成组技术论文

题目 Application case study of part grouping and optimization 摘要 揭示和利用事物间的相似性 按照一定的准则分类成组 同组事物能够 采用同一方法进行处理 以便提高效益的技术 称为成组技术 它已涉及各类 工程技术 计算机技术 系统工程 管理科学 心理学 社会学等学科的前沿 领域 日本 美国 苏联和 联邦德国等许多国家把成组技术与计算机技术 自 动化技术结合起来发展成 柔性制造系统 使多品种 中小批量生产实现高度自 动化 全面采用成组技术会从根本上影响企业内部的管理体制和工作方式 提 高标准化 专业化和自动化程度 在 机械制造工程中 成组技术是 计算机辅助 制造的基础 将成组哲理用于设计 制造和管理等整个 生产系统 改变多品种 小批量生产方式 以获得最大的经济效益 成组技术的核心是成组工艺 它是把结构 材料 工艺相近似的零件组成一 个零件族 组 按零件族制定工艺进行加工 从而扩大了批量 减少了品种 便于采用高效方法 提高了劳动生产率 零件的相似性是广义的 在几何形状 尺寸 功能要素 精度 材料等方面的相似性为基本相似性 以基本相似性为 基础 在制造 装配等生产 经营 管理等方面所导出的相似性 称为二次相 似性或派生相似性 关键词 聚类分析 设施布局 经济性分析 优化 概述 成组技术所研究的问题就是如何改善多品种 小批量生产的组织管理 以获得如同大批量那样高的经济效果 成组技术的基本原则是根据零件的结构 形状特点 工艺过程和加工方法的相似性 打破多品种界限 对所有产品零件 进行系统的分组 将类似的零件合并 汇集成一组 再针对不同零件的特点组 织相应的 机床形成不同的加工单元 对其进行加工 经过这样的重新组合可以 使不同零件在同一机床上用同一个夹具和同一组 刀具 稍加调整就能加工 从 而变小批量生产为大批量生产 提高生产效率 工业生产倾向于产品品种更加 多样而每种产品生产的数量减少 以此来满足当今社会不断增长的个性化需求 工厂中分批式生产的产品占有率越来越高 预计交来占全部产品的 75 左右 介于以上原因 传统意义上的加工部门 以加工工艺分类的部门 生产效率 变迁非常的低 因为在各个机械加工部门间产生产品加工路径的浪费 为了缩 短非加工时间 整合设计和制造阶段加工路径就显得十分必要 以便于在国际 市场竞争中占据有利形势 在本次的设计任务中 需要对 125 个零件进行单元成组在进行设施布局最后 根据经济性原则来优化 给出的条件如下 1 车间实行一班制 每天 8 小时 每年 250 天 2 公司每年的间接费用为 100000 元 3 每件设备每年的间接费用为 10000 元 增加一台新设备需要 20000 元 4 每个工人每年的工资为 50000 元 5 工序数在 5 道一下的 包含 5 的产品每件获利 500 元 工序数大于 5 道 的每件获利 1000 元 6 机器设备的最大利用率为 90 7 C720F6 C616JC CZJBD X920 M115 M131W ZSKW YBXHJX 的加工时间为 10 分钟 其余机器均为 5 分钟 8 由于可以网上订单 顾客可能会对 125 种零件都有所求 公司必须能提 前生产 也就是说 所用设备必须要能满足生产 125 种零件 分类 在本次设计中 将用到 spss 软件里面的聚类分析法来进行成组分类 聚 类分析 Cluster Analysis 又称群分析 是根据 物以类聚 的道理 对样品 或指标进行分类的一种多元统计方法方法 它们讨论的对象是大量的样品 要 求能合理地按各自的特性来进行合理的分类 没有任何模式可供参考或依循 即是在没有先验知识的情况下进行的 聚类源于很多领域 包括数学 计算机 科学 统计学 生物学和经济学 将数据分类到不同的类或者簇这样的一个过 程 所以同一个簇中的对象有很大的相似性 而不同簇间的对象有很大的相异 性 采用聚类分析法对众多的零件进行分类 包括有大量的信息以及计算处理过 程 用手工方法很难胜任 故宜借助于计算机 根据以上所述的聚类分析法零 件分类过程 可归纳聚类分析法的算法如下 1 计算每一对零件之间的相似系数 据此建立一个相似系数矩阵 2 在相似系数矩阵中搜索最大相似系数值 3 检查终止条件是否满足 如果满足转 6 不满足转 4 4 将相似系数最大的两个零件类合并为新类 5 计算新零件类和其余零件类之间的相似系数 修改相似系数矩阵 转 2 6 将聚合的各零件类整理成组 7 分类结束 下面将用 spss 软件对这 125 种零件进行聚类分析 得出如下表格 觀察值14 叢集 1 01151 511113 113179 0794 5 