（流体机械及工程专业论文）微型电泵装配流水线的技术研究.pdf

江苏大学硕士学位毕业论文 摘要 流水线生产方式是二十世纪新兴的一种作业方式，在现代工业化生产中得到 了广泛的采用，并且在内容和形式上不断地创新。目前，装配流水线技术在汽车、 电子、服装等行业已经有了大量的研究，而且应用的也比较成熟。但在水泵行业， 大部分生产厂家还停留在传统的手工装配阶段，部分厂家虽然采用了装配线，其 设计制造也是根据以往的经验，专门针对水泵行业的装配流水线在国内尚未系统 研究。本文正是在这一现状的基础上，开展了专门针对水泵行业的微型电泵装配 流水线技术的研究。 本文首先在分析水泵装配流水线研究概况、水平及其发展趋势的基础上，全 面阐述了装配流水线的原理及相关特性，给出了流水线的设计要求，明确了具体 设计的参数指标，即流水线的产量、流水线的装配时间和流水线的节拍。 然后，根据微型电泵装配流水线的实际情况，对微型电泵装配流水线的设计 方法加以研究，在分析微型电泵的结构特征和工艺的基础上，得出微型电泵的装 配工艺流程，运用精益生产的理论，研究了各工作单元标准作业时间的确定方法， 文章采用了分支定界法重点讨论了微型电泵装配流水线的平衡方法，并提出了流 水线的整体布局的具体措施。同时，根据j i t 生产方式来确定零部件的流通，在 分析比较了流水线运行控制方式后，采用了p l c 技术来控制整个流水线的运行。 最后，通过分析浙江某企业所生产园艺泵的实际数据，按照微型电泵流水线 的设计方法和精益生产的理论，对其现有的装配线进行了改进，该企业也根据此 方法将拟增加1 4 条的流水线改为增加8 条。同时，根据本文研究的内容，成功 地对山东威海某集团1 2 0 1 6 6 m 2 的新厂房和装配流水线进行了设计，验证了微 型电泵装配流水线设计方法的可行性，为微型电泵装配流水线的设计提供了一种 有实际应用价值的参考。 关键词：微型电泵，装配流水线技术，精益生产方式，平衡率 江苏大学硕士学位毕业论文 a s s e m b l yl i n ei sam a n u f a c t u r em e t h o dw h i c ha r o s e ：i nt h e2 0 ”c e n t u r y i th a s b e e nw i d e l yu s e di ni n d u s t r ya n dc o n s t a n t l yb e e ni n n o v a t e di ni t sc o n t e n ta n ds h a p e n o w , a s s e m b l yl i n eh a sa l r e a d yb e e ns t u d i e da n da p p l i e di na u t o m o b i l e , e l e c t r o n ， g a r m e n ta n ds oo n b u ti np u m pi n d u s t r y , m a n yc o r p o r a t i o n ss t i l lh o l dt h el e v e lo f h a n d w o r k t h o u l g hs o m ec o r p o r a t i o n sh a v ea d o p t e dt h ep r o d u c t i o nl i n e ，t h e i rd e s i g n s a r es t i l lb a s e d0 1 1e x p e l i c l k ：e a s s e m b l yl i n et h a td e s i g n e ds p e c i a l l yf o rp u m ph a s s c a r c e l yb e e ns t u d i e d a c c o r d i n g t ot h i sc o n d i t i o n ，t h es t u d yo f i tp r o p o s e d f i r s t ，o nt h eb a s eo fd e t a i l e di n v e s t i g a t i o n o nt h e g e n e r a ls i t u a t i o n ，s t u d y s t a n d a r da n dd e v e l o pt r e n d ，w ec o m p r e h e n s i v e l ye l a b o r a t e dt h ep r i n c i p l e a n d c o r r e l a t i v ec h a r a c t e r i s t i c so f t h ea s s e m b l yl i n e , p u tf o r w a r dt h ed e s i g n i n gr e q n i r e m e n t o f i t ，d e f i n e dt h ep a r a m e t e rw h i c hi n c l u d eo u t p u t ，a s s e m b l yt i m ea n dc y c