成组技术论文

1、题目：Applicationcasestudyofpartgroupingandoptimization摘要：揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术，称为成组技术。它已涉及各类工程技术、计算机技术、系统工程、管理科学、心理学、社会学等学科的前沿领域。日本、美国、苏联和联邦德国等许多国家把成组技术与计算机技术、自动化技术结合起来发展成柔性制造系统，使多品种、中小批量生产实现高度自动化。全面采用成组技术会从根本上影响企业内部的管理体制和工作方式，提高标准化、专业化和自动化程度。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组哲

2、理用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产方式，以获得最大的经济效益。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。零件的相似性是广义的，在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、装配等生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为二次相似性或派生相似性。关键词：聚类分析；设施布局；经济性分析；优化概述：成组技术所研究的问题就是如何改善多品种、小批量生产的组织管理，以获得如同大批量那样高的经济效果。成组技术

3、的基本原则是根据零件的结构形状特点、工艺过程和加工方法的相似性，打破多品种界限，对所有产品零件进行系统的分组，将类似的零件合并、汇集成一组，再针对不同零件的特点组织相应的机床形成不同的加工单元，对其进行加工，经过这样的重新组合可以使不同零件在同一机床上用同一个夹具和同一组刀具，稍加调整就能加工，从而变小批量生产为大批量生产，提高生产效率。工业生产倾向于产品品种更加多样而每种产品生产的数量减少，以此来满足当今社会不断增长的个性化需求。工厂中分批式生产的产品占有率越来越高，预计交来占全部产品的75%左右。介于以上原因，传统意义上的加工部门(以加工工艺分类的部门)，生产效率变迁非常的低，因为在各个机

4、械加工部门间产生产品加工路径的浪费。为了缩短非加工时间，整合设计和制造阶段加工路径就显得十分必要，以便于在国际市场竞争中占据有利形势。在本次的设计任务中，需要对125个零件进行单元成组在进行设施布局最后根据经济性原则来优化，给出的条件如下：(1)车间实行一班制，每天8小时，每年250天；(2)公司每年的间接费用为100000元；(3)每件设备每年的间接费用为10000元；增加一台新设备需要20000元(4)每个工人每年的工资为50000元(5)工序数在5道一下的(包含5)的产品每件获利500元，工序数大于5道的每件获利1000元；(6)机器设备的最大利用率为90%;(7)(C720F6,C61

5、6JC,CZJBD,X920,M115,M131W,ZSKW,YBXHJX)的加工时间为10分钟，其余机器均为5分钟(8)由于可以网上订单，顾客可能会对125种零件都有所求，公司必须能提前生产，也就是说，所用设备必须要能满足生产125种零件。分类：在本次设计中，将用到spss软件里面的聚类分析法来进行成组分类。聚类分析(ClusterAnalysis),又称群分析，是根据物以类聚”的道理，对样品或指标进行分类的一种多元统计方法方法，它们讨论的对象是大量的样品，要求能合理地按各自的特性来进行合理的分类，没有任何模式可供参考或依循，即是在没有先验知识的情况下进行的。聚类源于很多领域，包括数学，计算

6、机科学，统计学，生物学和经济学。将数据分类到不同的类或者簇这样的一个过程，所以同一个簇中的对象有很大的相似性，而不同簇间的对象有很大的相异性。采用聚类分析法对众多的零件进行分类，包括有大量的信息以及计算处理过程，用手工方法很难胜任，故宜借助于计算机。根据以上所述的聚类分析法零件分类过程，可归纳聚类分析法的算法如下：(1)计算每一对零件之间的相似系数，据此建立一个相似系数矩阵；(2)在相似系数矩阵中搜索最大相似系数值；|(3)检查终止条件是否满足？如果满足转(6),不满足转(4);(4)将相似系数最大的两个零件类合并为新类；(5)计算新零件类和其余零件类之间的相似系数，修改相似系数矩阵，转(2)

