武汉理工大学
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课题名称 单元制造理论与方法 姓 名 院 系 机电工程学院 班 级 指导教师
2016年05月18号
Application case study of parts grouping and optimization
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摘要
随着社会的发展,人类的消费需求呈现越来越多样化的形式，诸多企业也日益趋向于多品种、小批量的柔性生产方式。这种区别于大批量快速生产的方式给目前以流水线作业为主的企业带来许多困扰，无法适应这种生产方式的企业开始在竞争中处于劣势。本案例基于125种产品，33台设备的实际情况展开研究，通过对生产人员，设备和流程进行分析，找到问题的突破点，并应用针对多品种、小批量生产方式企业最有效的成组技术和单元生产理论展开研究。首先通过应用“生产流程分析法”和“分枝-聚类法”对该案例的产品进行成组分析并最终再聚类得到10个产品组；然后针对设备的利用情况和物流量进行分析，建立满足相应单元内设备和人员配置生产平衡的车间布局；最后，通过给定条件进行最终的成本分析与收益分析，实现利润与市场匹配后的最大化。
该实际案例的研究对于柔性生产方式以及成组技术的实现具有十分重要的意义，同时对于市场上多品种、小批量生产企业也具有一定的借鉴意义。
关键词：成组技术；单元生产；分枝-聚类法；系统优化
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目录
1、案例背景简介 .....................................................................................................- 4 - 2、分组 .....................................................................................................................- 4 -
2.1成组技术 ......................................................................................................- 4 - 2.2单元生产 ......................................................................................................- 5 - 2.3聚类 ..............................................................................................................- 5 - 3、优化过程及方案比较 .........................................................................................- 6 -
3.2原方案 ..........................................................................................................- 6 -
3.2.1原方案成本分析 ................................................................................- 7 - 3.2.2原方案收益分析 ................................................................................- 7 - 3.2.3原方案方案小结 ................................................................................- 8 - 3.3优化方案 ......................................................................................................- 8 -
3.3.1布局优化 ............................................................................................- 9 - 3.3.2员工优化 ......................................................................................... - 10 - 3.3.3优化方案成本分析 ......................................................................... - 10 - 3.3.4优化方案总收益 ............................................................................. - 11 - 3.4优化方案前后对比及小结 ....................................................................... - 11 - 4、总结 .................................................................................................................. - 12 - 5、致谢 .................................................................................................................. - 13 -
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1、案例背景简介
目前伴随着人类社会化进程的进一步推进，以及各种高新技术、生产设备的诞生，人类的生产力被极大的释放出来，以往那种单一、固定的生产模式已逐渐式微，人类已经走入个性化、时尚化的消费时代。如今客户的需求呈现极大的多样化乃至个性化，并且对交期提出了更高的要求。
与此同时目前市场上的大多数企业所生产加工的产品，主要以客户订制为主，属于面向订单的生产型企业。缘由客户应用的多样性，产品的种类和批次也就产生了相应差异，这就导致了公司在准备订单生产的过程中需要花费大量的时间为每一张订单编写生产工艺，确认试用的设备以及每台设备的产能情况。而有时因为排产和工艺人员的负荷过重，订单不得不长时间停留在这几个部门。在订单进入生产部门以后，因为现场已经存在大量的在制品，订单又必须在各个工位之间排队，等待加工。在生产现场，会出现各种杂乱的情况，生产过程难以管理。
本文从多品种、小批量企业生产方式入手，通过应用成组技术对现有125种产品进行产品的成组研究，设计成组工艺。然后应用单元生产的理念对各成组产品进行单元设计与厂区布置。
2、分组
2.1成组技术
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。
成组工艺实施的步骤为： ①零件分类成组；
②制订零件的成组加工工艺；
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③设计成组工艺装备； ④组织成组加工生产线。
2.2单元生产
单元生产是指一种精益生产方式，通过此手段，公司可以尽可能小的成本来制造出一系列的满足顾客需要的产品。在CELL化生产中，设备和厂房被以特定的顺序安排，通过这种安排，材料和零件能够以最小的搬运或延误完成流程。
单元生产是精益生产方式中最主要的组成部分，精益生产方式是有利润地生产出满足顾客要求的各种产品的主要方法。精益生产方式通过减少生产中的浪费使得公司更加先进和更加有竞争力。这里指的浪费特指生产过程中额外的﹐在成品中没有丝毫价值体现的任何部分。
单元生产的名字来源于单词“CELL”，精益生产CELL由生产流程中按设备排列的人力、设备以及工作站等组成﹐所有这些都是为了完成流程或流程的一段所要求的。譬如：如果某个特殊的产品需要在钻孔和最终完成前进行切割，CELL化就包含着完成按照此顺序安排的设备。
2.3聚类
设计初期采用SPSS软件进行聚类分析，参考成组技术课本内聚类分析法选取的组数，最初聚类形成十二组和十四组。经过比较分析，十二组中第一组的零件数目内含70个，超过了总零件个数125个的一半，加上另外第四组的19个零件已经几乎达到90个，而其他10组加起来仅有34个，仅占到总零件数的27.3%，聚类分组体现的意义并不十分明显；而选择十四组的聚类，发现第一组内含44个零件，第二组和第三组分别是27个和19，其他组除了空出的几个零件之外较为平均，分组意义明显，有利于设施规划布局。
另外通过聚类分析的结果可以看出，由于第11组和14组所使用机床在第8组内均有使用，不需要额外添置机床，所以我们将第11组和14组归于第8组；同时将零件数目相对较少的第2组、12组、13组聚成新的一类。最终集聚成10类。
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