l et i m e t h e n ，a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls t a t u s , t h ep a p e re x p l o r e dt h em e t h o do f d e s i g n i n g m i c r oe l e c t r i cp u m p , o b t a i n e dt h ep r o c e s sf l o wo na n a l y z i n gi t ss t r u c t u r ea n dp r o c e s s ， s t u d i e dt h es t a n d a r d i z e dw o r kt i m eb yt h et h e o r yo fl e a np r o d u c t i o n t h ep a p e r a n a l y z e dt h em e a n so fb a l a n c eo ft h ea s s e m b l yl i n em a i n l yt h o u g hb r a n c ha n db o u n d m e t h o d ，p r e s e n t e dt h ec o n c r e t em e a s l l r eo fi t s w h o l el a y o u ta n dd e t e r m i n e dt h e c i r c u l a t i o na c c o r d i n gt oj i t a f t e rc o m p a r i n gt h ew a yo fh o wt oc o n t r o lt h el i n e ，w e t a k et h em e t h o do fp l ct e c h n i q u e a tl a s t ，b ya n a l y z i n gs o m ep r a g m a t i cd a t ao fg a r d e np u m pi nam a n u f a c t u r e ri n z h e j i a n g ，w ei m p r o v e di t sc u r r e n tl i n e sa c c o r d i n gt ot h ew a y o fd e s i g n i n ga s s e m b l y l i n e a n dt h ec o m p a n ya l s oi n c r e a s e d8l i n e s ，w h i c hp r e v i o u s l yp l a n e dt oi n c r e a s e14 a tt h es a m et i m e ，w es u c c e s s f u l l yd e s i g n e da1 2 0 x1 6 6m 2n e wf a c t o r ya n di t s a s s e m b l yl i n ef o rac o m p a n yi ns h a n g d o n g ，w h i c hv e r i f i e dt h ef e a s i b i l i t yo ft h e d e s i g n ，a n dp r o v i d eav a l u a b l er e f e r e n c ef o rt h ed e s i g n i n go f m i c r oe l e c t r i cp u m p k e y w o r d s ：m i c r oe l e c t r i cp u m p ；a s s e m b l yl i n et e c h n o l o g y ；l e a np r o d u c t i o n ； b a l a n c er a l e u 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容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 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密口。 学位论文作者签名：指导教师签名： 年月日五，o 占年月谚日 别 f i 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过后作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年月日 江苏大学硕士学位毕业论文 第一章绪论 装配流水线就是在装配过程中按照规定的装配工艺、流程、路线和速度， 有节奏、不间断地对劳动对象进行操作，直至使其变成成品的生产组织形式1 1 】。 当前，装配流水线在汽车、电子、服装等行业已经取得了广泛的应用。国外在 水泵行业也已经有了很好的应用，国内在这方面的应用则较少。 1 1 课题研究的目的和意义 装配流水线是一种高效率、高产值的作业生产方式，对于提高装配质量和 效率、以及降低生产成本等具有极其重要的意义。