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不同工资制度下挡车工看管台数优化研究

时间:2018-02-01 19:41来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是工业工程论文,本文的主要研究内容是,应用闭环排队网络理论对挡车工单任务及多任务看台系统分别建立闭环排队网络模型,详细描述挡车工看台系统的运转机制。
第 1 章 绪论
 
1.1 研究背景
改革开放以后,我国的制造业快速发展,大部分制造行业的技术水平和效率不断提升,市场竞争力也不断增强,但与此同时有一些制造业不仅发展缓慢,效益也逐渐下降,企业也经常出现亏损现象。其中纺织行业就是一个典型的例子。纺织业是劳动密集型产业,大部分的棉纺织品都是出口销往国外,因此对外的依存度较高。纺织行业也是我国非常重要的民生企业,早期纺织业相比其他制造业发展更为迅速,但是随着时间的推移,纺织业的效率以及产业结构并没有进一步改进发展,反而成为效益最差,亏损时间最长的一个行业。现今,如何提高纺织业的效益和效率成为关键问题,在一些企业,管理者大部分都是凭经验进行人员配置,并没有系统研究过配置最优化的问题,但是面对市场竞争的加剧,人力成本的增加,企业不得不关心人员配置问题,其中织机的看管问题更是不容忽视。在不同的企业,挡车工看管织机的台数有很大的差异,挡车工看管机台数过少则会导致工人闲置,服务成本增高的问题,若看管机台数过多,那么在设备出现故障时工人无法及时进行维修,造成设备停机等待时间增长,且工人的任务负荷增大,这些直接导致生产率降低,生产质量问题增多,所以确定工人合理的看管台数尤为重要。历年来国内外很多人对纺织行业的研究逐渐减少,查阅文献可以发现对纺织业中的人机配比问题在 20 世纪 50 年代到 80 年代的研究较多,21 世纪以来的研究却极少,这也说明目前研究人员和企业管理人员对该问题并没有产生足够的重视。这就导致以下一些问题的产生:一是纺织行业的发展缓慢;二是纺织业的生产效率低,人机系统不能发挥其最大的性能。因此对人员进行合理的配置,可以使人机系统的性能得到显著提高。
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1.2 国内外研究现状
袜子的纺织过程中,织造是第一道工序,也是对产能和质量影响最大的一道工序,挡车工是其主要操作者。国内外学者在研究挡车工看管机台数问题时,主要是考虑其对看管成本以及设备有效利用率的影响,很少有人考虑其对人的利用率的影响,也少有人将三者结合作为优化目标对挡车工看管机台数进行优化。在研究方法上,排队论在挡车工看台数问题上应用较为广泛,但是到目前为止还没有人结合排队网络模型与数学建模的方法对该问题进行评价分析。因此目前的挑战是如何基于排队网络模型理论建立挡车工看台系统模型,深刻认识看管机台数对系统性能的影响。本文中不同的工资制度仅会对挡车工的看管费用产生影响,且目前没有学者研究不同工资制度对挡车工最优看管台数的影响,基于以上内容,接下来主要从以下两个方面对文献进行综述:一是对纺织业中挡车工看管机台数问题的研究进行综述;二是将挡车工看台问题延伸到人机配比问题,对各制造业中人机配比问题的研究作出综述。
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第 2 章 预备知识
 
