基础工业工程

基础工业工程基础工业工程 主要内容 概论概论 方法研究方法研究 作业测定作业测定 生产线平衡生产线平衡 1 概论 1.1 工业工程概述工业工程概述 1.2 生产及生产系统生产及生产系统 1.3 提高生产率的途径提高生产率的途径 1.4 工作研究概述工作研究概述 1.1 工业工程概述工业工程概述 IE的定义 IE是对人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进 行设计、改善和配置的一门学科。它综合运用数学、物理学 和社会科学方面的专门知识和技术，以及工程分析和设计的 原理和方法，对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价 。 AIIE（ 1955） 定义的说明 v 研究的对象 不是一般孤立事物，而是一个系统（其中人是 主体）； v 研究的手段 综合运用系统理论、运筹学、工程分析等知识 和技术； v 研究的目标 是通过不断改进和优化系统，产生最佳综合效 益。 IE的目标 v 美国大百科全书 （ 1982年版）提出， IE是对一个组织 中人、物料和设备的使用及其费用做详细的分析研究，这 种工作由 IE工程师完成，目的是使组织能够提高生产率、 利润率和效率。 v 著名 IE专家 P.希克斯博士指出， IE的目标就是设计一个生 产系统及该系统的控制方法，使它以最低的成本生产具有 特定质量水平的某种或几种产品，并且这种生产必须是在 保证工人和最终用户的健康和安全的条件下进行。 v 因此， IE的目标就是 ： 使生产系统投入的要素得到有效利 用，降低 成本 ，保证 质量 和安全，提高 生产率 ，获得最佳 效益。 IE的功能 规规 划划 确定一个组织在未来指定时间 内所应采取的特定行动， IE的规 划着重于技术发展方面的规划 设设 计计 IE的设计不是一般的机器设计 ，而是着重工程系统方面的设计 ，包括系统整体和部分设计、概 念设计及具体工程项目设计等。 评评 价价 对现有各种系统规划、设计方 针及人事组织的绩效作出评定， 为高层决策者提供具有科学根据 的资料，避免决策失误。 创创 新新 改进现有的各个系统，提出 崭新的、富有创造性和建设性的 方案，已达到最佳的运作效果。 IE的内容 IE 内 容 体 系 人因与效率工程 工作研究 工效学 组织设计 人力资源开发与管理 生产及其制造 系统工程 设施规划与物流分析 现代制造工程 生产计划与控制 质量管理与可靠性 现代经营工程 工程经济 工业设计 企业战略管理 工业系统分析 方法与技术 量化分析方法 计算机系统技术 工业工程的产生与发展工业工程的产生与发展 n 产生动因 科学技术： 20世纪初进入电动机时代 生产力：福特生产线 经济形态： 18-19世纪完成工业资本积累 （见下图） 自然经济自然经济 市场经济 科 技 生 产 力 经 济 形 态 1910 工业工程产生工业工程产生 2000 奴隶社会 封建社会 资本主义、社会主义 共产主义 200年差距 作作 坊坊 式式 生生 产产 自然经济自然经济 大量流水和 成批生产 多品种 小批量 市场经济 产品经济 蒸汽机蒸汽机 电 动 机 信息 技术 1900 1980 产品 经济 科学管理，系统管理，现代管理 计划 经济 科学管理 系统管理 现代管理 t 传统管理 中 国 以泰勒制为代表的科学管理的产生，反映了三个问题： 科学管理产生于制造企业现场管理 科学管理主要是解决如何提高生产率、降低成本 科学管理产生于市场经济环境下 工业工程的发展 科学管理 工业工程 现代 IE 组织行为 科学 管理理论 丛林 现代管理 哲理管 理技术 依次经过三个阶段：依次经过三个阶段： 科学管理、系统管理、现代管理科学管理、系统管理、现代管理 科学管理阶段科学管理阶段 19111945 特点特点 管理成为科学 管理成为职业 代表技术代表技术 