汪 冰 紫克明 于 毅
(①機(jī)械工程學(xué)院淮海工學(xué)院,江蘇連云港222005;②億邁通訊連接器有限公司,江蘇蘇州 220095)
CPU Socket連接器是用在主機(jī)板上,連接CPU與主板的連接器。由于CPU Socket生產(chǎn)工位相對(duì)于其他連接器要多很多,而且無(wú)法全部形成流水作業(yè)的問(wèn)題?,F(xiàn)在采用的是人工傳遞的間歇性的流水作業(yè)。通常在一些工位上都有物料的堆積,而且在一些設(shè)備的運(yùn)用上會(huì)涉及到共享的部分,所以對(duì)裝配線進(jìn)行平衡時(shí)一般都很難做到理想的平衡。連接器的生產(chǎn)中每個(gè)工位的工作差異很大,很多的工位是人工操作,而且由于各個(gè)工位的工時(shí)相差比較大,導(dǎo)致裝配線的平衡性差。對(duì)于電子業(yè)來(lái)說(shuō),由于客戶(hù)產(chǎn)量需求的因素,產(chǎn)量通常是固定的數(shù)量,所以在裝配線的平衡時(shí),節(jié)拍基本是固定的。如果想完全利用調(diào)整節(jié)拍的方式來(lái)平衡,很難提高裝配線的平衡。而工業(yè)工程的裝配線布置,提高關(guān)鍵工位生產(chǎn)能力的平衡方法,以及結(jié)合CELL[14]的方式可以對(duì)組裝線的平衡會(huì)有很大的幫助。
裝配線平衡問(wèn)題[1-2]是生產(chǎn)中要解決的主要問(wèn)題之一。裝配線平衡的方法有兩大類(lèi)型:啟發(fā)式方法和最優(yōu)化方法(數(shù)學(xué)模型法)。盡管數(shù)學(xué)模型法能找到最優(yōu)解,但實(shí)際應(yīng)用時(shí)十分煩瑣,往往一個(gè)很小的問(wèn)題需要構(gòu)造的模型非常大,計(jì)算機(jī)耗時(shí)也較多。啟發(fā)式方法以其簡(jiǎn)便、易懂、快速和滿(mǎn)意贏得了眾多管理人員的信賴(lài)和歡迎,并被廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域。數(shù)學(xué)模型方法與啟發(fā)式方法是難以截然分開(kāi)的,啟發(fā)式內(nèi)部也局部用到了尋求最優(yōu)解的方法。
在計(jì)算技術(shù)和制造技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下,裝配線的平衡問(wèn)題也在進(jìn)步。在計(jì)算技術(shù)的推動(dòng)下,尤其是進(jìn)化算法,如遺傳算法、模擬退火算法、禁忌搜索算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、多智能體技術(shù)(MAS,Multi-agent-system)[7]等,引入裝配線平衡的新技術(shù)和新工具。
現(xiàn)有的775 Socket裝配線的節(jié)拍(Cycle Time)為5.68 s,負(fù)荷系數(shù)為72.19%。累計(jì)生產(chǎn)1顆成品需要的工時(shí)(標(biāo)準(zhǔn)工時(shí))為266.87 s。其負(fù)荷系數(shù)遠(yuǎn)低于一般的手工裝配線的85%的水平。本文通過(guò)采用工業(yè)工程的ERCS(Elimination取消,Combination合并,Rearrangement重排,Simplification簡(jiǎn)化)方法與作業(yè)流程圖相結(jié)合的方法,對(duì)裝配線進(jìn)行研究和改進(jìn),提高了裝配線總體的平衡。在裝配線物料搬運(yùn)量方面,將定量布置的概念引進(jìn),改善了物料的運(yùn)輸量。利用機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)與工業(yè)工程相結(jié)合的方法提高關(guān)鍵工位的生產(chǎn)能力,同時(shí)通過(guò)對(duì)線間庫(kù)存進(jìn)行研究,建立線間庫(kù)存的模型,并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。希望通過(guò)改進(jìn)將現(xiàn)有裝配線的平衡提高,達(dá)到85%的水平,同時(shí)裝配工時(shí)可以減少。
