迷你四驱车组装流水线设计实验报告（最终版）

迷你四驱车组装流水线设计实验（最终版） 实验名称:迷你四驱车组装流水线设计 学 院:机械工程与力学学院 班 级:工业工程085 实验人员:丁卢鑫 084774006 李 冲 唐嫣红 吴云云 084774128 张树桐 郑 倩 完成时间:2010年12月21日 学 校:宁波大学 1 目录 实验概况................................................................3 一、实验目的..............................................................3 二、实验要求..............................................................3 三、实验进度计划.........................................................3 流水线设计及说明.....................................................4 一、前期筹备..............................................................4 1.学习课本、熟悉车辆.....................................................4 2.确定设计流程............................................................5 二、初始流水线设计.......................................................6 1、工艺流程图.............................................................6 2、单元划分...............................................................7 3、部分优先图.............................................................8 4、计算位置权重...........................................................9 5、分配工作台、平衡装配线...............................................9 6、统筹...............................................................10 三、流水线优化............................................................11 1、装配动作优化...........................................................11 2、优化后单元划分.........................................................11 3、时间研究...............................................................12 4、优化后部分优先图......................................................13 5、计算优化后位置权重....................................................14 6、优化后平衡装配线......................................................15 7、优化后工艺流程图......................................................16 8、统筹分析...............................................................17 四、个案分析..............................................................18 1、双手操作...............................................................18 2、单元拆分................................................................20 五、讨论...................................................................21 六、实验总结...............................................................24 2 实验概况 一、实验目的: 本实验旨在让同学熟练掌握、并综合运用工作研究与分析课堂上学到的知识，培养实验人员的动手能力、组织能力、协调能力和创新能力。 