福特：流水生产线 泰勒：时间研究、 “公正的一天 ”、计件、定额 吉尔布雷斯： 动作研究、电影法、方法研究（操作方法、流 程分析） 甘特图 科学管理科学管理 +行为科学行为科学 系统管理阶段系统管理阶段 19451980 行为科学、组织理论、管理理论丛林 运筹学、系统工程、计算机应用 生产领域形成三种典型生产形式 大量流水 成批生产 单件小批 科学管理科学管理 + 行为科学行为科学 + 系统管理系统管理 现代管理阶段现代管理阶段 1980现在现在 信息时代 计算机为代表的信息技术的应用 市场全球化 、无国界化、多品种小批量 新的管理模式： 柔性生产系统 FMS， 计算机集成制造系统 CIMS 丰田生产方式 TPS 敏捷制造 泰勒制及后来发展的现代工业工程泰勒制及后来发展的现代工业工程 是经济发展过程中实现管理现代化所不是经济发展过程中实现管理现代化所不 可缺少的内容与阶段。可缺少的内容与阶段。 IE与相关学科的关系 台湾清华大学的陈茂生教授的比喻（下图） A D A B D C C B 将生产力比作水桶中的水 (D)，专业工程技术比作水 桶的一个耳子 (A)，而工业工程应是另一个耳子 (B)， C为 管理。管理目标是多提水，但如果缺乏工业工程，水桶 只有一个耳子 (A)，技术上再下功夫，也只能提出半桶水 ，不可能提满水。 IE技术人员的知识结构要求 v 工程技术知识 （如机械工程、电气工程等专业理论和应用技术） v 基础 IE知识 （方法研究、作业测定、设施规划与设计、物料搬运、质量 管理等） v 数学与统计学知识 （包括应用数学、概率论与数理统计、统计学等） v 经济学知识 （包括工程经济、会计学特别是成本会计等） v 经营管理知识 （包括经营学、市场学、生产管理、物资管理、组织与行 政管理等） v 管理科学知识 （包括 SE， OR，模拟技术、预测和决策理论等） v 人类和社会科学知识 （包括工业心理学、人类工程学、组织行为学等） v 计算机科学与信息技术 （包括计算机应用、 MIS、网络、数据库等） 总之， IE技术人员需要懂得广泛的技术和管理知识，与其他专业工程技 术人员相比，要求 IE技术人员的知识面更宽，但掌握专业知识的深度则 不及专业工程技术人员。 1.3 提高生产率的途径提高生产率的途径 经济学上用 生产率 （ Productivity）来度量生产系统的转换功 能，表示生产要素的使用效率。 生产率 =产出 /投入 生产率的提高主要取决于生产过程中如何有效地发挥生产要素 的作用，提高其使用效率。例如 : v 改进生产技术 v 提高企业管理水平 v 提高劳动者的素质 v 增加生产要素的投入 人们为生产率所做的努力集中表现为 改进生产技术 和 采用科学 的管理方法 两个方面。 工业工程就是把 技术 和 管理 有机地结合起来，研究如何将生产 要素组成生产力更高和更有效运行的系统，实现提高 生产率 目 标的工程学科。 提高生产率的途径提高生产率的途径 企业外部要素法：是一种间接途径 如国内外市场规模、市场需求的变化、生产要素的变动性、 原材料的质量和适用性、有效的培训机制等 企业内部方法：是一种直接途径，实际上主要是 IE范畴的方 法，例如 v工厂布置、机器和设备 v成本会计和降低成本的技术 v生产的组织、计划和控制 v人事策略 IE的应用：其目标是提高系统的 总生产率 ，所有 IE技术都是 提高生产率的直接手段。 1.4 工作研究概述工作研究概述 1.4.1 工作研究的基本概念 1.4.2 工作研究的目标 1.4.1 工作研究的概念工作研究的概念 工作研究（ Work Study ）是方法研究和作业测定的总 称，是 IE体系中最重要的基础技术。 工作研究的目的是在现有设备的条件下，对生产程序 和操作方法进行分析研究，寻找 效率最高、成本最低 及质量最好 的工作方法，并制定标准时间。 工作研究包括 “方法研究 ”和 “作业测定 ”两大技术。 