基础工业工程生产线平衡

1、工业工程基础 (C512)第一章 概述 工业工程(Industrial Engineering，IE)。其基本思想是提高效率，如何以尽可能少的投入得到尽可能大的产出是工业工程的核心。制造业是最主要和最有代表性的一个领域。80年代以前，制造业关心的问题是设计和加工的基本问题，即解决如何做的问题；90年代制造业则主要关心引入CAD/CAM等技术，提高设计和加工水平，从而提高产品质量，即解决如何做的好的问题；而在CAD/CAM技术已经成熟的新世纪，企业主要关心的是如何高质量，高效率，高速度地完成生产任务，使企业在市场竞争中立于不败之地，即解决如何以最低的成本做得好、同时又做得快的问题。这就要靠工业工

2、程等技术来完成。涉及到以下方面：工业工程基础(工作研究)。设施规划与设计。生产计划与控制。工程经济与价值工程。质量管理与可靠性技术。工效学。研究生产系统中人、机器和环境之间的相互作用。人力资源开发和管理。研究如何有效地使用人力资源和提高劳动力的素质。管理信息系统。现代制造系统。主要内容包括：数控技术(CNC)。成组技术(GT)。计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)。计算机辅助工艺设计(CAPP)。柔性制造单元和系统(FMC、FMS)。计算机集成制造(CIM).第二章 方法研究第一节 工作研究一、概念工作研究是以系统为对象，通过对生产组织、劳动分工、工装设计、操作方法、工作环境等因素的综合分析

3、与改进，使人、机、物、时间、空间、环境等受到有效地控制和充分利用，从而保证工作质量，使整个系统处于受控状态，以达到降低消耗、提高生产效率和竞争力的目的。工作研究包括：方法研究。对现有的和拟议的工作方法进行系统和严格的考查，开发出更简单易行和有效的工作方法。其指导思想是求新和整体优化。作业测定。提供一种方法，用以衡量完成某项操作或者一系列操作所需的时间。方法研究关心的是改进工作方法以减少作业的工作量。作业测定关心的是减少无效时间，为由方法研究确定的改进方案规定相应的时间标准。二、内容图2-1 方法研究与作业测定的基本内容及相互关系第二节 生产过程与方法研究一、生产过程生产过程包括：自然过程。借助

4、于自然力作用于劳动对象。劳动过程。如图2-3所示。图2-3 劳动过程示意图劳动过程包括：生产准备过程。产品投产前进行的一系列生产技术组织准备工作。基本生产过程(由工序构成)。工艺过程。检验过程。运输过程。辅助生产过程。生产服务过程。为保证基本生产过程和辅助生产过程的实现所需的各种供应服务。工序可以分为：操作。工序的组成部分，是工人为了达到一个明显的目的，使用一定的方法所完成若干动作的总和。动作。手工操作的构成因素，指工作接触物件、移动物件或离开物件的行为。图2-4 方法研究与生产过程之间的关系二、方法研究与生产过程的关系方法研究时常用的分析技术包括：程序分析。完成任何工作需经过的路线和手续即为

5、程序。任何人、任何一个机构办任何一件事都需经过一定的程序。操作分析。研究分析以人为主体的工序，使操作者、操作对象、操作工具三者科学地、合理地布局与安排，以减轻人的劳动强度和作业时间的消耗，使工作质量得到保证。动作分析。研究分析人在进行各种操作时的身体动作，以排除多余的动作，减轻疲劳，使操作简便有效，从而制定出最佳的动作程序。表2-1 方法研究的分析层次及分析技术第三节 方法研究的基本步骤一、选择研究对象1经济因素* 形成瓶颈的环节* 影响成本过高的工作* 产生质量问题或质量不稳定的工作* 劳动强度大、劳动条件恶劣、容易发生意外事故的工作。* 加工路线过长、搬运量太大的工作* 新工作2技术因素*

