本文是一篇工业工程论文，本文以A企业曲轴加工车间为研究对象，在车间设施布局中考虑作业人员工作负荷因素，对车间作业人员的工作负荷进行评估量化。以物流成本因素和工作负荷因素最小化为目标构建车间设施布局优化模型并进行求解，得到综合物流成本和工作负荷累积值最小的布局方案。
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
随着“十四五规划”的提出，推动制造业高质量发展、加快“制造强国”建设，需要推进制造业各类生产要素的优化配置。建设制造强国以制造工厂为载体，车间的设施布局是建设制造工厂的重要基础之一，对生产成本、生产效率和准时交付有重大影响。企业虽然可以根据不同产品需求，动态调整生产车间布局，但是由于生产品种增多，车间物流路线的复杂程度相应增加，车间作业人员的作业复杂程度也会增加。若在车间布局设计时考虑不全面，不仅影响车间物流效率和准时化生产，还会增加车间作业人员的工作负荷，极大的影响车间作业人员的身心健康，从而引发作业人员职业相关肌肉骨骼疾病和心理问题。因此，保证高效、低成本、舒适的车间布局实现提质增效，则显得尤为重要。
现有研究车间布局问题时，一般考虑的是实现物料的运输距离最短，物流投入成本最低为目标，这类布局问题往往忽略了车间布局上其他因素的影响，如作业人员工作负荷的影响，导致作业人员极易产生疲劳且降低生产效率。车间作业人员作为生产线上的主要组成部分，大部分低自动化、复杂的任务需要作业人员来完成。其心理、生理以及经验等因素会直接影响作业效果，进而影响整个车间的物料配送效率，影响准时化生产。另外，随着客户的需求日益多变，车间作业人员的工作负荷日趋增大，患有职业疾病的概率持续上升。在此背景下，在车间布局问题中考虑工作负荷，合理布局，减少车间作业人员工作负荷，降低生产车间物流成本，既保障了作业人员的身心健康，提高了心理平等感，又为企业提质增效。
1.2 问题提出
本文选取A企业的曲轴生产车间作为整体的研究对象，基于车间现有设备及产品加工信息，进一步改善车间布局现状、减少生产成本以及提升客户满意度，提升企业在行业内的竞争力。通过对车间物流路线分析，作业人员工作满意度调查等，总结出准时交货率低、工作负荷强度大等问题的原因是车间布局不合理。原车间布局方案完全按设计人员的经验进行布置，且物流自动化程度低，依靠作业人员进行设备间的物料运输。在原车间的布局中，忽略了作业人员工作负荷因素，造成车间布局的预期效果和实际生产过程中存在较大差异。本文为了解决这一问题，将作业人员的工作负荷因素考虑到车间布局方案中，重新制定车间布局方案。
本文计划从车间加工现状分析、车间布局优化、数字化模型仿真验证等方面入手，运用人因工程学、最优化理论以及数字化模型仿真等技术实现车间布局的优化，减少物流成本和作业人员工作负荷、保证准时化生产。解决企业当前生产中的问题，提升生产效率，增加企业经济效益。
第2章 A企业曲轴生产线现状及问题分析
2.1 企业概况
本文以A企业为研究对象。A企业于2008年成立，是一家专业从事发动机曲轴和发动机连杆生产的企业。企业主要产品有：摩托车发动机曲轴、各种通用汽油机曲轴和汽车摩托车配件。产品广泛应用于踏板车、沙滩车等电动车型动力以及割草机、绿篱机、油锯、喷雾器等园林工具动力。A企业自成立以来生产量和销售额逐步上升，但随着公司规模越做越大其缺点也渐渐暴露出来，面对多样化的市场需求，公司缺乏科学的管理体系，随之也出现了产能不足、逾期交货、作业人员离职率高等的问题，急需改善和调整。
2.1.1 企业产品介绍
曲轴作为发动机关键部件之一，承担着在曲轴箱内承受复杂交变应力的重要角色。它位于气缸体的曲轴承孔上方，并与气缸体通过瓦盖结合，使用螺栓进行固定。曲轴的主要功能是激活发动机的操作机制和辅助系统，它对发动机寿命及整车性能有着直接且显著的影响。
在结构上，曲轴通常由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块以及前端和后端等多个部分构成，具体示意见图2.1。主轴颈负责支撑整个机体，连杆通过它与活塞相连。曲轴的后端负责将动力传递给汽车的动力传输系统，而前端则驱动发动机的正时系统和冷却系统等辅助系统。这些部件的相互作用确保了曲轴的高效稳定运作，为发动机的正常运行提供了坚实保障。
2.2 A企业曲轴生产车间布局现状分析
