基于负荷平衡的雷管填装流水线工序布局设计.pdf

1 6 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 7 卷第5 期 基于负荷平衡的雷管填装流水线工序布局设计。 李强昊为民 新疆大学电气工程学院 新疆鸟鲁木齐，8 3 0 0 0 8 [ 摘要] 在雷管填装流水线生产过程中，经常出现工序之间作业不平衡现象。由于雷管填装生产的特殊性，可 采用工序同期化理论，确定流水线节拍，评测雷管填装生产线，进而改进工艺布局，提高了生产效率。 [ 关键词] 雷管工序同期化填装生产线布局设计 [ 分类号] T B 4 9 7 在实际运行中，雷管装填生产各个工序由于动 作数量的不同，使用设备的不同，导致雷管填装生产 线各个工序之间的工作不平衡，会降低整条生产线 的生产能力和利用率，生产线出现不平衡现象。这 类问题在一般流水化作业的生产线上也经常出现， 问题比较普遍。解决该类问题的方法，国内外研究 较多[ 1 ．2 】。但是，雷管填装生产线具有自动化程度 较高，基本实现无人作业，工序作业顺序不可更改、 合并等特点，造成上述方法无法解决雷管生产线中 出现的问题。为此，应用工序同期化的理论[ 3 】，分 析各个工序的运行情况，提出新的流水线布局设计 方案，以解决流水线各个工序负荷的平衡问题。 l 工序同期化 工序同期化，又称为装配生产线平衡，是对某个 流水线，确定节拍之后，求出流水线所需工作地的数 量和工人数量最少的方案。对于全自动化的流水 线，则计算合理的工作地数量。用工序同期化理论 可以实现流水线的工序负荷、工作地、产能等精确计 算，发现流水线的瓶颈工序，找出流水线平衡的最佳 方案，指导流水线的布局设计。对于自动化流水线 可以使用下面的计算步骤。 1 节拍计算。所谓流水线的节拍，指流水线 上同一工序连续产出两件相同制品的时间间隔，设 r 为节拍，则 r 冬 1 r2 万 I1J 式中，流水线节拍； E 计划期制度工作时间； 肛- 计划期制品产量。 各道工序的工作地 设备 数量与该工序单件 工时的比值相一致。如设流水线上各道工序的工作 地 设备 数分别为s 。，J 2 ，⋯，s l ’．一，s 。；各工序的工 收稿日期2 0 0 8 - 0 4 - 2 5 时定额为t 。，t 2 ，⋯，t ∥一，t 。；流水线的节拍为r ，则 詈 i t 2 ⋯ i t l ⋯ 乏 r 2 一 一 ⋯ 一 ⋯ 一 r Z ， S lS 2S ‘S m 上述公式 2 所表明的关系是保证生产过程的 比例性和平行性的要求所决定。 2 工序负荷率。描述工序设备负荷的情况。 设F 为工序负荷率，则 F t ／r 1 0 0 ％ 3 式中F 工序负荷率，是实际作业时间与流水 节拍的百分比； I 工作地的实际作业时间； r 流水线节拍。 通过工序同期化后，工序的等待时间越少越好， 可以尽量提高生产设备的利用；流水线的设备负荷 系数达到0 ．8 5 一I ．0 5 之间，一般可组织连续流水 线；在0 ．7 5 0 ．8 5 之间可组织间断流水线。 3 确定各道工序的设备数量。工序同期化以 后，可以根据新确定的工序时间来计算各道工序的 设备需要量，它可以用式 4 计算 弧 t d r 1 0 0 ％ 4 式中m i 第f 道工序所需工作地数 设备台 数 ； t t 靳道工序的单件时间定额 m i n ，包 括工人在传送带上取放制品的时间。 一般来说，计算出的设备数不是整数，所取的设 备数为大于计算数的邻近整数。若某设备的负荷较 大，就应转移部分工序到其它设备上或增加工作时 间来减少设备的负荷。 流水节拍是理想的工艺参数，实际每个工作地 的作业时间与此节拍一般均有差别，其平均作业时 间与最难工序即作业时间最长m a x D 的百分比称 为流水线的编制效率，编制效率的计算公式如下 万方数据 2 0 0 8 年1 0 月基于负荷平衡的雷管填装流水线工序布局设计李强等 1 7 ∑口i ／n 刀2 蔚虬0 0 ％ 设备存在负荷不平衡的现象。 