手电筒产品课程设计报告书.docx
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手电筒产品课程设计报告书
手电筒产品课程设计
报告书
院（部）_____________________________________
专业_____________________________________
学生姓名_____________________________________
学生学号_____________________________________
指导教师_____________________________________
课程名称_____________________________________
课程代码_____________________________________
课程学分_____________________________________
起始日期_____________________________________
手电筒产品课程设计报告书
前言
手电筒工厂设计题目提供我们指定的某品牌手电筒90731A、90732A两种型号的手电筒和厂房的相关要求（如只使用一幢楼房中的一层厂房，一层有四个物流大门可供选择使用，可以选择使用或不使用。
一层厂房可供使用高度6米，承重800KG。
）等来设计手电筒可以达到的最高产能的制造工厂。
这就要求我们综合运用工业工程相关知识（如基础工业工程中的时间测定，ESIA原则，人机程序图来对它的生产过程，装配过程，包装过程分析从而进行产品工艺改进，运用设施规划相关知识进行现场布置,运用物流工程中的相关知识对物流路径进行规划及物料搬运工具的选择来对厂区进行物流设计，最后运用西门子软件对我们的手电筒工厂设计方案进行仿真模拟，分析是否具有现实的可能性以及财务和经济上的可行。
一、产品工艺改进
（一）工序程序图
根据题目中给定的当前装配过程如表1画出当前的工序程序图如图1所示：
1.
安装大密封圈到灯头螺旋盖
2.
安装有机玻璃片
3.
放置到暂存区
4.安装中密封圈到灯头主件
5.安装聚光瓦片
6.安装灯头螺旋盖
7.放置到暂存区
8.安装1个小密封圈到中筒
9.安装第2个小密封圈
10.放置到暂存区
11.安装导电柱到锥形弹簧
12.安装锥形弹簧到支撑件
13.安装支撑件到中筒
14.安装灯头到中筒
15.安装2节电池
16.安装后盖
17.检查开关与灯泡功能
18.拆解电池并装回后盖
19.安装吊绳
20.检查产品外观无划痕
21.安装到塑料壳
22.安装彩印卡
23.用订书机订合彩印卡与塑料壳
24．完成品放置到完成品容器
表1当前装配过程表
图1当前工序程序图
（二）时间测定（MOD）
手电筒装配过程中的一系列动作是工业生产手工作业中常见的动作，并且我们在动作分析前已经对整个生产过程进行作业程序分析和操作分析。
因此，在实际工作中可用模特排时法对人的动作进行分析。
同时注意在应用模特排时法对作业进行分析时，定要同时用动作经济原则。
表2MOD测时表
用实测归零法测算如下所示：
表3归零测时表
根据两种时间测定的数据，进行对比分析。
工艺过程
MOD表法
实测归零法
安装灯头到中筒
2s
6.6s
安装吊绳
1.5s
7.8s
安装塑料壳，安装彩印卡
2s
5s
表4测时对比表
根据数据分析我们将以下三种工序称为瓶颈工序
1.灯头到中筒
2.拆解电池并装回后盖
3.安装吊绳，安装塑料壳，安装彩印卡
4.现我们对产品工艺进行改进，可以用以下两种方法进行改进
（1）5W1H提问法
1.灯头到中筒环节能不能更加简便
2.吊绳删除或者换成固定式吊绳不用安装
3.能不能把拆解电池并装回后盖替换成简便的工序
4.能不能通过更换零件放置的位置或是使用整齐划一的工具盒
5.能不能有更合适的方法
（2）ESIA法
清除（Eliminate）：
指对组织内现有流程中的非必要的非增值活动予以清除，如过量产出、活动间的等待、不必要的运输、反复加工、过量库存、缺陷与失误、重复活动、反复检验等等；
2）简化（Simplify）：
指在尽可能清除了非必要的非增值环节之后，对剩下的活动仍需进一步简化，一般可考虑从记录、程序、沟通、物流等方面进行简化；
3）整合（Integrate）：
指对分解的流程进行整合，以使流程顺畅、连贯、更好地满足顾客需求。
4）自动化（Automate）：
指在清除、简化、整合的基础上，作业流程的自动化。
