1、哈尔滨商业大学毕业设计（文献综述）1基于 IE 的装配线平衡的研究摘 要随着快速多变的市场需求及企业的发展, 在流水线生产的模式下,如何提高装配线的整体效率, 减少工序间的在制品, 以及追求同步化生产越来越受到重视,企业生产中通常用平衡率这一量化的指标来评价一条流水线平衡性的高低.它在某种程度上决定着企业设备的利用率, 并限制着装配线生产能力的提高。论文通过对装配生产线平衡的研究,结合自身企业产品的特点,对现有生产进行了改善, 说明了现有工业工程技在生产线平衡改善中的作用。 首先, 本文叙述了生产线平衡理论及评价方式, 及影响线平衡的要素,同时根据工业工程基础理论定义了改善生产线平衡的方式。对
2、于本文装配线, 针对其线平衡率不高的问题, 通过分析现状, 找出了问题所在： 工时量测不合理； 有明显的瓶颈站位存在；人机利用率较差； 作业工序安排不当。 然后根据生产线平衡的步骤及方法,重新确定了工时；并按照工序节拍均衡的原则, 通过对工业工程理论中 ECRS 及人机操作分析方法的运用, 调整了工序内容, 使各工序节拍趋于一致, 且精减了部分站位, 节省了人力, 设备成本, 并使生产能力得到了提高。关键词：基础工业工程 柏拉图分析法 生产线平衡 工序节拍 人机操作分析AbstractTo meet the variable requirement of the market, it beco
3、mes more and more important to improve the efficiency of production line decrease thestorage of half-goods and attain equalization for the pipelines. It is an popular index for the company to make the assessment on a pipeline, and it is also affect the line capability.Through studying on the theory
4、of the assembly line balance and combining the the characteristic of the the real production line, we find it is helpful to practice the industry engineering technology. First, this paper has recounted the theory of the pipeline balance and of how to 哈尔滨商业大学毕业设计（文献综述）2make evaluation for it. Then by
5、 the theory, the paper defined the detail methods to improve theline balance. For the model of N which is one of the most important products in our company, we found some problems on the pipeline by analyzing the situation ： unreasonable measurement for cycle time； obvious neck station ；low efficien
6、cy for the use of man-machine；improper arrangement for the operation.By steps and methods of assembly line balance,the paper practice the statistic method of x- control and the study-curve, so new man-hour was made. Then following ECRS (Eliminate, Combine, Rearrange, Simplify) principle of IE and ma
