深圳GSG公司PCB生产线优化与设计文献综述
2020-04-11 14:07:53
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文 献 综 述 制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%-55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。目前，全球PCB产业产值占电子元件产业总产值的四分之一以上，是各个电子元件细分产业中比重最大的产业，产业规模达400亿美元。同时，由于其在电子基础产业中的独特地位，已经成为当代电子元件业中最活跃的产业。改革开放后20多年，由于引进国外先进技术和设备，单面板、双面板和多层板均获得快速发展，国内PCB产业也由小到大逐步发展起来,成为全球PCB最大生产国。随着世界经济稳步发展，科学技术日新月异，市场竞争越发激烈，我国企业和产业发展也面临着国际市场的严峻挑战，而推广工业工程,降低成本，提高效率，则能帮助企业提高市场竞争力和拓展生存空间，使企业更好地参与国际竞争，在竞争中立于不败之地。 一．生产线平衡的含义及意义 生产线指的是产品生产过程所经过的路线,即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产的生产线活动所构成的路线。而生产线平衡即是对生产的全部工序进行平均化，调整作业负荷，以使各作业时间尽可能相近的技术手段与方法。其目的是消除作业间不平衡的效率损失以及生产过剩，它是一门很大的学问，直接关系到生产线的正常使用。 它的意义在于：1、提高作业员及设备的工作效率；2、减少单件产品的工时消耗，降低成本（等同于提高人均产量）；3、减少工序的在制品，真正实现”一个流”；4、在平衡的生产线基础上实现单元生产，提高生产应变能力，对应市场变化，实现柔性生产系统；5、通过平衡生产线可以综合应用到程序分析、动作分析、规划（Layout）分析、搬运分析、时间分析等全部IE手法，提高全员综合素质。 二. 发展历史 在现代化的流水生产线诞生以前，都是家庭作坊式的个体小规模生产，但随着生产力的发展，逐步出现了由小到大的规模扩张，也就出现了流水线的萌芽。19l3年，福特应用创新理念和反向思维逻辑提出流水线生产的概念，即在汽车组装过程中，首先将汽车底盘放在传送带上以一定速度从一端向另一端前行。前行中，逐步装上发动机、操控系统、车厢、方向盘、仪表、车灯、车窗玻璃、车轮，直至组装完成。流水线生产使每辆T型汽车的组装时间由原来的12小时28分钟缩短至lO秒钟，生产效率提高了4488倍。这就是世界上第一条现代化生产线。 三.国内外研究现状 国内研究情况： （1）利用工业工程技术方法进行生产线平衡优化 高广章[1]，鲁建厦和兰秀菊[2]，葛安华和孙晶[3]，李炽辉和黄玉萍[4]等利用工作研究作为科学管理的基础技术来改善企业运作，对企业现有生产系统进行优化。其中高广章[1]，鲁建厦[2]和葛安华[3]主要是运用工作研究中的动作分析、作业分析和时间测定等技术，完成工艺流程的重新平衡、操作过程简化、动作规范的重新制订等设计工作，达到疏通企业瓶颈、优化生产系统的目的。李炽辉和黄玉萍[4]主要是运用程序分析和作业分析, 对企业进行了工位重排, 手动操作变为自动化操作，通过工作再设计，使生产线的平衡得以改善, 从而提高生产率。夏欣跃[5]，宋春立[6] 则是主要以时间研究为手段，并结合本厂实例具体说明了其原理与作用，并提出了改进方法。寇猛[7]，孙浩峰和王卫亮[8]主要是通过计算生产平衡率以及节拍来寻找优化路径。孙建华[9]从生产线均衡性概念出发，分析了实现生产线平衡的传统工业工程的基本手段和方法，揭示企业的”5S”活动和目视管理与均衡生产的关系。 （2）多品种装配流水线 林筠和李随成[10]以多品种可变流水线为研究对象，分析了影响流水线平衡的主要因素，以时间研究为依据改进作业来保证流水线平衡。卢炜[11]则是就订单生产条件下的多品种装配流水线的平衡问题展开了讨论，建立以优化人力成本为目标的多品种装配流水线的人力成本模型，通过运用遗传算法进行流水线平衡及验证。而孔宪珂[12]针对装配流水线运行中变化因素对均衡性的影响和动态调整，成装配流水线的时间损失和各工序的负荷不均衡等问题提出均衡设计。罗卓[13]利用计算机运算代替人工操作，介绍了如何开发一个装配线系统，从而更加快捷、方便和有效的解决装配线平衡问题，对于流水线生产企业有普遍应用价值。 （3）模型算法 王秋芳[14]提出了建立在Hoffman的优先矩阵法和Johnson的分支定界法基础上的一种求解模型算法，该算法能同时求出满足模型约束条件的多个最优方案或可行方案，并求出不同方案的多个目标属性值，给决策者提供了很大的灵活性。