消除
取消吊绳安装环节
可以将吊绳直接和塑料外壳合在一起生产，取消了吊绳安装环节，或者将吊绳放在塑料壳中，由顾客自行安装。
简化
将拆解电池并装回后盖工序进行简化，将多余重复的动作进行简化消除。
整合
安装塑料壳，安装彩印卡环节比较相似相近，可以整合成为同一工序。
自动化
当前手电筒安装工序大多为手工操作，可以引用自动化设备进行程序性安装。
表5ESIA分析表
由上面的相关分析，我们可以得到的改进后的装配流程图和程序图如下所示：
表6装配流程及工序时间确定表
图2改进后工序流程图
（三）机器设备的选用
我们先后进行资料查询，专家研讨，实践分析确定了机器设备的价格技术及需要的数量。
根据需加工零件找出可加工相应手电筒检测与装盖一体机：
我们找出4台不同的手电筒检测与装盖一体机，其相应的加工能力以及价位汇总如下：
序号
价格（万元）
性能
加工速率
加工能力
1
1.9950
较弱
较慢
3
2
4.0459
一般
一般
4
3
14.6853
强
快
5
4
23.0300
很强
很快
6
表7价位汇总表
参考数据：
在数控机床的寻找中，我们发现一家专业加工手电筒中筒的厂家，其工厂实拍图如下：
其中，弹簧需要设备进行加工，如下图所示：
弹簧的生产效率相较于手电筒外壳的加工是极其高的，所以仅需一台该设备，或全部外购。
设备需求列表：
设备名称
数量
用途
价格
总价
手电筒检测与装盖一体机
2
弹簧加工机
1
加工两种弹簧
9000
（约）9000
合计
（约）
表8设备需求表
（四）人机程序图
由于单单依靠人来进行手电筒的装配效率太低，往往有大量的时间被浪费。
所以在现代企业中大量采用自动化程度比较高的设备，在生产过程中我们引入了手电筒检测与装盖一体机及弹簧加工机。
在人机作业的工作周期中，操作者和机器总有一部分空闲时间， 因此，为了使若干空闲或无效时间得以减少，提高效率，我们利用人机程序图来记录和表示人的各项操作时间和机器的运转时间，从而可看出人和机器的工作在时间上是否协调，人和机器是否有不必要的闲置时间，这些闲置时间能否加以利用。
表号
日期
改进前（s）
改进后（s）
节省（s）
操作者
装配工人
周期
38.5
19.8
18.7
产品名称
手电筒
人
操作时间
16.1
19.8
产品编号
闲置时间
22.4
0
22.4
工序名称
手电筒装配
机001
运转时间
8
16
工序编号
闲置时间
30.5
3.8
26.7
设备名称
弹簧加工机、自动旋盖机、手电筒检测与装盖一体机
机002
运转时间
7.9
15.8
闲置时间
30.6
4.0
26.6
机003
运转时间
8.5
17
闲置时间
30.0
2.8
27.2
利用率
人
42%
100%
58%
机001
21%
81%
60%
机002
21%
80%
59%
设备编号
001、002、003
机003
22%
85%
64%
表9人机程序表
在引入了自动化设备之后，人与机器和合作会出现人与机器配合不够默契的问题，所以进行人机作业分析。
通过分析表格得知，人机分布不平衡，机器利用率底的问题。
通过将串行工程更改为并行工程的方法，将人的利用率提升到100%，机器的利用率提升到80%以上。
如下图所示:
图3人机利用率图
二、现场布置
（一）工作台的设计
水平工作台是最常见的作业方式通常用于作业员处于坐姿和坐立姿，客许在手臂体展范围内作业时，这个伸展范围主要参考两种区城，即正常区城与最大区域。
正常区域指上牌在体则自然下垂。
前臂挥扫时，手部经易可及的范围。
根据人因工程学进行作业空间设计，作业空间设计从大的范围来讲是指按照作业者的操作范围，视觉范围以及作业姿势等一系列生理心理因素，对作业，对象，机器设备工具进行合理的空间布局给人，物等确定最佳的流通路线和占有区域，提高系统总体可靠性和经济性。
近身作业空间设计
近身作业空间设计应考虑的因素有作业特点，人体尺寸，作业姿势，个体因素，维修活动。
人体尺寸：
由于手电筒组装属于简单精细的作业，所以我们采用女生的人体尺寸为应用。
作业姿势：
坐姿，因为手电筒组装需要桌面作业，考虑到作业者的舒适性，所以我们采用坐姿作业。
所以我们取女性坐姿人体尺寸如下表：
测量项目
百分位数
女（18-55）单位mm
1
5
10
50
95
99
坐高
789
809
819
855
901
920
坐姿脊椎点高
563
579
587
617
657
675
坐姿眼高
678
695
704
739