6、 采用新技术的可能性和可行性3人的因素二、记录全部事实可分为三个层次：1程序分析 * 生产流程分析。以国际通用标准从整体进行分析。 * 工艺流程分析。以零部件为分析对象。 * 加工路线分析。以现场布置和物流为对象。 * 业务流程分析。以业务为对象。2操作分析 * 双手操作分析 * 人-机操作分析 * 联合操作分析3动作分析 * 动作要素分析 * 微细动作分析三、分析与考查表2-3 考查提问表表2-4 ECRS原则：改进方向四、建立新方法五、确定与实施六、持续与发展第四节 程序分析程序分析是以产品的整个制造过程为研究对象的一种系统分析技术，它按作业从第一道工序至最后一道工序，从第一个工作地到最后

7、一个地，从原材料入厂到产品出厂所进行的全面分析或全过程分析。一、基本记录符号。表2-5 程序分析基本记录符号二、生产流程分析。生产流程类型。包括直线型、装配型和分解型。图2-6 生产流程类型 1.主体分析图2-7 UHF生产流程图(节拍23s) 2.辅助分析 1) 产品分析。产品分析首先要熟悉产品图纸，以获得产品结构的概念。再对照图纸，详细研究实物的结构。在此基础上研究：能否改进零件，以减少加工余量使下料合理；复杂的零件能否分解为两个以上的零件以便于加工提高制成率；在不影响产品的强度、刚度和性能的条件下能否减少零件数；对于大型产品，因其零件多、装配作业复杂，能否采用分段装配法等。 2) 原材料

8、、零部件分析。重点在于它们的价值分析(VA)。采用的原材料、零部件是否合适(是否有功能过剩现象)；有无功能相同而价格低的代用品；外购件的质量是否确有保证；原材料的大小形状是否适当；加工后的成品率是否可以提高；原材料的储存方法是否可以改进；余料(下脚料)是否可以生产副产品等。 3) 检验分析。对检验工具、仪器精度要求是否合理。 4) 加工工具分析。分析加工工具及设备的精度要求是否合理。尽可能不购置利用率不高而又价格昂贵的加工设备。是否能改用利用率高且价格合理的专用设备以提高加工效率。 5) 搬运分析。搬运工作量占相当大的比重，减少这一环节的时间和费用对提高生产率及降低成本有重大意义。是否可以合理

9、地安排生产场地(加工位置的合理布局)，减少搬运距离和费用；使用适当的搬运设备，更恰当地安放物品(包括更恰当的工位器具)。三、工艺流程分析四、业务程序分析习题：模具制造业务流程程序分析业务订单、成品图、模具规格议价议价失败生产订单设计、BOM采购入库库存零件加工装配试模入库第五节 操作分析 它是生产过程的基本环节，是由一个或几个工人为了加工特定的劳动对象，在一个工作地点完成的，即在三不变(工人、工作地、劳动对象不变)条件下完成的那部分工作称为一项操作或一道工序。目的：减少工时和劳动强度，提高质量和效率。操作分析类型：双手操作分析。考查操作者的操作方法和步骤是否合理，包括：左右手分工是否合理。是否

10、存在多余和笨拙的动作。工作地物料的摆设、工作地布置是否合理。人机操作分析。使操作者的操作和机器的运转协调配合，以充分发挥人和机器的效率。例如两者的时间配合关系。是否能实现多机器看管。联合操作分析。分析多人联合(班组)操作。(略)二、双手操作分析例2-4 焊接工序双手操作分析表2-10 双手操作分析表(改进前)进行双手操作分析时要对以下几个方面特别关注：双手同时操作的可能性。发掘“独臂”式的操作。发现伸手、找寻以及笨拙而无效的动作。发现工具、物料、设备等不合适的放置位置。操作的规范化。表2-11 双手操作分析表(改进后)三、人-机操作分析 例2-5 车过轮轴人-机操作分析。图2-11 人机作业分

