成組技術(shù)論文

1、題目：Application case study of part grouping and optimization摘要：揭示和利用事物間的相似性，按照一定的準(zhǔn)則分類成組，同組事物能夠采用同一方法進行處理，以便提高效益的技術(shù)，稱為成組技術(shù)。它已涉及各類工程技術(shù)、 計算機技術(shù)、系統(tǒng)工程、管理科學(xué)、心理學(xué)、社會學(xué)等學(xué)科的前沿領(lǐng)域。日本、 美國、蘇聯(lián)和 聯(lián)邦德國等許多國家把成組技術(shù)與計算機技術(shù)、自動化技術(shù)結(jié)合起來發(fā)展成 柔性制造系統(tǒng)，使多品種、中小批量生產(chǎn)實現(xiàn)高度自動化。全面采用成組技術(shù)會從根本上影響企業(yè)內(nèi)部的管理體制和工作方式，提高標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化和自動化程

2、度。在 機械制造工程中，成組技術(shù)是 計算機輔助制造的基礎(chǔ)，將成組哲理用于設(shè)計、制造和管理等整個 生產(chǎn)系統(tǒng)，改變多品種小批量生產(chǎn)方式，以獲得最大的經(jīng)濟效益。 成組技術(shù)的核心是成組工藝，它是把結(jié)構(gòu)、材料、工藝相近似的零件組成一個零件族（組），按零件族制定工藝進行加工，從而擴大了批量、減少了品種、便于采用高效方法、提高了勞動生產(chǎn)率。零件的相似性是廣義的，在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性，以基本相似性為基礎(chǔ)，在制造、裝配等生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等方面所導(dǎo)出的相似性，稱為二次相似性或派生相似性。關(guān)鍵詞：聚類分析；設(shè)施布局；經(jīng)濟性分析；優(yōu)化概述：成組

3、技術(shù)所研究的問題就是如何改善多品種、小批量生產(chǎn)的組織管理，以獲得如同大批量那樣高的經(jīng)濟效果。成組技術(shù)的基本原則是根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀特點、工藝過程和加工方法的相似性，打破多品種界限，對所有產(chǎn)品零件進行系統(tǒng)的分組，將類似的零件合并、匯集成一組，再針對不同零件的特點組織相應(yīng)的 機床形成不同的加工單元，對其進行加工，經(jīng)過這樣的重新組合可以使不同零件在同一機床上用同一個夾具和同一組 刀具，稍加調(diào)整就能加工，從而變小批量生產(chǎn)為大批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。工業(yè)生產(chǎn)傾向于產(chǎn)品品種更加多樣而每種產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)量減少，以此來滿足當(dāng)今社會不斷增長的個性化需求。工廠中分批式生產(chǎn)的產(chǎn)品占有率越來越高，預(yù)

4、計交來占全部產(chǎn)品的75%左右。介于以上原因，傳統(tǒng)意義上的加工部門（以加工工藝分類的部門），生產(chǎn)效率變遷非常的低，因為在各個機械加工部門間產(chǎn)生產(chǎn)品加工路徑的浪費。為了縮短非加工時間，整合設(shè)計和制造階段加工路徑就顯得十分必要，以便于在國際市場競爭中占據(jù)有利形勢。 在本次的設(shè)計任務(wù)中，需要對125個零件進行單元成組在進行設(shè)施布局最后根據(jù)經(jīng)濟性原則來優(yōu)化，給出的條件如下：（1） 車間實行一班制，每天8小時，每年250天；（2） 公司每年的間接費用為100000元；（3） 每件設(shè)備每年的間接費用為10000元；增加一臺新設(shè)備需要20000元（4） 每個工人每年的工資為50000元（5） 工序數(shù)在5道一下