783
803
坐姿肩高
504
518
526
556
594
609
坐姿肘高
201
215
223
251
284
299
坐姿大腿厚
107
113
117
146
151
160
坐姿膝高
410
424
431
458
493
507
小腿加足高
331
342
350
382
405
417
坐深
388
401
408
433
469
485
臀膝距
481
495
502
529
570
587
坐姿下肢长
826
851
865
912
975
1005
坐姿臀宽
295
310
318
344
382
400
坐姿两肘间宽
326
348
360
404
478
509
表10女性坐姿人体尺寸表
我们采用95百分位数为测量依据，对作业者进行近身作业空间设计。
维修活动：
在许多人机系统中，需要定期检修或更换机器部件，所以在工位设计和机器布置时，应为维修机器的各种部件留出维修所必需的活动空间。
作业空间设计包括：
工作面高度和宽度，作业范围，容膝容脚空间，椅面高度及活动余隙。
工作面高度和宽度：
1.高度：
从人体力学的角度来看，作业者小臂接近水平或稍微下轻放在作业台面上而上臂处于自然悬垂状态，是最适宜的作业操作姿势。
对于装配或书写这样的精细作业，作业台面高度要高于正常位置50～100mm时眼睛接近操作对象便于观察。
90百分位的坐姿肘高为284mm，小腿加足高为405mm，所以工作台高度为284+405+100凑整为800mm。
2.宽度：
工作台面宽度是作业功能要求而定，一般单供靠肘之用，最小宽度为100mm，最佳宽度为200mm。
有材料可知标准为：
297*198*145.5mm，从近身作业考虑桌面宽度为420mm,所以作业者桌面宽度为720mm。
长度：
容器外形尺寸297*198*145.5mm，考虑每个工位有两个零件和每个零件有一个备用储存器，所以作业台长度为305*4=1200mm
作业范围：
作业范围是作业者以立姿或坐姿进行作业时，手和脚在水平面和垂直面内所接触的最大轨迹范围。
我们考虑在每个工位上放置四个物料盘，工人的作业范围包括物料的拿取和组装。
容膝容脚空间：
在坐姿工作台的设计过程中，还要考虑作业者在作业时腿脚都能有方便的姿势，因此在工作台下部就要有足够的空间，这种在工作台下部容纳腿脚的区域称为容膝空间和容脚空间。
椅面高度及活动余隙：
坐姿离不开座椅，因此设计坐姿作业空间要考虑座椅所需的空间及其人体活动需要改变座椅位置等余隙要求。
小腿加足高405mm，所以凳子高度为405+50=450mm，坐姿臀宽为382mm，所以凳长400mm，臀膝距570mm，所以凳宽为300mm。
结合人因工程所学作业姿势与作业空间设计相关知识点设计出的工作台如下所示：
图4工作台示意图
（二）工位的设计
工位布局主要设计构想:
根据工时测定数据的计算可以将90732A的装配工艺划分为5步进行装配作业。
采取人工手动装配的作业方式。
采用U型生产线，使生产流程的出口和入口尽可能靠近，并按顺时针布置以方便作业员在生产线内移动安装时使用右手做各项活动。
操作员位于U形线内部，以减少员工的移动距离，外部空间为物料配送员进行配送工作。
由于零件不大且不需要员工经常活动，因此为员工配备圆形可调节带滑轮的转椅，坐立操作。
结合工作台的大小以及物料箱的大小，我们确定了各个工位的所需的配件以及所需的物料箱数，综合考虑操作工人以及物料配送情况，绘制出了每个工位的工位图，工位图中每个工位上物料摆放的方向以及数量如下图所示：
图5工位设计图
（三）作业单元布置
作业单位对物流强度等级应以承担物流量的比例或者物流路线的比例大小.为标准，一般分为超强、特强、较大、-般、可忽略搬运五种物流路线，以字母A、E、I、O、U表示，物流强度等级比例划分参照表。
表11物流强度等级比例划分参照表
物流强度等级
符号
物流路线比例（%）
承担的物流量比例（%）
超强
A
10
40
特高
E
20
30
较大
I
30
20
一般
O
40
10
可忽略搬运
U
分析各作业单位的物流量和物流强度等级比例划分表，并划分物流强度等级，绘制物流强度分析表如下所示：
表12物流强度分析表
在SLP中，产品P、产量Q、工艺过程R、辅助服务部门S以及时间T是影响工厂布置的基本要素。
在评价作业单位非物流相互关系时，首先制定出一套“基准相互关系”，作业单位之间的相互关系通过“基准相互关系”来确定。
设施的布局不能光依赖于物流分析，还需要考虑人员的生产行政办公等非物流因素的影响。
