断电器装配线员工技能因素的平衡优化的制作方法

本发明涉及节拍平衡优化的技术领域，具体是断电器装配线节拍平衡优化。

背景技术：

断电器是输配电系统中广泛使用的重要电器，在国民经济发展中具有重要作用，但国内的断电器制造行业很少重视装配线平衡的对生产效率和产品质量的影响。装配线的平衡直接关系到整条装配线的运行，影响装配线的效率和产品的质量，对一个企业的发展起着至关重要的作用。

国内断电器制造行业已经建立起多条断电器装配线，具有大批量装配的能力。实际生产过程中，由于具有较高的改造成本，生产能力往往是相对固定的，而市场对断电器产品的需求呈现多样化和个性化的趋势。国内的断电器制造行业，其装配工艺设计方法和装配工艺规划只考虑产品功能上的多样性和个性化，却少有对因订单量波动，而减少装配人员造成的平衡率下降，以及工人的熟练度对装配线平衡率的影响的考虑。对于以往成熟的产品，其装配工艺已经过生产实践的多次修正，能够较好地满足装配线的平衡需求。然而，在当前市场的需求环境下，装配线生产缺少对订单变化和人熟练度的考虑，会造成装配线上某一个或几个工位上出现生产工作的不协调不流畅，从而导致装配线的失衡，使生产效率和产品质量都受到影响。

在上述的装配线的平衡问题中，我们大致可以将平衡问题分为三大类，前两类为在装配线改善的基础上，断电器柔性化装配线分为工站数不变减少节拍和节拍不变减少工人两类问题，以及第三类问题，即通过考虑员工技能因素对装配线平衡的影响，通过合理人员调度进行装配线平衡的优化。因此，我们针对装配线平衡优化三类问题中的员工技能因素的平衡优化问题，进行研究，且结合实际的案例，对员工技能因素的平衡问题进行优化和探索，从而对装配线的平衡问题进行优化，提高生产效率和产品质量。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明提供断电器装配线平衡优化的方法，有效的解决了在实际生产过程中，存在的因装配线上人员技能因素分配不合理导致的断电器装配线平衡率低，进而导致的生产效率和产品质量低的问题。

本发明为断电器装配线员工技能因素的平衡优化，其特征在于，分为以下几个步骤：

步骤一：员工技能矩阵的建立：

员工进行熟练度自评，将熟练度分为5个级别分别对应不同的熟练度，绘制员工技能矩阵表；

步骤二：根据技能矩阵内容，采用秒表测时记入员工操做时间，该问题为非标准形式的指派问题，为员工增加虚拟的工位，对员工熟练度为0的工位用足够大的数进行处理；

对于人员的分配问题，我们选取匈牙利算法进行解决，并通过编制绘图程序实现结果的界面友好化；

步骤三：对各工位的员工作业时间通过匈牙利算法实现进行预求解，解中对应最大的元素所对应的时间即为瓶颈工位时间，根据瓶颈工位时间进行设置权值，时间越接近瓶颈工位时间权值越小；

用匈牙利算法对权值矩阵求解，得出最优工位人员分配。

优选的，在步骤二中对员工熟练度为0的工位选用数为999。

优选的，在步骤三中，通过设计guide进行实现和推广，具体操作步骤如下述：

(1)使用matlab功能选项中guide设计，添加表格、axes和两个控制按钮，添加静态文本、添加菜单；

(2)建立各个控件之间的回调函数，并将绘图程序、设置权值程序和匈牙利算法程序写入到guide代码中实现guide的运行。

本发明以断电器柔性化装配线为研究对象，从企业实际生产中员工技能因素平衡优化的问题出发，基于现场调研数据，分析现有装配线的平衡现状，运用工业工程的方法对现行装配线进行建立平衡模型、问题分析及求解算法，提出优化方案，实现装配线员工技能因素的平衡优化，充分考虑现有装配线的加工能力，通过合理的装配工艺设计和仿真，使断电器装配工艺能够满足现有装配线平衡需要，从而提高生产效率和产品质量，通过本发明的改善，实现了装配线合理的、均衡的、高效的运行，同时也证明了guide程序可以推广用于优化此类多能工人作业安排问题。

