章：装配生产线工艺布局的优化改进 （原装配生产系统问题分析、解决改善思路和方法、 装配线及检验线工艺布局优化） 第四章：装生产配线的防误与互锁 （错误分析及对策、车间外来料防误、 配餐防误、装配及检验线防误与互锁） 第五章：装配生产线安灯系统设计 （生产现场安灯设计、总控室安灯 设计、保全区安灯设计） 第六章：结论与展望 （论文结论与工作展望） 第二章：基本理论 9 第二章 基本理论 2.1 定量预测方法 时间序列预测、因果预测和模拟预测是 3 种主要的定量预测方法。表 2-1 为 各种预测方法的使用范围。 表 2-1 需求预测技术 使用范围 预测技术 短期 中期 长期 时间序列预测（移动平均、指数平滑等） 是 否 否 时间序列分解模型（均值、趋势、季节性等） 是 是 否 因果模型（回归模型等） 是 是 是 模拟预测 是 否 否 2.1.1 因果预测中的最小二乘法 在一元线性回归中，一元线性回归方程 Y=a+bX 表示一条直线。N 个数据点 （X1，Y1） ， （X2，Y2） ，, （XN，YN）在直线 Y=a+bX 附近散布，现在要根据 N 个数据点来估算 a，b 值，基本原则是使直线与所有数据点总的来说最为接近。 所谓最小二乘法，就是求最适于样本的一条直线方程以进行预测，该直线方 程满足数据点到直线距离的平方和最小。 设回归方程为：Y=a+bX 若回归方程中 Y 表示需求量，X 表示时期数，若时期数为奇数时，可以设 X 分别为 ， ，那么 则： ； ，N 为样本个数 上述第一章中有关中国汽车市场的预测，就是利用最小二乘法建立数学模型，得 出的预测数据。 2.2 精益 LP /丰田 TPS 生产方式 丰田生产方式（Toyota production system，TPS）又名“精益生产” （leanproduction ，LP）在过去十几年里带动了全球几乎所有产业进行变革。丰 田生产方式 TPS,以准时化（just-in-time）和自働化（jidoka）为支撑，采用拉 动式生产系统，运用看板管理，通过一套系统化、知识化、层次化的技术系统构 建起来的生产组织过程。它是以工业工程技术为核心，运用现代管理和人本管理 2 XY b= X 1 2 n ， 1 1 2 n +， 1 1 2 n ， 1 2 n 0X = Y a= N 第二章：基本理论 10 思想的集大成者，是价值实现与创造的过程体系。 1.准时化:就是在必要的时候，生产必要数量的必要产品或零部件。准时化 是丰田生产方式的核心，它以拉动式系统和看板管理为手段，彻底杜绝过量生产 以及由此产生的制品库存、原材料库存和人员过剩等各种直接和间接的浪费。准 时化生产过程中的每一工序、每一零件的制造质量是能否实现准时化的本质要求。 2.自働化：主要是通过全员参与的全面质量管理和运用生产系统对产品缺陷 的自律异常控制，确保每道工序都生产合格的产品。日语中的 jidoka（自働化） 有两种涵义，用两种不同的汉子书写。其一就是一般意义的自动化，表示用机器 来代替人工。这样的自动工作，机器没有发现加工质量缺陷的能力，也不会在出 现加工质量缺陷时停止工作。因此，这种自动化会在机器出现错误时，自动地生 产出大量的不合格产品，显然，这种自动化是不能令人满意的；jidoka 的另一个 涵义是指“缺陷自动控制”被称为“带有人字旁的自动化自働化” ，指具有人类 判断力的自动化。丰田的自働化，即“缺陷自动控制”是通过异常情况的自动化 检测、异常情况下的自动停机和异常情况下的自动报警这三个主要技术手段实现 的。 3.看板管理：是实现准时化生产的一种手段。看板管理，是对生产过程中各 工序生产活动进行控制的信息系统。简言之，看板管理是利用看板对物品的移动 进行管理。经常被使用的看板主要有两种：生产看板和领料看板（亦称运输看板） 。 