目前在汽车、家电、服装等 行业已经有了广泛的应用。但在水泵行业，大部分生产企业还停留在传统的地 面式手工装配阶段。有部分厂家采用了流水线式的生产作业方式，把地面式的 装配改为若干连续工作台式的装配，其设计制造也是依照传统的经验方法得出 的，专门针对水泵行业的装配流水线在国内尚未系统研究。 随着市场经济的发展，市场竞争越来越激烈。一方面，用户对产品的要求越 来越苛刻；另一方面，国内外竞争对手的发展与壮大会直接影响企业的经营与 生产。在激烈的市场竞争中，生产企业只有走内涵发展的道路，提高生产技术 和制造水平，不断降低生产过程中的产品成本，才能在激烈的市场竞争中占有 一席之地。 而且随着我国现代工业化规模的进一步提高，水泵行业装配流水线系统必 然会得到越来越广泛的应用。特别是长江三角洲这一带经济比较发达的地区， 有很多中小型的制造企业，经过多年的发展，需要在技术上以及规模上寻求突 破，并逐步提高其生产过程中的自动化水平。因此，自动化程度较高的装配流 水线对提高水泵生产企业的装配质量和水平具有很好的实用价值和需求。本课 题正是基于这一现实，结合水泵行业生产的特点，在已有的制造技术基础上对 微型电泵装配流水线的技术进行研究的。 同时，微型电泵在技术上已比较成熟，产品的种类变化也不是很大，大部 分生产企业的技术改造都是在现有基础上加以改进创新进行的。对于具体的每 个企业，产品装配的方法、工具等也只是在原有基础上稍加改进即可。因此， 江苏大学硕士学位毕业论文 对于质量比较稳定，批量较大的产品类型，采用现代流水线式进行生产装配是 许多生产企业所愿意接受的。在汽车、服装、家电、玩具等行业，装配流水线 的技术已经比较成熟，而且随着需求多样化的发展，产品的批量越来越小，产 品的种类越来越多，这些对装配线提出了更高的要求，要求一条流水线能够同 时装配多种产品且不影响其效率。但在泵行业，虽然已有部分企业的装配工作 是在一条线上进行，但其装配的效率却比较低，功能单一( 即仅适用于某一规 格或某一种产品) ，远不能发挥流水线应有的能力，也很少有入从理论和实际应 用上，对此加以研究和总结。通过本课题的研究，将形成某一类型泵的装配流 水线的设计方法，为企业流水线的设计提供一个具有实际应用价值的参考。 1 2 国内外研究现状 随着现代科学技术的发展，企业的管理体制经历了经验管理、系统管理、 科学管理和现代管理四个阶段。由于管理体制的变革，生产机构也发生了很大 的变化。由起初以一个人为中心、什么工作都干，转变为工作分工化：后来又 过渡到流水线作业化；现在开始发展成为生产过程的自动化。因此，随着市场 竞争的e l 益激烈，生产机构如何适应商品经济的快速发展，是摆在每个企业面 前的严竣课题。 1 2 1 国内研究状况 目前，国内市场对各种水泵的需求还主要集中在追求性能和价格上。许多 用户对产品的外观要求不是很高，而对产品的性能和价格则比较关注。因此， 如何提高劳动生产率、提高产品质量、减低生产成本、提高经济效益以适应激 烈的市场竞争就成了各水泵生产企业急需解决的问题。 当前，国内水泵行业的装配生产以地面式手工作业为主，属于劳动密集型 生产。总体上自动化水平还比较低，还是依靠大批工人的手工操作，而且部分 企业虽然采用了流水作业方式来装配其产品，其装配作业线的线体平衡率也不 高。而随着现代工业化生产技术的发展和自动化程度的提高，劳动力成本在产 品成本中的比重目趋提高，许多水泵生产厂家也在手工装配的基础上根据企业 自身的特点，不断提高其自动化程度，引进各种先进的生产装配设备，寻求各 种技术上的突破，以此来降低劳动力成本。 江苏大学硕士学位毕业论文 如浙江某股份有限公司，年产各类水泵、电泵、园林机械等产品达7 0 0 多 万台( 其中各种水泵占6 0 0 多万台) ，除了国内市场外，其产品主要出口欧美、 中东、东南亚等国际市场，公司共有各类生产装配线3 0 条，其产品都是在生产 线上装配完成的。其中，电机的装配线采用了自动绕线机( 见图1 1 ( 幻) 、嵌线 机( 见图1 1 ( ”) 、整形机( 见图1 1 ( c ) ) 、绑扎机( 见图1 1 ( d ) ) 、槽绝缘成 型插入机等设备，使整条装配线的机械化水平提高，减轻了劳动的强度。与以 往的没有采用流水线生产时相比，节省了产品工位之间的搬运时间，劳动生产 效率有了极大地提高，同时劳动力成本占产品成本的比重大幅度降低。 图1 1 水泵用电机装配线辅助设备 从国内已有的水泵装配生产线的总体水平看，装配线的机械化水平都还比较 低，大部分的装配作业都还是依赖工人的手工作业，而且装配线的运行方式也不 江苏大学硕士学位毕业论文 是其它行业常见的一个流式的生产。虽然部分工位采用了辅助设备，但在作业过 程中仍需将作业对象移出生产线外作业。其线体的控制主要还是由每个工位的工 人通过脚踏开关来控制，工位之间不平衡的现象也时常存在，有的工位堆积大量 的在制品，有的工位则空闲。而且工装板在流动的过程中也经常出现卡死的现象， 需要工人用手搬动才能顺畅，消耗很大的劳力，与现代工业化生产还有很大的差 距。目前，国内在水泵行业的装配流水线尚未系统研究。 1 2 2 国外研究状况 首创流水生产线1 9 0 7 年在福特汽车公司开始出现时，采取的是单一对象流 水线的形式，以后又出现了多对象的可变流水线和成组流水线1 2 。