CN102402722A

CN102402722A - 提高工程机械产品的装配线效率的方法

Info

Publication number: CN102402722A
Application number: CN2011102987673A
Authority: CN
Inventors: 胡小锋
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: CN102402722B

Abstract

本发明公开一种提高工程机械产品的装配线效率的方法，该方法用标准时间通用分析法测量各装配任务的操作时间，并从产品数据管理***和计算机辅助装配工艺规划***中导出产品的装配工艺；然后，计算各装配任务的先序和后序数量，将工程机械产品的大规模装配任务分配问题分解为小规模的子问题，利用分支定界方法求解子问题的最优分配方案，组合、调整子问题的最优分配方案，得到原装配任务分配问题的较优分配，并估算分解产生的误差。本发明能够综合考虑节拍、工艺顺序和装配任务操作边等约束，在给定节拍或产量的要求下，有效控制误差，规划最短的装配线，从而提高制造资源利用率，降低产品制造成本。

Description

提高工程机械产品的装配线效率的方法

技术领域

本发明涉及的是一种提高装配线效率的方法，具体是一种提高工程机械产品的装配线效率的方法。

背景技术

工程机械是中国装备制造业的核心之一，近年来发展迅速，但同时面临许多困难和挑战，主要表现为生产效率和制造资源利用率低。规划、建造高效率的装配线是提高制造资源利用率，降低产品制造成本和提高产品竞争力的有效途径之一。由于工程机械产品重量和体积庞大，装配过程中搬运、定位和夹装等操作的难度较大，因此广泛采用新型的双边装配线。与传统的单边装配线相比，它具有装配线长度较短，工具公用和减少搬运、夹装次数等优点。单工程机械产品的结构、工艺复杂，装配任务数量较多，规划过程需要满足生产节拍、工艺顺序等约束，装配线规划的难度大。若较差的规划方案会严重降低装配线的效率和产品质量，从而影响产品的竞争力。

经对现有技术的文献检索发现，

等人在《International Journal of Production Research》（2010,48, 4767-4784）上发表的“Balancing parallel two-sided assembly lines”（双边装配线平衡），该文在满足节拍、工艺顺序、装配任务工作边等约束的前提下，通过调整各装配任务在工位上的分配，平衡各工位的负荷，减少工位数量，从而提高装配线的效率。该文涉及的技术主要存在以下缺陷和不足：⑴该方法只能求得可行的装配任务分配方案，难以求得最优的方案；⑵该方法无法控制误差，可能会得到效率较低的装配线；⑶该文沿用了单边装配线的“工位数量”为衡量指标，可能会错误地求得单边装配线。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种提高工程机械产品的双边装配线效率的方法，能够综合考虑节拍、工艺顺序和装配任务操作边等约束，在给定节拍或产量的要求下，有效控制误差，规划最短的装配线，从而提高制造资源利用率，降低产品制造成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的方法可用于工程机械产品的双边装配线规划，包括统计各装配任务的操作时间，建立装配任务的先序约束关系，计算各装配任务的所有先序和后序的数量，将工程机械产品的装配任务分配问题分解为几个相关的子问题，然后利用精确方法求得子问题的最优分配方案，依据子问题之间的关系，组合、调整子问题的最优分配方案从而得到原装配任务分配问题的较优方案。

具体分为如下几个步骤：

(1) 利用时间测量法获得各装配任务的操作时间。依据MTM-UAS(时间标准-通用分析***)方法将每个装配任务分解为标准的动作，测量各标准动作完成所需的时间，然后相加得到各装配的操作时间。

从PDM（产品数据管理***）和CAPP（计算机辅助装配工艺规划***）中导出产品的装配工艺，建立各装配任务之间的先序约束关系。

计算每一个装配任务i的所有先序AP_i 、后序AS_i ,相应的数量NAP _i 、NAS _i ,若NAP _i 、NAS _i 任意一个大于0，则计算RNPS _i ,

(1)

RNPS _i 表示装配任务i先序任务数量和后续任务数量接近相等的程度。为规范化起见，以两者中的较小值除以较大值为准，RNPS _i ≤1，越接近1说明先序任务和后序任务数量越接近相等。

选择关键任务，将原装配线的任务分配问题分解为具有先后约束关系的子问题。依据NAP _i ＋NAS _i 从大到小的顺序，判断以下条件是否满足：

RNPS _i >0.5 (2)

NAP_i ≤40，NAS _i ≤40 (3)

