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单元制造系统中人机干涉问题研究

单元制造系统中人机干涉问题研究

作者：李丛双吉林大学

学位级别：硕士

随着制造企业间竞争的不断升级,节能、高效生产已成为企业发展过程中一直贯彻的指导方针。然而,人机干涉问题的存在会直接降低企业制造系统的生产能力,降低人员、设备的利用效率。通过挖掘人机干涉机制,探讨人机干涉系统的影响要素及对... 详细信息

随着制造企业间竞争的不断升级,节能、高效生产已成为企业发展过程中一直贯彻的指导方针。然而,人机干涉问题的存在会直接降低企业制造系统的生产能力,降低人员、设备的利用效率。通过挖掘人机干涉机制,探讨人机干涉系统的影响要素及对系统性能的影响关系有助于降低干涉所造成的负面影响,可以降低生产成本,增加利润空间,让企业在竞争剧烈的市场环境中位于不败之地。本文是以单元制造系统为背景对人机干涉问题展开研究,分三个步骤实现研究目的,第一步,描述人机干涉的形成原因,挖掘人机作业过程中的干涉机制,建立人机干涉排队网络模型。第二步,提出人机干涉系统的性能评价体系,建立用于评价人机工作站性能和人机干涉水平的数学模型。第三步,探讨四个影响要素对人机干涉系统性能的影响,提炼具备理论研究意义和实际指导价值的结论。首先,借鉴前人提出的用于描述人机干涉系统的排队网络,探讨零件、机器和操作工人三者的作业关系,在此基础上定义操作工人在服务过程中存在的两类失误,并将失误模块嵌入到人机干涉排队网络,建立考虑人误的零件/机器的开环排队网络模型和考虑人误的机器/操作工人的闭环排队网络模型,描述人机干涉机制。其次,从人机工作站性能和干涉水平两个方面提炼出工作站占用率、人员利用率、机器有效利用率和干涉时间四项重要的性能指标,在已建立的人机干涉排队网络模型基础上建立用于评价四项指标的数学模型,指出人机干涉系统性能评价方法及评价过程,为系统性能影响研究打下基础。再次,通过单因素影响研究和双因素影响研究两种方式探讨人员失误、零件到达率、人机配比和人机作业比重四个影响要素对人机干涉系统性能的影响关系,总结出具有理论研究价值和实际指导意义的研究结论。本文紧密结合排队网络模型和数学建模两种人机干涉的研究方法,解释人机干涉过程,评价人机干涉系统的性能指标并在此基础上探讨诸多要素对人机系统性能的影响,为研究人机干涉问题提供了一种新的研究路径。

关键词：人机干涉排队网络模型人机配比人员失误单元制造系统

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面向U型装配线的人机干涉机制研究

面向U型装配线的人机干涉机制研究

作者：孔祥东吉林大学

学位级别：硕士

制造业是国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。随着精益思想的不断推广,U型装配线成为精益生产企业最主要的生产配置。在U型装配线中,人和机器二者之间存在合作和干涉两种情况。在一人多机工作站中,随着人机比的增加,系统... 详细信息

制造业是国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。随着精益思想的不断推广,U型装配线成为精益生产企业最主要的生产配置。在U型装配线中,人和机器二者之间存在合作和干涉两种情况。在一人多机工作站中,随着人机比的增加,系统成本支出逐渐减少,但人机干涉现象逐渐严重,生产效率随之降低。因此,研究合理的任务分配并提出合理的生产管理建议具有一定的理论和现实意义。本文围绕人机配比分析的一般框架展开,以U型装配线中的一人多机工作站为研究对象,旨在揭示人机干涉机制下,干涉时间、成本及生产性能三者之间的关系。综合使用马尔科夫过程、NSGAII算法和Plant Simulation仿真软件,探讨一人多机配置及其相应成本问题。本文的主要研究内容如下:(1)针对U型装配线中的人机干涉现象,定义了人机干涉时间,创新性地建立人机干涉时间方程组,并给出求解过程。此外,通过演绎推理的方式,提出人机干涉边缘(理想)状态方程,从人、机器和其他因素三个角度构建人机配比分析一般框架,并给出各个影响因素之间的内部逻辑因果图。(2)为寻求成本和干涉二者之间的关系,针对订单随机到达的需求情境,以装配线最小的雇佣成本和系统最大的服务水平为目标,借助NSGAII算法,得到最优巡回单元构建方案。通过数值实验,给出不同因素对装配线雇佣成本和系统服务水平的影响。(3)为探究不同生产任务分配对U型装配线生产性能的影响,在Plant Simulation环境下进行建模仿真,对比不同任务分配对人和机器的影响。利用合成法,视人机干涉为“机器故障”,对U型装配线进行结构化建模。通过p和p两个函数,验证U型装配线结构化建模的准确性,并在此基础上给出的生产建议,用以支撑生产管理者的决策,对降低生产成本,提升生产效率具有指导意义。