Socket 775產(chǎn)品主要有39個(gè)工位組成,在主流程外有2個(gè)支流程:組裝上鐵殼和組裝下鐵殼。在整個(gè)組裝過(guò)程中難點(diǎn)為插針,以及過(guò)回焊爐工位。因?yàn)檎麄€(gè)裝配線的工位較多,不管在流程方面還是在作業(yè)方法上都存在一些問(wèn)題,具體如下表述:
(1)對(duì)于在流程中檢測(cè)搖桿尺寸的工位,由裝配線100%檢查,修改放到供貨商沖壓段進(jìn)行100%的檢測(cè),同時(shí)修改適當(dāng)?shù)陌b方式使搖桿在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中不會(huì)變形。為了控制品質(zhì),IQC進(jìn)行抽檢。
(2)塑料打點(diǎn)工位是為了區(qū)別有鉛和無(wú)鉛的產(chǎn)品,可以通過(guò)塑料模具的適當(dāng)修改增加凸點(diǎn)的方式來(lái)處理。
(3)O/S,HIPOT測(cè)試的工位,原本是兩臺(tái)設(shè)備在分別測(cè)試,中間會(huì)有一些在制品,我們可以通過(guò)適當(dāng)?shù)男薷脑O(shè)備,將每臺(tái)設(shè)備修改為一臺(tái)設(shè)備通過(guò)繼電器完成測(cè)試的切換,節(jié)省了取放的時(shí)間,同時(shí)減少了在制品的數(shù)量。
(4)對(duì)于裝配線的檢查的工位,我們采用將不同檢查項(xiàng)目分為不同的人員在檢查,目的是增加人員的檢出比率,這樣會(huì)存在工時(shí)平衡時(shí)損失工時(shí)的情況。
因?yàn)楝F(xiàn)有廠房為租借的廠房,每棟廠房有兩層,每層面積在1 000 m2左右,每棟的廠房的總面積大約在2 000 m2。設(shè)備布置主要是以設(shè)備的類(lèi)型進(jìn)行,同時(shí)兼顧作業(yè)流程,插針機(jī)統(tǒng)一放到2樓,回焊爐、植球機(jī)、平面度檢測(cè)機(jī)放到1樓。
采用按設(shè)備類(lèi)型來(lái)布置的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備的維修、保養(yǎng)、操作人員的管理以及產(chǎn)量的比較都比較容易管理。
因?yàn)槭亲饨璧膹S房,空間上在最初的設(shè)備布置(layout)[1]有一些場(chǎng)地的約束,共享設(shè)備的約束問(wèn)題[1],例如植球機(jī)、回焊爐要放到溫度容易控制,有抽風(fēng)裝置的位置,同時(shí)要有大容量電源的地方,所以因?yàn)檫@些場(chǎng)地的約束,位置只能固定到F棟的1樓的左手邊,同時(shí)因?yàn)橄嚓P(guān)的CPU Socket的其他類(lèi)型的產(chǎn)品也要使用回焊爐、植球機(jī)、ICOS檢測(cè)平面度。將他們定義是場(chǎng)地約束,共享設(shè)備的約束[1]。
生產(chǎn)的產(chǎn)品一般都是面向固定的客戶(hù),在產(chǎn)量上屬于較固定的裝配線類(lèi)型,所以當(dāng)裝配線的流程比較長(zhǎng)的時(shí)候,在平衡上比較不容易做到很好的平衡。組裝原料塑料和端子均為我們公司自己生產(chǎn),根據(jù)業(yè)務(wù)的銷(xiāo)售狀況,我們的生產(chǎn)數(shù)量要求在300 t/月,從裝配線的類(lèi)型來(lái)看,屬于第一類(lèi)裝配線平衡問(wèn)題。如果裝配線的產(chǎn)量大幅提高時(shí),將沒(méi)有原料生產(chǎn),存在前后制程的約束問(wèn)題。所以要求裝配線的每天含加班10 h的生產(chǎn)數(shù)量在6 t/班,也就是5 000~6 000 t/8 h。從優(yōu)化的角度來(lái)說(shuō)也屬于第三類(lèi)裝配線平衡問(wèn)題的研究。所以在進(jìn)行研究中,將裝配線的產(chǎn)量作為約束來(lái)處理[12]。
