零部件组合优化应用实例研究

1零部件组合优化应用实例研究摘要随着科技的不断进步，制造业的不断发展，成组技术越来越广泛的应用在如今的先进制造技术中，这种技术大大提高了企业的成产效率，减少了加工时间，给企业带来了巨大的经济效益。成组技术的核心是成组工艺，它是把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。随着计算机的广泛应用，成组技术已发展到可以利用计算机自动进行零件分类、分组，不仅应用到产品设计标准化、通用化、系列化及工艺规程的编制过程，而且在生产作业计划和生产组织等方面也有较多的应用。关键词“聚类”、“经济性”、“优化”、“布局”、应用实例介绍现在有一家制造企业的工厂，需要加工125种零件，由于是在网上接受客户的订单，就不能确定客户的需求种类，所以这家工厂就要有生产出每一种产品的能力，以及时地满足顾客的需求。这125种零件需要由33台机床来加工，每种零件可能需要这些机器的某一台或者多台来加工。厂家购买了这33台机床，现在需要将它们合理的放在工厂的各个位置，以保证加工顺利地进行，同时需要减少生产过程中物料的搬运路径。经过市场调查，生产工序少于5道的零件带来的利润是500元，多余5道工序的零件带来的利润是1000元，另外每台机器每年额外费用为10000元，每年公司的额外成本为10000元，每年需要付给每位工人的工资为50000元。生产布局的过程中，有些机器可能负荷较大，导致在成产中出现瓶颈，在这样的情况的下，我们可以考虑增添机器，或者增加工人数，这样生产产品的数量会增加，但每增加一台新机器需要的成本为20000元。工人生产采用一班制，每天工作8小时，每年的生产日期按250来计算。33台机器中，除了给定的这8台机器加工时间为10min以外，其他机器加工时间均为5min（C720F6;C616JC;CZJBD;X920;M115;M131W;ZSKW;YBXHJX）。根据这样的条件，我们要提出一个合理的方案，实现公司的机器布局，同时使公司的利润达到最大化。这解决这样一个实际的问题时，我们首先要考虑以下几个原则：1、经济性原则，保证公司的成本最小化2、加工过程中物料搬运路径最短化3、交货准时性，要有足够的生产能力来保证加工需求，以满足客户的需求。只有在这样的原则下，我们才可以对机器进行合理的布局，只有在这样的约束条件下，我们的布局才显得有意义。利用成组技术，辅助于计算机软件可以很好地解决这样的问题。解决方案可以分为以下几个步骤：1、利用spss软件对125种零件进行分类2、制定出这些零件的成组加工工艺3、分析出成组工艺所需的机器设备4、进行经济性分析5、根据所给的厂房图进行布局。其中最关键的步骤是对这些零件进行分类和加工工艺分析，只要分析出加工工艺路径就可以的到所需的设备，进一步就可以对这些设备进行布局。以下的解决方法就是根据这样的思路，一步一步分析得到最终的2优化方案。聚类成组现在需要对这125个零件进行分类成组，利用spass软件分类这一功能我将这些零件聚为7—14类，然后我选择了13类为参考依据，其结果如下表一：1:001167:06712:00229:009527:027105:005168:068170:070225:02556:006169:069129:02957:007172:07213:0033118:1181111:011173:07314:004319:019641:0411112:012174:074171:071349:049613:013175:0751120:120354:0546111:1111214:014176:0761122:122364:0646121:1211215:015177:0771119:119616:016178:07818:008417:017180:080110:010420:0207124:1241318:018183:083121:021489:089728:028184:084124:0244115:115732:032185:085130:0304123:123733:033186:086131:031436:036187:087135:035437:037188:088155:055422:022838:038192:092160:060462:062839:039194:094179:079491:091840:040195:095181:081443:043199:099182:082423:023944:0441100:100190:090426:026945:0451102:102193:093434:034946:0461103:103196:096442:042947:0471104:104198:098452:052948:0481105:1051101:101461:061950:0501106:1061112:112497:097951:0511107:1071117:117453:0531108:108156:0561109:109157:0571110:110158:0581113:11359:0591114:11463:0631116:11665:0651125:12566:0661从这张表中我们可以看到：第一类零件种类数目比较多有70种，这就意味着这70种零件加工过程中所需要的机器具有较高的相似性，即表明它们的加工工艺路径较为相似，如果把这些零件放在一起加工可以在很大程度上减少物料的搬运路程，这也就体现了成组技术的优越性。但是这样的分类结果就是最好的方案么？我们从图表中同样可以看到有些类别只有三种或者四种零件，有的甚至只有一类零件，这样的话我们就可以将这些类别比较少的零件，进一步优化，按照高亲密度，中亲密度，低亲密度的关系将它们分入其他的类别中，这样分出来的单元零件分布就会相对集中，在布局的过程中，也就更加容易形成加工单元。