汽车密封条PU工位工序动作平衡与仿真.docx
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汽车密封条PU工位工序动作平衡与仿真
摘要
本文利用基础工业工程相关理论知识，结合某汽车密封条生产单位的PU工位的具体生产过程，开展了生产线优化研究，为能够解决工厂实际问题提供可行性方案。
通过对该公司的生产流程、工艺流程进行分析和研究后，着重运用MOD法对该汽车密封条生产单位PU工位的员工进行动作分析，基于模特法动作分析结果的基础上，了解该工位的生产现状，从中找到部分工序环节存在的问题，并运用相关知识提出相应的具体的解决方法，以达到生产线优化的目的。
同时介绍了flexsim仿真软件的功能及应用基础等，并运用该软件对公司PU工位动进行仿真，从而使改善结果更加的清晰体现，进而证实改善的可行性。
关键词：
生产平衡率动作分析MOD法flexsim仿真
Abstract
Thispaperanalyzedtheoptimizationoftheassemblylineusingtherelevanttheoreticalknowledgeofbasicindustrialengineering,combinedwiththespecificproductiveprocessofthePUstationofoneproductiveestablishmentproducingcarsealingstrips.Andthenputforwardsomefeasiblestrategiestosolverealproblemsinthefactories.ThispaperfirstanalyzedtheworkflowandprocessflowofthiscompanyandthenmadethemotionanalysisofthePUstationstaffofthecarsealingstripsproductiveestablishmentbytheMODMethod.Thispaperalsoanalyzedtheproductionstatusonthebasisoftheresultsofthemodelmethodmotionanalysis.Andthensomeproblemsexistinginsomeprocesslinkswerefound.Finally,thispaperputforwardsomestrategiestocopewiththeproblems,combinedwithsomerelevantknowledge,andthenthegoalofoptimizingtheassemblylinecouldbereached.
Meanwhile,thefunctionofthesimulationsoftware“flexsim”andtheapplicationbasiswereintroduced.AndthesimulationofthePUstationstaffinthecompanywasdonebythissoftware,whichmadetheoptimizingresultsmoreexplicitandverifiedthefeasibilityofoptimizing.
Keywords:
ProductiveBalanceRate,MotionAnalysis,MODMethod,Flexsimsimulation
目录
1绪论1
1.1论文选题背景1
1.2论文研究目的及意义3
1.3论文的主要研究内容4
1.4本章小结4
2基于动作分析的生产线平衡研究5
2.1生产线平衡率内容及意义5
2.2动作分析7
2.3MOD法分析过程10
2.4PU工位现状生产平衡率分析16
2.5本章小结20
3该公司PU工位作业研究与改进21
3.1工作研究理论依据21
3.2针对PU工位每个工序进行分析改进22
3.3PU工位改善后各数据汇总25
3.4本章小结26
4运用Flexsim对PU工位进行仿真27
4.1Flexsim软件简介27
4.2运用Flexsim对公司PU工位进行仿真28
4.2本章小结33
5论文总结34
致谢35
参考文献36
1绪论
1.1论文选题背景
自从工业工程学科于20世纪在美国诞生以来，在世界各国得到了广泛的发展。
