石英钟装配线的设计与仿真Word文件下载.docx
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基于生产线生产效率低，响应市场变化能力差的现状，对生产线进行改进，使生产线的生产效率得到一定程度的提高，响应市场的速度得到改善。
只有不断的发展与改善，我们才能用最经济的方法为人们提供最高质的产品。
此次研究就是要运用工业工程的思想与方法来分析石英钟生产线存在的问题，并利用工业工程相关知识来改善生产线。
通过对现有生产线的分析与改进，能使工厂的生产效率得到提高，同时也能提高影响市场的速度，进而提高工厂的竞争力。
只有这样才能使工厂良好的发展下去。
因此不断的对生产线进行分析与改进是工厂持续发展的首要任务，也是必要任务。
1.3研究的内容
本文主要应对石英钟的结构和组装特性，对石英钟生产线进行设计，利用模特法对设计出的生产线进行分析并利用工业工程手段找出生产线存在的问题。
针对生产线存在的问题，利用工作研究的方法对其进行分析改进，并尽量使之平衡。
最后利用Em-Plant仿真软件对改进后的生产线进行仿真，通过仿真，我们能直观的看出生产线存在的阻塞和等待情况，并对存在的问题提出改进方案，对暂时改进不了的，作一记录，希望能在以后的工作中得到解决。
通过以上方法对整个设计的生产线进行进一步的完善，最后得出我们的设计成果。
1.4生产线发展的国内外现状
几年前石英钟装配线一直沿用一种传统的管理方法。
编制装配工艺图纸以每一种外观造型为对象，进行工艺路线、装配顺序及动作分析，需要多次实践，反复推敲，然后进行工艺文件的编制、绘图、描图等。
既浪费人力，又浪费物力。
但是最近的几年，随着流水线生产的普及化，各公司生产线的发展十分迅速，都在不断的运用新的生产运作模式，生产效率和响应市场的速度都得到了很大程度的提高。
我们所设计的生产线采用流水线式生产，每个工位的分配均应达到流水线生产的平衡要求，利用eM-Plant仿真软件对我们设计的生产线进行仿真，以到达充分利用人力、物力等资源，以提高生产效率，降低生产成本，使企业具有较强的竞争能力。
2生产线设计
2.1石英钟概述
石英钟一种计时的器具。
提起时钟大家都很熟悉，它是给我们指明时间的一种计时器具，我们每天都用得到它。
在日常生活中，时钟准到1秒，就已经足够了。
但在许多科学研究或工程技术的领域中对钟点的要求就要高得多。
石英钟正是根据这种需要而产生的。
它的主要部件是一个很稳定的石英振荡器。
将石英振荡器所产生的振荡频率取出来。
使它带动时钟指示时间这就是石英钟。
目前，最好的石英钟，每天的计时能准到十万分之一秒．也就是经过差不多270年才差1秒。
但在科学发达的今天，这种石英钟已为比它还要精确得多的其他类型的时钟所替代。
石英钟的组成包括以下部件：
主框架、玻璃面、正负极电源片、时针、分针、秒针、顶帽、振荡器、内部支架以及八个传动齿轮和四个外部紧固螺丝。
2.1.1石英钟的原理
石英晶体传感器的核心是传感元件—压电石英晶片，其工作原理是压电效应，即石英晶体在某些方向受到机械应力后，便会产生电偶极子；
相反，若在石英某方向施以电压，则其特定方向上会产生形变，这一现象称为逆压电效应。
若在石英晶体上施加交变电场，则晶体晶格将产生机械振动，当外加电场的频率和晶体的固有振荡频率一致时，则出现晶体的谐振。
由于石英晶体在压力下产出的电场强度很小，这样仅需很弱的外加电场即可产生形变，这一特性使压电石英晶体很容易在外加交变电场激励下产生谐振。
其振荡能量损耗小，振荡频率极稳定，这些再加上石英优良的机械、电气和化学稳定性，使它自40年代以来就成为石英钟、电子表、电话、电视、计算机等与数字电路有关的频率基准元件。
石英晶体具有一个有趣的特性，就是指在一侧导入正电流，同时在另一侧导入负电流后，负电流一侧会收缩并弯曲成U字形。
如果定时交替在石英晶体两侧导入正、负电流，石英晶体就会产生振荡。
石英晶体就是根据这种振荡计时的。
个人电脑内置的石英晶体每秒振荡1431万8180次。
石英钟的工作原理就是如此。
问题就在于石英晶体在品质上存在缺陷。
品质差就很难按照正确的振荡数振荡。
天然石英晶体的杂质含量和形态等大多并不统一，因此就要使用人造石英晶体。
不过，均匀地进行石英生产难度很大。