在制造业中，车间的产品生产活动扮演着至关重要的角色。深入理解新工艺下产品的生产及其相关物流活动是必不可少的。这包括对车间内部的设施布局和生产过程进行详尽的现场考察。通过分析作业单位之间的物流量、物料搬运的距离、工艺流程以及现场的管理情况，可以有效地识别并解决车间运作中可能遇到的各种问题。
2.2.1 A企业曲轴生产车间布局现状
A企业制造车间内设有12个作业区域，分别是原材料存放区、打编区、粗加工区、半精加工区、油孔加工区、热处理区、滚压区、精加工区、探伤区、抛光区、检查包装区和成品区。每个区域都承担着关键的生产任务，确保曲轴的生产顺利进行。
第3章 曲轴生产车间布局中员工工作负荷的评估 .......................... 12
3.1 车间布局中影响员工工作负荷的评估指标 ................... 12
3.1.1 工作负荷的定义 ..................................... 12
3.1.2 影响工作负荷的因素 ...................................... 12
第4章 考虑工作负荷的车间布局优化模型建立及改进ABC-PSO算法设计 .................... 28
4.1 问题描述 ............................ 28
4.2 数学模型的建立 .......................... 29
第5章 考虑工作负荷的A企业车间布局优化方案设计及工效学仿真分析 ...................... 45
5.1 考虑工作负荷的A企业车间布局优化方案设计 ...................... 45
5.1.1 A企业车间布局相关参数的确定 ........................... 45
5.1.2 企业车间布局优化结果及方案描述 .......................... 48
第5章 考虑工作负荷的A企业车间布局优化方案设计及工效学仿真分析
5.1 考虑工作负荷的A企业车间布局优化方案设计
5.1.1 A企业车间布局相关参数的确
A企业生产加工车间共12台机械加工设备以及其他设备。现车间需生产B12、X13、D10、DN23、C14、K20、L18共7种产品，使用产品名A、B、D、E、F、G代替。共需经过12台设备完成产品加工，生产工艺路径如表5.1所示，生产产品A所需的设备为1、4、9、7、11、12，生产产品B所需的设备为1、4、1、5、8、9，生产产品C所需的设备为1、2、4、7、8、9、12，生产产品D所需的设备为1、4、7、9、11、12，生产产品E所需的设备为6、4、8、9、10、12，生产产品F所需的设备为3、5、2、6、4、8、9、12，生产产品G所需的设备为4、7、4、8、1、11。
第6章 结论与展望
6.1 结论
本文以A企业曲轴加工车间为研究对象，在车间设施布局中考虑作业人员工作负荷因素，对车间作业人员的工作负荷进行评估量化。以物流成本因素和工作负荷因素最小化为目标构建车间设施布局优化模型并进行求解，得到综合物流成本和工作负荷累积值最小的布局方案。本文的结论如下：
(1)对A公司的企业运营状况及其产品的工艺流程进行了详细分析。在此基础上，针对公司当前车间布局进行分析，结果显示车间内各生产单元的布局存在显著的不合理性，这不仅导致了较高的物流成本，而且严重影响了生产效率。此外，当前的布局未充分考虑作业人员的工作负荷，导致作业人员长时间以不合理的姿势工作。这种做法不仅增加了作业人员的身体负担，而且对企业整体效益的提升构成了负面影响。
(2)基于人因工程理论，建立了工作负荷评估框架，涵盖作业姿态、施力负荷、作业难度及心理负荷等关键因素。通过综合运用熵值法和层次分析法，得出一个反映工作负荷的综合指标，该指标准确揭示了工作人员在特定作业环境中所承受的身心健康风险。提出了考虑工作负荷的车间布局数学模型，并设计ABC-PSO算法对模型进行求解，该算法延用PSO算法的更新机制，并针对PSO算法在迭代过程中易于陷入局部最优、收敛速度慢等问题，以Halton序列生成均匀分布的初始解、改进惯性权重动态变化方式以及与ABC算法融合三种方式对其进行改进；并利用算例进行验证，表明本文算法在车间布局优化方面的优越性。
参考文献（略）