二、实验要求: 实验过程中要求团队协作完成，实验结果要求包括工艺流程图、部分优先图、位置权重计算以及最后的平衡装配线设计表。在十六周周五之前上交实验报告及ppt介绍。 三、实验进度计划: 2010-9-92010-9-292010-10-192010-11-82010-11-282010-12-18 学习课本、熟悉车辆 确定设计流程 流水线初步设计 完成中期检测报告 流水线优化 回顾分析个案 讨论总结经验 完成实验报告 班内报告 3 流水线设计及说明 一、前期筹备 1.学习课本、熟悉车辆 书本知识的学习分为两种，因为实验时间要求，开学初我们提前学习了课本上老师未讲的内容，另外就是随堂学习。而四驱车的组装主要是按照自带说明书进行，目的在于熟悉安装动作，以求达到熟练操作的水平。 图一-1-1 迷你四驱车各部件 4 2.确定设计流程 经过反复讨论，大家确定了设计流水线的流程，如下图所示。流程图的确定让之前毫无经验的我们有了明确的方向，对于下一步实验的开展起到了指导作用。 5 二、流水线初步设计 1、工艺流程图 根据原代说明书，以及之前熟悉过的组装过程完成了下面的工艺流程图。(由 于是初步绘制的，中间有许多不合理的地方) 6 2、单元划分 根据动作的相似性和关联性确定了单元划分。无括号数字为单元序号，括号中数字为操作动作序号。 1(2);2(1);3(8);4(3、4、5、6、7、9);5(12、13、14、15、16、17、18、19);6(10、11);7(26、27);8(23);9(24、25);10(20);11(21、22);12(28、29、30、31、32、33)。 图二-2-1 左上图中三个齿轮安装动作几本相 同，所以放在一个单元，此外如果仅图二-2-2 仅只放齿轮，在移动底盘时齿轮容易 掉出，所以我们将车轮杆也放入本单 元，车轮杆如左下图图所示。 7 3、部分优先图 划分单元后，测定了单元操作时间，根据操作前后限制完成了此图。 图二-3-1 开关金属片和 开关处外壳(单 元六)的安装必 须在开关、齿 轮、车轮杆以及 传动杆(单元二 和单元四)安装 完成之后进行， 8 4、计算位置权重 Unsorted work Positional Sorted work Positional Work element Immediate weight elements weight time predecessors elements (编号) (1) 2.04 (3) 2.21 0.2 - (2) 2.16 (2) 2.16 0.15 - (3) 2.21 (1) 2.04 0.03 - (4) 2.01 (4) 2.01 1.33 (1)(2)(3) (5) 1.35 (8) 1.83 0.7 - (6) 0.68 (9) 1.66 1.33 (4)(5) (7) 0.5 (5) 1.35 0.67 (6) (8) 1.83 (10) 1.16 0.13 - (9) 1.66 (11) 1.03 0.7 (8) (10) 1.16 (6) 0.68 0.18 - (11) 1.03 (7) 0.5 0.17 (10) (12) 0.33 (12) 0.33 0.33 (9)(11)(7) 5、分配工作台、平衡装配线 Work Positional Immediate Work Station time Remarks weight predecessors element time Station Element Cumulative Unassigned 1 (3) 2.21 - 0.2 0.2 1.6 - 1 (2) 2.16 - 0.15 0.35 1.45 - 1 (1) 2.04 - 0.03 0.38 1.42 - 1 (4) 2.01 (1)(2)(3) 1.33 1.71 0.09 - 1 (8) 1.83 - 0.7 2.41 - N.A. 2 (8) 1.83 - 0.7 0.7 1.1 - 2 (10) 1.16 - 0.13 0.83 0.97 - 2 (11) 1.03 (8) 0.7 1.64 0.16 - 3 (6) 0.68 - 0.18 0.18 1.62 - 3 (5) 1.35 (6) 0.67 0.85 0.95 - 3 (9) 1.66 (4)(5) 1.33 2.18 - N.A. 3 (7) 0.5 (10) 0.17 1.02 0.78 - 4 (9) 1.66 (4)(5) 1.33 1.33 0.47 - 4 (12) 0.33 (7)(9)(11) 0.33 1.66 0.14 - 9 根据平衡计算，我们考虑在第三个岗位上安排两名工人人员，其他岗位安排三名。