附图说明

图1为本发明所采用的方法步骤框图。

图2为本发明中某公司断电器产品基本结构侧视图。

图3为本发明中某公司断电器产品基本结构正视图。

图4为本发明中断电器装配线工艺过程。

图5为本发明中断电器装配线车间布局改善前的平面示意图。

图6为本发明中断电器装配线车间布局改善前的平面示意图。

图7为本发明中断电器装配线实施例一中利用匈牙利算法针对表3中数据所对应的权值代码图(局部)。

图8为本发明中利用图6的代码求得的权值矩阵(局部)。

图9为本发明中断电器装配线员工技能因素平衡问题的guide界面编辑图一。

图10为本发明中断电器装配线员工技能因素平衡问题的guide界面编辑图二。

图11为本发明中断电器装配线员工技能因素平衡问题利用guide的运行界面图。

图12为本发明中断电器装配线员工技能因素平衡问题利用guide的运行结果图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图10对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例，同时我们给出实施例在实际中的应用及其取得的效果，为实施例的实行提供有效的数据参考和依据。

问题描述：

我们以某电器公司的断电器装配线的平衡问题为研究对象，来具体结合本发明的技术方法进行详细说明：

某电器公司断电器产品的主要构件为箱体、互感器、绝缘盒、机构、套管、大轴、拐臂、分闸簧、导电杆等，如附图1和附图2所示，该公司的总装车间的整条装配线按照特定的顺序进行，附图3对断电器装配线的工艺过程进行了清晰的描述；

原断电器装配线平衡研究：

通过秒表测时按照以下标准和原则绘制标准工时及产能表1：

(1)各工序宽放率为10％；标准工时＝观测时间×评定系数×(1+宽放率)。

(2)瓶颈工时为所有工序标准工时最大值；标准时间为各站标准工时的和。

(3)平衡率＝各工序标准工时和/(最长工序时间×总人数)。

(4)人均产能＝3600/(总人数×瓶颈工时)。

(5)不平衡损失＝瓶颈工时×总人数－各工序(每人)时间之和。

(6)各工序最高允许工时＝标准产能/直接人力。最大产能＝单位标准时间/瓶颈工序标准时间。

表1标准工时及产能表

zw-20装配线生产操作员20人、机动2人、管理1人、节拍为792s，标准人均为1.7台/时，标准产能为5台/时，一台机器的装配时间为149.90min；

装配线平衡率＝实际作业所需时间总和/作业时间总和＝149.9/211.28≈70.95％；

表2对该装配线的工艺过程进行了详细的描述。如下表所示：

表2排线表

断电器装配线问题分析：

总装车间需要的零件都来自于其他车间，由于零件运输问题发现车间的整体布局并不是特别理想，对此以总装车间为研究对象，采用slp对车间布局进行优化，解决了车间布局优化问题，改善结果附图4和附图5所示；

该公司总装车间zw-20断电器装配线，为适应产品订单多变的特性采取柔性化装配线生产方式，满负荷生产时分为16个工序20名操作工人，订单量减少时分为16个工序适当减少作业工人，采取一名工人负责多个不相邻的工位进行轮换的作业方式。因此装配线员工均为多能工种，但由于工位较多，造成员工与工位之间分配不匹配问题，影响装配线的产线平衡率。