11、析(改进前)其中： 工人工作时间=25s 工人空闲时间=35s 机床工作时间=35s 机床空闲时间=6s 机床装卸料时间=19s 图2-11 人机作业分析(改进后) 工人工作时间=50s 工人空闲时间=10s 机床1工作时间=机床2工作时间=35s 机床1空闲时间=机床2空闲时间=6s 机床1装卸料时间=机床2装卸料时间=19s 习题：某工人用压铸机A零件，作业内容见下表。请进行人机作业分析，提出人-机作业方案(包括一台机方案和二台机方案)。作业顺序12345作业内容准备零件装上零件等待机器压铸零件卸下零件修整与存放零件作业时间/min21412人员机器1说明时间/min说明时间/min准备零

12、件2空闲2装上零件1装上零件1空闲4压铸零件4卸下零件1卸下零件1修整与存放零件2空闲2人员机器1机器2说明时间/min说明时间/min说明时间/min准备零件12空闲2压铸零件1空闲2装上零件11装上零件1卸下零件21压铸零件4卸下零件21修整存放零件22空闲4准备零件22空闲2装上零件21装上零件21卸下零件11卸下零件11压铸零件3修整存放零件12空闲2四、联合操作分析 例2-6 “检查调整化学反应器中的催化剂”联合作业分析图2-12 联合作业分析图第六节 动作分析一、意义与目的在程序分析及操作分析基础上(即对生产系统及操作程序进行优化以后)，通过对工作时人体部位动作的分析研究，去掉多余

13、的动作，把必要动作组合成标准动作系列，并且设计与之相适应的工位器具及工作地布置。有以下分析方法：目视动作分析。以双手操作分析方法及动作经济原则为主。动素分析。18种动素。影片分析。二、动素定义及符号第一类：完成作业所必需的基本动素。它是改进的重点。表2-12 动素符号及说明第二类：辅助动素。通常可以采用改进工作地的布置来减少或取消。 第三类：与工作无关或无益的动素。可以采用夹具、调整操作的顺序加以改进，对于休息应制定合理的标准。表2-13 动素组合的基本类型 例2-7 螺栓、螺母装配作业动作分析。三、动作经济原则基本思想：以尽可能减少工人的疲劳、能发挥工人最高效率为准则。三大类：与人体动作有关

14、的原则。双手应同时开始并同时结束动作。除规定的休息时间外，双手不应同时空闲。两臂的动作应对称、反向并同时进行。手的动作应尽可能用最低等级且又能获得满意结果的动作来完成。应尽可能利用动力来完成作业。如果必须用体力时，则应将其减少到最低限度。手的动作以圆滑连续的曲线运动为好，避免采用拆线或直线、突然或急剧改变方向的运动。动作应尽可能具有轻松的节奏性，以使动作流畅和协调。与工作地布置有关的原则。与工具设备有关的原则。 例2-8 简化用塞规检验零件的操作方法。第三章 作业测定第一节 时间研究1工具秒表或其它量具。观测板和记录表格。笔。2时间观测方法归零法。它是在每一作业要素终了时，使得指针回零的方法。

15、(每次要归零，费时，易漏记)累积测时法。每次按停，显示当前时间，再按测累计走时的功能。连续测时法。按动秒表后，在整个过程中不使秒表指针归零，任其继续走动。仅当每一单元完毕时，看指针并记录时间。待全部记录完毕，再将两相邻单元的完成时刻相减，以求得每单元的时间。周程测时法。用于测定作业时间很短的工序时采用。每次去掉一个作业要素，将其它作业要素合并计时，最后通过运算求出每个作业要素时间。例如，某工序分为a、b、c、d四个作业要素，每次只记录3个作业要素时间值。第1次计时，A = a + b + c = 17 第2次计时，B = b + c + d = 19 第3次计时，C = c + d + a =

16、 18 第4次计时，D = d + a + b = 12 A + B + C + D = 3(a + b + c + d) = 66X = a + b + c + d = 22所以，各要素的时间值为：a = X B = 22 19 = 3b = X C = 22 18 = 4c = X D = 22 12 = 10d = X A = 22 17 = 53. 实例第二节 工作抽样一、原理1. 置信度与精度置信度是指观测结果的可信程度，也就是子样符合母体状态的程度。工作抽样一般取的范围，即确定95%(实际95.45)的置信度，也就是说事前预定抽样数据中有95%以上落入的范围。精度就是允许的误差。分