5 3 工序作业时间的确定 式中 ∑q ／n 平均作业时问； m a x 口 最大工作地的作业时间。 一般流水线的编制效率在8 5 ％以上，当然也不 会达到1 0 0 ％。具体与所从事的工作的难易程度和 工人的操作水平以及所采用的设备的先进程度等因 素有关。 4 产能。产能 每天工作时间／[ 瓶颈工时 1 宽放率 ] ，宽放率取O ．1 。可用符号表示如下 c T ／[ t u 1 占 ] 6 通常把一个流程中生产节拍最慢的环节叫做瓶 颈。流程中存在的瓶颈不仅限制了一个流程的产出 速度，而且影响了其它环节生产能力的发挥。更广 义地讲，所谓瓶颈是指整个流程中制约产出的各种 因素。另外瓶颈还有可能“漂移”，取决于在特定时 间段内生产的产品或使用的人力和设备。因此，在 流程设计中和以后的日常生产运作中都需要引起足 够的重视。 2 分布式雷管填装生产线工艺 分布式雷管填装生产线工艺如图I 所示。 o 辅助工序；口关键工序 图1 分布式雷管填装生产线流程示意图 分布式雷管填装生产线的各个关键工序实现了 全部动作的自动化，上位机集中监测各个工序设备 的运行情况。该系统具备分布式系统的特点，功能 分散，实现现场一个P L C 控制分站控制一个工位， 将风险分散，降低了工位之间危险因素的相互影响， 提高了系统的可靠性。但由于设备使用不同，工位 的动作数量不同以及设备磨损情况等因素造成了工 位之间的作业时间不同。造成了部分作业时间短的 工位在生产线生产中发生等待作业时间长于上级工 位的现象，最终造成了作业时间短的设备存在工位 等待，而作业时间长的工位存在工位累积，生产线的 工序的作业时间定义一件加工零件该工序开 始加工到完成的持续时间。它的长短与该工序的工 作量以及投入的资源有关，有时还与该工序的工艺 特点或技术要求有关。因为工序是项目 流水线 的基本组成单元，所以工序作业时间的合理确定是 保证项目计划质量的必要前提。同时也是正确分析 流水线的各种性能指标的保证。工序就是由满足不 同功能的设备组成，所以各个工序的作业时间自然 不同。 为了测量各个工序的作业时间，通常有以下的 两种方法可供选择定额计算法和经验估计法。 3 。l 定额计算法 当具备该工作地劳动定额资料，或者掌握类似 工作的工作时间统计资料时，可以用分析对比的方 法直接确定该工序的作业时间，也可以用间接计算 的方法来确定。一般典型的间接计算法就是定额计 算法，其公式为 瓦 警 7 式中正- - - r 序i 的平均作业时间； 口i - - I 序i 完成定额工作量所用的时间； 万；工序f 的定额加工零件的次数或者开 班次数。 该方法比较适用于工序动作重复性强，每次完 成加工零件之后不会互相影响的场合，也是比较常 用的测定工序作业时间的方法。 3 ．2 经验估计法 在不具备该工序工作时间直接或者间接资料的 情况下，且工序作业时间较长，未知的难以估计的因 素较多时，可采用经验估计法来确定工序的作业时 间。由于该方法借助于对工序的三种时问估计，所 以该方法又可称为三种时间估算法。 在不确定情况下，经验估计法把工序的作业时 间按照随机变量来处理。为了实际应用中的方便， 同时经过大量实际应用的验证，工序时间疋的平均 值用公式 8 来计算 正；a i 4 i m i 4 - b i 8 J ；一 ，、v ， 式中口；工序作业时间的最短 乐观 估计时 间； b 。工序作业时间的最长 悲观 估计时 间； m ；工序作业时间的最可能 正常 估计 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 7 卷第5 期 时间。 3 ．3 工序作业时间的确定 综合比较了上述方法，结合分布式雷管自动填 装生产线工序的动作重复性强。