关键词：工业工程人机干涉 NSGAII算法合成法

考虑人机干涉问题的串行生产线建模与性能分析

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考虑人机干涉问题的串行生产线建模与性能分析

作者：张朋帅吉林大学

学位级别：硕士

随着企业间市场竞争的加剧,成本与效率这两个指标在企业中扮演的角色也越发重要。对于制造企业来说,其生产线的性能水平直接决定着企业的竞争力水平。因此,针对生产线性能相关的课题进行研究很有必要。目前已有不少文献对生产线的建模... 详细信息

随着企业间市场竞争的加剧,成本与效率这两个指标在企业中扮演的角色也越发重要。对于制造企业来说,其生产线的性能水平直接决定着企业的竞争力水平。因此,针对生产线性能相关的课题进行研究很有必要。目前已有不少文献对生产线的建模与性能分析问题展开了研究,但它们大多只考虑了生产线中的机器和缓存区,忽略了人的因素。伴随着一人操作多台机器的情况越来越普遍的应用于生产线中,考虑人机干涉问题对生产线进行建模和性能分析具有重要的理论与实际意义。本文以串行生产线建模与性能分析为主线,基于闭环排队网络和马尔科夫过程针对工作站中含有人机干涉问题的串行生产线进行建模与性能分析。论文研究过程分为三步,分别为串行生产线结构化建模、串行两机生产线建模与性能分析和串行多机生产线建模与性能分析。首先,本文基于闭环排队网络对含有人机干涉问题的工作站进行建模,求得其稳态解及该工作站处于各状态的概率。结合单机生产线模型中机器各状态概率的求解结果,求得与含有人机干涉问题工作站等效的虚拟机器参数,完成了生产线结构化建模,将工作站中含有人机干涉问题的串行生产线转化为简单的串行生产线。其次,本文基于马尔科夫过程对串行两机生产线进行建模,并运用矩阵几何解方法对其稳态概率进行求解。之后建立了串行两机生产线性能指标的衡量公式,分析了影响生产线性能的相关因素。然后分别以各影响因素为自变量研究了这些因素对串行两机生产线性能的影响,并提出了相应的控制建议。最后,本文基于合并法对串行多机生产线进行了建模分析,得到了向后合并、向前合并过程中各虚拟机器的参数,建立了串行多机生产线性能指标的衡量公式,并总结给出了串行多机生产线性能分析的整个计算体系。为了验证模型的实用性,以F公司车桥车间左壳体生产线为研究对象做了案例研究,结果表明:1)本文建立的性能指标计算方法收敛性好,具有很好的操作性和实用性;2)左壳体生产线的实际吞吐率低于其瓶颈吞吐率,缓存区位置越靠后其实际占用率越低。本文针对含有人机干涉的串行多机生产线所建立的性能计算体系可为生产线的设计和改进提供理论支撑,对生产线的设计和管制人员具有一定的指导意义。

关键词：生产线建模人机干涉闭环排队网络马尔科夫过程性能分析

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基于轮询排队系统的U型线建模

基于轮询排队系统的U型线建模

作者：刘胜新吉林大学

学位级别：硕士

制造业是国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。中国制造2025的提出给制造企业带来了新的挑战和机遇,而生产线作为制造企业的命脉,其性能表现的优异成为决定企业成败的关键因素。对制造系统进行建模是评价生产线性能表现的... 详细信息

制造业是国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。中国制造2025的提出给制造企业带来了新的挑战和机遇,而生产线作为制造企业的命脉,其性能表现的优异成为决定企业成败的关键因素。对制造系统进行建模是评价生产线性能表现的有效方法。在传统的制造系统建模方法中,通常没有把操作工人单独列为建模对象,从而在模型中无法体现出操作工人对系统的影响。本文以U型生产线作为研究目标,通过分析U型生产线中一人多机工作站的人机干涉问题,将操作工人对系统的影响综合考虑到机器的加工时间中,把由一人多机工作站组成的U型生产线转换为由等效机器组成的串联生产线。首先,本文使用计算机仿真的方法研究了U型生产线中的一人多机工作站的人机干涉问题。通过仿真实验获取大量的人机干涉时间的数据,采用皮尔逊-卡方检验验证了在一定的条件下干涉时间服从指数分布。然后,本文开创性的使用限定-1轮询排队模型对一人多机工作站进行建模。在以往关于一人多机工作站建模方法中,研究者通常把工作站看作一个整体研究,这很难体现机器的差异性（机器加工时间不相同）。本文提出的轮询排队模型可以很好的解决该问题,并且建模的过程中能更多的体现一人多机工作站的细节。数值分析与仿真实验结果对比表明计算误差在可接受的范围内,该建模方法具有一定的准确性。最后,本文在人机干涉分析的基础上使用串联排队网络对由等效机器组成的串联生产线进行建模。通过分析一人多机工作站中的人机干涉问题,将得到的机器等待时间与机器的加工时间合并生成等效机器加工时间。把工人对生产线的影响以合成等效机器加工时间的方式将U型生产线转换为不含工人的串联机器生产线,从而可以使用串联排队网络模型对整条线进行建模分析。

