内容发布更新时间 : 2024/11/20 21:18:07星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验一 柔性制造系统生产线平衡及调度优化实验 一、实验目的

1．将生产计划与控制的知识运用到实际生产过程中，让学生进一步体会到生产计划与控制在解决车间调度问题中的重要性，以激发学生对本门课程的学习兴趣；

2．学生通过对实验过程中现象的观察、实验结果的分析和处理，培养其观察问题、分析问题和解决问题的能力；

3．学会如何利用生产计划与控制课程相关知识，对生产线进行优化。

二、实验设备

本实验中用到的实验设备为工业工程实验室中柔性制造系统（FMS，Flexible Manufacture System），该试验系统的布局如图1所示。

图1 柔性制造系统布局图

三、实验原理

实验以多品种小批量流水加工车间为例，解决流水车间的生产作业的调度问题，主要的任务是把加工的零件进行排序，确定工件加工的先后顺序。一般说来，工件的加工顺序有很多种，按什么样的准则来选择，对排序方案的优劣有很大影响，进而影响到整个柔性生产系统加工过程的工作效率、费用、能耗等。

生产线平衡即是对生产的全部工序进行平均化，调整作业负荷，以使各作业时间尽可能相近的技术手段与方法。目的是消除作业间不平衡的效率损失以及生

- 1 -

产过剩。在对工艺进行平衡时首先应考虑对瓶颈工序进行作业改善，将瓶颈工序的作业内容分担给其它工序。在平衡过程中，也需要合并相关工序，重新编排生产工序，分解作业时间较短的工序，并把分解后的工序安排到其它工序当中去。

本实验系统采用典型的流水加工车间（Flow-Shop）作业计划模型，该模型可以描述为：有m台不同的机器和n个不同的工件，并假设： （1）所有工件的加工工序相同；

（2）同一时刻内，一个工件只能在一台机器上进行加工；同时，一台机器在同一时刻只能加工一个工件，且加工过程不能被中断；

（3）任何一个工件的前一道工序加工完成后，方能进行后一道工序的加工；

（4）在同一台机器上一个加工任务完成后，方能开始另一个加工任务； （5）不同工件的工序之间没有先后约束；

（6）同一时刻内，一个工件只能在一台机器上进行加工；同时，一台机器在同一时刻只能加工一个工件，且加工过程不能被中断；

四、实验内容

本实验采用柔性生产系统，生产任务是要完成WPA、WPO两种减速器的装配。柔性生产线共有9个工位，学生需要根据实验室现有的设备情况及各种约束条件来完成WPA、WPO两种减速器从基本零部件到成品的装配过程。WPA、WPO两种减速器的装配工艺路线已知，但装配过程中各工序所需的工时未知，要求学生以小组的形式完成对工件的实际装配过程，记录各工序实际耗费的时间。

学生需要结合实验室的柔性生产线，根据实测加工数据，考虑各种约束条件，在各工位上合理安排WPA、WPO两种减速器的生产任务，平衡生产节拍。

WPA、WPO减速器对应的组装工艺流程如表1、表2所示：

表4-1 WPA组装工艺流程

工序序号

1 2 3 4 5 6 7 8 9

表4-2 WPO组装工艺流程

工序序号

1 2 3

工序名称

安装大端盖(无输出端) 安装轴承

装配安装轴系组件 安装大端盖(有输出端) 安装轴承及蜗杆 安装轴承 安装小端盖 安装小端盖 拧紧螺栓

工序名称

安装轴承

键、轴、轴承、蜗轮组件装配 安装轴承

- 2 -

4 5 6 7 8 9

安装蜗杆及轴承 安装轴承

安装油镜、小端盖 安装小端盖 安装大端盖 拧紧螺栓

在装配线上根据看板进行装配，并记录各个工序的标准工时。并计算完成每种型号的减速器所需要的流程时间。

在此基础上，假设车间接收了一个新的订单，需要装配另一种型号的减速器——WPD减速器，如图2所示。该减速器的流程时间为550s，WPA与WPO减速器的流程时间以学生实际测量得到的时间为准。

图2 WPD减速器

从立库中按顺序取工件，工件的摆放顺序是：WPD（2个，Job1-2）、WPA（5个，Job3-7）、WPO（3个，Job8-10）、WPD（3个，Job11-13）、WPO（2个，Job14-15），考虑工件依次通过装配线。

按照RANDOM、FCFS、SPT等调度准则进行工件排序，并计算出各种排序的流程时间。已知各个任务的预期交货期如表4-3所示。

表4-3 预期交货期

装配任务 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

- 3 -

预期交货期（s）

1000 1000 500 1000 500 1500 1500 800 800 800

11 12 13 14 15 2000 2000 1000 1600 1600

五、实验步骤

1．学生首先需要明确本实验的原理及目的，然后进行分组实验；

2．分别针对实验室给定的WPA、WPO两种产品，按照各自的装配工艺流程进行装配，同时记录每道工序所需的完工时间；

3．为了真实地模拟车间作业流程，获得有效的数据，每个小组需要多次进行产品的装配，记录多组（不少于10组）产品装配工序的工时；

4．利用统计学的相关知识对实验数据进行处理，最终得到产品装配工艺流程各工序的工时；

5．根据实验室柔性生产线的实际情况，合理地安排各工位的生产任务，平衡生产节拍；

6．应用Matlab软件编制调度规则计算结果程序。

六、实验报告内容

1．列出WPA、WPO两种产品装配工艺各工序的工时统计报表并统计出工时的均值。

工序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 时间均值/s（WPA） 时间均值/s（WPO） 27 7 5 18 21 7 32 35 17 6 10 42 36 34 37 30 100 74 工序序号 1 2 3 4 5

工序名称 安装大端盖(无输出端) 安装轴承 装配安装轴系组件 安装大端盖(有输出端) 安装轴承及蜗杆 - 4 -

平均工时/s 27 5 21 32 17

6 7 8 9 安装轴承 安装小端盖 安装小端盖 拧紧螺栓 10 36 37 100 工序序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工序名称 安装轴承 键、轴、轴承、蜗轮组件装配 安装轴承 安装蜗杆及轴承 安装轴承 安装油镜、小端盖 安装小端盖 安装大端盖 拧紧螺栓 平均工时/s 7 18 7 35 6 42 34 30 74 2．结合柔性生产性的特点，对WPA生产工艺与WPO生产工艺进行生产线平衡，需要给出线平衡的优化过程及结果。线平衡过程中可以根据柔性生产线的特点进行如下修改：

（1）合并相邻的某两个工序；

（2）增加/减少工位，但工序总数不得大于12个；

（3）变化工序的顺序，但不能影响产品的装配工艺性。 MPA

改动如下：合并工序2，3 和5，6，这样工序1-8大致时间在27-37秒之间， 因为工序9耗时较多，因此对工序9进行拆分，拆成4步骤，分别为四个端盖的螺丝紧固。这样总共分为10个工序，每个工序大致时间接近30-40秒。

MPO

将工序123合并为一道工序，，工序5合并到工序4.并且将工序9拆分为两道工序，螺栓的预紧和紧固。

3. 根据实验过程中测得的WPA与WPO流程时间，考虑加入WPD装配工艺，利用Matlab编程计算RANDOM、FCFS、SPT三种调度规则下的Job1-15调度流程时间计算，在实验报告中附图说明实验结果。

FCFS：

- 5 -