这样折算后，完成每个岗位所需要的平均时间分别是0.57、0.55、0.51、0.56。 计算E=2.19/2.28=96% 6、统筹分析 第一次设计中，诸多因素考虑的不全面，导致安装过程不够流畅，流水线平衡也不够理想。1)许多动作可以优化，如单手便双手，混合操作等，这将大大节省安装时间。2)单元划分过粗，使工作站的总时间不够接近，直接导致生产节拍变慢。3)对单元划分时，很多相似和关联动作没有得到充分考虑;初期设计的单元与单元之间存在较多不必要的限制4)在确定前后顺序时，没有把实际操作的方便性考虑在内。 另外由于秒表记测在时间上过于粗糙，这也将影响到流水线设计的精确性。 综上，我们决定在此基础上，结合分析结果对流水线进行重新设计。 10 三、流水线优化设计 1、装配动作优化 在第一次设计的基础上，我们对许多动作进行了优化。 1)有针对性的对于一些具有双手操作特性的动作运用双手操作图进行精确的分析，效果非常明显，大大缩短了局部安装时间。 2)在整个流程上，我们运用了ECRS原则，尽量精简可以精简的动作，去除无效动作，总时间有较大缩短， 2.优化后单元划分 1)合并了一些有相似性和关联性的动作，使整个安装更为流畅。 2)尽可能的细化单元。本次单元划分更细也更合理，各个单元所受到的限制少了许多，为流水线的平衡提供了保障(如下图) Work Work Time(") Time Work Work Time(") Time elment units (min) elment units (min) included included 1 1 8 0.13 10 11 0.18 18、19 2 31 0.52 11 20 3 0.05 2、3、4、 5、6 3 7 35 0.58 12 38 0.63 21、22、 23、24、 25、26 4 8 12 0.2 13 27 3 0.05 5 9 10 0.17 14 8 0.13 28、29、 30 6 77 1.28 15 31 3 0.05 10、11、 12 7 40 0.67 16 13 0.22 13、14 32、33、 34 8 15 6 0.1 17 7 0.12 35、36 9 40 0.67 16、17 11 3、时间研究 考虑到初始设计所确定的时间不够精准，我们对每个单元进行了时间研究。 以操作单元1,2,3为例的时间研究如下: 1)评比的确定:由于操作不够娴熟，装配器械稍有磨损，经反复确认，我们将R确定为0.85 2)宽放值的确定:按照标准，我们选定较为合理的宽放系数:Personal Needs 5%; Basic Fatigue 4%; Variable Fatigue 8%; Total allowance 17% 3)记录完成表格如下 Time Study Observation Form Study No: Date: Page 1 of 1 Operation: Operator: Observer: Element No. and 1 Assemble spacers 2 Assemble gears 3 Assemble tires Description and axises Note Cycle R W OT NT R W OT NT R W OT NT 1 14 119 54 459 60 510 2 16 136 52 442 61 518 3 13 110 54 459 57 485 4 12 102 50 425 58 493 5 15 128 52 442 56 476 6 10 85 54 459 59 501 7 13 110 55 468 57 485 8 14 119 50 425 57 485 9 12 102 51 433 56 476 10 11 94 48 408 59 501 11 12 13 Total OT 130 520 580 Rating 85 85 85 Total NT 1.105 4.420 4.930 No. Observations 10 10 10 Average NT 0.111 0.442 0.493 %Allowance 17 17 17 Elemental Std. 0.130 0.517 0.577 Time No. Occurences 1 1 1 Standard Time 0.130 0.517 0.577 Total Standard Time (sum standard time for all elements): 1.224 12 Foreign Elements Time Check Allowance Summary W1 W2 OT Description Finishing Time Personal Needs Sym 5 A Starting Time Basic Fatigue 4 B Elapsed Time Variable Fatigue 8 C TEBS Special - D TEAF Total Allowance % 17 E Total Check Time Remarks F Effective Time G Ineffective Time Rating Check Total recorded TIme Synthetic Time % Unaccounted Time Observed Time Recording Error % 4、优化后部分优先图 第一次的优先图确定中没有考虑到由安装便易程度带来的前后隐性约束。