7、n-machine the method, we adjusted operation content and make the operation cycle reach unanimity.During the improvement, we also made the cost down for some stations, operators, machines and increased the production capacity of line greatly.KEY WORDS：production line balance, operation cycle, man-mac
8、hine operation analysis, x- control, study-curve1 前言随着全球经济的发展，科学技术的飞跃，市场需求的变化，国内国际企业的竞争日趋激烈，企业竞争优势体现在质量，成本，交期，服务，安全等各方面。在进行原料加工生产的制造业中, 装配线生产率水平的高低可作为企业经营管理水平的重要经济指标之一。也能反映出企业综合管理水平的高低。对于装配线而言，节拍时间是衡量生产线的生产能力，各个生产工位的作业时间不可能完全一样才造成各个工位的生产节拍不同, 即产生作业负荷不均衡的结果。实现均衡生产, 有利于保证设备, 人力的负荷平衡, 从而能提高设备和工时的利用率, 同
9、时还有利于建立正常的生产秩序和管理秩序, 以保证品质量和安全生产； 均衡地进行生产还有利于节约物资消耗, 减少在制品, 加速流动资金的周转, 从而降低生产成本；并通过运用各种科学的改善技术, 提高了全员的综合素质。为了让装配线发挥出最大的效能，必须使哈尔滨商业大学毕业设计（文献综述）3装配线各工序的生产能力均衡一致，也就是使装配线达到平衡。1.1 国内外研究现状装配线是在一系列工作台上将制造出的零件组合在一起, 包括部件装配线与产品总装线。装配线(包含自动化,半自动化和手工装配线)是制造行业中应用很广泛的生产方式。生产线平衡是这种生产方式评价的重要指标, 因此研究人员对其进行了大量的研究工作。
10、目前国内外对于流水线平衡的理论研究已达到相当高的水平, 提出了各种算法：Jackson 算法, 分枝定界算法, 遗传算法,随机算法, 启发式算法等, 用建立模型并求解的方式来解决一般装配线的平衡问题。西方的工业化已经经历了将近一个世纪的发展, 从 20 世纪初泰勒等人的工作研究与时间研究, 到 80 年代左右计算机技术在工业领域的应用及至 90 年代通讯与网络技术的发展, 工业化的内涵和外延都发生了很大变化。应用工业工程(Industrial Engineering, IE)理论和方法的企业在发展取得了很大进步 , 同时也获得了可观的效益。对于我国企业,传统的装配线理论主要把注意力放在劳动力的
11、有效利用上,对设备及设施的利用不充分, 且通常把问题看成静态并寻找最优的解决方案。工业工程分为基础工业工程与现代工业工程。 基础工业工程技朮可分为方法研究与作业测定两个方面, 可使企业在不用增加投资，或投资很少的情况下就能大大提高生产线的平衡。成效也会快而明显，也被认为是减少各种浪费，挖掘企业内部的潜力，提高生产效益的实用技术； 而现代工业工程则是与概率论, 数理统计,运筹学及系统工程等相结合, 对企业进行更科学的管理。考虑当前国内的技术水平, 管理状况及信息流通水准, 基础工业工程的理论更易于实施并展现效果, 而若能将基础工业工程与现代工业工程相结合则对企业的长远发展有着重大意义。本文将从线
12、平衡的理论出发, 将结合本企业实际情况, 系统而全面地应用各种理论, 探讨提高装配线平衡及生产效率的有效方法, 为有相同状况的企业提供改善思路及方法。本文以企业内正在在运行的某产品装配线为例进行研究, 规划了进行装配线平衡改善步骤 对于学习曲线, 工时量测的理论及人机关系理论进行深入研究,总结出适用于同类线体的经验并且应用工业工程的改善方法, 对实际生产的状况进行了调整, 提高了装配线平衡率, 为企业实际效益的增加发挥了作用。1.2 装配线平衡的意义生产现场的改善与革新永远围绕着质量、效率、原料消耗(成本)这几方面进行的，而效率改善的核心即是消除工序不平衡，消除工时浪费，实现“一个流(One
13、Piece Flow)”生产。实现均衡生产，有利于保证设备、人力的负荷平衡，从而能提高设备哈尔滨商业大学毕业设计（文献综述）4和工时的利用率，同时还有利于建立正常的生产秩序和管理秩序，以保证产品质量和安全生产；均衡地进行生产还有利于节约物资消耗，减少在制品，加速流动资金的周转，从而降低生产成本；在均衡生产的基础上实现的“单元生产”,提高了生产应变能力，对应市场变化实现柔性生产系统；通过平衡生产线，可以综合运用程序分析、操作分析、动作分析、设备布局（Layout）分析、时间分析等全部工业工程相关方法，并能适当提高全员的综合素质1.3 装配线生产线平衡理论术语名词定义:工作站: 为了完成某一产品的