若满足，则任务i为关键任务，其所有先序AP_i 和任务i为子问题G1,其所有后序AS_i 为子问题G2,其他剩余的任务则为子问题G3。

利用分支定界方法，依照先序约束、节拍约束和装配工位边的约束，将G1和G2中的装配任务分配到装配线的工位上；

(6)连接子问题的任务分配方案OS1和OS2，得到主分配方案。计算OS1中装配线工位上所有空闲的时间窗，并按先后顺序排列；在满足先序约束、节拍约束和操作方位约束的前提下，扫描OS2中所分配的任务，依据“最早任务开工时间优先”的原则，寻找能够移到OS1中空闲时间窗中的任务或任务组合；任务移动后，依次更新OS2中其他任务开工时间和OS1空闲时间窗，并继续寻找能够移动的任务，直到扫描完所有OS2中的任务。从OS1中选取下一个空闲时间窗，重复循环，直到完成所有空闲时间窗的任务***。

计算OS1和OS2连接的误差EM。若OS1和OS2连接后，装配线长度减少1个位置，则误差EL=0；否则，误差EL=1。

将子问题G3中的任务添加到主分配方案的空闲时间窗中。计算主分配方案中工位上的空闲时间窗，并按先后顺序排列；在满足先序约束、节拍约束和操作方位约束的前提下，扫描子问题G3中的装配任务，计算L型(左边操作)任务和R型(右边操作)任务的操作时间总和TPL、TPR，依据如下规则，寻找能够添加OS1中空闲时间窗中的任务或任务组合；

规则一：若TPL大于装配节拍，则L型任务优先于E型(左、右边均可操作)任务；

规则二：若TPR大于装配节拍，则R型任务优先于E型任务；

规则三：若TPL和TPR都大于节拍，或者TPL和TPR都小于节拍，则优先选择“负荷最大”的任务组合。

利用分支定界方法求解子问题G3剩余任务的最优分配方案OS3，子问题的装配线长度为PNR。

依据装配任务的先序约束，将OS3***到主分配方能中，从而得到工程机械产品的装配线较优分配方案。

步骤10）所得装配线长度的最大可能误差PME,

PME=EL+PNR (4)

最大装配误差表明装配线接近最优方案的程度，从而控制装配线规划的质量，确保装配线效率的提高。

由上述步骤可以得知，本发明用标准时间通用分析法测量各装配任务的操作时间，并从产品数据管理***和计算机辅助装配工艺规划***中导出产品的装配工艺；然后，计算各装配任务的先序和后序数量，将工程机械产品的大规模装配任务分配问题分解为小规模的子问题，利用分支定界方法求解子问题的最优分配方案，组合、调整子问题的最优分配方案，得到原装配任务分配问题的较优分配，并估算分解产生的误差，确保优化装配任务的分配，从而提高工程机械产品装配线的效率。

与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著进步，本发明解决目前提高工程机械产品的装配线效率方法中存在的问题，提供一种基于问题分解、组合策略的提高模双边装配线效率的方法：①该方法以优化装配线长度为目标，避免了最终规划的装配线退化为单边装配线；②该方法能解决实际工程机械产品的大规模装配线规划问题；③该方法能够有效评价装配任务分配的优劣，确保得到较优的装配任务分配方案，提高装配线的效率。

附图说明

图1本发明实施例的流程图；

图2本发明实施的装配任务实例图。

具体实施方式

下面对本发明的部分实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，为本发明实施例的流程图，包括统计各装配任务的操作时间，建立装配任务的先序约束关系，计算各装配任务的所有先序和后序的数量，将工程机械产品的装配任务分配问题分解为几个相关的子问题，然后利用精确方法求得子问题的最优分配方案，依据子问题之间的关系，组合、调整子问题的最优分配方案从而得到原装配任务分配问题的较优方案。

本实施例中，装载机的装配线采用双边装配线，由8个位置，16个工位组成，共有59个装配任务分配到各装配工位。装载机的车体上线后，装配线上的工人按照装配工艺的要求，操作工具，将产品部件或组件安装到装载机的车体上。装配线的传输***，按照设定的节拍将产品从一个位置移动到下一个位置，直到完成最终的装配。装配线的任务分配受工艺，设施或工具配置等的约束。

本实施例提高工程机械产品的装配线效率的方法，具体实施如下：

1)依据MTM-UAS方法将每个装配任务分解为标准的动作，利用秒表测量各标准动作完成所需的时间，然后相加得到完成各装配的操作时间，并转换成标准时间。

从PDM（产品数据管理***）和CAPP（计算机辅助装配工艺规划***）中导出产品的装配工艺，建立各装配任务之间的先序约束关系，如图2所示。圆圈中的编号代表装配任务，括号内的数字表示操作装配任务所需的标准时间；字符L或R表示任务只能在左边或右边操作，E表示左右两边的任意一边都可以操作该装配任务；箭头表示先序约束，图2中所示，任务4是任务6的先序，装配任务的分配必须遵循下述规则：当前任务的所有先序分配后，才能分配当前任务。

计算每一个装配任务i的所有先序AP_i 、后序AS_i ,相应的数量NAP _i 、NAS _i ,若NAP _i 、NAS _i 任意一个大于0，则计算RNPS _i 。