0 】。流水生产 的组织大大提高了工作地专业化水平，使各工序采用高效的专用设备和工艺装 备成为可能。而专用工装同机械化运输装置、电气控制装置相结合，很自然地 向自动化发展。5 0 年代以后，开始出现自动化、半自动化的流水线。特别是电 子计算机和自动控制技术的发展，极大地促进了生产过程的自动化，不仅使各 种类型的自动生产线成为可能，而且出现了自动化的车间和工厂。 现在流水生产线不仅用于产品的装配和零部件的机械加工，而且在铸造、 锻造、热处理、电镀、焊接、油漆以及包装等方面也都有了广泛的应用。在泵 行业，典型的企业如日本的荏原和丹麦的格兰富。在格兰富，仅四百名员工进 行着全部的生产装配、作业计划、质量管理、测试等全部工作1 1 1 】。其装配过程 中自动化的程度远远高于国内。在格兰富泵用电机的装配过程中，作业对象在 作业过程中完全是一个流式进行的。由于采用了机器人与机械手的辅助作业， 作业对象在整个装配过程中不离开其装配工位而连续进行。其零部件、关键部 位的质量检查是由特定设备显示的( 见图1 2 ) ，生产过程中一系列复杂的工序 也是由一组机器人和机械手完成的( 见图1 3 ) 。 图1 2 放大检测腔体 一 垩蔓查兰翌主堂焦兰些垒奎 图1 3 机器人、机械手自动装配 随着人们对产品的需求不断向多品种、小批量发展，完全单一生产类型的 装配流水线已不能满足生产的需求，柔性装配流水线也就成为不可避免的发展 江苏大学硬士学位毕业论文 趋势。而且随着电子技术的发展，其控制水平和可靠行进一步增强，监视、显 示、控制等多种技术综合运用于同一系统中使其功能日益增强。一些先进的企 业在装配过程中已广泛使用机器人等现代化工具来操作。同时，在高自动化的 发展基础上，流水线的智能化程度也越来越高。 1 3 本课题研究的主要内容和方法 本课题在研究服装、汽车等行业比较成熟的装配流水线理论的基础上，结 合水泵行业的具体特征，通过深入实际的调研，研究了适合微型电泵装配流水 线的设计方法，主要研究的内容有： l 、装配对象的工序分析。主要是拆分工艺过程，根据每步工序的时间定额、 难易程度、质量控制点、工装器具、操作步骤确定装配线的初步过程； 2 、通过观测分析得出各工作单元的标准作业时间； 3 、运用精益生产管理理论，调整好装配流水线各工序之间的平衡。即通过 调整各工序的作业时间使上下道工位、上下车间之闯的生产紧密衔接，保持同 步，让生产能力得到充分发挥，让流水线以最小的消耗保持较大的流量； 4 、根据装配工艺流程和过程检验要求，确定流水线的线体长度、整体布局 以及零部件的流通： 5 、通过p l c 编程来控制流水线的运行。本装配流水线拟采用自响应节拍 的步进式自动间隙送进方式。用p l c 来代替以往的继电器控制元件，可以克服 设备复杂、维修困难、工作不可靠、特别是工艺改变后无法使用的缺点，便于 以后开发更先进更有效的自动流水线。 6 江苏大学硕士学位毕业论文 第二章装配流水线设计的理论基础 2 1 装配流水线 装配是按照一定的精度标准和技术要求，将一组零散的零部件按照合理的 工艺流程，用各种必要的方式连接组合起来，使之成为产品的过程。将若干个 零件结合成部件，称为部件装配；将若干个零件和部件结合成产品的过程，称 为总装配。 产品的装配是整个产品制造过程的最后一个阶段。 装配在制造过程中占有非常重要的地位，因为产品的质量最终是由装配工 作来保证的。据统计装配时间约占整个产品周期的3 0 , - - 7 0 ，它是影响产品质 量、生产周期以及生产成本的重要因素之一【j2 1 。 装配流水线就是在装配过程中按照规定的装配工艺、流程、路线、规定的 速度，有节奏地、不问断地对劳动对象进行操作，直至使其变成成品的生产组 织形式。 在大批量生产的条件下，流水线是一种先进的生产组织形式。可以应用于 任何由多个零部件构成且批量比较大的产品，现已被广泛应用于产品的装配和 零部件的机械加工。装配流水线是一项重要的技术，它可以将空间组织中的对 象原贝f j 与时间组织上的平行方式的优点结合在一起。采用流水线的关键在于如 何提高线体的平衡率与自动化程度，即采用各种技术措施，使各工序的单件作 业时间与流水线的节拍相等或成整数倍数关系。因此，要使流水线充分发挥其 作用，就耍对各工序的作业时问与生产线的平衡重点加以研究。整个装配流水 线的组织是否合理，对于产品的产量、质量和成本都有很大的关系。 2 1 1 流水线的基本原理 流水线技术是在科学管理和劳动分工原理的指导下取得的，但即使在今天 仍然被广泛应用于大量生产的场合，同时，流水线技术也带来了科学管理概念 的创新。泰勒的科学管理理论证明了对工人的操作方法制定作业标准，按标准 训练工人可以提高效率。劳动分工的原理阐明了分工也可以提高效率的道理。 江苏大学硕士学位毕业论文 亨利福特成功地把这两条原理运用到流水线上【”。7 1 。首先把汽车装配工作分解 成许多工序，然后制定每道工序的操作标准，使每道工序的作业时间尽可能相 等，最后按照装配顺序布置工作地，按固定的标准顺序对产品加以装配，泰勒 强调的是单个工人的操作标准化，福特把它发展成生产过程的标准化。 随着科学技术的不断发展，流水生产的原理和方式也在不断地发展和提高。 