改善前的節(jié)拍(Cycle Time)為5.68 s,負(fù)荷系數(shù)為72.19%。累計(jì)生產(chǎn)1顆成品需要的工時(shí)(標(biāo)準(zhǔn)工時(shí))為266.87 s。其負(fù)荷系數(shù)遠(yuǎn)低于一般的手工裝配線的85%的水平。
現(xiàn)有的裝配線的平衡性不好,主要因?yàn)檎麄€(gè)裝配線的節(jié)拍已經(jīng)確定,同時(shí)工位很多,各個(gè)工位的工作內(nèi)容相差很大,所以在之前的平衡中,工程師基本也采取CELL的相關(guān)做法,將人力的部分分兩個(gè)工位來(lái)共享,但是還是出現(xiàn)整個(gè)裝配線平衡性不好的問(wèn)題。
裝配線的瓶頸工位主要集中在挑塑料工位,自動(dòng)機(jī)插針工位、檢查工位、O/S測(cè)試工位、HIPOT測(cè)試工位和終檢工位。同時(shí)時(shí)間較少的工位,主要為吹風(fēng)工位和打點(diǎn)工位。
每個(gè)工位的工作的時(shí)間相差較大,不僅對(duì)公司的成本有一定的浪費(fèi),而且因?yàn)槊總€(gè)工位的勞動(dòng)強(qiáng)度相差很多,會(huì)造成作業(yè)人員認(rèn)為工作分配的不合理性和不公平,如果處理得不好,會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響。
具體改進(jìn)的內(nèi)容及方法說(shuō)明如下(如圖1、圖2),主要采用ERCS的方法和CELL的方法來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的作業(yè)方法。
(1)對(duì)于搖桿檢測(cè)工位,原來(lái)的做法為在裝配線在線檢測(cè),這樣的做法是要保證搖桿在使用時(shí)不良數(shù)小于0.01%,因?yàn)槌^(guò)此標(biāo)準(zhǔn)客戶(hù)會(huì)反映我們的產(chǎn)品有異常。在做此裝配線的流程評(píng)估的時(shí)候,將此工位去掉,取代的方法為將原有的抽樣計(jì)劃[2]采用加嚴(yán)抽樣的方式,同時(shí)要求廠商在供料前要百分之百檢具檢測(cè),以及將包裝的方式由塑料袋包裝修改為固定數(shù)量的紙盒包裝,并確定每個(gè)最小包裝的數(shù)量,通過(guò)這些改進(jìn)可以將搖桿檢測(cè)的2個(gè)工位做刪除處理。
(2)對(duì)于裝配線吹風(fēng)工位,整條裝配線有3處,吹風(fēng)的主要目的為吹掉半成品上的塑料屑,半成品的托盤(pán)面上如果有塑料屑,會(huì)引起植球的焊接不良,其他工位的塑料屑主要為外觀的考慮。所以沒(méi)有必要對(duì)所有的產(chǎn)品都做一遍吹風(fēng)的動(dòng)作,可以針對(duì)檢查有問(wèn)題的半成品進(jìn)行處理。就可以將吹風(fēng)的工位做刪除的動(dòng)作,同時(shí)做好車(chē)間的防塵工作。
圖1 改善前的作業(yè)流程分析
圖2 改善后的作業(yè)流程分析
(3)對(duì)于原有的檢查工位,原有流程的做法為了增加檢查比率[3],將目檢按大約工時(shí)分為3個(gè)目檢人員,每個(gè)人檢查自己負(fù)責(zé)的不良。比如檢測(cè)PIN面不良的人員只負(fù)責(zé)檢查PIN面不良,檢查球面不良的只檢查球面的不良??梢越Y(jié)合CELL的方法,通過(guò)人員的培訓(xùn)將工作由一人完成整個(gè)產(chǎn)品的缺陷檢查[4]。