如个案分析里所提及的凤尾安装、传动杆等 13 5、计算优化后位置权重 Unsorted work Sorted work Positional weight Immediate predecessors elements elements 1 1 5.75 - 2 2 1.63 1 3 6 1.4 - 4 3 1.12 2 5 11 1.03 - 6 12 0.98 11 7 8 0.88 - 8 7 0.78 - 9 9 0.78 8 10 10 0.48 3 11 4 0.48 - 12 13 0.35 3、12 13 16 0.33 - 14 14 0.3 10、13 15 5 0.28 4 16 15 0.17 14 17 17 0.12 7、6、5、15、16、9 14 6、优化后平衡装配线 Work Positional ImmediatWork Station time Remarks weight e element predecesstime ors Station Element CumulatiUnassign ve ed 1 1 5.75 - 0.13 0.13 1.37 - 1 2 1.63 1 0.52 0.65 0.85 - 1 6 1.4 - 1.28 1.93 - N.A. 1 3 1.12 2 0.58 1.23 0.27 - 1 11 1.03 - 0.05 1.28 0.22 - 1 12 0.98 11 0.63 1.91 - N.A. 1 8 0.88 - 0.1 1.38 0.12 - 1 7 0.78 - 0.67 2.05 - N.A. 2 6 1.4 - 1.28 1.28 0.22 - 2 12 0.98 11 0.63 1.91 - N.A. 2 10 0.48 3 0.18 1.46 0.04 - 2 4 0.2 - 0.48 1.94 - N.A. 3 12 0.98 11 0.63 0.63 0.87 - 3 7 0.78 - 0.67 1.3 0.2 - 3 9 0.78 8 0.67 1.97 - N.A. 3 4 0.48 - 0.2 1.5 0 - 3 13 0.35 0.05 1.55 - N.A. 3、12 4 9 0.78 8 0.67 0.67 0.83 - 4 13 0.35 0.05 0.72 0.78 - 3、12 4 16 0.33 - 0.22 0.94 0.56 - 4 14 0.3 0.13 1.07 0.43 - 10、13 4 5 0.28 4 0.17 1.24 0.26 - 4 15 0.17 14 0.05 1.29 0.21 - 4 17 0.12 0.12 1.41 0.09 7、6、5、 15、16、9 计算效率E=5.75/6=96% 15 7.优化后工艺流程图 此流程图是最后敲定的，在其与第一份之间还有几张，在这里不予给出。此份流程图相比于第一份，操作顺序更加合理，例如2、3、4、5几个操作。 16 8、统筹分析 初始流水线组装一辆车需要5.86分钟，优化后的流水线则减少到了5.75分钟，这主要得益于单元的拆分和工序的改变，使安装更为方便，减少了安装时间。虽然整个流水线的节拍只提高了0.31分钟，但对于大批量生产所带来的效益仍然十分可观。 17 四、个案分析 1、双手操作问题: 双手操作图能对各项操作做更加详细的记录，以便分析并改进各项操作的动作。考虑到在安装朔胶介子、齿轮、铜套等动作具有高度的对称性，如果运用双手操作做更精细的分析，可能大大缩短安装时间。 以安装轮胎为例，步骤如下: 1)观察工作情况，熟悉工作过程。 2)绘制工作地布置简图，标明各种零件、工具、设备的相互位置。 3)从图的中间取适当间隔，画两条垂直线，用来记录代表动作的符号。其垂直 线右边代表右手操作，左边代表左手操作，并留有动作叙述栏 4)观看操作人员左右手的各项动作，用相应的符号记录在垂直线旁，并依照时 间顺序和相对关系将左右手并列在该项符号的旁边 5)按以上步骤完成Two-hand process chart 1 6)对chart1进行考查，分析 Chart1中左右手都有一半的时间在握持，“持住”是非常疲劳的动作，可使 用简单的持住装置或夹具而取消。 