7、;(6)将聚合的各零件类整理成组；(7)分类结束。下面将用spss软件对这125种零件进行聚类分析，得出如下表格：察值14it集1:01151:511113:113179:07945:05153:531114:114181:08146:06158:581116:116182:08247:07163:0631125:125190:090411:11173:07312:02293:093414:14175:075170:070296:096415:15176:07613:03398:098416:16184:08414:043101:101417:17185:085171:0713112:1124

8、28:28186:0861120:1203117:117432:32187:0871122:12239:09533:33188:08818:08425:25536:36192:092110:10429:29537:37199:099121:21412:12638:381102:102124:24413:13639:391103:103130:30418:18643:431104:104131:31440:40644:441105:105135:35446:46645:451108:108155:55448:48647:471110:110160:060450:50656:56619:19741

9、:411257:57649:497118:1181259:59654:54:007111:1111365:065664:0647121:1211366:0666119:1197124:1241467:067620:20868:068689:089869:0696115:115872:0726123:123874:074622:22977:077662:062978:078691:091980:080623:231083:083626:261094:094634:341095:095642:4210100:100652:5210106:106661:06110107:107697:0971010

10、9:109627:2711上表是按照聚类数14的情况进行分类，具体分布如下：第一类：1.5.6.7.11.14.15.16.17.28.32.33.36.37.38.39.43.44.45.47.51.53.58,6373.75.76.84.85.86.87.88.92.99.102.103.104.105.108.110（共计44个）第二类：2.70（共计2个）第三类：3.4.71.120.122（共计5个）第四类：8.10.21.24.30.31.35.55.60.79.81.82.90.93.96.98.101.112.117（共计19个）第五类：9.25.29（共计3个）第六类：12.

11、13.18.40.46.48.50.56.57.59.65.66.67.68.69.72.74.77.78.80.83.9495.100.106.107.109（共计27个）第七类：19.49.54.64.119（共计5个）第八类：20.89.115.123（共计4个），第九类：22.62.91（共计3个）第十类：23.26.34.42.52.61.97（共计7个）第十一类：27（共计1个）第十二类：41.118（共计2个）第十三类：111.121（共计2个）第十四类：124（共计1个）由于在聚类分析的时候选择的聚类数为8到14的一个范围区间，上面表格只是聚类数为14的情况，可以看出，在分为1

12、4类的时候，第十一类和第十四类中都只有1种零件，这样分配肯定是会造成不必要的浪费的，所以要进行合并；另参照另外几种不同聚类数的分类方法还有工厂的尺寸和空闲处的分布及数量，发现第一，六，十类零件可以聚合到一起，第四，五类零件可以聚合到一起，第二，十三类零件可以聚合到一起，第十一，十四类零件可以聚合到一起，即最终可分为9类，具体分类情况如下：第一类：1.5.6.7.11.12.13.14.15.16.17.18.23.26.28.32.33.34.36.37.38.3940.43.44.45.46.47.50.51.52.53.56.57.58.59.61.63.65.66.67.68.69172

13、.73.74.75.76.77.78.80.83.84.85.86.87.88.92.94.95.97.99.100102.103.104.105.106.107.108.109.110.113.114.116.125（共计78个）第二类：2.70.111,121（共计4个）第三类：3.4.71.120.122（共计5个）第四类：8.9.10.21.24.25.29.30.31.35.55.60.79.81.82.90.93.96.98.101.112117（共计22个）第五类：19.49.54.64.119（共计5个）第六类：20.89.115.123（共计4个）第七类：22.62.91（共

14、计3个）第八类：27.124（共计2个）第九类：41.118（共计2个）布局：设施布置是指在一个给定的设施范围内，对多个经济活动单元进行位置安排。设施布置目的是要将企业内的各种物质设施进行合理安排，使他们组合成一定的空间形式，从而有效地为企业的生产运作服务，以获得更好的经济效果。设施布置在设施位置选定之后进行，它要确定组成企业的各个部分的平面或立体位置，并相应地确定物料流程、运输方式和运输路线等。设施布局应考虑以下四个问题：1、应包括哪些经济活动单元这个问题取决于企业的产品、工艺设计要求、企业规模、企业的生产专业化水平与协作化水平等多种因素。反过来，经济活动单元的构成又在很大程度上影响生产率。