改善前的流程分析:第一個(gè)檢查人員取一顆半成品→放到放大鏡進(jìn)行單項(xiàng)的檢查→檢查的良品放到周轉(zhuǎn)的托盤(pán)中→第二個(gè)檢查人員取半成品→放到放大鏡進(jìn)行單項(xiàng)的檢查→檢查的良品放到周轉(zhuǎn)的托盤(pán)中→第三個(gè)檢查人員取半成品→放到放大鏡進(jìn)行單項(xiàng)的檢查→檢查的良品放到周轉(zhuǎn)的托盤(pán)中。
改善后的流程:3個(gè)檢查人員同時(shí)取半成品→放到放大鏡進(jìn)行全部項(xiàng)目的檢查→檢查的良品放到周轉(zhuǎn)的托盤(pán)中。
在上述的改善中,結(jié)合了CELL的一人屋的方法,增加了人員的培訓(xùn)。同時(shí)改善后的總檢查工時(shí)是不變的,但是減少了2次人工取放半成品的時(shí)間,節(jié)省了流程時(shí)間,同時(shí)檢查也屬于瓶頸工位或接近瓶頸的工位,這樣的改善對(duì)后面的整條裝配線的平衡改善也有很大的幫助。存在不足的是增加了操作人員的培訓(xùn)時(shí)間。
(4)流程中的O/S電測(cè),HIPOT電測(cè)工位接近瓶頸的工位,通過(guò)流程的合并以及CELL的方法將工位進(jìn)行合并,減少作業(yè)時(shí)間,同時(shí)改善裝配線的平衡狀況。
改善前的設(shè)備分析:HIPOT(HIPOT測(cè)試為高壓測(cè)試,O/S測(cè)試為導(dǎo)通測(cè)試)設(shè)備操作人員取一顆半成品→放到HIPOT測(cè)試機(jī)的測(cè)試位置→雙手按激活按鈕→設(shè)備測(cè)試夾具汽缸開(kāi)始動(dòng)作→夾具到達(dá)位置設(shè)備開(kāi)始檢測(cè)→測(cè)試完成后設(shè)備氣缸回到原點(diǎn)→操作人員將半成品取出,放入周轉(zhuǎn)的托盤(pán)→O/S設(shè)備操作人員取一顆半成品→放到O/S測(cè)試機(jī)的測(cè)試位置→雙手按激活按鈕→設(shè)備測(cè)試夾具氣缸開(kāi)始動(dòng)作→夾具到達(dá)位置設(shè)備開(kāi)始檢測(cè)→測(cè)試完成后設(shè)備氣缸回到原點(diǎn)→操作人員將半成品取出,放入周轉(zhuǎn)的托盤(pán)。
通過(guò)設(shè)備的適當(dāng)?shù)男薷模美^電器和程序去切換測(cè)試的種類(lèi)(HIPOT測(cè)試,O/S測(cè)試)繼電器進(jìn)行切換的時(shí)間不超過(guò)0.2 s。
改善后設(shè)備分析:設(shè)備操作人員取一顆半成品→放到測(cè)試機(jī)的測(cè)試位置→雙手按激活按鈕→設(shè)備測(cè)試夾具氣缸開(kāi)始動(dòng)作→夾具到達(dá)位置設(shè)備開(kāi)始HIPOT檢測(cè)→HIPOT測(cè)試完成后通過(guò)程序和繼電器自動(dòng)切換O/S測(cè)試→完成后設(shè)備氣缸回到原點(diǎn)→操作人員將半成品取出,放入周轉(zhuǎn)的托盤(pán)[5]。
比較改善前后,減少了一次產(chǎn)品的取放,一次雙手按按鈕的時(shí)間,而增加了0.2 s左右的設(shè)備的切換的時(shí)間。在此工位仍然使用2臺(tái)設(shè)備,但是工時(shí)有了減少,同時(shí)設(shè)備的系統(tǒng)由串聯(lián)2個(gè)工位轉(zhuǎn)化為并聯(lián)同一個(gè)工位,增加了整個(gè)裝配線的穩(wěn)定度。
(5)打點(diǎn)的工位主要目的是為了區(qū)別產(chǎn)品是有鉛產(chǎn)品還是無(wú)鉛產(chǎn)品,通常按產(chǎn)品的區(qū)別方式來(lái)說(shuō),可以采用標(biāo)記、噴碼、料號(hào)等方式來(lái)做標(biāo)示。打點(diǎn)的方式雖然可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)示的作用,但不論從裝配線平衡的角度還是從節(jié)省人力的角度都是不經(jīng)濟(jì)的。