05153 531114 114181 0814 6 06158 581116 116182 0824 7 07163 0631125 125190 0904 11 11173 07312 02293 0934 14 14175 075170 070296 0964 15 15176 07613 03398 0984 16 16184 08414 043101 1014 17 17185 085171 0713112 1124 28 28186 0861120 1203117 1174 32 32187 0871122 12239 095 33 33188 08818 08425 255 36 36192 092110 10429 295 37 37199 099121 21412 126 38 381102 102124 24413 136 39 391103 103130 30418 186 43 431104 104131 31440 406 44 441105 105135 35446 466 45 451108 108155 55448 486 47 471110 110160 060450 506 56 56619 19741 4112 57 57649 497118 11812 59 59654 54 00 7111 11113 65 065664 0647121 12113 66 0666119 1197124 12414 67 067620 208 68 068689 0898 69 0696115 1158 72 0726123 1238 74 074622 229 77 077662 0629 78 078691 0919 80 080623 2310 83 083626 2610 94 094634 3410 95 095642 4210 100 100652 5210 106 106661 06110 107 107697 09710 109 109627 2711 上表是按照聚类数 14 的情况进行分类 具体分布如下 第一类 1 5 6 7 11 14 15 16 17 28 32 33 36 37 38 39 43 44 45 47 51 53 58 63 73 75 76 84 85 86 87 88 92 99 102 103 104 105 108 110 共计 44 个 第二类 2 70 共计 2 个 第三类 3 4 71 120 122 共计 5 个 第四类 8 10 21 24 30 31 35 55 60 79 81 82 90 93 96 98 101 112 117 共计 19 个 第五类 9 25 29 共计 3 个 第六类 12 13 18 40 46 48 50 56 57 59 65 66 67 68 69 72 74 77 78 80 83 94 95 100 106 107 109 共计 27 个 第七类 19 49 54 64 119 共计 5 个 第八类 20 89 115 123 共计 4 个 第九类 22 62 91 共计 3 个 第十类 23 26 34 42 52 61 97 共计 7 个 第十一类 27 共计 1 个 第十二类 41 118 共计 2 个 第十三类 111 121 共计 2 个 第十四类 124 共计 1 个 由于在聚类分析的时候选择的聚类数为 8 到 14 的一个范围区间 上面表格 只是聚类数为 14 的情况 可以看出 在分为 14 类的时候 第十一类和第十四 类中都只有 1 种零件 这样分配肯定是会造成不必要的浪费的 所以要进行合 并 另参照另外几种不同聚类数的分类方法还有工厂的尺寸和空闲处的分布及 数量 发现第一 六 十类零件可以聚合到一起 第四 五类零件可以聚合到 一起 第二 十三类零件可以聚合到一起 第十一 十四类零件可以聚合到一 起 即最终可分为 9 类 具体分类情况如下 第一类 1 5 6 7 11 12 13 14 15 16 17 18 23 26 28 32 33 34 36 37 38 39 40 43 44 45 46 47 50 51 52 53 56 57 58 59 61 63 65 66 67 68 69 72 73 74 75 76 77 78 80 83 84 85 86 87 88 92 94 95 97 99 100 102 103 104 105 106 107 108 109 110 113 114 116 125 共计 78 个 第二类 2 70 111 121 共计 4 个 第三类 3 4 71 120 122 共计 5 个 