精度高则每秒误差在正负10万分之一秒以内，精度低每秒误差甚至达到1万分之一秒。
1万分之一秒也许感觉并不大，但是从计算上来讲，每天的误差就是8.64秒，而1个月则会相差4分钟。
石英手表不准也是这个原因。
令人苦恼的是，石英晶体有一个性质是温度越高，误差就越大。
由于个人电脑中有很多发热元件，因此个人电脑时钟更容易走时不准，根本无法与石英手表相提并论。
2.1.2石英钟市场的需求预测
在市场调查的基础上，结合有关部门提供的信息，综合相关的资料，用科学的方法估计和预测未来的市场趋势，如图2-1：
2.2石英钟流水线规划
流水线型生产是指加工对象按事先设计的工艺过程依次顺序地经过各个工位（工作地），并按同意的生产节拍完成每一道工序的加工内容的一种生产组织方式。
这是一种连续的，不断重复的生产过程。
在20世纪之初，亨利福特成功的将“专业化分工”和“作业标准化”的原理运用到汽车装配，创造了世界上第一条汽车装配流水线，使生产效率大幅度提高，从而导致福特汽车的成本10年间从每辆2000美元下降到263美元。
可以说流水线生产方式拉开了现代工业化生产的序幕。
2.2.1流水线的基本特征及分类
1）工作的专业化程度高，按产品或加工对象组织生产。
2）生产按节拍进行，各工序同期进行作业，重复相同的作业内容
3）各道工序的单件作业时间与相应工序的工作地（或设备）数比值相等。
4）工艺过程是封闭的。
即加工对象全部在线上连续加工，不接受线外加工，且工作地（设备）按工艺顺序成现状连续排列，加工对象在工序间单向流动，各工序作业有先后顺序约束，生产过程连续而均衡地进行。
流水线可以按不同的观点进行分类
按功能的多少来分
1）单功能流水线：
只能完成一种固定功能的流水线。
2）多功能流水线：
流水线的各段可以进行不同的连接，从而实现不同的功能。
例如：
TIASC的多功能流水线
按同一时间内各段之间的连接方式来分
1）在同一时刻，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。
在静态流水线中，只有当输入时一串相同的运算操作时，流水的效率才能得到发挥。
2）在同一时刻，流水线的各段可以按不同功能的连续方式工作。
这样就不是非得相同运算的一串操作才能流水处理
优点：
能提高流水线的效率
缺点：
会使流水线的控制变得复杂
按照流水线的级别来分
1）部件级流水线（预算操作流水线）：
把处理机的算术逻辑部件分段，使得各种数据类型的操作能够进行流水
2）处理机级流水线（指令流水线）：
把指令的解释执行过程按照流水方式进行处理。
DLX的基本流水线把指令解释过程分解为：
取指令，指令译码，执行，访存，写回。
3）处理机间流水线（宏流水线）：
它是指由俩个以上的处理机串行的对同一数据流进行处理，每个处理机完成一项任务。
按照数据表示来分
标量处理机：
不具有向量指令和向量数据表示，仅对标量进行流水处理的处理机。
向量处理机：
具有向量指令和向量数据表示的处理机
按照是否有反馈回路来分
1）线性流水线：
流水线中的各段串行连接，没有反馈回路。
2）非线性流水线：
流水线中的各段除有串行连接外，还有反馈回路
按照流动是否可以乱序来分
1）顺序流动流水线：
流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序相同。
2）异步流动流水线（乱序流水线）：
流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序不同。
2.2.2石英钟流水线规划
现在，众多企业中福特建造的单一流水线已不能满足当今时代企业的精益制造的需求，人们开始对流水线的大规模生产进行反思，作为工业经济时代现代化大工业象征的“流水生产线”,正在被新的分工不细,机械化和自动化水平不高的“细胞生产方式”（即单元式生产）所取代。
在那些毅然采取果断措施,淘汰沿用了几十年的流水生产线，积极采用细胞生产方式的企业中，基本都是国外知名企业。
实施这种生产方式转型最早和最著名的是索尼公司，早在1989年索尼的美浓加茂工厂就淘汰了流水生产线，开始了新的“细胞生产方式”的探索，在日本的大企业里面可谓先驱。
松下电器公司也不甘落后，到2002年1月已完成这种生产方式转型的工厂占90%，现阶段已全部完成转型。