7)重新设计的双手操作图Two-hand process chart2 18 Two-hand process chart 1 Left hand Right hand Operation:Assemble tires Part:X Summary Operator name and no.: Effective time: 5.2 5.2 Analyst: Date: Ineffective time 5.2 5.2 Method (circle choice) Present Proposed Cycle time=10.4sec. Sketch: SymTime Time SymLeft hand description Right hand description bol bol RE Hold the axis H 5.20 1.00 Get a tire G M 4.20 Assemble the tire A RE、Get a tire 1.00 5.20 H Hold the axis G M Assemble the tire 4.20 A 19 Two-hand process chart 2 Left hand Right hand Operation:Assemble tires Part:X Summary Operator name and no.: Effective time: 5.2 5.2 Analyst: Date: Ineffective time 0 0 Method (circle choice) Present Proposed Cycle time=10.4sec. Sketch: SymTime Time SymLeft hand description Right hand description bol bol RE RE Get a tire 1.00 1.00 Get a tire G G M M Assemble the tire 4.20 4.20 Assemble the tire A A 2、单元拆分: 在重新考虑了动作关联性(几个动作必须在传给下一工位前一起完成)后，优化后的单元划分比初始设计时更加细化，由12个单元变成了17个，这为后续计算平衡流水线时提供了巨大方便。 1)轮胎、圆孔导论——加快安装速度 上图中的轮胎以及圆孔导轮都需要先套胶圈然后在安装。初始设计时，我们是四个轮胎和两个导论安装好了，再往底盘上组装。在优化时，我们则采取组装两个轮胎，安装在底盘，再组装两个轮胎，再安装在底盘上的(导论同理，两变一)。这样可以节省一到两次抓取时间 2)马达——装配线更容易平衡 20 初始流水线设计时，左侧的动作 被划分在一个单元;优化时，决 定将马达和白色齿轮的组装分离 出来，单独成为一个单元，只要 这个单元在其余动作开始前完成 即可。这样不会增加安装时间， 但更有利于分配工位时达到平 衡。 3)凤尾的安装——装配线更容易平衡 初始流水线时是按左图从 左到右的顺序安装的，并 且划分在一个单元。优化 后先把凤尾安装在地盘 上，然后再在凤尾上安装 导轮，且这两部划分成了 两个单元。动作顺序变化 五、讨论 后，安装导轮时更容易(凤1、铜套的双手操作——效果待定 尾在底盘上更加稳定);单这个动作比较特殊，因为铜套体积较小，双手操作极其不便，以现有的熟练程度，单手操作反而比双手快。但是由于不能确定是熟练度还是硬件原因，此外再加上如果有夹具，双手效元拆分后可以划分在两个果会好许多，故此处仍用双手。 工作岗位，平衡更容易。 2、最终的流水线已经达到较大的平衡，各工作站的时间分别为:1.38;1.46;1.50;1.41。 第二三个工作站的时间仍有较大的可压缩空间，如果细化到动素分析应该还能进一步缩短，但基于设备等问题，本次实验只就此而止。 3、由于对知识理解的不到位、全面，设计中走了很多弯路。整个过程中还存在很多不合理之处。整个设计要运用到生产上，仍要在诸多方面进行改善。 21 六、实验总结 小组六人经过一个学期的努力，基本按给定的实验要求完成了实验，除了个别事项由于种种因素有所耽误(后文会进行说明)。经历了这次与以往任何一次性质都不相同的实验，大家都感觉收获颇多，这里就对整个实验过程中遇到的问题、创新的想法、收获的经验分别进行详细的说明。 (1)遇到的问题及解决方法或建议 1)学院的使用 由于这是一个自主性实验，实验的流程和进度都是由我们学生自己制定的，并没有学院统一安排的时间和场地。而在实验过程中，我们有时需要用到学院的实验场地和设备，这就需要我们自己跟实验室负责的老师联系。众所周知，大学的老师各种事情特别忙，我们协调起时间来，一次两次还好，但是次数一多就很麻烦，而中国学生又不习惯频繁的主动的和老师联系，这对实验的进度产生了一定影响。所以我们建议，我们学校能不能把一些技术要求不高，实验器械不是很昂贵的实验室建设成开放式的，这样可以方便学生进行实验，更好的提高学生的实验能力。 