17、为：1)绝对精度。当置信度为95%时，绝对精度为式中：P - 观测事件的发生概率； n - 观测次数。 表3-4 绝对精度抽样目的绝对精度概略标准调查停工中断等管理上的问题(3.6%4.5%)工作改善(2.4%3.5%)决定工作地布置等时间的比率(1.2%1.4%)制订标准时间(1.6%2.4%) 2)相对精度。为绝对精度与观测事件发生率之比。一般将置信度定为95%，相对精度定为5%。2. 观测次数观测次数是根据置信度和精度要求而定，在置信度取95%时，可计算出观测的次数。1)用绝对精度E时：2)用相对精度S时：二、步骤1. 确定调查项目与范围 2. 调查项目分类 例如，单纯调查机器设备的开动

18、率，可分为工作、停工和闲置三项。 3. 决定观测方法 首先要绘制被观测设备和操作者分布平面图和巡回观测路线图，并注明观测的位置。4. 设计调查表格 5. 向有关人员说明调查目的6. 试观测，确定观测次数7. 正式观测8. 整理数据 1)剔除异常值。将超出管理界限的异常值去掉。式中：- 观测事项发生率的平均数； 2)核算观测次数和精度。去掉异常值对应的观测次数之后，按新的观测事件平均发生率计算绝对精度或相对精度是否达到原定的精度要求。如已达到或超过，说明此平均发生率是可信的，否则尚需继续观测。绝对精度：相对精度：9. 做出结论并改进工作三、实例 某厂在家用电器生产线上实施工作抽样，对29名操作者

19、进行6天的观测，每天观测20次。习题：首先计算上述实例中装配项(观测事项发生率10.1%，观测次数351)的绝对精度和相对精度。若如果相对精度要达到5%，假定观测事项发生率不变，其观测总数至少应该达到多少?解：绝对精度：相对精度：观测总数：第三节 预定时间标准（PTS）它无需通过直接观察和测定来决定工作的“正常时间”，而是直接将组成工作的各动作单元顺序记录后，按每个单元的特性逐项分析查表、求其时间值，然后累加。即为该工作的正常时间，再予以宽放即得标准时间。它是国际公认的制定标准时间的先进技术。一、模特法(MOD)1原理所有人力操作时的动作，均包括一些基本动作。共计21种。不同的人做同一动作(在

20、条件相同时)所需的时间值基本相等。使身体不同部位做动作时，其动作所用的时间值互成比例。手的动作是手指动作的2倍。小臂的动作是手指动作的3倍。取手指正常动作作为时间量值单位，即1 MOD=0.129秒。假设身体任意一个部位最快动作的时间值为ti，正常动作的时间值为Ti，则 (常数) 2分类与说明 3实例习题：完成以下模特法动作因素分析表中的“?”栏位。作业内容上料定位工位号1工作地布置位置MOD?时间/s?定员1单元左手时间右手动作叙述分析式次数MOD次数分析式动作叙述1从工位器具中拿取前盖并判断型号M4G1E2D31?2将前盖放置于随行板上M4P21?3从工位器具中拿取定子并判断型号M4G1E

21、2D31?4将定子放入前盖M4P51?5校正定子位置M2R21?1M1R2校正定子位置6校正引出线M1R23?3M1R2校正引出线7取压板M3G34?4M3G3取螺钉8组合压板与螺钉M3P544M3P5组合压板与螺钉9?4M3P5将组合件插入前盖螺孔10按下绿色按钮放行M3G01?1M3G0按下绿色按钮放行二、工作因素法(WF) (略)第四节 标准资料法一、标准资料的确定标准资料是将直接由作业测定(时间研究、工作抽样、PTS等)所获得的大量测定值或经验值分析整理，编制而成的某种结构的作业要素(基本操作单元)正常时间值的数据库。形式：表格式解析式(经验公式)图线(包括直线、曲线和计算图表)实例：