卫东和金烨[15]则针对任意给定序列的混合品种装配生产线平衡问题建立了数学模型，模型中假定不同品种之间可以具有不同的偏序结构和关联任务，为了获得最优的产出效率，模型的目标函数是品种负荷波动产生的剩余工作总量最小。宋华明和韩玉启[16]针对U型生产线的特点设计了一种基于遗传算法的平衡优化方法,这种遗传算法以分配作业元素到工作站的先后顺序为问题的编码,按照最大分配原则进行译码,算法简洁,能够适应不同约束条件和优化目标的需要。郭鑫[17]，吕绪华[18]和谭俊[19]分别给出了求解平衡问题的启发式算法。郭鑫[17]主要阐述了以满意解为目标的启发式方法在求解复杂管理问题中的现实意义和效果，最终编制了HEUBAL程序，并在实际中得到证明有效。吕绪华[18]则是根据F′2｜m1≥2，m2=1｜Cmax排序问题是NP完全问题的论断，提出了AFS问题的两个启发式算法。谭俊[19]在分支定界算法基础上，提出了合并规则，排序规则，可行性规则和替代规则以满足约束条件及减少搜索空间，给出求解平衡问题的新启发式优先算法。 国外研究情况： Shuang Lan和Xue Wang[20] ，Lu Hong和Hou Kaihu[21]，Shuang Lan[22] ，Yu-Qiang Shi和Jun-Jia Wang[23] 等都有通过应用工业工程技术方法来找出影响流水线生产能力的瓶颈工位和能力过剩工位，运用”5W1H”提问技术，分析流水线在设备能力、定员、任务分配、工艺内容及流水线布局等方面存在的问题，根据ECRS取消、合并、重排、简化原则并结合5S相关知识制定了该条流水线产能提升方案，包括对现有设备的改进、相关工位作业内容的重新分配、调整部分工位的设备和人员以及对生产线重新布局和制定标准物料存放规范等。Jonnalagedda和Dabade[24] ，Baykasoglu, Ozbakur和Gorkemli[25]，Xiongwen Qian和Qifu Fan[26] 都有针对装配线平衡来开发相应的启发式算法，Jonnalagedda[24]介绍了七个优先规则，用车站导向的方法来解决混合装配线工作站中的平衡问题，他建议的优先权规则和车站导向启发式都是基于减少循环时间知识上的，不单单只是一个客观混流装配线。Baykasoglu[25]提出了一种新的蚁群优化算法（ACO），提出了平行装配线平衡问题（PALBP），通过测试几个基准问题，与其他一些算法比较性能，从而验证了其有效性。Xiongwen Qian[26]则是通过一个混合式启发遗传算法来求解多人的装配线平衡问题，该算法的启发式方法，在解码过程中创造性地集成使得多人装配线平衡（mALB）问题变得更灵活。 关于国内外PCB行业生产线优化方面的文献，国内主要集中于PCB表面装贴技术SMT生产线的优化研究，国外则主要集中于印刷电路板质量可靠性研究，故障诊断及一些热效应影响等方面，都很少涉及PCB印制电路板的制造生产线方面，所以本文主要用工业工程的技术与方法针对生产工艺中存在的问题进行平衡改善。 四.工业工程（IE）概述 工业工程（IE），是对人员，物料，设备，能源及信息所组成的集成系统，进行设计、改善和设置的一门学科。它综合运用数学、物理学和社会科学方面的专门知识以及工程分析和设计的原理和方法，对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价。它最早起源于美国，19世纪末20世纪初，以泰勒和吉尔布雷斯为代表的一大批科学管理先驱者以提高工作效率、降低成本为目标，开创了科学管理，为工业工程的产生奠定了基础。泰勒系统地研究了工场作业和衡量方法，创立了”时间研究”，对现代管理发展做出了重大贡献，因此被称为”科学管理之父”。吉尔布雷斯主要是创立了与时间研究密切相关的”动作研究”，对人在从事生产作业过程中的动作进行分解，确定基本的动作要素，然后进行科学分析，建立起省工、省时、效率最高和最满意的操作顺序。另外，还有甘特，他发明了”甘特图”，这是一种预先计划和安排作业活动，检查进度以及更新计划的系统图表方法。 IE是实践性很强的一门应用学科，各国都有其特色的符合国情的IE体系，但其本质内涵都是一致的，以降低成本、提高质量和生产率为核心，因此，企业要想提高经济效益，必须应用IE全面研究，解决生产和经营中的各种问题。 五.参考文献 [1]高广章.基于工效学原理的MOD法在生产线平衡中的应用[J].人类工效学,2009,(02):16-19. [2]鲁建厦，兰秀菊，陈勇等.生产装配系统优化设计[J].浙江工业大学学报,2003,(03):56-58 71. [3]葛安华，孙晶.应用基础工业工程理论提高装配线的生产效率[J].工业工程,2008,(03):138-142. [4]李炽辉,黄玉萍,李锦辉.应用工业工程的方法提高生产效率:案例研究[J]. 工业工程,2006,(06):130-135. [5]夏欣跃.时间研究的原理及应用[J].工业工程与管理,1997,(06):47-50. [6]宋春立.工业工程及其在我厂的应用-时间研究[J].