领料看板分为工序间领料看板和外购件领料看板。领料看板标明了后道工序应领 取的物料的型号、数量等信息；生产看板则显示着前道工序应生产的物品的数量 等信息。看板是最直观的管理工具，看板在周转过程中人人都能看见，科学合理 地使用看板，限定性地使用看板，能使生产、搬运有序进行。从而实现生产的同 步化和均衡化。 4.拉动式生产系统：它与传统的推动式系统相反，以装配计划为依据，牵 引各制造工序适时地制造零部件产品（如图 2-1 所示，其中 P 表示价格，前一 Q 表示数量，T 表示时间或交货期，后一 Q 表示产品或服务的质量，C 代表成本） 。 它从最后一道工序（装配）出发，向前工序和外协厂商发出零部件需求指令，要 求他们在需要的时候按需要数量提供所需要的零部件。每道工序均按此规则向其 前工序发出需求信息，直到第一道工序。第一道工序依据最终需要向原材料供应 商发出采购信息，原材料供应商同样在必要的时间将所需要的原材料依所需要的 数量运达该工序。在此过程中，公司依据客户需求信息，制定各工序的质量、数 量、成本和进度计划，使公司目标和客户需求在生产过程中得到转移和实现。该 生产方式追求一个流（one piece -flow）,也称单件流的生产运行状态，任何工 序都不生产后道工序所不需要的品种、数量多余的产品或零部件。而保证这一过 第二章：基本理论 11 程顺利实现的是看板管理。 物流 信息流 图 2-1.拉动式生产系统 丰田生产方式 TPS 的核心是杜绝一切浪费，全面提高生产效率。丰田生产方 式就是美国工业工程在日本企业管理中的应用。经典工业工程技术与方法，尤其 是工作研究的技术和方法，在丰田生产方式中得到完美的应用和效率体现，成为 消除浪费的主要工具。丰田生产的许多工具和原则都源于如何规划创造价值的活 动，并去除不能创造价值的活动。丰田公司辨识了企业流程或制造流程中的七大 类未能创造价值的浪费。 1.过量生产或过早生产,即生产过剩的浪费 2.在现场等待的时间，即等待的浪费 3.不必要的运输，即过多搬运的浪费 4.不正确或过度的处理，即加工的浪费 5.过量的库存，即库存的浪费 6.不必要的移动或搬运（动作） ；即动作的浪费 7.瑕疵：缺陷。即不合格品的浪费 丰田管理思想中， “未被使用的人的创造力”也认为是一种浪费，即人的创造 力的浪费。 丰田公司在长达近六十年的时间里，在工厂中顺利地应用并改进丰田生产方 式，但自身却没有把这一系统理论化。由于丰田生产方式是一个动态发展的体系， 以往的著述难于准确而抽象概述 TPS 的具体构成（包括管理思想和技术特征） 。丰 田汽车公司总裁张富士夫提出了一个简单的表达方式“丰田生产方式架构屋” （如图 2-2） ，以概括丰田 TPS 的系统构造的精髓。 客户需求 PQTQ 装配计划 CQTQ 制造工序 CQTQ 制造工序 CQTQ 原材料供应 CQTQ 外协零部件 CQTQ 第二章：基本理论 12 通过杜绝浪费以缩短生产流程，实现下列目标 最佳品质、最低成本、最短提前期、最佳安全性、最高员工士气 准时化 员工与团队 自働化 Just-in-time 挑战；共同目标 jidoka 在正确时间里生产 挑选人才；交叉训练 使问题自动浮现， 正确数量的正确产品 人事系统 出现问题自动停产 提前规划 自动侦错 持续流程 全力防错 拉动系统 减少浪费 安灯系统 均衡生产 关注八大浪费； 就地品管 看板管理 现地现物； 少人化 标准作业 解决问题； 目视管理 物流整合 五个“why” 全面设备维护 改善与持续改善 “丰田模式”的长期理念 图 2-2 丰田生产方式架构屋 丰田生产方式，事实上更主要的是从价值流程的角度超越了泰勒制的基本思 想范畴，突出表现为对人的关注和对生产系统的持续改善。 