世界各国都把工作研究作为提高生产率的首选技术。 如美国 90% 以上的企业都应用了工作研究，企业的生 产率普遍提高 51% 。 方法研究的概念 对现有的各项作业、工艺和工作方法进行系统分析，寻求完成某项 工作的最经济合理的方法，达到减少人员、机器、以及无效动作和 物料消耗的目的，并使工作方法标准化； 要点： v对工作方法进行改进及标准化的一种技巧； v消除生产系统中不合理、不均衡、不经济的因素，寻求最有效 的标准工作方法； 作业测定的概念 在掌握和消除生产过程中多余和无效时间后，制定出用经济合理的 工作方法完成某项工作所需的标准时间，达到减少人员、机器以及 设备空闲的目的。 要点： 在方法研究的基础上正确测定作业量并制定标准工作时间。 1.4.2 工作研究的目标工作研究的目标 方法研究 把工作简化并制定 出进行某项工作更 经济的方法和程序 。 作业测定 确定进行某项工作 所需的合理时间。 工作 研究 提高 生产率 2 方法研究 2.1 概述概述 2.2 程序分析程序分析 2.3 操作分析操作分析 2.4 动作分析动作分析 2.1 概述概述 2.1.1 方法研究的概念、目的和特点方法研究的概念、目的和特点 2.1.2 生产过程的基本概念生产过程的基本概念 2.1.3 方法研究的主要分析技术方法研究的主要分析技术 2.1.1 方法研究的概念、目的和特点方法研究的概念、目的和特点 “方法 ”是人们进行工作和生活所运用的整体手段的组成部 分，人们使用方法完成自己所要做的任何事情。 好的方法 可以帮助人们减少物质、能源、时间以及资金的消耗和浪 费，从而降低成本；可以改善人们的工作环境；可以提高 生产率。 概念： 对现有的或即将进行的工作方法（如加工、制造、 装配、操作）进行 系统地观测、考查、分析、研究和试验 ，使工作方法系统经过科学的简化和优化，在时间研究的 配合下最终找到一种最好工作方法的技术。 方法研究的目的方法研究的目的 改进工艺和程序； 改进工厂、车间和工场的平面布置； 改进整个工厂和设备的设计； 经济地使用人力，减少不必要的疲劳； 改进物料、机器和人力的利用，提高生产率； 改善实际工作环境，实现文明生产； 降低劳动强度。 方法研究的特点方法研究的特点 创新意识 对工作方法的改进永无止境； 指导思想 充分挖掘企业内部潜力 力求在不投资（即增加人力、设施、原材料等）或者少投资的情况下 ，通过挖掘企业内部的潜力（即改进工作方法），获得最大的经济效 益。 着眼点 系统整体优化 方法研究首先着眼于整个工作系统、生产系统的整体优化（ 程序分析 ），然后再深入解决局部关键问题（ 操作分析 ），进而解决微观问题 （ 动作分析 ），最终达到系统整体优化的目的。 2.1.2 生产过程的基本概念生产过程的基本概念 任何产品都有一个从原材料的投入到产品产出的生产过程 定义： 生产过程是从产品投产前一系列的生产技术组织工 作开始，直到把它生产出来为止的整个过程 。 生产过程的构成 自然过程 劳动过程 工艺过程 检验过程 运输过程 由动素构成 由动作构成 由操作构成 由工艺工序构成 由检验工序构成 由运输工序构成 生产过程 动 作 分 析 程 序 分 析 操 作 分 析 方 法 研 究 基本生 产过程 生产准 备过程 辅助生 产过程 生产服 务过程 2.1.3 方法研究的主要分析技术方法研究的主要分析技术 按 层 次 划 分 程序分析 操作分析 动作分析 工艺程序分析 流程程序分析 线路图分析 线图分析 人机操作分析 联合操作分析 双手操作分析 动素分析 按 范 围 划 分 专门分析 工艺程序分析 流程程序分析 线路图分析 线图分析 人机操作分析 联合操作分析 双手操作分析 综合分析 动素分析 2.2 程序分析程序分析 2.2.1 图表技术及程序分析技巧图表技术及程序分析技巧 2.2.2 工艺程序分析工艺程序分析 2.2.3 流程程序分析流程程序分析 2.2.4 线路图分析线路图分析 2.2.5 线图分析线图分析 尽可能取消不必要的工序； 合并工序，减少搬运； 安排最佳的顺序； 使各工序尽可能经济化； 找出最经济的移动方法； 尽可能减少在制品的库存。 