15、例如，有些情况下一个厂集中有一个工具库就可以，但另一些情况下，也许每个车间或每个工段都应有一个工具库。2、每个单元需要多大空间空间太小，可能会影响到生产率，影响到工作人员的活动，有时甚至会容易引起人身事故；空间太大，是一种浪费，同样会影响生产率，并且使工作人员之间相互隔离，产生不必要的疏远感。3、每个单元空间的形状如何|每个单元的空间大小、形状如何以及应包含哪些单元，这几个问题实际上相互关联。例如，一个加工单元，应包含几台机器，这几台机器应如何排列，因而占用多大空间，需要综合考虑。如空间已限定，只能在限定的空间内考虑是一字排开，还是三角形排列等；若根据加工工艺的需要，必须是一字排开或三角形排列

16、，则必须在此条件下考虑需多大空间以及所需空间的形状。在办公室设计中，办公桌的排列也是类似的问题。4、每个单元在设施范围内的位置这个问题应包括两个含义：单元的绝对位置与相对位置。有时，几个单元的绝对位置变了，但相对位置没变。相对位置的重要意义在于它关系到物料搬运路线是否合理，是否节省运费与时间，以及通讯联络是否便利。止匕外，如内部相对位置影响不大时，还应考虑与外部的联系，例如，将有出入口的单元设置于靠近路旁。经济性分析及优化：根据已知条件，车间实行一班制，每天8小时，每年250大；公司每年的间接费用为100000元；每件设备每年的间接费用为10000元;增加一台新设备需要20000元；每个工人每

17、年的工资为50000元；工序数在5道一下的(包含5)的产品每件获利500元，工序数大于5道的每件获利1000元；机器设备的最大利用率为90%;为了满足客户的各种需求，车间需要能够生产125类零件中的任一种，即每种机床都至少要使用依次，所以先假设每个单元的所需机床数量都是1,通过计算总时间来找出瓶颈工序，在对瓶颈工序进行适当的增补。故下面将对9个成组单元依次进行经济性分析并优化：(1)单元一里面共有78类零件，总用时最长的为C616,M115为390分钟和380分钟，为瓶颈工序，经过和其他工序的对比分析，发现可以将这两道工序的机床数增至5台，相应的X51.Z5125.M1080的数量增至2台，其

18、余工序的机床数仍为1台。此种情况下，该单元的节拍数为78分钟，年产量为(250*8*0.9*60)/78=1384件，平均每件盈利500元，所需机床数为26台，工人数为26人。故该单元的盈利为1384*500-26*20000-26*50000=-927692元，为负盈利，可以考虑适当裁员，让一个工人负责操作两台相邻的机床，最终所需工人数为16人，盈利为-927692+10*50000=-427692元仍为负值，可以看出该单元的节拍数过高，致使产量降低，所以可以考虑对这一单元进一步分组来降低节拍数提高产量增加收益。(2)单元二里面共有4类零件，总用时最长的为C616JC是40分钟，为瓶颈工序，

19、经过和其他工序的对比分析，发现可以将这两道工序的机床数增至2台，相应的CZJBD勺数量增至2台，其余工序的机床数仍为1台。此种情况下，该单元的节拍数为20分钟，年产量为(250*8*0.9*60)/20=5400件，平均每件盈利875元，所需机床数为16台，工人数为16人。故该单元的盈利为5400*875-16*20000-16*50000=360500元。(3)单元三里面共有5类零件，总用时最长的为C616JC是50分钟，为瓶颈工序，经过和其他工序的对比分析，发现可以将这两道工序的机床数增至3台,相应的X920的数量增至3台，M131W.M108数量为2台，其余工序的机床数仍为1台。此种情况