因此画出的非物流相关图如下所示：
表13非物流强度分析表
根据物流相互关系表结合物流相互关系表以及非物流相互关系表合并成综合相互关系表。
综合相互关系表如下所示：
表14综合相互关系表
在BLP中，主要由综合相互关系表和综合接近程度分值两个权重形成车间设施的平面方案。
为了让图像更直观，一般用连线数量表示各个作业单元的相互关系，其中用实线表示各作业单位相对位置应该彼此接近，且关系越近则表示的实
线越多。
平面布置图如下所示：
图6平面布置图
该厂房的基本特点是总体面积较大，卫生间和楼梯间位置已经确定。
为了尽可能提高手电简生产的产能:
应将主要区域用于手电筒的组装生产使用，仓库应尽可能靠近厂房大门。
为了便于管理，应将员工通道大门和物流通道大门区分开。
绘制的厂房整体布局图如下所示;
图7整体布局图
（四）产能计算
由给定的工作条件:
每日工作时间为510min,其中含有午休45分钟，上午休息15分钟，下午休息15分钟，早会10分钟。
计算可得每日的有效工作时间：
510-45-15-15-10=425min
年工作日250天，单班生产。
大小手电筒的产能比为5：
1，则大手电筒每天生产350min，小手电筒每天生产70min。
大手电筒单条产线日产能350min*60/30.86s/件=680件，年产能为：
680*250天=170000件。
小手电筒单条产线日产能为70min*60/30.86s/件=136件。
年产能为：
136*250天=34000件
生产时间/min
单条产线日产能/件
单条产线年产能/件
大手电筒
350
680
170000
小手电筒
70
136
34000
通过工时数据的测算，按照题目条件给定的初始工位布局下，
一人完成90732A型手电筒的全部装配作业所需总时间为131.40秒/件，当前单条装配线产能为19406件/天。
一个人完成90731A型手电筒的全部装配作业所需总时间为72.51秒/件，当前单条装配线产能为35167件/天.
三、厂区物流设计
（一）物流路径
工厂设计的4条物流主路径：
第1条主路径由原材料仓库至灯头装配区，给出的是外部外购零部件。
第2条主路径由零件加工区将加工好的中筒运至灯头装配区与外购零部件进行装配。
在第3条主路径由灯头装配区运送至大手电筒总装区用的是已装配好的手电筒。
第4条路径由大手电筒总装区将包装好的手电筒运至成品区进行存储。
（二）补货搬运
在机加工车间存在补货需求时，由AGV小车带动货架，移到数控车床旁的原材料暂存区处，为操作人员提供原材料。
（三）原材料搬运
前移式叉车起重量较小，往往采用电动机进行驱动。
电动前移式叉车具有机动灵活搬运原材料、操纵轻便、无污染、低噪音等特点。
考虑到手电筒的零件装配路线及经济环保我们选择前移式叉车集平衡重式电动叉车进行原材料的搬运。
前移式电动叉车
（四）原材料和成品区的储存设备
在原材料和成品区的储存上我们采用托盘式货架，该货架在国内的各种仓储
货架系统中最为常见。
手电筒属于少品种大批量物品，刚好满足了这一要求。
因此，我们选用托盘式货架。
（五）辅助设备
设备分类
设备名称
通风，照明，除湿工具
除湿机，照明灯，抽风机
检验设备
电子秤，游标卡尺，螺旋测微仪，工业天平
消防设备
消防栓，灭火器
表15辅助设备
四、可行性分析
单单有上面的设想和理论知识是不行的，为此我们要借助西门子仿真软件对我们所设想的手电筒工厂的加工厂进行了模拟运行来验证技术上的可行性，对手电筒进行产品的市场分析。
（一）技术可行性
如何能在一定的面积内对大手电筒总装区、小手电筒总装区、灯头装配区、原材料仓库、成品仓库、机加工车间、喷漆车间及一些辅助设备房（如修理工具房、搬运工具房、办公室）还有一些辅助设备（如AGV小车）进行技术分析是一个技术问题。
为此，我们对上述的设想进行了可行性分析，相关分析结果如图七图八所示：
图8
图9
综合以上，我们分析出功能区利用率高，设计合理，技术性上是可行的。
（二）市场需求可行性
根据市场调研及一些相关数据的搜索，我们对生产的这种手电筒进行了产品优势分析。
该手电筒在性能方面拥有超亮LED光源，超长使用寿命，而且该手电筒是轻质铝合金，具有轻便携带的功能。
更重要的是该手电筒用途十分广泛，可用于工业、安保、户外及家庭生活方面。
综上，我们得出该手电筒在市场需求上是可行的。
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