由最初的单一流水线发展到现在的混合流水线，不仅保留了流水线高效率的优 点，还克服了转换产品困难的缺点，使一条流水线能同时生产多种结构相似的 产品。 流水生产线，有利于专业化生产、采用先进的工艺和高效率的生产设备、 提高生产率、缩短生产周期、减少在制品占用量、减低生产成本，有利于简化 工人的操作技术，提高熟练程度，稳定生产质量。但同时，流水线生产也是简 单作业的重复进行，容易产生心理疲劳，影响工人的情绪；而且一旦在某处发 生设备故障，就有可能导致全线停车，带来较大的损失。 2 1 2 流水线的特征 流水装配是指作业对象按照设计好的工艺过程依次顺序通过每个工作地， 并按照统一的生产速度完成每一道工序的装配作业任务，是一个连续的不断重 复的过程。流水线一般具有以下特征： 1 、工作地专业化程度高，在流水线上固定地生产种或几种制品，而在每 个工作地上固定完成一道或几道工序。 2 、生产具有明显的节奏性，按照节拍进行生产，即指流水线上相邻两件制 品的时问间隔相等。 3 、各道工序的工作地( 设备) 数量与该工序单件工时的比值相一致。即如 设流水线上各道工序的工作地( 设备) 数分别为 ，5 2 ，豇，5 m ： 各工序的工时定额为7 ，2 ，7 ，m ；流水线生产节拍为r ，则： 工：蔓一一玉：， 5 15 25 m ( 2 1 ) 上述公式所表明的关系是保证生产过程的比例性和平行性的要求所决定 的。 江苏大学硕士学位毕业论文 4 、工艺过程是封闭的，并且工作地( 设各) 按工艺顺序排列成链索形式， 劳动对象在工序间作单向移动。 5 、劳动对象如同流水般地从一个工序转到下一个工序，消除或最大限度地 减少了劳动对象的耽搁时间和机床设备加工间断时间，生产过程具有连续性。 将一定的设备、工具、传递装置和人员按照上述特征组织起来的生产线称 为流水线。如果工作地( 设备) 是按工艺过程顺序排列，但未满足或未完全满 足上述特征要求的，就只能称之为作业线或生产线，而不能称之为流水线。 2 1 3 流水线的设计条件和分类 在设计流水线时，应认真分析是否具备组织流水线的条件，即： ? 加工方面的条件流水线生产方式是一种效率很高的制造流程，它适用于产 量大且生命周期长的产品。产量大是最基本前提，它保证流水线能采用高效专 用设备，保持长期稳定的生产。 技术方面的条件产品的设计结构要基本定型，产品能够分解成可单独进行 装配的零部件，以便组织零部件的流水生产线，实现并行生产；同时产品要具 有良好的工艺性，能符合流水生产工艺和工序同期化的要求。对装配产品的工 序进行集中与分散的可能性是搞好流水线平衡的基本前提。因为适当地将一些 工序进行分解或合并有利于组织专业化作业。显然，各工序的作业时阀差别过 大是不利于流水线平衡的。 其它方面的条件应有安排流水线的足够空间：装配线上工人的技术水平应 大致相同；对于间断生产线，工作地应有利于协调节拍的流动、在制品预存空 间，等等。 流水线有多种形式，可以按照不同的标志进行分类1 2 6 1 ： 1 、按生产对象的移动方式的不同，可分为： ( 1 ) 固定流水线：指生产对象固定，工人携带工具沿着顺序排列的生产对 象移动，经过一个循环完成一批产品的加工或装配。如机床等重型机器的装配、 船舶的装配、大型部件的焊接加工等。 ( 2 1 移动流水线：指生产对象移动，工人和设备、工具位置固定，生产对 象经过各道工序的工作地( 设备) 进行加工或装配后，变成成品或半成品。如 空调、电视机等的装配。 9 江苏大学硕士学位毕业论文 2 、按流水线上生产对象的数目可分为： ( 1 ) 单一流水线：又称不变流水线，它只固定生产一种制品。组织单一对 象流水线的必要条件是制品的产量很大，能够保证流水线的设备有足够的负荷。 ( 2 ) 多对象流水线：可以生产两种或两种以上的制品，因而它们在生产中 有一个转换方式的问题。按转换方式的不同，多对象流水线又可分为可变流水 线和成组流水线。可变流水线是轮流地、成批地生产固定在流水线上的几个对 象。其对象在结构和工艺上基本相似，但工艺过程的组成及零件的加工尺寸可 以不同。成组流水线也是固定地生产几种对象，但不是轮番成批地生产，而是 按照成组加工工艺规程和使用专门的成组加工设备及工艺装备成组地生产，因 此可以同时或顺序地进行生产。 3 、按生产的连续程度可分为： ( 1 ) 连续流水线：生产对象从投入到出产连续地从一个工序转向下一个工 序，不停留地进行顺序作业，无论在加工或传送中都没有等待或停歇现象。组 织连续流水线的条件是所有工序的加工时间等于流水线的节拍或其整数倍。 ( 2 ) 间断流水线：生产对象在工序问不能连续移动而产生了间断时问。其 各个工序的能力是不平衡的，因而单位时间内所生产的产品数量是不等的。 4 、按流水线的节奏程度可分为： ( 1 ) 强制节拍流水线：准确地按照既定节拍出产产品的流水线。这种流水 线对设备、工艺和工人的操作有严格的要求。 ( 2 ) 自由节拍流水线：它不要求按节拍出产产品，生产节拍主要靠工人的 熟练操作来保证因而可能有波动。 ( 3 ) 粗略节拍流水线：各个工序的加工时间与流水线节拍相差很大，如果 按照节拍生产就会使机床设备和工人处在时断时续的状态。工作地可以在一段 对间内连续的进行生产，各个工作地经过不同的时间达到相同的产量。 