程序分析的原则程序分析的原则 技巧 1：分析时的五个方面 技巧 2：分析时的六大提问技术 技巧 3：分析时的 ECRS四原则 技巧 4：程序分析时的动作经济原则 1个不忘：动作经济原则 4大原则： ECRS 5个方面：操作、运输、储存、检验、等待 6大技术： What/ Where/ When/ Who/ How/ Why 程序分析的技巧程序分析的技巧 技巧技巧 1： 五个方面 (与符号记录相对应 ) 操作分析： 最重要的分析，涉及产品设计 搬运分析： 考虑搬运重量、距离及消耗时间，运输方法、 工具、布局等 检验分析： 最合适的检验方法，检验工具 贮存分析： 着重对仓储管理、物资供应计划和作业进度等 进行检查分析，以保证材料及零部件的及时供应，避免不 必要的物料积压。 等待分析： 等待应减至最低限度，分析引起等待的原因。 技巧技巧 2： 六大提问技术 (6W 技术或 5W1H 技术 ) What -完成了什么？ Where -在何处做？ When -何时做？ Who -由谁做？ How-如何做？ 有无其它更好的工作？ 有无其它更合适的地方？ 有无其它更合适的时间？ 有无其它更合适的人？ 有无其它更合适的方法？ Why | 为什么 要做？ 在此处做？ 在此时做？ 要此人做？ 要这样做？ 六大提问技术分析表 第一次提问 第二次提问 第三次提问 结论 现状 为什么 能否改善 新的方案 对象 完成了什么 为何要做它 有无其它更好 的工作 应该做什么 地点 在何处做 为何要在此处做 有无其它更好 的地方 应该在何处做 时间 何时做 为何要在此时做 有无其它更好 的时间 应该在何时做 人物 由何人来做 为何要此人做 有无其它更好 的人 应该由何人做 方法 如何做 为何要这样做 有无其它更好 的方法 应该如何做 逐级 提问 技巧技巧 3： ECRS四大原则 Eliminate 取消： 取消不必要的工序、操作、动作，都 是不需投资的一种改进，是改进的最高原则。 Combine 合并： 对于无法取消者看是否能合并以达到 简化之目的。 Rearrange 重排： 通过取消、合并后通过重排达到最 佳顺序。 Simple 简化： 经过 ECR后的必要工作，可考虑能否采 用最简单的方法及设备，以节省人力、时间及费用。 工艺程序图的内容工艺程序图的内容 制造程序及工艺布置的大概轮廓； 各项操作及检验的内容及生产线上工位的设置情况； 原材料的规格和零件的加工要求； 所需工具和设备的规格、型号和数量，因而可计算投资数额 及生产成本。 2.2.3 流程程序分析流程程序分析 了解工作的概貌需用工艺程序图，而流程程序图则进一 步对生产现场的整个制造程序作详细的记录与分析，特 别是用于 分析其搬运距离，减少暂存、贮存等隐藏成本 的浪费 。或者说，工艺程序图属于简要分析，而流程程 序图属于详细分析。 流程程序图与工艺程序图的构成极为相似，其差别仅为 加入了 “搬运 ”、 “贮存 ”、 “暂存 ”三种符号， 除记录 时间 之外，还记录 搬运的距离 。 流程程序图比工艺程序图详尽而复杂， 常对每一主要零 件或材料单独作图 ，进行独立研究。 根据研究对象分类： v材料或产品流程程序图 （ 物料型 ）：描述 生产或搬运过程中，材料或零件被处理的 步骤。 v人员流程程序图 （ 人型 ）：记录操作人员 在生产过程中一连串活动。 2.2.4 线路图分析线路图分析 线路图是以 作业现场 为对象，对现场布置及物料（包括零 件、产品、设备）和作业者的 实际流通路线 进行分析。 线路图常与流程程序图配合使用， 以达到改进现场布置和 移动路线、缩短搬运距离的目的。 