第四类 8 9 10 21 24 25 29 30 31 35 55 60 79 81 82 90 93 96 98 101 112 117 共计 22 个 第五类 19 49 54 64 119 共计 5 个 第六类 20 89 115 123 共计 4 个 第七类 22 62 91 共计 3 个 第八类 27 124 共计 2 个 第九类 41 118 共计 2 个 布局 设施布置是指在一个给定的设施范围内 对多个经济活动单元进行位置 安排 设施布置目的是要将企业内的各种物质设施进行合理安排 使他们组合 成一定的空间形式 从而有效地为企业的生产运作服务 以获得更好的经济效 果 设施布置在设施位置选定之后进行 它要确定组成企业的各个部分的平面 或立体位置 并相应地确定物料流程 运输方式和运输路线等 设施布局应考虑以下四个问题 1 应包括哪些经济活动单元 这个问题取决于企业的产品 工艺设计要求 企业规模 企业的生产专业化 水平与协作化水平等多种因素 反过来 经济活动单元的构成又在很大程度上 影响生产率 例如 有些情况下一个厂集中有一个工具库就可以 但另一些情 况下 也许每个车间或每个工段都应有一个工具库 2 每个单元需要多大空间 空间太小 可能会影响到生产率 影响到工作人员的活动 有时甚至会容易 引起人身事故 空间太大 是一种浪费 同样会影响生产率 并且使工作人员 之间相互隔离 产生不必要的疏远感 3 每个单元空间的形状如何 每个单元的空间大小 形状如何以及应包含哪些单元 这几个问题实际上 相互关联 例如 一个加工单元 应包含几台机器 这几台机器应如何排列 因而占用多大空间 需要综合考虑 如空间已限定 只能在限定的空间内考虑 是一字排开 还是三角形排列等 若根据加工工艺的需要 必须是一字排开或 三角形排列 则必须在此条件下考虑需多大空间以及所需空间的形状 在办公 室设计中 办公桌的排列也是类似的问题 4 每个单元在设施范围内的位置 这个问题应包括两个含义 单元的绝对位置与相对位置 有时 几个单元 的绝对位置变了 但相对位置没变 相对位置的重要意义在于它关系到物料搬 运路线是否合理 是否节省运费与时间 以及通讯联络是否便利 此外 如内 部相对位置影响不大时 还应考虑与外部的联系 例如 将有出入口的单元设 置于靠近路旁 经济性分析及优化 根据已知条件 车间实行一班制 每天 8 小时 每年 250 天 公司每年的间接费用为 100000 元 每件设备每年的间接费用为 10000 元 增加一台新设备需要 20000 元 每个工人每年的工资为 50000 元 工序数在 5 道一下的 包含 5 的产品每件获利 500 元 工序数大于 5 道 的每件获利 1000 元 机器设备的最大利用率为 90 为了满足客户的各种需求 车间需 要能够生产 125 类零件中的任一种 即每种机床都至少要使用依次 所以先假 设每个单元的所需机床数量都是 1 通过计算总时间来找出瓶颈工序 在对瓶 颈工序进行适当的增补 故下面将对 9 个成组单元依次进行经济性分析并优化 1 单元一里面共有 78 类零件 总用时最长的为 C616 M115 为 390 分钟和 380 分钟 为瓶颈工序 经过和其他工序的对比分析 发现可以将这两道工序 的机床数增至 5 台 相应的 X51 Z5125 M1080 的数量增至 2 台 其余工序的机 床数仍为 1 台 此种情况下 该单元的节拍数为 78 分钟 年产量为 250 8 0 9 60 78 1384 件 平均每件盈利 500 元 所需机床数为 26 台 工人数为 26 人 故该单元的盈利为 1384 500 26 20000 26 50000 927692 元 为负盈利 可以考虑适当裁员 让一个工人负责操作两台相邻的机床 最终所 需工人数为 16 人 盈利为 927692 10 50000 427692 元仍为负值 可以看出 该单元的节拍数过高 致使产量降低 所以可以考虑对这一单元进一步分组来 降低节拍数提高产量增加收益 2 单元二里面共有 4 类零件 总用时最长的为 C616JC 是 40 分钟 为瓶颈 工序 经过和其他工序的对比分析 发现可以将这两道工序的机床数增至 2 台 相应的 CZJBD 的数量增至 2 台 其余工序的机床数仍为 1 台 此种情况下 该 单元的节拍数为 20 分钟 年产量为 250 8 0 9 60 20 5400 件 平均每件 盈利 875 元 所需机床数为 16 台 工人数为 16 人 故该单元的盈利为 5400 875 16 20000 16 50000 360500 元 3 单元三里面共有 5 类零件 总用时最长的为 C616JC 是 