在模具上增加一個(gè)凸點(diǎn),模具上采用強(qiáng)制脫模的方法,花費(fèi)很小的模具修改費(fèi)用,就可以解決產(chǎn)品標(biāo)示的問(wèn)題??赏ㄟ^(guò)修改模具將打點(diǎn)工位刪除。
(6)刷助焊劑后檢查工位是來(lái)確認(rèn)產(chǎn)品要植球的775點(diǎn)是否都有助焊劑,如果要植球的點(diǎn)沒(méi)有助焊劑,將沒(méi)有辦法焊接對(duì)應(yīng)的錫球,變成不良品。改善前裝配線的布置對(duì)此特別要求要逐個(gè)檢查。產(chǎn)品刷助焊劑每次刷5顆半成品,也就是775×5=3 875個(gè)點(diǎn),所以在前期生產(chǎn)的時(shí)候?qū)Υ斯の皇菚?huì)格外注意檢查助焊劑。
當(dāng)量產(chǎn)到一定量的時(shí)候,可以通過(guò)定期確認(rèn)轉(zhuǎn)印探針的狀況將可能產(chǎn)生的不良的狀況事先消除。同時(shí)請(qǐng)品保的人員在確認(rèn)助焊劑重量的時(shí)間,同時(shí)確認(rèn)產(chǎn)品的點(diǎn)位是否正常。經(jīng)過(guò)這些改變,可以將本工位刪除。
物料的運(yùn)送是一項(xiàng)搬運(yùn)工程,如何作到物料搬運(yùn)量最小,成了我們要解決的問(wèn)題。首先對(duì)裝配線布置進(jìn)行了研究。
一般來(lái)說(shuō)裝配線布置為直線方式,或者U型裝配線,是將搬運(yùn)的距離作到最短的方法之一。針對(duì)幾個(gè)主要的地方進(jìn)行了設(shè)備布置的改進(jìn)。
(1)改善前的布置將裝配線布置在兩層樓,變成必須要大量的搬運(yùn)的工作。改進(jìn)的方法是將socket 775的整個(gè)產(chǎn)品的所有工位統(tǒng)一放到一樓,這樣會(huì)比較容易形成U型裝配線的布置,有利于最大程度地減少搬運(yùn)的距離,做到距離最短。
(2)植球間原來(lái)的布置存在的問(wèn)題為產(chǎn)品從門(mén)進(jìn)來(lái)后,進(jìn)行各個(gè)工位的加工,不能直接流出,還要從開(kāi)始流入的地方再流出,因?yàn)橛袎Ρ诘年P(guān)系,沒(méi)有辦法形成U型裝配線。我們經(jīng)與廠務(wù)確認(rèn),此墻并不是承重墻,所以我們?cè)趬ι祥_(kāi)了一個(gè)門(mén),這樣我們便可以基本形成U型[6]的裝配線。改善后的物料流動(dòng):裝配線領(lǐng)料員領(lǐng)料→直接到插針工位→插針后段,植球前段→經(jīng)前門(mén)→植球→經(jīng)新開(kāi)的后門(mén)→植球后段→平面度檢測(cè)。改善后的流程,不僅實(shí)現(xiàn)了CELL生產(chǎn)的U型裝配線,而且整個(gè)流程物料運(yùn)送的距離也大大減少。
4.1.1 對(duì)插針工位的研究和改善
對(duì)于裝配線平衡的改善,首先進(jìn)行了流程的改進(jìn),接下來(lái)要對(duì)原有的瓶頸工位以及接近瓶頸工位的工位進(jìn)行研究和改進(jìn)。
對(duì)于插針的工位的時(shí)間為5.50 s,基本接近瓶頸工時(shí),因?yàn)榱鞒痰母倪M(jìn),檢查工位由之前的瓶頸工位轉(zhuǎn)變成一般工位,插針工位則變成了瓶頸工位。對(duì)于瓶頸工位的平衡,一般平衡的手法為增加設(shè)備而將工時(shí)變低,這樣可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行平衡的改進(jìn),增加了一臺(tái)設(shè)備,同時(shí)也增加了人員,整個(gè)組裝的人數(shù)變多,這樣整體的工時(shí)將減少不多。現(xiàn)有的插針機(jī)如果可以通過(guò)改進(jìn)來(lái)提高機(jī)器的組裝速度,從經(jīng)濟(jì)上講是最節(jié)省的。所以如何減少插針工位的工時(shí)變成一個(gè)首選的改進(jìn)方向。同時(shí)采用IE的手法與機(jī)械設(shè)計(jì)立輪相結(jié)合的方法,是很好的方向。