5 、按流水线的机械化程度可分为手工流水线、机械化流水线和自动流水线。 手工流水线多用于机械或仪器设备的装配。机械化流水线应用最为广泛。自动 线是流水生产的高级形式，由于投资大，在应用上有一定的限制。 江苏大学硕士学位毕业论文 2 2 微型电泵装配流水线设计的基本概念 2 2 1 流水线产量 流水线产量是衡量流水线生产能力大小的主要指标，也是决定设备、人员 配备的首要设计参数。其相关指标可分为班产量、日产量、年产量及装配人均 日产量等。 ( 1 ) 班产量n 班：班产量为根据微型电泵的标准总装配时间，一个轮班内 流水线所能装配的微型电泵数量。 ( 2 ) 日产量：日产量为根据微型电泵的标准总装配时间和日轮班次数， 一天中流水线能够装配的微型电泵数量。 ( 3 ) 月产量”月：月产量为根据微型电泵曰产量佰及每月生产天数嵋， 月中流水线能够装配的微型电泵数量。 ”月2 ”日。t 月 ( 2 2 ) ( 4 ) 年产量：年产量为根据微型电泵的月产量聆胃，日产量柏及全年生 产天数f 。，一年中流水线能够装配的微型电泵数量。 挖年= 1 2 = 雎日x ，年 ( 2 3 ) ( 5 ) 装配人均日产量”均：根据微型电泵日产量及装配操作人员数量叹 平均每人每日所能装配的微型电泵数量。 。等 q m 2 2 2 流水线装配时间 流水线装配时间是决定流水线生产能力、生产效率及设备编制、人员配备 的关键指标和设计参数，其相关概念有定期动作、不定期动作、纯粹装配时间、 余裕装配时间、标准总装配时间、余裕率、日标准作业时间等。 ( 1 ) 定期动作：指装配操作中必须反复发生的动作。如取、装、放等。 ( 2 ) 不定期动作：指装配生产中发生频率较低，不固定的动作，如整理、 江苏大学硕士学位毕业论文 搬运、待工等。 ( 3 ) 实际( 纯粹) 装配时间：指定期动作所发生的时间值。 ( 4 ) 宽放( 余裕) 装配时问：指不定期动作所发生的时间值。 ( 5 ) 标准总装配时间t ：指每装配一台微型电泵或完成一道装配工序所需 要的全部时间。即标准总装配时问为纯粹装配时间和余裕装配时间之和。 t 2 纯+ 强 ( 2 5 ) ( 6 ) 余裕率：即余裕装配时间和纯粹装配时间的比率。 ” 删。 池6 ， ( 7 ) 日标准作业时间：即每目的标准工作时间，一般企业为8 小时。 2 2 3 流水线节拍 流水线节拍指流水线生产中每两个产品之间的时间闻隔，又称节距速度。其 具体介绍见第三章。 2 3 精益生产方式 精益生产方式是继单件生产方式和大量生产方式之后在日本丰田汽车公司 诞生的全新生产方式。精益的“精”是指更少的投入，而“益”指更多的产出1 1 3 1 。 上个世纪中叶，当美国的汽车工业处于发展的顶峰时，以大野耐一为代表 的丰田入对美国的大量生产方式进行了彻底的分析，得出了两条结论： 1 、大量生产方式在削减成本方面的潜力要远远超过其规模效应所带来的好 处； 2 、大量生产方式的纵向泰勒制组织体制不利于企业对市场的适应和职工积 极性、智慧和创造力的发挥。 基于这两点认识，丰田公司根据自身面临需求不足、技术落后、资金短缺 等严重困难的特点，同时结合日本独特的文化背景，逐步创立了种全新的多 品种、小批量、高效益和低消耗的生产方式。这种生产方式在1 9 7 3 年的石油 危机中体现了巨大的优越性，并成为8 0 年代日本在汽车市场竞争中战胜美国的 法宝，从而促使美国化费5 0 0 万美元和5 年时间对日本的生产方式进行考察和 江苏大学硕士学位毕业论文 研究，并把这种生产方式重新命名为精益生产( l e a np r o d u c t i o n ) 。 2 3 ，1 精益生产方式产生的背景 在福特以前，汽车都采用单件生产方式，汽车工业的生产率低、数量少、 成本高、价格贵，汽车市场十分狭小。福特流水生产线方式为汽车工业带来一 场革命。其管理思想是实行单一品种的大量生产，采用高效的专用机床组织起 零件生产线，采用移动的装配线，这样可以充分发挥分工带来的提高生产效率 的优势。由于生产率的大幅度提高，生产成本成倍下降，汽车价格不断下降， 得以使质优价廉的汽车大量进入寻常百姓家，培养起一个巨大的汽车消费市场。 但是随着社会的进步，这种方式越来越不能适应社会需要多样化，社会呼 唤新的生产方式。在上世纪5 0 年代，丰田公司的生产率十分低下。丰田人认为 肯定在什么方面存在大量浪费。为了提高效率应该消除所有的浪费，这一思想 就成为探索新的生产方式的出发点，精益生产方式中的许多具体的管理方法都 是围绕这个思想展开的。丰田公司从这个思想出发，经过二十多年的努力，终 于形成了精益生产方式。 2 3 2 精益生产方式的优势 1 9 7 3 年的石油危机，丰田公司凭借其精益生产方式的优势把竞争对手摔到 了后面，奠定了日本汽车工业的霸主地位。丰田公司自豪地称“精益生产方式” 为“经济萧条时期也能挣钱”的生产方式。 日本在第二次世界大战结束时是个汽车小国，又是经济弱国，精益生产方 式在战胜欧美等汽车强国中起了关键性的作用。欧美对丰田生产方式进行了全 面的调查，认为精益生产方式具有明显的优势m 】。 人力资源优势。采用精益生产方式，全员劳动率是大量生产方式下的2 倍。 新产品开发周期短。