50 分钟 为瓶颈 工序 经过和其他工序的对比分析 发现可以将这两道工序的机床数增至 3 台 相应的 X920 的数量增至 3 台 M131W M1080 数量为 2 台 其余工序的机床数仍 为 1 台 此种情况下 该单元的节拍数为 16 7 分钟 年产量为 250 8 0 9 60 16 7 6467 件 平均每件盈利 500 元 所需机床数为 11 台 工人数为 11 人 故该单元的盈利为 6467 500 11 20000 11 50000 2463532 元 4 单元四里面共有 22 类零件 总用时最长的为 YBXHJX 是 130 分钟 为 瓶颈工序 经过和其他工序的对比分析 发现可以将 FJDMX C616 CD7112 M115 Y631K 工序的机床数增至 2 台 其余工序的机床数仍 为 1 台 此种情况下 该单元的节拍数为 65 分钟 年产量为 250 8 0 9 60 65 1662 件 平均每件盈利 818 元 所需机床数为 17 台 工人数为 17 人 故 该单元的盈利为 1662 818 17 20000 17 50000 169818 元 5 单元五里面共有 5 类零件 总用时最长的为 C616 X62W 是 25 分钟 为 瓶颈工序 经过和其他工序的对比分析 发现可以将这两道工序的机床数增至 2 台 相应的 M131W 的数量增至 2 台 其余工序的机床数仍为 1 台 此种情况 下 该单元的节拍数为 12 5 分钟 年产量为 250 8 0 9 60 12 5 8640 件 平均每件盈利 700 元 所需机床数为 11 台 工人数为 11 人 故该单元的盈利 为 8640 700 11 20000 11 50000 5278000 元 6 单元六里面共有 4 类零件 总用时最长的为 M115W M131 ZSKW 是 40 分钟 为瓶颈工序 经过和其他工序的对比分析 发现可以将这三道工序的机 床数增至 2 台 相应的 C720F6 的数量增至 2 台 其余工序的机床数仍为 1 台 此种情况下 该单元的节拍数为 20 分钟 年产量为 250 8 0 9 60 20 5400 件 平均每件盈利 1000 元 所需机床数为 21 台 工人数为 21 人 故该单元的 盈利为 5400 1000 21 20000 21 50000 3930000 元 7 单元七里面共有 3 类零件 总用时最长的为 M131W 是 30 分钟 为瓶颈 工序 经过和其他工序的对比分析 发现可以将这一道工序的机床数增至 2 台 其余工序的机床数仍为 1 台 此种情况下 该单元的节拍数为 15 分钟 年产量 为 250 8 0 9 60 15 7200 件 平均每件盈利 500 元 所需机床数为 5 台 工人数为 5 人 故该单元的盈利为 7200 500 5 20000 5 50000 3250000 元 8 单元八里面共有 2 类零件 总用时最长的为 C620 是 10 分钟 为瓶颈工 序 经过和其他工序的对比分析 发现可以将这一道工序的机床数增至 2 台 其余工序的机床数仍为 1 台 此种情况下 该单元的节拍数为 5 分钟 年产量 为 250 8 0 9 60 5 21600 件 平均每件盈利 500 元 所需机床数为 4 台 工人数为 4 人 故该单元的盈利为 21600 500 4 20000 4 50000 10520000 元 9 单元九里面共有 2 类零件 总用时最长的为 M115 是 20 分钟 为瓶颈工 序 经过和其他工序的对比分析 发现可以将这一道工序的机床数增至 2 台 其余工序的机床数仍为 1 台 此种情况下 该单元的节拍数为 10 分钟 年产量 为 250 8 0 9 60 10 10800 件 平均每件盈利 1000 元 所需机床数为 9 台 工人数为 9 人 故该单元的盈利为 10800 1000 9 20000 9 50000 10170000 元 通过以上计算 可以看出第八个制造单元的年收益最多 所以在布置完以上 九个制造单元后 还有空闲位置的话可以考虑增加几个第八制造单元来增加年 收益 布局完后发现多出了 6 片空闲位置 但为了考虑原料和成品的存储以及 工作人员的办公休息 所以只选取其中两个作为制造单元 即车间内有三个第 八制造单元 总的年收益为 927692 360500 2463532 169818 5278000 3930000 3250000 10520000 3 10170000 100000 56154158 元 总结 在此次设计优化的任务中 先使用了 spss 软件对这 125 种零件进行了分 类 经过比较发现分为 9 类