一般不发生变化的 特点，选用定额计算法来统计工序的平均作业时间。 为此，确定每个工序不问断加工零件的定额任务，经 统计得到表l 的结果。 表1 工序作业时间统计 注装起爆药2 是为了填装不同长度的雷管增设的工 位。 分析表1 结果可以发现，三压的工序作业时间 最长，而最后一个工位的作业时间最短，为了更清晰 地得到这一结论，给出工序作业平均时间的柱状图， 见图2 。 I 1 弋1 7 C 坌 l234567 891 0l l1 2 】序 图2 雷管填装生产线工序作业时间柱形图 4 流水线生产节拍的确定 流水线生产节拍是流水线设计最重要的参数。 但是，这里不可以死板地按照上述的公式来进行计 算。在工业生产中，以追求设备发挥最大性能和产 品生产量达到最大为追求目标，在追求这一目标的 同时，还要考虑设备的维修耗时、工人停歇等因素的 影响，这些因素统一称为工作时间有效系数，符号 J B ，一般取值为0 ．9 0 0 ．9 6 。另外还要考虑产品的 废品率。废品率指在单位时间内，生产产品中不合 格产品在总投料量中所占的比例，它直接影响到产 品的有效产量大小，一般取0 - 3 ％。 在分布式雷管填装流水生产线上，主要考虑的 是如何让设备发挥最大功效，让设备的利用率最高。 所以，能在不损害设备的情况下和保障安全生产的 前提下，让设备最大程度地工作无疑称为首要目标， 并且只能一次为依据来确定流水线的节拍。在此等 因素的决定下，流水生产线的节拍应为r 7 ．8 58 。 5 流水线各个工序负荷分析 5 ．1 工序负荷率 ∑口i ／n 78 5 ’72 蔚X 1 0 0 ％2 丽／．O ．3 1 0 0 ％ 6 2 2 ％ 8 5 ％ 可见流水线的编制效率太低，需要改进。 工序负荷率的计算公式如式 2 。 通过计算，得到表2 。 表2 工序负荷率 工序名称工序负荷率 一装 一压 二装 二压 三装一 三装二 扣模 预压 三压 抖浮药 点漆 松模 0 ．9 8 1 2 0 4 1 ．0 5 7 袄纪 1 ．0 1 5 6 1 0 1 ．1 1 6 2 7 9 1 ．0 9 3 孓圮 0 ．9 8 8 8 5 0 0 ．9 6 9 7 3 6 o ．8 9 0 7 3 0 1 ．6 0 8 1 5 5 0 ．8 5 3 7 7 5 O ．7 8 6 2 3 8 0 ．6 3 8 4 2 0 工序符合率一般最好接近于或者等于1 ，然而， 在以上的计算中发现，三压工序的负荷率很大，设备 超负荷运转，属于生产线的瓶颈工序，需要对其进行 技术处理。松模工序设备利用较低，但是由于其属 于最后一个工序，不会影响到下个工序，故在此不 进行处理。 5 ．2 工序设备量 工序设备需要数量的确立见式 4 即巩 t i ／rx1 0 0 ％，其具体数量见表3 。 若某设备的负荷较大，就应转移部分工序到其 它设备上或增加工作时间来减少设备的负荷。但 是，受到雷管内部结构的限制，以及自动化生产线工 艺的制约，不可能通过合并工序来完成工序同期化。 通过上述的计算分析，需要在三压工序上增加一台 设备，以降低该工序的设备负荷。 万方数据 2 0 0 8 年1 0 月 基于负荷平衡的雷管填装流水线工序布局设计李强等 1 9 表3 工序设备数 重新计算各个工序的设备负荷率得到表4 。 表4新线工序负荷率 5 ．3 产能 产能C ∥[ ￡一 1 占 ] 工序同期化之前流水线的产能 C l 6 3 6 0 0 ／[ 1 2 ．6 2 1 0 ．1 ] 5 0 7 7 7 9 8 发 工序同期化之后流水线的产能 C 2 6 3 6 0 0 ／[ 8 ．7 6 1 0 ．1 ] 5 0 1 1 2 0 7 9 发 新增的产能百分比为 C ％． 1 1 2 0 7 9 - 7 7 7 9 8 ．1 0 0 ％4 4 ．