线路图按比例缩尺绘制工厂简图或车间平面布置图，将机 器、工作台等相互位置一一绘制于图上，并将 流程程序图 上所有的动作 以线条或符号表示。特别是材料与人员的流 通路线，要按照流程程序记录的次序和方向用直线或虚线 表示，各项动作发生的位置则用符号及数字表示。流通方 向一般以箭头表示。 线路图主要用于 “搬运 ”或 “移动 ”路线分析。 2.2.5 线图分析线图分析 线图是按比例绘制的平面布置图或制作的模型 。在图上用 线条表示并度量工人、物料或设备在一系列规定活动中所 走的路线。 线图是线路图的一种特殊形式。 线路图只是近似地按比例 作图，在图上标注相应的距离，而线图则因为是用线条来 衡量距离，因此要求精确地按比例绘制或制作。 线图既可以用来示出物料的 运转情况 ，也可以用来准确记 录工人的生产或者非生产的 操作情况 。 2.3 操作分析操作分析 2.3.1 概述概述 2.3.2 人机操作分析人机操作分析 2.3.3 联合操作分析联合操作分析 2.3.4 双手操作分析双手操作分析 2.3.1 概述概述 定义 通过对 以人为主的工序 的详细研究，使 操作者、 操作对象和操作工具 三者科学地组合、合理地布 置与安排，达到工序结构合理、减轻劳动强度和 作业的工时消耗，以提高产品质量和产量为目的 而进行的分析。 根据不同的调查目的，操作分析可分为 人机操作分析 （含 闲余能量分析）、 联合操作分析 和 双手操作分析 三种基本 类型 。 v人机操作分析：分析一个操作周期内设备与人的操作的相 互关系已减少空闲时间（ 人机操作程序图 ） v联合操作分析：两个获两个以上人员对通一台设备进行操 作（ 联合操作程序图 ） v双手操作分析：对如何用双手进行实际操作的有效性进行 研究（ 双手操作程序图 ） 2.4 动作分析动作分析 2.4.1 动作分析的含义及目的动作分析的含义及目的 2.4.2 动作分析方法动作分析方法 2.4.3 动作改善动作改善 2.4.1 动作分析的含义及目的动作分析的含义及目的 动作分析是在程序决定后，研究人体各种动作及其浪 费，以 寻求省力、省时、安全和最经济的动作 。 动作分析的 实质 ：研究分析人在进行各种操作的细微 动作， 删除无效动作 ，使操作简便有效，以提高工作 效率。 动作分析的 目的 ：发现操作人员的无效动作或浪费现 象，简化操作方法，减少工作疲劳，降低劳动强度。 在此基础上制订出标准的操作方法，为制定动作的时 间标准作技术准备。 2.4.2 动作分析方法动作分析方法 目视动作方法 ：以目视观测的方法寻求改进动作方法。 影片分析方法 ：采用摄象机将各个操作动作拍摄成影片放映 而加以分析。 动素分析方法 ： 17+1个基本动作（动素）。将工作中所用的 各个动素逐项分析以谋求改进。 （分析工具： 动素程序图 ） 2.4.3 动作改善动作改善 目的：运用 6大提问技术和 ECRS原则，根据上述动作经济 原则改进工作，寻求省时、省力办法。 方法： ECRS法（取消、合并、重排、简化）。 取消（ 取消以手持物、需用肌肉、危险的动作 ） 合并（ 合并各种工具、作业、和可能同时进行的动作 ） 重排（ 平均分配双手 ） 简化（ 较少动作的重复，用简单的动素，缩短动作距离 ） 3 作业测定 3.1 概述概述 3.2 时间研究与工作抽样时间研究与工作抽样 3.3 预定时间标准法预定时间标准法 3.1 概述概述 3.1.1 作业测定的目的作业测定的目的 3.1.2 作业测定的方法及应用作业测定的方法及应用 3.1.3 工时消耗分类及标准时间构成工时消耗分类及标准时间构成 3.1.1 作业测定的定义与目的作业测定的定义与目的 工作研究的工作研究的 流程示意图流程示意图 确定研究对象 记录现有的工作方法 分析现有工作方法的不足 制定新工作方法 评价各种新工作方法 计算标准工作时间 建立新方法 新方法的实施与维持 方 法 研 究 作业测定 制定工作标准 和时间标准 寻找问题 分析问题 解决问题 工作研究的过程： 利用程序分析、操作分析和动作研究获得最佳 程序和方法，然后在利用 作业测定 将所有作业 制定出标准时间。 