工业强国化在第一、第二次世界大战中都受益于工业工程。
特别是战后经济恢复期，日本、德国等均在工业企业中大力推广工业工程的应用和培养工业工程人才，并且获得了良好的效果。
从这些国家的发展途径来看，工业工程这门学科也逐渐步入中国大陆，1990年6月中国机械工程学会工业工程研究会（现已更名为工业工程分会）的正式成立，以及首届全国工业工程学术会议在天津的胜利召开，标志着我国工业工程步入了一个崭新的发展阶段。
人们逐渐认识到工业工程对中国管理现代化和经济现代化的重要性，并在全国范围内自发地掀起了学习、研究和推广工业工程的活动。
我国的经济发展必将迎来一场翻天覆地的变化，同时对我国的企业生产水平有了本质上的提高。
美国工业工程学会（AIIE）对工业工程的定义：
“工业工程是对人、物料、设备、能源、和信息等多组成的整体系统，进行设计、改善和设置的一门学科，它综合运用数学、物理和社会学方面的专门知识技术，以及工程分析和设计的原理与方法，对该系统取得的成果进行确认、预测和评价[1]”。
从上面的定义来看我们可以得知，凡是有人类以及非人类参与的活动，只要有动作的出现都可以应用工业工程的原理原则，以及工业工程的一套系统化的技术，那么如何提高企业的生产率呢？
我们引出了生产平衡率，在对生产平衡率方面员工的动作分析是一个十分重要的衡量标准之一。
动作分析是有美国人吉尔布雷斯夫妇首创的[2]。
大约在1885年，吉尔布雷斯在一家建筑公司工作，在工作中，他发现工人在砌砖时所用的方法各不相同，而且每个工人并不经常用同样的动作。
于是他开始对工人的砌砖工作进行仔细的分析研究，寻求最合理的科学的工作方法。
从此吉尔布雷斯夫妇更加致力于动作分析研究工作，并同他的从事心理学研究的夫人一起，将研究成果应用于生产实践。
吉尔布雷斯夫妇在动作分析研究方面提出的理论和方法至今在西方工业界还被普遍采用着。
动作分析很容易被人们所忽视。
在一次作业工程中研究动作，往往被人们看成是微不足道的事，但是在大量的重复作业中，确实十分重要的，即使是一些微小的改进，也会带来很大的效益。
如，某键盘生产厂，在每件铲平上装150个零件，每个零件总要发生伸手和拿回两个动作。
他们试验把所有的要装配的零件往装配工作台移近10cm，使每次手动作平均节约了0.001分钟。
这样，每个产品节约150×2×0.001÷60=0.005小时，该厂每天生产1000个键盘全年按300个工作日计算每年节约每年节省1500小时，从距离来说，每取一次零件共节省距离10cm×2=20cm，每台产品节省20cm×150=3000cm=30m，每天节省1000×30=30000m=30公里，全年节省300×30=9000公里。
由此可见，动作分析相当微小改进，也会带来可观的效果。
从以上的现象可以得知，动作分析对于一家企业的利润是十分重要的了。
自从中国加入WTO以来，大量的外资企业逐渐走入我国，这样一方面给我国的经济带来巨大的发展的同时，中国的大量本土企业也受到了很大的竞争。
譬如在汽车行业中，我们知道日本丰田公司是十分成功的，那么是什么原因是的丰田公司能过在诸多的汽车公司中能过占有自己的一席之地呢？
很显然，丰田公司首先由自己公司的独有的企业文化，他们有自己的丰田管理模式，在这里占相当大的一部分就是丰田公司对自己车间员工十分规范的培训，使得每一名员工在生产时能够尽量的动作规范，减少不必要的动作从而在生产的时候能够增加生产效率，这样对公司的整体效益得到了大幅度的提升，如在生产培训方面，人力资源部们完成入职培训之后，将员工移交给其所属部门，以接受实际生产工作的培训。
在这一阶段，员工参与完成实际的生产工作，逐步适应生产过程和质量标准。
员工在被永久的分配到某特定生产领域之前，需要学习本部门之外相对简单的生产岗位（被称为新手岗位）的知识。
然后入职培训小组领导和健身专家对员工进行面试，以确保每位员工都适当地运用了前面训练中所提到的人体工程学方法。
丰田同时也会根据培训的目的慎重的从中选择合适的培训方法如图1.1.1
图1.1.1
很显然丰田不是学校，而是一个特征非常明显的制造业公司。
那么，为什么丰田如此重视培训，且对培训如此深刻呢？
我们从中很明显的知道该公司对员工的技能是多么的重视，他们看重每个工人的每一个动作技术，哪怕是再微小的多余动作都要规范，在我看来这就是这个公司的卓越之处。
这就是这个公司在汽车制造行业处于不败之地的秘诀[3].