该公司总装车间装配线采用柔性化生产方式，但因不成熟产生以下问题：

(1)装配线平衡率较低。在订单量较大时，由于产线的平衡率仅为70.95％，在订单量大时无法满足客户需求，导致企业竞争力不足。

(2)生产方式的单一无法满足订单的多变。在订单量少时，单纯的减少人数会产生新的瓶颈和生产的混乱，造成平衡率的降低。

(3)工位人员安排不合理。不同人对不同工位的熟练度不同，所使用的时间大不相同，使得平衡的装配线因人而变得不平衡，导致平衡率下降。

断电器装配线员工技能因素的平衡优化：

实施例一，断电器装配线员工技能因素的平衡优化，其特征在于，分为以下几个步骤：

步骤一：员工技能矩阵的建立：

员工进行熟练度自评，将熟练度分为5个级别分别对应不同的熟练程度，针对某公司的实际情况，绘制员工技能矩阵如下表3所示：

表3装配车间装配线人员工位技能矩阵表(局部)

步骤二：根据技能矩阵内容，采用秒表测时记入员工操做时间，该问题为非标准形式的指派问题，为员工增加虚拟的工位，对员工熟练度为0的工位用足够大的数进行处理，这里优选的选择数据为999，处理结果如下表4所示；

表4各工位员工作业时间表

对于人员的分配问题由于设计的方阵为21×21问题维度较大，我们选取匈牙利算法进行解决，并通过编制绘图程序实现结果的界面友好化，

步骤三：对各工位的员工作业时间通过匈牙利算法实现进行预求解，解中对应最大的元素所对应的时间即为瓶颈工位时间，根据瓶颈工位时间进行设置权值，时间越接近瓶颈工位时间权值越小；其中上述表4中数据对应权值代码图附图6所示；

其中代码求的权值如附图7所示，

用匈牙利算法对权值矩阵求解，得出最优工位人员分配。

实施例二，在实施例一的基础上，在步骤三中，本方案将通过设计guide进行实现和推广，具体操作步骤如下述：

(1)使用matlab功能选项中guide设计，添加表格、axes和两个控制按钮，添加静态文本、添加菜单，界面如附图8和附图9所示；

(2)建立各个控件之间的回调函数，并将绘图程序、设置权值程序和匈牙利算法程序写入到guide代码中实现guide的运行，运行界面和结果如附图10和附图11所示；

结果分析

在附图10和附图11的结果中，行表示操作人员、列表示工位，每个工位均有一名对应的人员，将结果在下述的工作时间矩阵表5和表6中标记出，即可计算出平衡率为77.64％，平均空闲为22.36％，

表5工作时间矩阵表(改善后)

表6工作时间矩阵表(改善前)

人员分配不合理会造成平衡率下降甚至产生新的瓶颈，通过设计人员分配guide实现此类问题的解决和产线平衡率的提高，降低空闲，同时提高员工熟练度，改善前采用的人员分配如上述表6所示为装配线班长按照自主判断和生产经验进行安排，装配线的平衡率为71.10％，平均空闲率为28.90％，均衡指数si＝16.40，改善后平衡率提高为77.64％，平均空闲率降低6.54％均衡指数si＝12.44，将人员调整调度改善前后的对比表格如下表7所示，

表7装配线人员调度改善前后对比

本方案以某公司总装车间断电器柔性化装配线为研究对象，从企业实际生产问题出发，基于现场调研数据，分析现有装配线的平衡现状，运用工业工程的方法对现行装配线进行建立平衡模型、问题分析及求解算法，提出优化方案，实现装配线的平衡优化，充分考虑现有装配线的加工能力，通过合理的装配工艺设计和仿真，使断电器装配工艺能够满足现有装配线平衡需要，从而提高生产效率和产品质量。通过对继电器装配线员工技能因素的平衡优化从而柔性化装配线平衡问题进行优化，取得的以下成果：

人员优化后装配线的平衡率提高为77.64％，平均空闲率降低6.54％均衡指数si由16.40降低为12.44。通过此次改善，实现了装配线合理的、均衡的、高效的运行，证明这套优化方案对于解决同类型装配线问题有很好的效果。guide程序可以推广用于优化此类多能工人作业安排问题。