22、拟合直线公式用最小二乘法求解m和b。即： 对于“取材料”要素时间与重量关系线，有故直线方程为：习题：根据以下“装置在钻模上”要素时间研究数据表，采用最小二乘法求解经验公式表 “装置在钻模上”要素时间研究数据研究号零件重量(x)/kg时间(y)DMD11.04.1D22.05.2D33.06.0D44.06.6D55.07.8D66.09.5D77.010.1D88.011.5D99.012.2D1010.012.9合计二、标准资料的应用1. 确定生产线各工序标准时间考虑宽放时间。通常包括：私事宽放。疲劳宽放。作业宽放。特殊宽放。2. 基于标准时间的生产线改善原方案总标准时间=210.594，

23、流水线负荷率=210.594/(10*26.227)=80.30%新方案总标准时间=218.371， 流水线负荷率=218.371/(10*25.179)=86.73%第四章 生产线平衡第一节 流水生产线概述流水生产是指生产对象按照一定的工艺路线顺序地通过各个工作地，并按照统一的生产速度(节拍)完成工艺作业的连续的重复的生产过程。特点如下：专业化程序高。作业分工很细，每个工作地仅固定地完成一道或几道工序。生产按节拍进行。节拍就是流水线上出产相邻两件制品的时间间隔。工艺过程是封闭的。即不接受线外加工。流水线上工作地和设备按工艺顺序排列，生产对象在单向移动。工作地之间有传送装置联结。组织流水生产的

24、必要条件：产量要足够大。制造的工艺过程能划分成简单的工序，又能根据工序同期化的要求把某些工序适当地合并和分解，使各工序的作业时间基本相等或成整数倍。产品结构和制造工艺相对稳定。必要的厂房条件。流水生产线分类：单人单产品式。单产品固定式。多产品固定式。自由流水式。连续传动流动式。间歇传动流水式。分组式。平衡生产线的意义：提高作业人员及设备工装的工作效率。减少单件产品的工时消耗，降低成本。减少工序在制品，真正实现“一个流”。实现单元生产，提高生产应变能力，实现柔性生产系统。可以综合应用程序分析、动作分析、布置分析，搬运分析，时间分析等工业工程方法，提高全员综合素质。第二节 单品种流水线平衡方法1确

25、定流水生产的节拍节拍是指流水线上前后出产两个相同制品的时间间隔。式中C：流水线节拍Fe：计划期有效工作时间N：计划期应完成的产量2计算最少工作地数式中的表示大于或等于W/C的最小整数，W为制造单位制品所需全部作业元素加工时间的总和。3流水线平衡4流水线平衡的评价与再平衡式中E：流水线负荷率S：采取平衡措施后的流水线工作地数 实例：某J型玩具小车要在一个传送带上组装，每天需生产500辆。每天的生产时间为420min，表4-2列出其装配步骤及其定额时间，根据节拍和作业次序的限制，求使工作地数量最少的生产线平衡方式。1)绘制装配生产线的流程图2)计算节拍3)工作地最小值(理论上)4)选择作业分配规则

26、规则一：按后续作业数量最多规则优先安排作业。规则二：按作业时间最长规则优先安排作业。规则三：按该项作业元素时间与后续作业元素时间的总和最大规则优先安排作业(阶位法)。5)平衡装配生产线，将所有作业分配到各工作地 平衡方案A：选用规则一，即按后续作业数量最多规则优先安排作业；当规则一无法判定时，采用规则二，即按作业时间最长规则优先安排作业。计算A方案流水线负荷率： 平衡方案B：选用规则三(阶位法)，即按该项作业元素时间与后续作业元素时间的总和最大规则优先安排作业。计算B方案流水线负荷率：习题：采用平衡方案C：选用规则二，当规则二无法判定时，采用规则一。(规则一：按后续作业数量最多规则优先安排作业。规则二：按作业时间最长规则优先安排作业。)。试计算方案C的工作地点数S和流水线负荷率。(其中，C=50.4)解：所以选用平衡方案C更好。计算C方案流水线负荷率：(只有6.6s空闲)第三节 多品种流水线平衡方法一、多品种流水线生产的基本形式两种基本形式：1可变流水线(转换流水线)。其特征是在一条生产线上轮番生产几