14、各道工序, 在装配线指定一个工作位置 , 工人在其中进行操作, 这个位置即称为工作站。作业元素: 将操作划分为一个一个操作单元, 这些操作单元一般不能再分。总作业时间: 从产品整个装配流程来说, 装配一个产品需要的时间 , 即装配一个产品所有作业工序的作业时间总和。先后顺序约束: 作业元素之间加工的先后顺序。在装配线的作业分配中 , 当且仅当一个作业元素的所有前作业元素被分配完毕, 这个作业元素才能被分配节拍: 是流水线生产最重要的工作参数。节拍指流水线上连续生产两个相同在制品的间隔时间, 它表明流水线生产速度的快慢或生产率的高低运用生产节拍的概念, 将作业划分为数个工作站, 每一个工作站要完
15、成的工作由多个作业基本单元组成, 使每个工作站在节拍内都处于繁忙状态, 以完成规定的操作量, 从而使各工作站的闲置时间最少, 作业达到平衡, 效率较高生产线各站作业的不平衡, 会造成无谓的损失外, 还会造成大量半成品的堆积, 严重时甚至会造成装配线的中止。要使产线能够顺畅高效率地运作, 就必须使各站的负荷均衡化, 即尽量使分配到各站作业总时间相等, 避免或尽量减少等待时间。生产线的平衡状况反映了生产组织是否合理, 这与产品的产量, 质量及成本皆有很大关系。生产线节拍的公式定义如下生产线节拍=每天的生产时间/每天的计划产量目前,对于装配线平衡的研究主要分为以下 3 个方面： (1) 给定装配线的
16、最小节拍, 求最小工作站数, 通常在装配线的设计与安装阶段进行；哈尔滨商业大学毕业设计（文献综述）5(2) 给定装配线的工作站位数, 使装配线的节拍最小, 对已存在的生产线进行调整优化； (3) 在装配线的工作站数和节拍得到优化确定的条件下, 均衡工作站上的负荷, 给工作人员一种公平感2 基础工业工程经典方法工业工程(Industrial Engineering, 简称 IE) 思想最早是由科学管理之父泰勒在 20 世纪初提出的,它是以人, 物料,设备或设施, 能源和信息组成的集成系统为主要研究对象, 综合应用工程技术, 管理科学和社会科学等知识,使其达到降低成本,提高质量和效益的目的, 同时
17、为科学管理提高决策依据2.1 方法研究分类程序分析： 整体性制造过程各作业运用剔除，合并，重排与简化使之合理化。操作分析： 是对某部分的作业分析操作者的作业方法，或与机器的关系达到改善作业方法，降低工时消耗，提高设备利用率。动作分析： 对操作者细微身体动作进行分析，删除其无效动作，提高生产效率。程序分析、操作分析和动作分析分别按从宏观到微观、从粗略到具体的步骤介绍生产线平衡的实施要点和实务, 可为生产线的改进提供指导2.2 操作分析种类操作分析可分为：人机操作分析, 联合操作分析, 双手操作分析。1) 人机操作分析主要在分析人工或机器之能量闲置,以谋消除浪费增进效率之道, “人”的工作时间以及
18、“机器”的工作时间所占之比例有多少，一个“人”最多可操作几部机。人机操作图(Man-Machine chart), 又称为多项活动图, 是一种描述有多个工人, 或是一个工人与一台机器或多台机器的工作系统中, 联动的同步活动的图表方法。每一个工人或每一台机器的工作过程,分别平行列示在图表中, 以显示它们之间的相互配合关系。2) 联合操作分析在生产现场，常有两个或两个以上的操作员同时对一台机器（一项工作） ，进行哈尔滨商业大学毕业设计（文献综述）6工作，则称谓联合操作。3) 双手操作分析生产现场的具体工作，主要由工人的双手完成，调查、了解如何用双手进行实际操作的情况，称双手操作分析。2.3 作业测
19、定(也称为时间研究)时间研究定义：决定一位合格适当而有良好训练人员，在标准状态下，对一特定的工作，以正常速度操作所需时间之方法。以上定义，隐含的重要条件：1) 合格而适当的操作人2) 良好训练3) 正常速度4) 必须在标准状态下 (方法/环境/设备/程序/动作/ 工具)作业测定的目的：制定标准时间, 改善作业系统, 制定最佳作业系统。对工作时间的研究, 用于安排生产工艺流程, 适当的科学方法, 可使工业工程人员快速且准确地把握生产工时, 并进行适当的站位分布, 以适应企业生产的需求。3 应用及其思路3.1 研究思路以生产线平衡理论及工作研究理论为前提, 通过对现有生产线进行全面考察, 找出影响
