基于人因工程的机加车间设施布局优化研究

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《中国制造2025》和“十四五规划”中提出要加快“制造强国”建设,“制造强国”建设以制造工厂为载体,车间的设施布局是建设制造工厂的重要基础之一,在车间设施布局中考虑人因工程,使人机协调高效工作,体现以人为本的理念。本文以机加车间为研究对象,在车间设施布局中考虑人因因素,对设施间的人因负荷进行评估量化。以物流成本和人因成本最小为目标,构建车间设施布局优化模型并运用改进遗传算法求解,得到综合考虑物流和人因成本的总成本最小的布局方案。本文的研究为机加车间设施布局问题提供了新的解决思路,给出了综合考虑物流成本和人因成本进行优化的方案。论文的主要研究内容体现在以下三个方面:(1)对机加车间设施间的人因负荷进行评估。通过查阅文献分析影响机加车间布局的人因因素,确定影响因素为体力负荷与脑力负荷,并建立机加车间设施布局人因负荷评估体系。将体力负荷由体力劳动强度表示,脑力负荷由主观负荷评估值表示。对于体力劳动强度的量化,根据机加车间实际情况,运用肺通气量法对体力劳动强度中的能量代谢率进行测算,运用快速上肢评价法(RULA)对体力劳动强度中的姿势评分法进行改进,使姿势评分更加全面;对于脑力负荷的量化,根据机加车间搬运工作的特点,对主观负荷评估法(SWAT)进行修正以适应机加车间的实际情况,使用SWAT量表测定操作者脑力负荷,将体力和脑力负荷加权得到设施间的综合人因负荷。(2)提出运用系统布局规划法(SLP)优化和增加进化逆转操作的改进遗传算法求解模型优化的两阶段优化方法。首先运用SLP方法对布局进行优化,得到初步优化方案,再建立综合考虑物流、人因成本最小为优化目标的设施布局优化数学模型,把SLP方法得到的方案作为初始解,运用增加进化逆转操作的改进遗传算法对模型求解。(3)以W公司机加车间布局为例,结合相关参数,设计优化布局。首先对设施间综合人因负荷进行计算,再使用SLP方法对车间设施布局进行优化,得到初步优化方案,然后将SLP方法得到的优化方案作为初始解,使用改进遗传算法对以物流成本、人因成本两个因素最小为优化目标的数学模型进行再次优化求解。最后对求解结果进行分析,分别比较原布局、SLP优化布局、只考虑物流成本、只考虑人因成本、综合考虑物流和人因成本五种情况下的布局综合成本,结果表明综合考虑物流与人因成本的布局方案为最优方案,证明了本文综合考虑物流与人因因素进行优化布局方法的有效性。
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