2)关于实验器材 因为实验中需要反复拆卸组装四驱车，四驱车中的部分零件磨损严 6mm的螺丝，这会导致在最后组装中出现四驱车无法发动以及重，如马达的金属片和M2× 严重影响组装时间等问题。建议有备用车。如果最后想在流水线上实地组装生产一次，就必须有四五辆以上的同等型号的四驱车，这就要求我们在采购实验器材的时候统一购买。其实这里我们完全可以把购买这一环节也交给学生自己办，买什么样的四驱车，或者再放开一些，要组装什么都可以由学生自己决定，这样对学生来说又多了一项锻炼。 3)达宝易软件的使用 因为实验室的设备出现问题，无法在流水线上给操作录像，虽然后来用其它设备进行了拍摄，但又遇到了格式问题，处理后又因为时间原因无法完成用达宝易分析动作的实验。対于达宝易这类以后在工作中很有可能用到的软件，我们应该在实验教学中加大比例，因为学习这样的软件既可以增加对课本知识的掌握程度，也更加贴近实际生产。 (2)实验中创新的想法 1)环形流水线 实验过程中为了避免因为一个工人没能及时完成本循环的操作而影响 22 流水线的流动，一位同学提出了环形流水线的想法。就是把流水线设计成环形，每个工位的工人完成动作后将工件放到特定的盒子中随着流水线传动。这样如果下一个工位的工人没能及时完成操作，可以等工件再转回来的时候进入下一个循环，而不必让流水线停下。这样的流水线适合于小体积、大量生产的情况。缺陷是流水线设计成环形，环形内的空间难以有效利用，工人也不便进入到环形内部。当然在经过激烈的争论之后，大家否决了其用在此次实验的想法。不过环形流水线能否应用在实际工业生产中，到是值得我们工业工程人思考一下。 2)关于夹具 本次实验中所有组装均是在没有夹具的情况下进行的。这样影响了一些操作的时间，如组装轮胎等(如图四-1-1中所示，车轮杆的高度低于轮胎中心的高度，影响了安装);此外由于没有夹具，安装时车盘容易移动，也影响了实验测时的准确度;而由于需要一手固定，也影响了双手操作。所以，如果条件允许，应当提供夹具。最好是可以让学生设计夹具，成为实验的一部分，这样既丰富实验内容，又更多的锻炼了学生，并且这一块也可以在以后的工作中得到应用。 (3)实验中的收获 1)对书本知识的学习 实验本身的目的之一就是让学生能够熟练地应用课本内的知识。但是我们以前做的实验，基本上是课前没有准备，实验课上按照老师演示的步骤做下来，处理数据又是模仿几位学习成绩好的，有的实验甚至是只由本组的一个人完成。这样的情况使得相当一部分的学生根本没有在实验中得到锻炼。本次实验，过程中需要反复的查书，有些部分需要自主学习。要知道，大学生上课的听课效率其实很低，课后复习也十分的少。而这样的实验，老师不会给你现场指导，遇到问题逼着你不得不仔细看书。就以实验装配图的测定为例，整个第二章的知识反复学习，并且反复运用，也就熟练的掌握了。 3.团队合作 以前的实验虽然也有过分组，但是合作的元素依然很少。而本次实验，从时间的协调、任务的分工、方案的设计均由大家共同完成，尤其是存在彼此不协调的时候，如何处理这些问题锻炼了我们的团队协作能力，这对以后的工作十分有益。这在以前的实验是做不到的，时间是规定死的，方案是老师设计好的，也就是任务分工可能还需要协调一下(但多数情况下基本是由一两个同学自己承担了)。 4.时间概念 以往的实验在安排好的时间段做好后，就是在实验报告上交的截止时间前把报告赶出来就好，没有什么时间概念。此次实验则不同，整个实验进度都有自己掌握，如何避免各种因素的影响(如实验中遇到瓶颈、学校突然开展活动等等)，保证在最后日期完成实验都在我们的考虑范围之内。在时间协调上，因为实验贯穿整个学期，最开始的时候， 23 平时上课也惦记着实验，这样课没有上好，实验也没有进展，直到后来才适应了这种情况，学会了“专项任务”与日常学习生活合理的协调。我想这对以后的工作也是有意的。 4)不同的实验方法 中国学生从小做实验就是按部就班的根据老师讲的和实验指导书中所介绍的做实验，仅仅有限的培养了动手能力，但是对于学生思考问题、探索未知方面少有培养。这次试验虽然有项老师的指导，但是与以前实验老师一步一步讲给你不同，仅仅是告诉我们大的方向;此外没有实验指导书和前人经验，几乎所有步骤都是自己查书、探讨、反复来自己确定的。这就和以后的工作情况比较相似，你的上司只给你下达任务，不会太多的给你其他任何指导。其实这也是我们大学生面临的重要问题——没有模版就很难完成任务，并且总是希望实验做出的结果是标准的、正确的答案。也许这是本次实验给我们特别的收获。 (4)总结 综合来讲，实验过程中我们的自主学习能力有了很大提高，发现问题、解决问题的能 力也有很大增强，基本顺利的完成了实验任务。但由于是第一次，如上文所说，遇到了许多问题，流水线实际生产和达宝易的分析没有完成，如果下一届的学生也做此类实验，相信只要协调的好，实验效果会更加明显。这里要特别要强调的是，学生的实验不要只看结果。即使是实验最后失败了，但只要同学经过了自己认真的努力就应当是成功的，这要比应付以前的那种实验更有益处。 24