5、的（包含5）的產(chǎn)品每件獲利500元，工序數(shù)大于5道 的每件獲利1000元；（6） 機器設(shè)備的最大利用率為90%；（7） （C720F6，C616JC,CZJBD,X920，M115，M131W,ZSKW,YBXHJX）的加工時間為10分鐘，其余機器均為5分鐘（8） 由于可以網(wǎng)上訂單，顧客可能會對125種零件都有所求，公司必須能提前生產(chǎn)，也就是說，所用設(shè)備必須要能滿足生產(chǎn)125種零件。分類：在本次設(shè)計中，將用到spss軟件里面的聚類分析法來進行成組分類。聚類分析（Cluster Analysis），又稱群分析，是根據(jù)“物以類聚”的道理，對樣品或指標(biāo)進行分類的一種多元統(tǒng)計方法方法，它們討論的對象是

6、大量的樣品，要求能合理地按各自的特性來進行合理的分類，沒有任何模式可供參考或依循，即是在沒有先驗知識的情況下進行的。聚類源于很多領(lǐng)域，包括數(shù)學(xué)，計算機科學(xué)，統(tǒng)計學(xué)，生物學(xué)和經(jīng)濟學(xué)。將數(shù)據(jù)分類到不同的類或者簇這樣的一個過程，所以同一個簇中的對象有很大的相似性，而不同簇間的對象有很大的相異性。 采用聚類分析法對眾多的零件進行分類，包括有大量的信息以及計算處理過程，用手工方法很難勝任，故宜借助于計算機。根據(jù)以上所述的聚類分析法零件分類過程，可歸納聚類分析法的算法如下：（1） 計算每一對零件之間的相似系數(shù)，據(jù)此建立一個相似系數(shù)矩陣；（2） 在相似系數(shù)矩陣中搜索最大相似系數(shù)值；（3） 檢查終止條件是否滿

7、足？如果滿足轉(zhuǎn)（6），不滿足轉(zhuǎn)（4）；（4） 將相似系數(shù)最大的兩個零件類合并為新類；（5） 計算新零件類和其余零件類之間的相似系數(shù)，修改相似系數(shù)矩陣，轉(zhuǎn)（2）；（6） 將聚合的各零件類整理成組；（7） 分類結(jié)束。下面將用spss軟件對這125種零件進行聚類分析，得出如下表格：觀察值14 叢集1:01151:511113:113179:07945:05153:531114:114181:08146:06158:581116:116182:08247:07163:0631125:125190:090411:11173:07312:02293:093414:14175:075170:070296:0

8、96415:15176:07613:03398:098416:16184:08414:043101:101417:17185:085171:0713112:112428:28186:0861120:1203117:117432:32187:0871122:12239:09533:33188:08818:08425:25536:36192:092110:10429:29537:37199:099121:21412:12638:381102:102124:24413:13639:391103:103130:30418:18643:431104:104131:31440:40644:441105:1

9、05135:35446:46645:451108:108155:55448:48647:471110:110160:060450:50656:56619:19741:411257:57649:497118:1181259:59654:54:007111:1111365:065664:0647121:1211366:0666119:1197124:1241467:067620:20868:068689:089869:0696115:115872:0726123:123874:074622:22977:077662:062978:078691:091980:080623:231083:083626

10、:261094:094634:341095:095642:4210100:100652:5210106:106661:06110107:107697:09710109:109627:2711上表是按照聚類數(shù)14的情況進行分類，具體分布如下：第一類：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（共計44個）第二類：2.70（共計2個）第三類：3.4.71.120.122（共計5個）第四類：8.10.2

11、1.24.30.31.35.55.60.79.81.82.90.93.96.98.101.112.117（共計19個）第五類：9.25.29（共計3個）第六類：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（共計27個）第七類：19.49.54.64.119（共計5個）第八類：20.89.115.123（共計4個）第九類：22.62.91（共計3個）第十類：23.26.34.42.52.61.97（共計7個）第十一類：27（共計1個）第十二類：41.118（共計2個）第十三