机械工艺师,1990,(12):3-5. [7]寇猛.工业工程在生产线优化中的应用[J].中国管理信息化,2008,(24):90-91. [8]孙浩峰,王卫亮. 应用”工业工程”提高生产线工作效率[J]. 河南机电高等专科学校学报,2005,(03):93-95. [9]孙建华.生产线平衡的手段与方法研究[J].成组技术与生产现代化,2004,(04):36-38. [10]林筠，李随成.多品种可变流水线平衡及改善[J].工业工程，2000,(02):46-49. [11]卢炜.基于订单生产的多品种装配流水线的平衡[J].上海大学校报,2002,(04):31-36. [12]孔宪珂.装配流水线的优化设计[J].机械设计,1993,(06):50-53 45. [13]罗卓,伍乃骐.装配线平衡系统研究与开发[J].工业工程,2007,(01):107-111. [14]王秋芳.流水生产线平衡模型及算法设计[J].武汉:武汉钢铁学院学报,1992,(01):89-94. [15]卫东，金烨.给定序列的混合品种装配生产线平衡算法[J].机械工程学报,2004,(04)：139-142. [16] 宋华明,韩玉启.基于遗传算法的U型生产线平衡[J].系统工程学报, 2002,(05):42-47. [17]郭鑫.启发式方法及其在生产线平衡中的应用[J].航空学报,1987,(06):38-46. [18]吕绪华.一类装配式流水作业排序问题的启发式算法及其性能比研究[J].武汉冶金科技大学校报,1999,(02):95-98. [19]谭俊.基于改进FABLE算法的流水线平衡问题的实现[J].控制与决策,1999,(06):52-56. [20]Shuang Lan,Xue Wan,g,Lixin Ma. Optimization of assembly line based on work study[J].Industrial Engineering and Engineering Management, 2009:813-816. [21]Lu Hong,Hou Kaihu,Shi Wenli. Application of Work Study to the Automobile Assembling Line Balancing[J].Information Management, Innovation Management and Industrial Engineering, 2009:358-362. [22]Shuang Lan. Optimization of electric motor assembly operation with work study[J].Logistics Systems and Intelligent Management, 2010: 1101-1104. [23]Yu-Qiang Shi,Jun-Jia Wang. Optimization of production line based on IE method: A case study[J].Industrial Engineering and Engineering Management (IEamp;EM), 2011:726-729. [24]Jonnalagedda, V.L.V. , Dabade, B.M.. Heuristic procedure for Mixed Model Assembly Line Balancing Problem[J].Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2010:552-556. [25]Baykasoglu,Ozbakur, Gorkemli, Gorkemli. Balancing parallel assembly lines via Ant Colony Optimization[J].Computers amp; Industrial Engineering, 2009:506-511. [26]Xiongwen Qian, Qifu Fan. Solving Multi-manned Assembly Line Balancing Problem by a Heuristic-mixed Genetic Algorithm[J]. Information Management, Innovation Management and Industrial Engineering (ICIII), 2011 :320-323. [27]http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/guesthome.jsp
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