经验判断法 v 根据生产的实际情况凭经验估算出工时消耗来制定定额的方法。 v 是一种估计法，简便易行，但误差较大 。 历史纪录法 v 根据原始记录和统计资料来推断同等内容工作的时间标准。 v 是一种统计分析法，比经验法具有科学性，但不够精确、可靠。 作业测定 v 在方法研究的基础上，对生产时间和辅助时间加以分析研究，从 而制定标准时间的方法。 v 是一种科学研究的方法，客观、令人信服。 制定标准时间的方法制定标准时间的方法 作业测定的定义 运用各种技术来确定 合格工人 按 规定的作业标准 完成 某项工作所需的时间。 （国际劳工组织） v 合格工人的含义 ： 具备必要的身体素质、智力水平和教育程度，并具 备必要的技能和知识，使他所从事的工作在安全、 质量和数量方面都能达到令人满意的水平。 v 规定的作业标准 经过方法研究后制定的标准工作方法，及其有关 设备、材料、负荷、动作等一切规定的标准状态。 总制造时间 基本作业时间 无效时间 完全按照设计资料，以最 佳制造方法所能制造该产 品所花费的最短时间 因产品的设计不当 而发生的无效时间 因产品生产过程中计划及操作 方法不当而发生的无效时间 因产品生产过程中管理 原因而发生的无效时间 制造时间的构成 作业测定的目的： v 制定作业系统的标准时间，作为工作计划、指导、 管理及评价的依据（无标准则无管理 ）； v 改善作业，提高机器使用效率（如生产线平衡问题 ）； v 制定最佳的作业系统。 时间研究（秒表时间研究） 工作抽样（样本法） 预定时间标准法（ PTS-Predetermined Time Standards） 标准要素法 / 标准资料法 3.1.2 作业测定的主要方法及应用作业测定的主要方法及应用 作业测定的主要方法作业测定的主要方法 含义：在适宜的操作条件下，用 最合适的操作方 法 ，以普通熟练工人的 正常速度 完成 标准作业 所 需的劳动时间。 v合适的操作条件和最合适的操作方法 是指通过方法研 究后所确定的操作方法和操作条件。 v普通熟练工人和正常速度 意味着标准时间适合绝大多 数作业者 v标准作业 是标准时间的依据 标准时间标准时间 标准时间的特性 v客观性 ：对应于某一标准化了的作业操作（通过方法研 究），不以人们的意志为转移而客观存在的一个量值。 v可测性 ：可以用科学的方法对操作进行测定以确定其时 间量值。 v适用性 ：易于被大多数人所接受。 标准时间 =正常时间 +宽放时间 =正常时间 *（ 1+宽放率） =平均操作时间 *评比系数 +宽放时间 =平均操作时间 *（ 1+评比系数 +宽放率） 宽放时间宽放时间 分为 私事宽放、疲劳宽放、程序宽放、特别宽放、政策 宽放 也可分为 作业宽放、管理宽放、生理宽放、疲劳宽放 由于宽放时间的绝对值难以直接测出或算出，通常用 宽 放率 来表示 作业宽放率和管理宽放率可用 瞬间观测法 （工作抽样） 测得，而生理宽放率和疲劳宽放率通过 查阅经验数据 得 出 作业宽放 是由材料、零件等操作者涉及到的偶发因素所引 起的作业迟延； 管理宽放 是管理进行各项管理的安排等非作业内容所占用 的时间； 生理宽放 是由于人的生理需要而花费的时间； 疲劳宽放 是由于某项作业产生的固有疲劳而使作业速度降 低、为此给予恢复体力的时间。 时间研究 是一种作业测定技术，旨在决定一位 合格适 当训练有素的操作者 ，在 标准状态 下对一特定的工作 以正常速度操作所需要的时间。 v合格适当训练有素的操作者：合格工人、完全训练、正常速 度、生理状态正常。 v标准状态：系指经过方法研究后制定的标准的工作方法、标 准设备、标准程序、标准动作、标准工具、标准的机器运转 速度、标准工作环境。 时间研究的方法 ： 采用 抽样调查技术来对操作者的