12、類：111.121（共計2個）第十四類：124（共計1個） 由于在聚類分析的時候選擇的聚類數(shù)為8到14的一個范圍區(qū)間，上面表格只是聚類數(shù)為14的情況，可以看出，在分為14類的時候，第十一類和第十四類中都只有1種零件，這樣分配肯定是會造成不必要的浪費的，所以要進行合并；另參照另外幾種不同聚類數(shù)的分類方法還有工廠的尺寸和空閑處的分布及數(shù)量，發(fā)現(xiàn)第一，六，十類零件可以聚合到一起，第四，五類零件可以聚合到一起，第二，十三類零件可以聚合到一起，第十一，十四類零件可以聚合到一起，即最終可分為9類，具體分類情況如下：第一類：1.5.6.7.11.12.13.14.15.16.17.18.23.26.28.3

13、2.33.34.36.37.38.39 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（共計78個）第二類：2.70.111,121（共計4個）第三類：3.4.71.120.122（共計5個）第四類：8.9.10.21.24.25.29.30.31.35.55.60.79.81.82.90.93

14、.96.98.101.112 117（共計22個）第五類：19.49.54.64.119（共計5個）第六類：20.89.115.123（共計4個）第七類：22.62.91（共計3個）第八類：27.124（共計2個）第九類：41.118（共計2個）布局：設(shè)施布置是指在一個給定的設(shè)施范圍內(nèi)，對多個經(jīng)濟活動單元進行位置安排。設(shè)施布置目的是要將企業(yè)內(nèi)的各種物質(zhì)設(shè)施進行合理安排，使他們組合成一定的空間形式，從而有效地為企業(yè)的生產(chǎn)運作服務(wù)，以獲得更好的經(jīng)濟效果。設(shè)施布置在設(shè)施位置選定之后進行，它要確定組成企業(yè)的各個部分的平面或立體位置，并相應(yīng)地確定物料流程、運輸方式和運輸路線等。設(shè)施布局應(yīng)考慮以下四個問題

15、：1、 應(yīng)包括哪些經(jīng)濟活動單元  這個問題取決于企業(yè)的產(chǎn)品、工藝設(shè)計要求、企業(yè)規(guī)模、企業(yè)的生產(chǎn)專業(yè)化水平與協(xié)作化水平等多種因素。反過來，經(jīng)濟活動單元的構(gòu)成又在很大程度上影響生產(chǎn)率。例如，有些情況下一個廠集中有一個工具庫就可以，但另一些情況下，也許每個車間或每個工段都應(yīng)有一個工具庫。 2、每個單元需要多大空間  空間太小，可能會影響到生產(chǎn)率，影響到工作人員的活動，有時甚至?xí)菀滓鹑松硎鹿?；空間太大，是一種浪費，同樣會影響生產(chǎn)率，并且使工作人員之間相互隔離，產(chǎn)生不必要的疏遠感。 3、每個單元空間的形狀如何 每個單元的空間大小、形狀如何以及應(yīng)包含哪

16、些單元，這幾個問題實際上相互關(guān)聯(lián)。例如，一個加工單元，應(yīng)包含幾臺機器，這幾臺機器應(yīng)如何排列，因而占用多大空間，需要綜合考慮。如空間已限定，只能在限定的空間內(nèi)考慮是一字排開，還是三角形排列等；若根據(jù)加工工藝的需要，必須是一字排開或三角形排列，則必須在此條件下考慮需多大空間以及所需空間的形狀。在辦公室設(shè)計中，辦公桌的排列也是類似的問題。 4、每個單元在設(shè)施范圍內(nèi)的位置 這個問題應(yīng)包括兩個含義：單元的絕對位置與相對位置。有時，幾個單元的絕對位置變了，但相對位置沒變。相對位置的重要意義在于它關(guān)系到物料搬運路線是否合理，是否節(jié)省運費與時間，以及通訊聯(lián)絡(luò)是否便利。此外，如內(nèi)部相對位置影