关键词： U型线人机干涉轮询系统串联排队网络

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考虑人因作用的生产系统建模方法研究

考虑人因作用的生产系统建模方法研究

作者：周宇吉林大学

学位级别：硕士

生产制造系统性能的优劣在一定程度上反映了一个国家的经济和科学的发展水平。对生产效率的追求使得机器的自动化程度不断提高,逐步的从最开始以人为主要劳动力的生产劳动向人辅助机器的生产过程转变,人从繁重的体力劳动中解脱出来。生... 详细信息

生产制造系统性能的优劣在一定程度上反映了一个国家的经济和科学的发展水平。对生产效率的追求使得机器的自动化程度不断提高,逐步的从最开始以人为主要劳动力的生产劳动向人辅助机器的生产过程转变,人从繁重的体力劳动中解脱出来。生产模式的转化,使得人在制造系统中的性质和作用发生了改变。过去的研究针将制造系统中的硬件作为主要研究对象,是因为机器的可靠性直接决定了生产效率的高低,而缓冲区容量的大小则对生产线的抗干扰能力起决定性作用。但随着现代工业的发展,制造系统中的硬件得到了长足的进步,人成为了制约其发展的新因素。因此,研究和分析人对生产制造系统性能的影响具有重要的理论意义与现实意义。本文综合使用排队论和马尔科夫过程的方法探讨并分析了一人多机的串联制造系统的建模问题,提出了一种考虑人因作用的制造系统建模方法,并利用所建的含有人的生产制造系统模型分析了人机干涉对生产系统性能的影响。本文使用的建模主体思路是先分解后合并的思想,以操作工人为依据,将串联制造系统拆分成若干个子系统进行研究。之后再将各个子系统进行合并,从而能够较好的描述整条生产线的性能。本文用有限队列长度的排队理论来描述各个子系统的生产过程。文本定义了子系统的效率:机器加工时间(包含装载卸载时间)与机器加工时间(包含装载卸载时间)加上机器在队列中的平均逗留时间的总和的比值,从而将子系统简化为“特殊”机器来进行后续的合并处理。在合并过程中,采用向前向后的迭代合并方法能够有效的处理数据,与实际值较为吻合。在此基础上,通过分析不同的人机分配策略对于生产系统总效率的影响,对原有系统的分配方式进行改进,提高了案例中生产线的效率。为验证所建模型的合理性,本文以某公司装配线为背景使用该建模方法和Em-plant离散仿真对该装配线进行了建模与仿真对比分析,案例仿真研究表明:当工人分配的机器数量超过3台的时,理论迭代值P?R可以有效的对总生产率进行估计,其相对误差在3%左右。

关键词：人机干涉串联制造系统排队论马尔科夫过程迭代合并人机分配

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制造系统人力配置优化建模与研究

制造系统人力配置优化建模与研究

作者：蒋悦上海交通大学

学位级别：硕士

封装测试制造业通常以月为周期根据人机比手动实现人力资源配置,此流程造成大量手动工作量,更因产量需求和人员出勤变化导致人力配置需求预测的低准确性。因此,本文将介绍一种新的方法,它基于线性规划模型并以班次工作量为依据,消除因... 详细信息

封装测试制造业通常以月为周期根据人机比手动实现人力资源配置,此流程造成大量手动工作量,更因产量需求和人员出勤变化导致人力配置需求预测的低准确性。因此,本文将介绍一种新的方法,它基于线性规划模型并以班次工作量为依据,消除因产量需求变化和人员出勤的影响提高预测准确性。在半导体行业日常运作中实行这种方法的关键是如何使它更接近生产线实际情况,包括人机干涉,考虑实际可用人员、设备等。本文介绍的是一种以工作量为依据实现班次人力配置的自动整合系统,在实现交叉培训和复合技能人员的前提下,这种解决方案可以优化一个区域,甚至整个工厂的人力配置。作为计算机整合系统,配置方案用到的线性规划方程将由iLOG CPLEX软件提供的线性规划求解器帮助求解,大大降低了手动工作量,使以班次为周期的配置计算成为可能,从而极大消除了在制品和设备波动对人力配置的影响,使得人力配置在微管理下更合理。模型使用工厂物理排队论建立自调节模型解决人机干涉问题。模型将验证特定人力配置下的设备能力损失是否能为当前状态所担负。当设备能力不足以维持产能需求时,系统会增加人力并重新模拟计算。此循环将一次次求解可能的配置方案直到得到可行结果。系统为终端用户开发了友好的图形用户界面以帮助使用者方便的输入数据,如当前班次的可用人数、目标产量、设备转换计划等。时时数据将有助于得到更可靠的配置方案,系统能在两分钟内计算并输出数据表直接建议生产主管哪位员工配置在哪个指定工位上,提高班次人力配置和复合技能生产人员交叉支持有效性。本以工作量为基础的人力配置方案不仅适用于半导体制造业,也同样有助于提高其他行业的工厂人力管理效能。

关键词：均衡配置作业共享满意度人机干涉排队论目标规划