0 6 ％％一 7 7 7 9 8 “一‘ 6 结论 使用工序同期化理论，找出了雷管填装生产线 的瓶颈，只是在新增加了一个工序的数量的情况下， 得出了适合该雷管填装流水线平衡的最佳方案，大 大提高了流水线的产量，提高流水线的生产效率达 4 4 ．0 6 ％。 参考文献 [ 1 ] 刘晋浩，侯东亮．装配线平衡问题的求解方法浅析 [ J ] ．森林工程，2 0 0 6 ，2 2 7 2 1 - 2 3 ． [ 2 ] 孙建华，高广章，蒋志强．生产线平衡的手段与方法 研究[ J ] ．成组技术与生产现代化。2 0 0 4 ， 4 3 4 3 6 ． [ 3 ]迟胜超，高玉志．利用工序同期化方法评测工艺布局 [ J ] ．机车车辆工艺，2 0 0 3 ， 1 3 6 4 1 ． P r o c e s sL a y o u tD e s i g no fD e t o n a t o rA s s e m b l i n gL i n eB a s e do nt h eL o a dB a l a n c e UQ i a n g ，W uW e i m i n E l e c h i c a lE l l g i n e e r i I l gC o l l e g eo fX m j i a n gU n i v e r s i t y X i n j i a n gU m m q i ，8 3 0 0 0 8 [ A B S T R A C T ] I nt h ed e t o n a t o r 删m b l l n gl l n e ，t l l l b a l a n c ep h e n o m e n o nw 鼬o f t e np r e s e n t e db e t w e e nt h ew o r k i n gp y r e - d u r e s ．D u et ot h es p e c i a l i t yo fd e t o n a t o ra s s e m b l i n gl l n e ，t h eh o m o c h r o n o u sp r o c e d u r et h e o r yw a su s e dt oc o n f i r ma s s e m b - l i n gl i n eb e a t ，t oe v a l u a t et h ed e t o n a t o ra s s e m b l i n gl l n e ，a n d8 0 ∞t oi m p r o v ep r o c e s sl a y o u td e s i g na n dr a i s et h ep r o d u c t i o n e f f i c i e n c y ． [ K E YW O R D S ] d e t o n a t o r ，h o m o e h r o n o u sw o r k i n gp r o c e d u r e ，a s s e m b l i n gl i n e ，l a y o u td e s i g n 1 影响煤矿膨化硝酸铵炸药因素的讨论 P r o e ．I n t ．P y r o t e c h ．S e m i n ． 国际烟火技术讨论 会会议录 1 9 9 9 ，2 6 届，5 6 0 5 6 7 英文 分析了影响煤矿膨化硝酸铵炸药的因素，采取 了一些措施以改进冷膨化硝酸铵炸药的使用。 2 粒状炸药 日本专利，J P2 0 0 12 9 2 8 5 ，2 0 0 l ，4 ，3 ，共6 页 日 文 多孔粒状硝酸铵、粉状炸药或粒状炸药用一层 熔点为≥6 0 ℃的蜡包覆，然后用一层稠化剂包覆。 包覆后的炸药具有高抗水性和稳定的爆轰和起爆特 性。稠化剂可选自瓜尔胶或瓜尔胶和硼砂的混合 物。碳黑或石墨也可加到包覆剂中。 钟一鹏译自美国 V 0 1 ．1 3 4 ，N o ．1 9 2 0 0 1 万方数据