17、響不大時，還應(yīng)考慮與外部的聯(lián)系，例如，將有出入口的單元設(shè)置于靠近路旁。經(jīng)濟性分析及優(yōu)化：根據(jù)已知條件，車間實行一班制，每天8小時，每年250天；公司每年的間接費用為100000元；每件設(shè)備每年的間接費用為10000元；增加一臺新設(shè)備需要20000元；每個工人每年的工資為50000元；工序數(shù)在5道一下的（包含5）的產(chǎn)品每件獲利500元，工序數(shù)大于5道 的每件獲利1000元；機器設(shè)備的最大利用率為90%；為了滿足客戶的各種需求，車間需要能夠生產(chǎn)125類零件中的任一種，即每種機床都至少要使用依次，所以先假設(shè)每個單元的所需機床數(shù)量都是1，通過計算總時間來找出瓶頸工序，在對瓶頸工序進行適當(dāng)?shù)脑鲅a。故下面

18、將對9個成組單元依次進行經(jīng)濟性分析并優(yōu)化：（1）單元一里面共有78類零件，總用時最長的為C616.M115為390分鐘和380分鐘，為瓶頸工序，經(jīng)過和其他工序的對比分析，發(fā)現(xiàn)可以將這兩道工序的機床數(shù)增至5臺，相應(yīng)的X51.Z5125.M1080的數(shù)量增至2臺，其余工序的機床數(shù)仍為1臺。此種情況下，該單元的節(jié)拍數(shù)為78分鐘，年產(chǎn)量為（250*8*0.9*60）/78=1384件，平均每件盈利500元，所需機床數(shù)為26臺，工人數(shù)為26人。故該單元的盈利為1384*500-26*20000-26*50000=-927692元，為負盈利，可以考慮適當(dāng)裁員，讓一個工人負責(zé)操作兩臺相鄰的機床，最終所需工人

19、數(shù)為16人，盈利為-927692+10*50000=-427692元仍為負值，可以看出該單元的節(jié)拍數(shù)過高，致使產(chǎn)量降低，所以可以考慮對這一單元進一步分組來降低節(jié)拍數(shù)提高產(chǎn)量增加收益。（2） 單元二里面共有4類零件，總用時最長的為C616JC是40分鐘，為瓶頸工序，經(jīng)過和其他工序的對比分析，發(fā)現(xiàn)可以將這兩道工序的機床數(shù)增至2臺，相應(yīng)的CZJBD的數(shù)量增至2臺，其余工序的機床數(shù)仍為1臺。此種情況下，該單元的節(jié)拍數(shù)為20分鐘，年產(chǎn)量為（250*8*0.9*60）/20=5400件，平均每件盈利875元，所需機床數(shù)為16臺，工人數(shù)為16人。故該單元的盈利為5400*875-16*20000-16*50

20、000=360500元。（3） 單元三里面共有5類零件，總用時最長的為C616JC是50分鐘，為瓶頸工序，經(jīng)過和其他工序的對比分析，發(fā)現(xiàn)可以將這兩道工序的機床數(shù)增至3臺，相應(yīng)的X920的數(shù)量增至3臺，M131W.M1080數(shù)量為2臺，其余工序的機床數(shù)仍為1臺。此種情況下，該單元的節(jié)拍數(shù)為16.7分鐘，年產(chǎn)量為（250*8*0.9*60）/16,7=6467件，平均每件盈利500元，所需機床數(shù)為11臺，工人數(shù)為11人。故該單元的盈利為6467*500-11*20000-11*50000=2463532元。（4） 單元四里面共有22類零件，總用時最長的為YBXHJX是130分鐘，為瓶頸工序，經(jīng)過和