4)依据NAP _i ＋NAS _i 从大到小的顺序，根据RNPS ₂₉ ＝0.93，NAP₂₉ ＝28≤40，NAS _i ＝30≤40，

选择任务29为关键任务。装配任务1～29为G1,其所有后序AS_i 为子问题G2。该实例中不存在G3的子问题。

6)连接子问题的任务分配方案OS1和OS2，得到主分配方案。该实例中，OS2中没有任务可以调整到OS1的工位上，直接连接即得到最终分配方案。

和OS2连接后，装配线长度没有减少，则误差EL=1。

）该实例不存在G3的子问题，因此OS1和OS2连接后即完成装配任务方配在装配线上的分配。如下表所示。

所得装配线长度的最大可能误差PME=1。

经过上述具体实施步骤后，可以得到如下表所示的装配任务方配，最大的工位操作时间是位置6的左边工位，操作时间为660秒，则装配节拍可以设为660秒。原来装配线的节拍为750秒，以每天工作8小时计算，从原来的38.4台/天提高到43.6台/天，提高产能约5.2台。表明在不增加制造资源和制造成本的前提下，该方法能够有效提高效率和产能。

以上提供的仅仅是本发明的一个实施例，本发明还可以适用于其他情形的装配线，通过综合考虑节拍、工艺顺序和装配任务操作边等约束，在给定节拍或产量的要求下，有效控制误差，规划最短的装配线，从而提高制造资源利用率，降低产品制造成本。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种提高工程机械产品的装配线效率的方法，其特征在于包括如下步骤：

1) 利用时间测量法获得各装配任务的操作时间；

2)从产品数据管理***PDM和计算机辅助装配工艺规划***CAPP中导出产品的装配工艺，建立各装配任务之间的先序约束关系；

3)计算每一个装配任务i的所有先序AP_i、后序AS_i,相应的数量NAP_i、NAS_i,若NAP_i、NAS_i任意一个大于0，则计算RNPS_i,

RNPS_i表示装配任务i先序任务数量和后续任务数量接近相等的程度，以两者中的较小值除以较大值为准，RNPS_i≤1，越接近1说明先序任务和后序任务数量越接近相等；

4)选择关键任务，将原装配线的任务分配问题分解为具有先后约束关系的子问题，依据NAP_i＋NAS_i从大到小的顺序，判断以下条件是否满足：

RNPS_i>0.5

NAP_i≤40，NAS_i≤40

若满足，则任务i为关键任务，其所有先序AP_i和任务i为子问题G1,其所有后序AS_i为子问题G2,其他剩余的任务则为子问题G3；

5)利用分支定界方法，依照先序约束、节拍约束和装配工位边的约束，将G1和G2中的装配任务分配到装配线的工位上；

6)连接子问题的任务分配方案OS1和OS2，得到主分配方案，计算OS1中装配线工位上所有空闲的时间窗，并按先后顺序排列；在满足先序约束、节拍约束和操作方位约束的前提下，扫描OS2中所分配的任务，依据“最早任务开工时间优先”的原则，寻找能够移到OS1中空闲时间窗中的任务或任务组合；任务移动后，依次更新OS2中其他任务开工时间和OS1空闲时间窗，并继续寻找能够移动的任务，直到扫描完所有OS2中的任务，从OS1中选取下一个空闲时间窗，重复循环，直到完成所有空闲时间窗的任务***；

7)计算OS1和OS2连接的误差EM，若OS1和OS2连接后，装配线长度减少1个位置，则误差EL=0；否则，误差EL=1；

8)将子问题G3中的任务添加到主分配方案的空闲时间窗中；计算主分配方案中工位上的空闲时间窗，并按先后顺序排列；在满足先序约束、节拍约束和操作方位约束的前提下，扫描子问题G3中的装配任务，计算L型即左边操作任务和R型即右边操作任务的操作时间总和TPL、TPR，依据如下规则，寻找能够添加OS1中空闲时间窗中的任务或任务组合；

规则一：若TPL大于装配节拍，则L型任务优先于E型即左、右边均可操作任务；

规则二：若TPR大于装配节拍，则R型任务优先于E型任务；

规则三：若TPL和TPR都大于节拍，或者TPL和TPR都小于节拍，则优先选择“负荷最大”的任务组合；

9)利用分支定界方法求解子问题G3剩余任务的最优分配方案OS3，子问题的装配线长度为PNR；

10)依据装配任务的先序约束，将OS3***到主分配方能中，从而得到工程机械产品的装配线较优分配方案。

2.根据权利要求1所述的提高工程机械产品的装配线效率的方法，其特征在于：步骤1）中，依据时间标准-通用分析***MTM-UAS方法将每个装配任务分解为标准的动作，测量各标准动作完成所需的时间，然后相加得到各装配的操作时间。

3.根据权利要求1所述的提高工程机械产品的装配线效率的方法，其特征在于：步骤10)所得装配线长度的最大可能误差PME，PME=EL+PNR，最大可能误差表明装配线接近最优方案的程度。