所以针对以上的原因，我对某汽车密封条生产企业PU工位从员工动作分析为角度对该工位车间生产平衡率进行分析。
该公司成立于1996年，公司致力于开发和生产各种动态和静态的汽车密封系统。
公司已实现对奥迪、捷达、宝来等国内中、高档车型的开发和配套。
公司产品技术满足德、法、美、日等多种标准体系，达到目前中、高档轿车密封产品的技术质量要求。
图1.1.2为该公司主要生产产品。
图1.1.2
通过在现场对该公司员工的动作记录我发现在员工的动作方面有许多的问题，具体如下：
1.员工在人机操作的时候存在人机配合不协调，这些动作影响公司的产量
2.在进行修剪等单纯人员操作的工序上员工存在习惯性的小动作，然而这些动作几乎都是多余的。
3.在每个工序的衔接上也存在着多余的浪费时间现象。
鉴于以上现象，如何改进员工的动作平衡，以达到充分利用员工的工作时间，实现生产率的平衡，成为亟待解决的问题。
1.2论文研究目的及意义
随着汽车零部件生产企业的不断增加，同时也伴随着相当激烈的竞争。
所
以众多企业把目光着眼于车间的生产环节，把精益生产放在提高企业生产率的重要途径，消除一切不必要的浪费现象，完善生产平衡率。
因为生产平衡率即是衡量产线工序水平的重要指标之一，同时也能反映企业综合管理水平的高低。
因此本文的研究目的在于通过对某汽车密封条生产企业PU工位的现场生产研究，以员工动作角度为侧重点，找出其中需要改进的部分进行分析改善以及仿真，从而实现车间的生产率的平衡，以达到公司生产率的提高，进而增加公司的经济效益。
1.3论文的主要研究内容
本文的主要研究内容有
1．通过在该公司的现场实习，记录下PU工位每个员工的动作方法以及动作时间，应用MOD法进行分析。
2．通过分析结果找出需要改善的方面，并进行优化改进
3．运用Flexsim仿真软件对以上的改善结果进行仿真，以达到结果的明朗化。
并给出仿真的结论。
1.4本章小结
本章阐述了本文选题背景，研究目的及意义。
同时也阐述了本研究对公司生产效益的重要性；概括地提出了本文的主要研究内容，以及所需要的理论方法。
为后文具体分析起到了引导和铺垫作用。
2基于动作分析的生产线平衡研究
2.1生产线平衡率内容及意义
2.1.1生产线平衡及相关概念内容
“生产线平衡”即是对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使个作业时间尽量靠近，它是生产流程设计与作业标准化必须考虑的重要问题。
生产线平衡的目的是通过平衡生产线使得现场更加容易理解“一个流”的必要性以及“单元生产”（Cellproduction）的编制方法，它是一切新理论新方法的基础。
同时生产平衡率也是生产线工序水平的重要指标之一，生产平衡率越高，则产线发挥的效能越大。
流程的“节拍”（Cycletime）：
是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隙时间。
换句话说，即指完成一个产品所需的平均时间。
节拍通常只是用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。
节拍是我们考虑生产线平衡的重要参数之一[4]。
计算节拍公式：
生产线节拍=每天的生产时间/每天的计划产量
而通常把一个流程中生产节拍最慢的环节叫做“瓶颈”（Bottleneck）。
流程中存在的瓶颈不仅制约了一个流程的产出速度，而且影响其他环节生产能力的发挥。
更加广义的讲，所谓瓶颈是指整个流程中制约产出的各个因素。
例如，在某些情况下，可能利用的人力不足、原材料不能及时到位、某环节设备发生故障、信息阻滞等，都可能成为瓶颈。
所以瓶颈是影响生产线平衡的重要因素。