4.1.2 經(jīng)過(guò)流程改進(jìn)簡(jiǎn)化及設(shè)備改進(jìn)后的平衡狀況
改善后的節(jié)拍(Cycle Time)為4.78 s,負(fù)荷系數(shù)為82.34%。累計(jì)生產(chǎn)1顆成品需要的工時(shí)(標(biāo)準(zhǔn)公式)為181.64 s。產(chǎn)量在6 t,滿(mǎn)足300 t/月的產(chǎn)量,其負(fù)荷系數(shù)也與一般的手工裝配線的85%[7]的水平相差不多,基本達(dá)到要求。
改善后的3條流程的節(jié)拍,裝配線平衡性,生產(chǎn)工時(shí)如下:
a線:節(jié)拍為4.78 s;裝配線負(fù)荷系數(shù)為84.30%;生產(chǎn)的工時(shí)為157.74 s。
b線:節(jié)拍為4.16 s;裝配線負(fù)荷系數(shù)為89.40%;生產(chǎn)的工時(shí)為12.48 s。
c線:節(jié)拍為4.17 s;裝配線負(fù)荷系數(shù)為90.00%;生產(chǎn)的工時(shí)為8.34 s。
如果可以在裝配線放置一定數(shù)量的庫(kù)存,我們就可以將主流程與支流程的工時(shí)差異節(jié)省下來(lái),來(lái)處理例如rework之類(lèi)的事情,節(jié)省組裝的工時(shí)。修改后的流程不論是節(jié)拍,裝配線的負(fù)荷系數(shù),生產(chǎn)工時(shí)都有改善。改善后實(shí)際組裝一顆成品需要的工時(shí)為178.56 s,節(jié)省 181.64 - 178.56=3.08 s/顆[8]。改善后主流程的工時(shí)平衡狀況如圖4所示。
將裝配線進(jìn)行了分割之后,如果建立一些裝配線的線間庫(kù)存,就可以將主流程與支流程存在的節(jié)拍差異,通過(guò)適當(dāng)?shù)膸?kù)存,將這些零散的工時(shí)化零為整,加以應(yīng)用的話,便可節(jié)省部分的人力,同時(shí)減小員工之間的勞動(dòng)強(qiáng)度差異,使勞動(dòng)者之間勞動(dòng)量大致相等。
裝配線的平衡問(wèn)題,是大批量生產(chǎn)企業(yè)的一個(gè)典型的問(wèn)題。裝配線的平衡率直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率。
本文介紹了775 CPU Socket裝配線的裝配線平衡的改善和研究。通過(guò)采用ERCS的方法以及CELL的方法,刪除了部分工位,合并了部分工位,簡(jiǎn)化了部分工位,從而提高了裝配線的平衡。通過(guò)采用U型裝配線的布置,減少了物料的搬運(yùn)量,對(duì)裝配線的平衡有一定的幫助。采用機(jī)械凸輪與計(jì)算器輔助軟件CAD相結(jié)合的方法,對(duì)凸輪的設(shè)計(jì),主要為時(shí)間順序的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn),提高了關(guān)鍵工位的生產(chǎn)能力,同時(shí)提高了組裝線的平衡性。對(duì)流程進(jìn)行改進(jìn),將主流程與支流程分開(kāi)生產(chǎn),進(jìn)一步提高主流程和支流程的組裝線的平衡。同時(shí)通過(guò)建立合理的主流程與支流程之間的庫(kù)存量模型,可以將工時(shí)節(jié)省下來(lái),確實(shí)提高組裝線的平衡。通過(guò)的改善,775 CPU Socket的裝配線平衡有了很大的提升。
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