在此我对它们进行如下的分类优化：3为了方便观察和整理，我对这33台机器进行了编号，结果如下表二：12345678910FJDMXC616C620C720F6CD7112S88620C616JCC616AC250CZC111121314151617181920CZC2CZDCZJBDX51X62WX920XXFY610WB5020B66521222324252627282930Z512Z5125Z21M115M131WM1332MBMM1080M22BZSKW313233M7130Y631KYBXHJX（在下面的论述过程中我将依据此表格中的编号与相应的机器进行对应来进行分析说明）现在对每一类零件加工所需要的机器进行如下的汇总表三：第一类32312824222119161514982第二类2825171397第三类28252417161397第四类3332302826252414521第五类3226152第六类292826252220152第七类3230292625242322151412987432第八类252152第九类2926241482第十类153第十一类242319181511108第十二类282723171613976第十三类143从这张表中我们可以发现:第二类中所需要的机器都可以在第三类中找到，这也就意味着第二类中的零件和第三类中的零件加工工序具有相似性，所以可以将这两类分为一个大类；同样的道理可以把第五类，第七类和第九类分为一个大类；第十类和第十三类中分别只有两台机床，且还有相同的机床3，所以可以将这两类归为大类。总体来看，就把原来的十三大类归为如下的九大类：表四第一类32312824222119161514982第二类28252417161397第三类3332302826252414521第四类292826252220152第五类3230292625242322151412987432第六类252152第七类242319181511108第八类282723171613976第九类15143具体零件分类结果如下表所示表五41:001167:06712:00229:00945:005168:068170:070225:02546:006169:06913:003229:02947:007172:07214:004220:020411:011173:073171:071289:089412:012174:0741120:1202115:115413:013175:0751122:1222123:123414:014176:076123:023415:015177:07718:008326:026416:016178:078110:010334:034417:017180:080121:021342:042418:018183:083124:024352:052428:028184:084130:030361:061432:032185:085131:031397:097433:033186:086135:035336:036187:087155:055319:019537:037188:088160:060349:049538:038192:092179:079354:054539:039194:094181:081364:064540:040195:095182:0823119:119543:043199:099190:090344:0441100:100193:093322:022645:0451102:102196:096362:062646:0461103:103198:098391:091647:0471104:1041101:101348:0481105:1051112:1123118:118750:0501106:1061117:117341:041751:0511107:107153:0531108:1081111:111856:0561109:1091121:121857:0571110:110158:0581113:113124:124959:0591114:11427:027963:0631116:11665:0651125:12566:0661虽然通过这样的优化成组，使零件之间的工艺相似程度达到最优化，但是由于加工零件的种类比较多，所以很难从主观上再对分类结果进行判断，所以需要在实际的生产过程中进一步的进行分析，改善优化，使之达到更加优化的结果。经济性分析和优化过程一、零件数量分析确定在成组的过程中我们得到了125种零件的分类结果，同时也到了每种零件加工所需的机器设备，由于工厂目前只有33台加工机床，是否这样的生产能力就能够满足生产的需要，是否这样的安排就能够为工厂带来最大的利润？下面我们将从经济性的角度来分析这个问题。由于给定的条件并没有说明该工厂具体的零件数量要求，但是又必须保证每一5种零件都需要加工，所以我们可以这样来做出分析，来确定各种零件的数量。由于每年加工工时的限制，每种零件不可能都大量生产然后进行库存，但是又不能不生产某种零件，因为顾客可能需要这125种零件的任何一种，所以我就以一种利润较大的生产方式来确定各种零件的数量，这样的生产方式不仅保证了每种零件均能得到合理的生产，还能使工厂的利润达到最大化。根据给定的条件来看，工序越多的零件利润就越大，工序较少的零件利润较低，因为我们需要达到利润最大化的目标，所以我们可以相对多地生产这样的零件。这样的生产计划另外一个优点是，可以及时交货：因为这样的零件生产工序较多，需要工时较长，当客户需要这样的零件时，在有限的生产能力下，将会很难及时满足客户的需求。若以这样的生产计划来实行，就可以更快，更准时的交货。当客户需求那些生产工序较少的零件时，这些零件加工工艺相对简单，在特定的生产能力下，可以较快的完成生产需求。所以从这种角度来看这种生产计划，它还是合理的。按照这样的生产计划，得到如下零件的产量分析过程：首先我们找到工序数多余5的的零件种类（类型一），如下表：表六