本文以精益生产方式 （Lean Production， LP） 亦即丰田生产方式 TPS （Toyota Production System）为指导思想，以准时化（just-in-time）和自働化（jidoka） 为原则，生产装配系统改善、优化设计采用以装配计划为依据，牵引各制造工序 适时地进行生产必要产品，追求一个流（也叫单件流）的运行状态的拉动式生产 方式。 2.3 基础 IE 方法研究和作业测定 工业工程（IE）的核心是降低成本、提高质量和生产率，而方法研究是工业 工程体系中重要的基础技术。 2.3.1 方法研究 方法研究是对工作方法进行系统的记录、分析和改进，作为获得最佳工作方 法，并使之标准化的一系列活动。其显著的特点是，在需要很少投资或不需要投 资的情况下，可以使企业的生产率显著提高，从而提高企业的经济效益和增强竞 争力，因此世界各国都把方法研究作为提高生产率的首选技术。 按照方法研究实施的基本程序，一个十分重要的步骤是记录现行方法的全部 第二章：基本理论 13 操 作 运 送 检 验 等 待 贮 存 剔 除 合 并 排 列 简 化 操 作 运 送 检 验 等 待 贮 存 工作说明 距 离 （m） 需 时 （min） 步 骤 情况 距 离 （m） 需 时 （min） 改善要点 步 骤 情况 工作说明 事实。整个改进能否成功，取决于记录事实的准确性。为了能清楚地表示任何工 作的程序，美国机械工程师学会（ASME）综合制定出 5 种符号，1979 年由美国制 定为国家标准（ANSly 15.3M-1979） ，以便精确地以标准格式记录详细信息。 程序分析符号： 1. 表示操作。 2. 表示搬运、运输。 3.表示检验。 4.D表示暂存或等待。 5.表示受控制的贮存。 本文将采用程序分析中的流程程序分析的方法，运用程序分析的 5W1H（What 完成了什么？Where何处做？When何时做？Who由谁做）How如何做？ Why为什么要这样做？）的分析技巧，遵循程序分析的“ECRS”四大原则： （ 1. 取消（Elminate） ，对没必要的动作程序予以取消。取消为改善的最佳效果。2.合 并（Combine） ，对于无法取消而又必要者，看是否能合并，以达到省时简化的目 的。3.重排（Rearrange） ，经过取消、合并后，可进行重排，使其有最佳的顺序。 4.简化（Simple）经过取消、简化、重排后的必要工作，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。 ）对外协物料搬运过程进行流程分析，对 搬运流程进行优化。表 2-2 为流程程序分析所用标准表格。 表 2-2 流程程序图标准表格 2.3.2 作业测定 在工业企业中，人工是一项重要的生产成本，经营者决不能忽视此项成本。 如何充分利用工时，提高生产效率、降低人工成本，是每一个企业均需解决的重 要课题。因此实行科学管理，除进行方法研究外，还必须进行作业测定。 作业测定，是运用各种技术来确定合格工人按照规定的作业标准，完成某项 工作所需的时间。 第二章：基本理论 14 作业测定的目的： 1.制定作业系统的标准时间； 2.改善作业系统； 3.制定最佳的作业系统。 作业测定的方法有: 1.时间研究（秒表时间研究） ：时间研究是利用秒表或电子计时器，在一段时间内， 对作业的执行情况作直接的连续观测，最后确定出该项作业的时间标准。 2.工作抽样：时间研究是在一段时间内，利用秒表连续地观测操作者的作业，而 工作抽样则是在较长时间内，以随机的方式、分散的观测操作者。 3.预定时间标准法：这是国际公认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，而不是通过直接观 察或测定。 4.标准资料法：是将直接由秒表时间研究、工作抽样、预定时间标准法所得的测 量值，根据不同的作业内容，分析整理为某作业的时间标准，以便