20、下，该单元的节拍数为16.7分钟，年产量为(250*8*0.9*60)/16,7=6467件，平均每件盈利500元，所需机床数为11台，工人数为11人故该单元的盈利为6467*500-11*20000-11*50000=2463532元。(4)单元四里面共有22类零件，总用时最长的为YBXHJX是130分钟，为瓶颈工序，经过和其他工序的对比分析，发现可以将FJDMX.C616.CD7112.M115.Y631K：序的机床数增至2台，其余工序的机床数仍为1台。此种情况下，该单元的节拍数为65分钟，年产量为(250*8*0.9*60)/65=1662件，平均每件盈利818元，所需机床数为17台，工

21、人数为17人。故该单元的盈利为1662*818-17*20000-17*50000=169818元。(5)单元五里面共有5类零件，总用时最长的为C616.X62W是25分钟，为瓶颈工序，经过和其他工序的对比分析，发现可以将这两道工序的机床数增至2台，相应的M131W勺数量增至2台，其余工序的机床数仍为1台。此种情况下，该单元的节拍数为12.5分钟，年产量为(250*8*0.9*60)/12.5=8640件，平均每件盈利700元，所需机床数为11台，工人数为11人。故该单元的盈利为8640*700-11*20000-11*50000=5278000元。(6)单元六里面共有4类零件，总用时最长的为

22、M115W.M131.ZSKW是40分钟，为瓶颈工序，经过和其他工序的对比分析，发现可以将这三道工序的机床数增至2台，相应的C720F6的数量增至2台，其余工序的机床数仍为1台。止匕种情况下，该单元的节拍数为20分钟，年产量为(250*8*0.9*60)/20=5400件，平均每件盈利1000元，所需机床数为21台，工人数为21人。故该单元的盈利为5400*1000-21*20000-21*50000=3930000元。(7)单元七里面共有3类零件，总用时最长的为M131W是30分钟，为瓶颈工序，经过和其他工序的对比分析，发现可以将这一道工序的机床数增至2台,其余工序的机床数仍为1台。此种情况

23、下，该单元的节拍数为15分钟，年产量为(250*8*0.9*60)/15=7200件，平均每件盈利500元，所需机床数为5台，工人数为5人。故该单元的盈利为7200*500-5*20000-5*50000=3250000元。(8)单元八里面共有2类零件，总用时最长的为C620是10分钟，为瓶颈工序，经过和其他工序的对比分析，发现可以将这一道工序的机床数增至2台，其余工序的机床数仍为1台。此种情况下，该单元的节拍数为5分钟，年产量为(250*8*0.9*60)/5=21600件，平均每件盈利500元，所需机床数为4台，工人数为4人。故该单元的盈利为21600*500-4*20000-4*5000

24、0=10520000元。(9)单元九里面共有2类零件，总用时最长的为M115是20分钟，为瓶颈工序，经过和其他工序的对比分析，发现可以将这一道工序的机床数增至2台，其余工序的机床数仍为1台。此种情况下，该单元的节拍数为10分钟，年产量为(250*8*0.9*60)/10=10800件，平均每件盈利1000元，所需机床数为9台，工人数为9人。故该单元的盈利为10800*1000-9*20000-9*50000=10170000元。通过以上计算，可以看出第八个制造单元的年收益最多，所以在布置完以上九个制造单元后，还有空闲位置的话可以考虑增加几个第八制造单元来增加年收益。布局完后发现多出了6片空闲位置，但为了考虑原料和成品的存储以及工作人员的办公休息，所以只选取其中两个作为制造单元，即车间内有三个第八制造单元。总的年收益为-927692+360500+2463532+169818+5278000+3930000+3250000+10520000*3+10170000-100000=5615415班。总结：在此次设计优化的任务中，先使用了spss软件又t这125种零件进行了分类，经过比较发现分为9类比较合适，具体分类情况