日本企业开发一辆全新的车只需4 年左右，而美国需 要6 7 年。 在制品库存少，日本企业的在制品库存量只有大量生产企业的十分之一。 厂房空间小。采用精益生产方式，同样规模的工厂的生产面积只有大量生 产方式的一半，投资也是同样规模的工厂的半。 成品库存低。由于是准时化生产，严格按需要投产，成品库存量是大量生 江苏大学硕士学位毕业论文 产方式库存水平的百分之二十五。 产品质量高。产品质量提高3 倍。精益生产方式为日本提供了品种多、质 量高、价格底的产品，得以使日本的汽车工业在市场上保持强大的竞争优势。 精益生产方式为汽车工业带来一场革命，也为其它制造业带来新的生机。 如果说福特流水线的生产方式拉开了现代化大生产的序幕，把制造业从手工生 产推进到了大规模生产的新时代，那么精益生产方式则是一架“改变世界的机 器1 ”，它在社会进入到需求多样化的新阶段应运而生，它是一种既具有大批 量流水生产高效率低成本的优点，也具有单件小批量生产灵活多变的新的生产 方式。 2 3 3 精益生产方式的基本管理思想 精益生产的核心是消除切无效劳动和浪费，它把目标确定在尽善尽美上， 通过不断地降低成本、提高质量、增强生产灵活性、实现无废品和零库存等手 段确保企业在市场竞争中的优势。他们将无效劳动和浪费分为下列几种：制造 过程中零部件的无效劳动和浪费：空闲怠工的浪费；无效的搬运浪费；库存积 压的无效浪费；加工本身的无效劳动和浪费：动作方面的无效劳动；生产不合 格品的无效劳动和浪费。 “只在需要的时候生产需要的产品”即准时化( j i t ) 思想是精益生产方式 的主要内容之一。 同时，精益生产把责任下放到组织结构的各个层次，采用小组工作法，充 分调动全体职工的积极性和聪明才智，把缺陷和浪费及时地消灭在每一个岗位。 追求利润的最大化是精益生产方式的最高层次的目标。精益生产思想认为 要增加利润只有一条路可走，就是通过杜绝一切浪费，降低成本。丰田公司奉 行的经营观就是：利润= 价格成本d $ j ，但价格是由市场决定的，企业不能控制， 所以增加利润只能靠降低成本。 精益生产方式的优越性不仅体现在生产制造系统，同样也体现在产品开发、 协作配套、营销网络以及经营管理等各个方面，它将成为二十一世纪标准的全 球生产体系。 江苏大学硕士学位毕业论文 2 3 4 精益生产方式思想在流水线设计中的应用 当前在水泵行业装配线中存在的主要问题是：各种时间的浪费、各工位之 间作业时间的不平衡、物料的流通以及流水线的运行控制等因素。 考虑到精益生产中消除浪费的诸多因素，在流水线设计中我们主要考虑： 动作方面的无效劳动：空闲怠工的浪费；无效的搬运浪费：库存积压的无效浪 费；生产不合格品的无效劳动和浪费等。 江苏大学硕士学位毕业论文 第三章微型电泵装配流水线的设计 3 1 分析装配对象的结构特征、选择装配线的类型 在设计微型电泵装配流水线时，首先要考虑装配对象的结构特征，只有充 分了解微型电泵的结构、有哪些零部件组成、每个零部件的功能以及各个零部 件之间的连接方式等，才能合理的进行后续的工序划分、平衡等。 选择装配线的类型，要考虑的因素有：装配产品种类的多少，装配批量的 大小，装配产品的外型及重量，所用设备的先进程度等因素，具体选用见第二 章装配流水线的分类。 3 2 进行工艺分析，确定装配对象的装配工艺流程 产品装配工艺也是关系到产品质量、生产效率和生产成本的重要因素。装 配一件产品一般需要经过许多道工序，每道工序的装配工艺是不同的。所以工 艺选择既要对每道工序采用什么工艺作决策，也要对整个装配过程作选择。由 于工艺是属于操作层的技术范畴，不同行业、不同企业、不同产品的工艺过程 是不同的，但工艺选择通常要作三方面的决策：决定主要的制造技术，决定产 品的基本装配流程，决定关键的制造设各。 i 、决定主要的制造技术 具体的工艺方案选择是一项比较细致的工作量很大的任务。特别是水泵行 业，制造一个产品需要很多零件，再由零件组装成部件，最后把零部件装配成 产品。整个制造过程中要完成多种性质不同的工作，要采用许多不同的工艺， 如不同零件的加工工艺，部件组装工艺和最后的总装工艺。其中任何一项工艺 如果不能满足要求，都可能影响产品质量。因此，对于工艺设计人员，对每一 项工艺都要作仔细的分析与试验，确保工艺的可靠性。必须要考虑产品的关键 功能是否能够较好的实现，产品的质量是否能够保证、制造成本是否经济以及 能否大幅度提高产品的技术附加值。 许多企业都有过深刻的教训，这应当引起我们的重视。例如：水泵行业， 有些企业产品的材料和性能都不错，就因为不重视产品的外形处理工艺，买不 江苏大学硕士学位毕业论文 出高价。再如珍珠行业，国际市场上向来有“西珠( 欧洲产) 不如东珠( 日本 产) ，东珠不如南珠( 中国广西产) ”之说，但近年来东珠的价格几倍于南珠， 其原因就在于日本企业重视后处理工艺的研究，加工后的珍珠，色泽光亮大大 超过南珠。在水泵行业也不乏这样的企业，企业所生产水泵的单个零部件都不 差，但组装到起，由于有些工序设计不当，影响了产品的整体性能和表面质 量，从两限制了产品的市场。面国外部分企业，其单个零部件的质量都和国内 的差不多，但是这些企业十分注重产品的后续加工，产品的整体性能和外观质 量远好于国内产品，最后不仅价格远高于国内产品，而且在市场上还倍受欢迎。 