目前在日本的手机电脑复印机印刷机录像机显微镜医疗器械汽车零部件机械零部件机车木工缝纫等众多行业中都能找到用细胞生产方式取代流水线的实例。
日本的这种全面的转型引起了欧美国家的关注。
在上个世纪90年代，一批科学家和技术人员就开始对日本的这种现象进行研究，不仅对该生产方式进行了全面系统的归纳，也提出了先进的理论模型。
如今我们所设计的石英钟生产线以实现流水线生产为主旨，达到较高的平衡率为目的，完全实现一个流的生产为要求。
使设计出的石英钟生产线可以满足现实生产的需要，使企业节省人力物力，在瞬息万变的市场中具有较高的竞争力。
2.3节拍
节拍是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隔时间。
换句话说，即指完成一个产品所需的平均时间。
节拍通常只是用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。
如果产品必须是成批制作的，则节拍指俩皮产品之间的时间间隔。
通过我们对市场的调查预测可知，2010年的市场需求大约为160W，通过之前得生产分析，我们得知生产的废品率大约为0.05%，所以我们拟定公司今年的计划产量为168万台，全年生产，扣除节假日及双休日，我们按一年250天计算。
工作日实行8小时工作制度，考虑到生产过程中的空闲时间及准备时间及宽放时间等，实际工作时间大约为7.5小时，所以我们按7.5小时计算。
由公式，
产能=OT/CT（式中，OT为每日运转时间；
CT为节拍）
可计算出生产节拍。
OT=7.5*3600=27000
日产能=1680000/250=6720台
所以可以得到节拍CT=OT/日产能=27000/6720=4s
由于我们已经考虑了生产线操作过程中的宽放时间，所以在以后的计算中我们不再考虑宽放时间。
用MOD法算出的正常时间就为我们的操作时间。
2.4基于模特法的生产线分析
2.4.1模特法的基本原理
模特排时法（简称模特法或MOD法）由澳大利亚预定时间标准研究协会开发，属通用型和功能型第二水平。
该系统是在车间环境进行测试的，使用结果与MTM-1、MTM-2比较，效果良好，于1966年公布，并得到广泛应用。
该方法主要依据美国人西格所创立的动作时间分析法，动素划分及时间表示方法比较容易学习及应用。
MOD法主要基于以下假设（基本原理）。
1）所有人力操作时的动作均包括一些基本动作。
模特法把生产实际中的操作动作作归纳为21中基本动作。
2）人们在做同一基本动作时（在操作条件相同时），所需要的时间大体相等（误差在10%左右）。
这样，可以不用通过实际操作测量，只需对作业进行分析、计算，便可以确定作业所需的时间值，编写作业规程。
3）人体的不同部位做动作时，其最快速度所需时间与正常速度所需的时间之比，大体相似。
如手移动（10~40cm），其移动动作速度的比值（最快速度与正常速度之比）为0.57；
有障碍物（障碍物高度13~27mm）时的移动速度之比为0.59:
；
上身往复弯曲动作速度之比为0.51；
反复做、站立的动作速度之比为0.59；
弯腰动作的速度之比为0.50；
屈膝动作速度之比为0.47；
这里所说的正常速度是指处于严格监督下，从事无刺激性奖励的操作者的平均动作速度。
在不同距离情况下，最快动作速度与正常动作速度所需时间之比接近一常量。
4）人体不同部位做动作时，其动作多需时间合成比例。
要达到的距离同所使用的身体部位之间存在着密切的关系，又前述分析可知，俩个动作的最快速度多需时间之比，等于这俩个动作的正常速度所需时间之比，即不同部位动作所用的时间成正比。
实践表明，其他部位动作1次所需的时间均为手指动作所需时间的整数倍。
模特法在人体工程学实验的基础上，根据人的动作级次，选择一个正常人的级次最低、速度最快、能量消耗最少的手指一次动作的时间消耗值，作为它的动作时间，定为1MOD。
相当于手指移动2.5cm的距离，平均动作所需的时间为0.129s，即1MOD=0.129。
模特法的21种动作都以手指动作一次（移动约2.5cm）的时间消耗值为基准进行实验、比较，来确定各动作的时间值。
模特排时法的基本图如图2-2所示。
图2-2模特排时法
2.4.2模特法的特点
1）模特法将动作归纳为21种，分类简单、易记，不像其他方法有几十种、甚至100种。
可见大幅度减小分析时的工作量，是研究成本大幅度下降。