2.1 挡车工看台问题
挡车工看台问题在纺织行业中普遍存在,在其他制造行业中也会出现很多类似的问题。生产过程中,每个操作者需要同时看管多台相同的设备,设备在运转过程中会随时发生故障,出现停机现象,操作者的任务就是排除这些设备的故障。当一个设备发生停机时,操作者可能正在服务另一台设备无法及时对该停机设备进行服务,那么该设备就需要等待操作者直至另一个设备恢复运转。当操作者正在进行其他工作或者不在工作岗位时,设备停机后也会出现等待现象,但是在本文的讨论过程中暂且不考虑操作者进行其他工作或不在工作岗位的情况,也就是假设操作者一直处于工作状态。设备停机一般分为两种,一种为常规停机,即当设备完成生产中的某一部分时发生的停机,这种停机通常在设备运行中的固定时间间隔发生;另一种类型的停机为随机故障停机,故障停机发生的时间为随机时间间隔。当设备停机时间间隔为固定时间间隔,且每个操作者看管的设备数量较少时,可以避免设备等待操作者进行服务的情况,也就是不发生人机干涉。如图 2.1 所示。图中蓝色实线表示设备正常运转,红色虚线表示操作者正在进行服务。从图 2.2 中可以看出,设备 1 在时刻a停机,设备 2 在时刻b停机,此时操作者正在处理设备 1 的停机问题,直至时刻c设备 1 恢复正常运转,那么设备 2 需要等待一段时间,时刻c时操作者对设备 2 进行服务,时刻d时三个设备均正常运转至下一次停机的发生。时刻e时,设备 1 再次发生停机,操作者对其服务直至时刻g,期间在时刻f,设备 3 发生停机,由于此时操作者在服务设备 1,所以设备 3 需等待到时刻g,至时刻h,设备 3 恢复正常运转状态。时间段bc和时间段fg设备在等待操作者,这段时间又被叫做干涉时间[44][45]。
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2.2 传统人机配比模型
人机配比指的是在一定工作时间内每个操作者可以操作的设备数量[47],合适的人机配比可以减少人力资源的浪费,也可以使操作者的效率保持在较高状态。在制造业中经常会出现一人多机的状况,一般以动作研究和时间研究为基础,进行人机作业分析,寻找到最为合理的操作方法,充分发挥人和设备的效率,且该方法多用于人机联合作业中。在人机联合作业中一般有两种模型可以描述其人机配比[48]。这两种模型均可以用来计算每个操作者最少可操作的设备数量。但这两种模型应用的前提是首先要通过方法研究和时间研究来制定操作者的标准作业,并计算出操作者的工时定额,这样计算出来的结果才更具有参考价值。该方法在不断的改进和发展中逐渐成为企业用来提高效率,改进工人操作流程的重要方法之一。但是当操作工看管的是多台相同的全自动化设备,在生产过程中操作工仅对设备停机问题进行处理或者完成其他辅助工作,并不需要人机联合作业时,以上所提到的通过人机作业分析结合人机比模型来确定操作工可看管的设备数量的方法并不适用,相对来说排队论的应用更为广泛,且模型多使用以下三种服务规则。
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第 3 章 挡车工单任务看管台数优化研究...........14
3.1 挡车工单任务看台系统....... 14
3.1.1 系统描述 ........... 14
3.1.2 相关定义 ........... 14
3.2 挡车工单任务看台系统建模......... 16
3.3 挡车工单任务看台系统的组合优化....... 20
3.3.1 组合优化模型 ............. 20
3.3.2 挡车工单任务看管台数优化......... 22
3.4 挡车工单任务看台系统影响因素分析............. 27
3.5 本章小结 ........... 33
第 4 章 不同工资制度下挡车工多任务看管台数优化研究.............34
4.1 挡车工多任务看台系统网络建模........... 34
4.2 挡车工多任务看台系统性能......... 38
4.3 不同工资制度下挡车工多任务看台系统的组合优化......... 41
4.4 计时工资制度下挡车工多任务看台系统影响因素分析..... 52
4.5 本章小结 ........... 60
第 5 章 结论与展望.......61
5.1 结论 ......... 61
5.2 展望 ......... 62
 
第 4 章 不同工资制度下挡车工多任务看管台数优化研究
 
上一章节在研究挡车工单任务看台优化问题时,假设挡车工只进行修复停机故障作业,但是在实际工作过程中挡车工不仅仅要对停机设备进行修复,还要完成翻袜检查作业等一系列作业,本章的研究中会将翻袜检查作业考虑进去对系统重新优化。设备停机会直接对设备的有效利用率产生影响,而翻袜检查作业一般不会直接对设备的有效利用率产生影响。由于部分设备发生故障后并不会自动停机,因此挡车工无法直接发现这些故障设备,只有在翻袜检查过程中发现次品袜子时,方能判定设备是否存在故障,之后挡车工会直接对存在故障的设备进行修复。本文在上一章节研究的基础上同时考虑挡车工故障修复作业及翻袜检查作业,并综合考虑挡车工在翻袜检查作业中发现设备故障的问题,针对不同工资制度下对挡车工多任务看管台数优化问题进行研究。
 