20、生产线平衡及产能不足的原因是：作业程序排定的不合理, 测试站人机利用率低, 产线工时不精准及产线站位冗余等原因。运用生产线平衡的方法, 结合实际生产状况, 重新对生产线进行平衡与改善, 局部或整提高生产线平衡, 提升了产能, 同时还有利于建立正常的生产管理秩序，减少在制品，降低生产成本，提升了生产效率。3.2 研究方法1. 结合统计制程管中的 x- 管制方法, 来对工时量测进行计算。2. 运用学习曲线, 结合实际生产状况, 适时进行工时改善, 降低生产线工时, 提高了人均产出。3. 运用人机操作分析法, 调整测试站位的工时及人机分配哈尔滨商业大学毕业设计（文献综述）73.3 采用的线平衡方案1
21、) 设立改善方向及目标, 因时制宜, 对生産分阶段进行改善。2) 运用学习曲线, 结合实际生产状况, 进行工时及时改善, 并运用工业工程理论, 降低瓶颈站的工时, 即生产线节拍, 提高了产线的平均产能, 同时, 根据学习曲线理论, 总结出量测产线工时的时机, 使后续生产能及时有效地得到控制。3) 结合统计制程管中的 x- 管制图, 来对工时量测进行计算。4) 运用人机分析法, 分析测试站位的人机分配, 并对不合理的方面进行调整。4 结语本文对生产线平衡的理论经行了研究，同时结合工业工程的理论，将所在工厂中实际生产所碰到的问题进行分析并进行了了改善。经过改善, 除了实际生产的线平衡率, 产能有了
22、较大幅度的提高, 人员也进行了精减, 降低了生产成本, 更重要的是总结了一些对于生产线平衡的改善经验, 对企业深入掌握工业工程理论和方法, 提高企业工业化基础及管理水平有指导意文。1. 如何更科学地量测并计算得出生产线各工序作业时间, 并得出整条产线的生产节拍。通过实际应用, X- 的管控方式可得到较精确的量测时间, 并可发现生产中人员工序是否有异常。2. 根据学习曲线的动作公式可知, 随着产量的增加, 人员作业的时间会有一定程度的下降, 故需制订定期量测生产工时的管理机制, 以适应生产的变化。3. 运用工业工程改善理论评估产线站位的分布是否合理, 并可拟定改善方案即时调整.4. 运用人-机分
23、析法对人员与设备的比例进行优化, 以最低的成本获得足够的产出。另外, 在研究过程中也发现一些需要加强的部分, 例如, 生产线上一定存在瓶颈站位, 即使降低了现有瓶颈站位的工时, 一定还会有新的瓶颈站位出现。不能单一只着眼于瓶颈站位, 而应全盘地来考虑生产线上各影响要素, 有计划, 分阶段地进行。在本文中, 我们主要应用 IE 的理论来进行制程能力的提升, 同时也需遵从 IE 的理念1) 经济性追求: IE 活动的最终目标是提高效益, 降低成本；2) 合理性追求: 所有的改善均以合理为基本原则；3) 整体最适化的追求: 效率, 成本, 质量三者兼顾 , 不可为提高效率牺牲了质量, 必须以整体的立
24、场达到最适化；4) 尊重人性 :实施改善时, 必须重视相关人员的感受及意见 , 做到“人和”, 以便获哈尔滨商业大学毕业设计（文献综述）8得最大的协助。不能片面地追求效率或品质, 力求做到与客户达到双赢。文中在进行人机分析的案例中即考虑到了这一点。改善是無止境的, 沒有最好, 只有更好, 以 PDCA 循环(Shewhart cycle of plan-do-check-act)的方式持续进行改善, 才会使企业更有活力, 并且不断修正细节。参考文献1 易树平，郭伏.基础工业工程M.机械工业出版社.2007. 380405 2 王应洛，袁治平.工业工程导论M.北京：中国科学技术出版社.2001.
25、 3903 洪元义生产与运作管理M武汉：武汉理工大学出版社2003. 1181194 李怀祖生产计划与控制M北京：中国科学技术出版社2001 6805 黄元元.5s 现场管理J.企业改革与管理，2004， （1）：52536 祝健.IE 与 5S 在国有企业中的应用J.机械制造，2000.38（3）：45487 蔡世馨.现代生产管理M.沈阳：东北财经大学出版社2004. 31378 王恩亮.工业工程手册M.北京：机械工业 b 出版社.2004，1481529 张井泉.工业工程M.北京：机械工业出版社.2003，182210 李世钟.生产制造企业规范化管理操作规范M.北京：人民邮电出版社.2004，596211 朱勇国.工作分析与研究M.北京：中国劳动社会保障出版社.2004，13814212 甘华鸣.生产作业管理操作规范M.北京：企业管理出版社.2005，17818213 Wayne C. Turner. Introduction to Industrial and Systems EngineerinngM.北京：清华大学出版社.2004，17017414 周跃进.工业工程专业英语M.北京：机械工业出版社.2005，505415 于天鹏.全面降低成本的 34 个细节M.北京：中国纺织出版社.2006，5557