21种动作分为俩大类，上肢基本动作11中，下肢和腰基本动作4种。
辅助动作（附加动作）6种。
2）以手指动作一次（移动2.5cm）所需时间作为动作时间单位，其他部位动作时间是手指动作时间的整数倍。
在模特法的21种动作中，不相同的时间值只有“0、1、2、3、4、5、17、30”八个，而且都是整数。
因而具有连续性、系统性，应用起来简单方便。
3）模特法把动作符号与时间值融为一体，动作符号的数值也就是动作的时间值。
这样只要有了动作表达式，就能很快计算出动作的时间值，所以记忆方便。
如G1表示简单抓取动作，同是也表示了时间为1MOD=1*0.129s=0.129s。
4）方法容易掌握，应用范围广，实用精度较高。
MOD法简单，培训时间短，企业自己就可以进行培训活动。
不论是技术人员、管理人员，还是生产工人，都可以利用MOD法算出动作时间。
另外，该方法应用范围较广，生产、工艺、设计、管理及办公事务部门的各项工作都可以应用，特别是用以制定标准时、作业改进、标准作业评价、平整流水线等方面具有明显作用。
2.4.3模特法的动作分类
模特法共有21种基本动作，上肢动作共11种，下肢动作、其他动作及附加因素动作共10种，具体划分如表2-1所示。
表2-1模特法动作分类
在工厂中常见的操作动作
肢动作
（基本
动作）
移动动作
M1手指动作
注1、注2：
需要注意的动作
独：
只有在其他动作停止的场合独立进行着
往：
往复动作，即往复一次回到原来状态
M2手腕动作
M3小臂动作
M4大臂动作
反复多次的反射动作
M5伸直的手臂（M,M1,M2,M3）
终结动作
触摸动作、抓握动作
G0碰、接触
G1简单地抓
G3（注）反复的抓
放置动作
P0简单放置
P2（注1）复杂的抓
P5（注2）组装
其他动作
下肢动作
F3踏板动作
W5走步动作
附加因素
L1重量因素
E2（独）目视
R2（独）校正
D3（独）单纯地判断和反应
A4（独）按下
C4旋转动作
B17（往）弯体动作
S30（往）起身坐下
1）上肢动作（11种）：
上肢动作包括移动动作和终结动作。
移动动作：
移动动作共有5种，分别为手指动作M1、手腕动作M2、前臂动作M3，上臂动作M4及伸直手臂动作M5。
移动动作的多次重复动作为M1/2、M1、M2、M3。
M5不会出现重复动作。
终结动作：
终结动作是指移动动作的终结动作。
操作者在作业过程中移动手或手指不是去抓取就是放置物体，所以终结动作由抓取、放置动作组成。
其中抓起动作G有3种，根据其动作的特点分为：
接触G0、简单的抓G1、复杂的抓G3。
放置动作P也有3种，根据放置的特点又分为：
简单放置P0、较复杂的需要注意力的放置P2、复杂的需要注意力的放置P5.
2）身体及其他动作（10种）：
包括下肢和腰的动作、附加因数及动作。
下肢和腰的动作：
包括足踏动作F3、走步动作W5、弯体动作B17（往复）、坐下起身动作S30。
附加因数动作：
包括重量因数L1、目视动作E2、校正R2、单纯地判断和反应动作D3、按下动作A4、旋转动作C4。
2.4.4石英钟生产线各工位的MOD分析
我们先拟定现有石英钟生产线以每种部件为一个安装工位，根据模特法法原理，充分利用以上介绍的模特法分析技术，对所研究的石英钟生产线中的每个工位进行分析，列出动作分析式及工作次数。
分析计算出其MOD数并进一步计算出每个工位所需的时间，如表2-2至2-6所示。
表2-2工位1的模特法分析
作业内容
拿取主框架并检验其是否合格
定员
1
MOD数
30
工位序号
操作者
时间
3.87
左手动作
右手动作
动作叙述
分析式
次数
弯腰拿主框架
B17M3G1
21
将主框架移动工作台上
M4P0
4
检查主框架是否有缺陷
M2D3
5
表2-3工位2的模特法分析
安装正负极电源片
2
伸手拿电源片1
M3G1
伸手拿电源片2
将电源片1移动到安装位置
M3P0
M3P2
伸手到电源片1的安装位置
安装电源片1
P5A4
9
移动到电源片2安装位置
3
安装电源片2
表2-4工位3的模特法分析
检验振荡器是否合格并安装
伸手拿去振荡器
伸手拿去检验电阻表触针
将振荡器放在工作台上
将触针拿到振荡器上方
从右手接过电阻表触针A
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