4.1 挡车工多任务看台系统网络建模
从挡车工多任务看台系统的闭环排队网络模型中可以看出,挡车工在对设备进行服务时,主要有三条服务路径,分别为:翻袜检查作业:挡车工翻袜检查后没有发现次品袜子,设备直接进入下一阶段继续运行;翻袜检查作业、停机故障修复作业:挡车工翻袜检查后发现袜子出现次品,进而判断是设备出现故障,接着对故障设备进行修复,然后修复完成的设备进入下一阶段继续运行;停机故障修复作业:挡车工对自动停机的设备进行修复,修复结束后设备进入下一阶段继续运行。挡车工多任务看台系统中的假设条件如下:1) 挡车工的任务仅包括翻袜检查作业和故障修复作业两项作业任务;2) 翻袜检查作业和故障修复作业互相独立;3) 故障类型只有一种类型,即断头故障;4) 设备发生故障的时间间隔服从负指数分布 ;5) 设备需要进行翻袜检查作业的时间间隔服从一般分布;6) 挡车工处理故障时间服从负指数分布;7) 挡车工翻袜检查作业的时间 服从负指数分布;8) 各个设备之间相互独立,并且所有设备完全相同;9) 服务规则为先到先服务。
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结论
 
为了控制生产成本,提高生产效率,对生产系统进行合理的人力资源配置是非常有必要的。近些年,国内外对于制造业,服务业中的人力资源配置问题的研究不在少数,但是很少有人专门针对纺织业中人机配比问题进行研究,也没有人分析不同工资制度对挡车工看台系统的影响。本文以织袜业为背景,以挡车工看台系统为研究对象,以人机配比问题为研究重点,对挡车工看机台数问题进行详细描述,分别对挡车工单任务看台系统和多任务看台系统进行优化分析,同时研究了不同工资制度对挡车工看台系统的影响,整理出专门针对袜业挡车工看台系统完整的优化分析方法。本文的主要研究成果如下:
1)基于闭环排队网络理论,建立挡车工单任务看台系统的网络模型,并求得相关参数。以最小化看管费用,最大化挡车工的利用率及设备的有效利用率为优化目标,确定挡车工在单任务情况下的最优看机台数,结果发现当挡车工仅进行停机修复任务时,每人看管 17 台设备为最优。
2)在挡车工单任务看台系统的优化研究基础上,对挡车工多任务看台系统进行了优化研究,并分析了计时制和计件制这两种工资制度下,挡车工多任务看台系统中挡车工最优看机台数的区别,结果发现,在目前的实际背景及各种假设条件下,两种工资制度下挡车工的最优看机台数是不同的,计时制下挡车工的最优看管机台数为13 台,计件制下挡车工的最优看管机台数为 11 台,而且计件制下的总看管费用要高于计时制下的总看管费用,因此企业在控制好挡车工的利用率及设备的有效利用率基础上,可以优先考虑使用计时制为员工发放薪酬,或者考虑重新调整计件制薪酬。
3)分别针对挡车工单任务看台系统和挡车工多任务看台系统进行数值模拟实验,分析各变量参数对系统性能的影响,结果表明:挡车工维修率对设备有效利用率影响显著,维修率越高,设备有效利用率越高,可看管的机台数越多;在挡车工多任务看台系统中,维修率较高时,设备的故障率对系统性能的影响并不显著,翻袜检查作业成为决定挡车工利用率的主要因素;当每个挡车工看管机台数较多时,设备停机产生的利润损失以及次品袜子造成的成本损失成为影响看管总费用的主要影响因素。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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