21、其他工序的對比分析，發(fā)現(xiàn)可以將FJDMX.C616.CD7112.M115.Y631K工序的機床數(shù)增至2臺，其余工序的機床數(shù)仍為1臺。此種情況下，該單元的節(jié)拍數(shù)為65分鐘，年產(chǎn)量為（250*8*0.9*60）/65=1662件，平均每件盈利818元，所需機床數(shù)為17臺，工人數(shù)為17人。故該單元的盈利為1662*818-17*20000-17*50000=169818元。（5） 單元五里面共有5類零件，總用時最長的為C616.X62W是25分鐘，為瓶頸工序，經(jīng)過和其他工序的對比分析，發(fā)現(xiàn)可以將這兩道工序的機床數(shù)增至2臺，相應(yīng)的M131W的數(shù)量增至2臺，其余工序的機床數(shù)仍為1臺。此種情況下，該單元

22、的節(jié)拍數(shù)為12.5分鐘，年產(chǎn)量為（250*8*0.9*60）/12.5=8640件，平均每件盈利700元，所需機床數(shù)為11臺，工人數(shù)為11人。故該單元的盈利為8640*700-11*20000-11*50000=5278000元。（6） 單元六里面共有4類零件，總用時最長的為M115W.M131.ZSKW是40分鐘，為瓶頸工序，經(jīng)過和其他工序的對比分析，發(fā)現(xiàn)可以將這三道工序的機床數(shù)增至2臺，相應(yīng)的C720F6的數(shù)量增至2臺，其余工序的機床數(shù)仍為1臺。此種情況下，該單元的節(jié)拍數(shù)為20分鐘，年產(chǎn)量為（250*8*0.9*60）/20=5400件，平均每件盈利1000元，所需機床數(shù)為21臺，工人數(shù)為

23、21人。故該單元的盈利為5400*1000-21*20000-21*50000=3930000元。（7） 單元七里面共有3類零件，總用時最長的為M131W是30分鐘，為瓶頸工序，經(jīng)過和其他工序的對比分析，發(fā)現(xiàn)可以將這一道工序的機床數(shù)增至2臺，其余工序的機床數(shù)仍為1臺。此種情況下，該單元的節(jié)拍數(shù)為15分鐘，年產(chǎn)量為（250*8*0.9*60）/15=7200件，平均每件盈利500元，所需機床數(shù)為5臺，工人數(shù)為5人。故該單元的盈利為7200*500-5*20000-5*50000=3250000元。（8） 單元八里面共有2類零件，總用時最長的為C620是10分鐘，為瓶頸工序，經(jīng)過和其他工序的對比分

24、析，發(fā)現(xiàn)可以將這一道工序的機床數(shù)增至2臺，其余工序的機床數(shù)仍為1臺。此種情況下，該單元的節(jié)拍數(shù)為5分鐘，年產(chǎn)量為（250*8*0.9*60）/5=21600件，平均每件盈利500元，所需機床數(shù)為4臺，工人數(shù)為4人。故該單元的盈利為21600*500-4*20000-4*50000=10520000元。（9） 單元九里面共有2類零件，總用時最長的為M115是20分鐘，為瓶頸工序，經(jīng)過和其他工序的對比分析，發(fā)現(xiàn)可以將這一道工序的機床數(shù)增至2臺，其余工序的機床數(shù)仍為1臺。此種情況下，該單元的節(jié)拍數(shù)為10分鐘，年產(chǎn)量為（250*8*0.9*60）/10=10800件，平均每件盈利1000元，所需機床數(shù)

25、為9臺，工人數(shù)為9人。故該單元的盈利為10800*1000-9*20000-9*50000=10170000元。 通過以上計算，可以看出第八個制造單元的年收益最多，所以在布置完以上九個制造單元后，還有空閑位置的話可以考慮增加幾個第八制造單元來增加年收益。布局完后發(fā)現(xiàn)多出了6片空閑位置，但為了考慮原料和成品的存儲以及工作人員的辦公休息，所以只選取其中兩個作為制造單元，即車間內(nèi)有三個第八制造單元?？偟哪晔找鏋?927692+360500+2463532+169818+5278000+3930000+3250000+10520000*3+10170000-100000=56154158元?？偨Y(jié)：在此次設(shè)計優(yōu)化的任務(wù)中，先使用了spss軟件對這125種零件進行了分類，經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)分為9類