就这充分说明以工艺的优势不仅可以弥补天然原料的不足，同样还可以提高产 品的竞争优势。 2 、决定产品的基本装配流程 不同的产品性质、不同的生产规模、不同的品种数量、不同的装配方法都 会影响制造流程的选择，其选择的原则是有利于提高设各利用率和劳动生产率。 单件小批量装配方式适用于产品体积较大、结构复杂、品种数量多、批量 小的企业。例如飞机厂、船舶制造厂、大型机床制造厂等等。制造这些产品的 企业需要大量不同的工艺，不同的加工顺序。迄今为止这类企业采用单件小批 量的方式是最经济的。 批量装配方式适用于产品体积庞大、需求量比较稳定、品种与数量也比较 大的企业。虽然品种数量较大，但是由于需求稳定，又有一定的数量，可以按 一定的周期实行批量生产。同一批的产品具有完全相同的装配方法，企业可以 组织稳定的装配线，有利于提高设备利用率和生产效率。 流水线装配方式是一种效率很高的制造流程，它适用于产品品种单一、生 产量大而稳定的企业。这种装配方式是在一条流水线上重复生产同一种产品， 装配线被设计成按产品的装配顺序排列，装配对象按节拍从前道工序流向后道 工序，逐次装配，可以实现非常高的生产效率。 一般而言，企业不难选择适合于自己的制造流程。需要指出的是选择制造 流程要谨慎，原因有两条： ( 1 ) 这是一项战略行为，要尽可能考虑到扩大生产规模，选择效率高的流 水线生产，如果目前没有条件，可采用分步实施的方法。 江苏大学硕士学位毕业论文 ( 2 ) 由于计算机技术开始大量进入制造过程，将会改变产品的装配方式， 上述制造流程的适用原则会有所变化，在计算机技术的支持下，流水线生产会 有更大的适用性。 在微型电泵的装配工艺分析中，根据微型电泵所要得到的功能要求及其装 配的顺序，分析其结构特征，将其装配过程分为若干个步骤，每步骤即为一 个工序，从而确定整个产品的装配工艺流程。 3 3 确定各工序的标准作业时间 在确定了装配对象的各工艺流程后，紧接着就要开始确定完成每一工序所 需要的时间，即作业时间研究。这里首先介绍与作业时间研究相关的一些内容， 并通过相应的一些经验和已有的设计给出标准作业时间确定的详细步骤和过 程。 时间研究，即在一定的标准下完成某一工作所需的时间。时间研究的基本 程序为： l 、工作分解 把需要时间研究的作业分解成多个工作单元或动作单元。具体就是按照上 述确定的装配工艺流程的数目将工作分解成相应的工作单元数。 在工作分解时应注意以下两个问题： 分解成的工作单元应有明确的开始和结束标记，这样才能便于测量工作 单元所花费的时间。 花费很短时间就可以完成的工作，不能作为一个工作单元。时间长短的 判别标准依工作研究对象的不同而不同，一般地，3 秒钟内就可以完成的动作 一般不作为一个独立的工作单元。 2 、记录 记录所有与工作环境、工作单元和方法及工作人员等有关的资料。 3 、测时 测量工作中每一工作单元的作业时间。常用作业测定的方法有直接法与间 接法： 直接法有：秒表法、摄象机法等。 江苏大学硕士学位毕业论文 间接法有：预定动作时间标准法、作业要素法、方法时间度量法等。 最常用的测时法为秒表测时法：即使用秒表到现场实地测工作时间，据以 制定标准工时的方法。 秒表测对法分为四种：归零法、累积测时法、周程测时法、连续测时法。 ( 1 ) 归零法 第一单元开始时，开动秒表，第一单元结束时，即按停秒表。读取表上读 数，然后使表针回复到零。下一单元开始时，再次开动秒表，如此不断记录每 一单元时间。该方法由于要归零，费时且易漏记。适用于测定少于3 秒钟的延 续时间。 ( 2 ) 累积测时法 用两个秒表，由一连杆机构连接。一表开动，另一表即停止；一表停止， 另一表即开动，停止表上的时间，读取后立即归回零位。此法最大的缺点是携 带不便。 ( 3 ) 周程测时法 每次除去工作所包括的一个工作单元后再去观测其时间。每次记录时都不 记录所要测量的那个工作单元，而只记录其余各个工作单元所耗费的时问之和。 然后从全部工作时间中减去每次所得的时间，即得到所要观测的那个工作单元 所耗费的时间。最后按照循环计算法计算出各个工作单元所耗费的时间。 其数学模型为：设该项作业工作单元的个数为r ，第，个组成单元的作业时 间为爿，观测所得的时间为： 、生l = x 1 + x2 七x3 + + x 卜l 、生l = x2 七x3 + x4 + + x 。 y 3 = x 3 + 工- + + x 。+ l y 。= x 。+ 工l + x 2 + + x 。一2 全部工作时间为： 坠型善；盟硝+ x ：蝎p 蝎，以 ( 3 1 ) 一 l 十、卞 1 _ r 1 - n 。li 以。 、j 。l ， ”一l 江苏大学硕士学位毕业论文 设 墨+ x 2 + 以+ + x + 以= x 则 j 1 2x y 2 x 2 。x y3 j 2 x _ y 。 x 。2 x 叫l 此法适用于连续有多个时间较短的工作单元。 ( 4 ) 连续测时法 当第一单元开始时，开动秒表，研究人员只在每个工作单元的动作结束时， 记下该时刻，然后根据相邻两个工作单元结束时刻的差即可得出每个单元所花 费的时间。 。 用此法现场记录时，因表针开动后不再操作，只在各单元末记录其时间， 比较方便，且一起记录时，能保证所有的时间均可记录无遗漏。 详细过程见