同样另外一个在生产平衡分析中重要的概念是流程中的“空闲时间”（idletime）空闲时间的定义是工作时间内没有执行有效工作任务的一段时间，可以指设备或者人的时间。
当一个流程中各个工序的节拍不一致时，瓶颈工序以外的其他工序就是产生空闲时间。
这就需要对生产线进行平衡。
尽量消除空闲时间，提高生产效率。
生产平衡率的计算
对于生产平衡率的计算要明确一点，虽然各工序的工序时间不同，但决定生产线作业周期的工序时间只有一个，即最长工序时间Pitchtime，也就是说Pitchtime等于节拍（cycletime）。
另外一种计算方法同样可以得到cycletime，即由每小时平均产量，求的一个产品的CT（Q，每小时产量）。
计算公式
生产平衡率=（各工序时间总和/（工序数*CT））*100%[5]
2.1.2生产线平衡的意义
生产线平衡意义在于：
1.提高作业人员及设备工装的工作效率；
2.降低单件产品的工时消耗，降低成本（等同于提高人均产量）；
3.减少工序的在制品，从而真正的实现“一个流”；
4.在平衡的生产线基础上实现单元生产，对应市场变化，实现柔性生产系统，提高生产线能力；
5．通过平衡生产线可以综合应用程序分析、规划（Layout）分析、动作分析、搬运分析、时间分析等全部工业工程手法，提高全员综合素质[6]。
2.1.3生产线平衡的方法研究
方法研究就是对拟议的或者现有的的工作方法进行系统的详细的记录以及严格的考察,作为开发和应用更容易、更有效的工作方法,并且降低成本的一种手段。
按照从宏观到微观、从粗到精、由概括到具体的体系,方法研究包括、操作分析和动作分析、程序分析三部分。
（1）程序分析
程序是指完成所有工作所需经过的路线和手续,程序分析主要将整体生产过程作为研究对象,研究和分析一个完整的工艺流程,观察是否有多余的或重复的作业、工序是否合理、等待是否太长、搬运是否太多，进一步来改善工作方法和工作程序.高平衡率的生产线离不开好的作业程序。
（2）操作分析
操作分析是指通过对以人为主导工序的仔细研究,使操作对象、操作者、操作工具三者科学地结合、合理地安排以及布置,达到减轻劳动强度,减少作业时间消耗，工序结构合理之要求,以提高产品品质和产量他作为目的而进行的分析.一般来讲,合理的人机结合,能够为高生产平衡率的生产线提供最直接的单元保障.倘若人机结合不合理、不科学,那这种作业就是一种粗放型高消耗的作业,就没有机器之间、人员之间、人机之间的相互协调与配合,更加谈不上合理,这时免不了会出现机等人、人等人、人等机、和机等机等一系列直接严重影响生产线平衡的“等待性”浪费.更确切的说,人机相互之间高效以及合理的配合,不仅能够很大程度上减少作业等待,更重要的是能够提高生产线的平衡率,从而提升作业效率。
（3）动作分析
动作分析是在程序决定后,研究减少甚至消除人体各种各样动作的浪费,从而达到省时、安全、省力和最经济的动作。
其精髓是研究分析人在进行各种操作时的细小动作,消除无用动作,使操作简单方便有效,从而提高工作效率。
动作分析可以在其它方法无效时,给生产线的平衡提供一个秘密武器,它是从最基本的“动素”着手,寻找改进空间,从而提升生产线的平衡能力.它与其他IE方法综合运用,会使企业收到更好的效果[4]。
所以本文从动作分析的角度出发对该公司进行生产线平衡的改进
2.2动作分析
2.2.1动作分析定义
在实施各种作业的时候，操作者身体的各个部位。
如手、足、眼等有一个一个的活动。
在此我们将动作分析定义为工艺流程和作业的具体实施方法，如为寻找、握取、移动、装配必要的目的物，操作者身体各个部位的每个活动。
对人完成某项作业或某项活动的动作进行细微的分析，删去所有不必要的动作，制定出最有效的动作组合的一种技术。
2.2.2动作分析目的
1.了解操作者身体各个部位的动作顺序和方法。
设计、改进能减轻疲劳而又安全的作业系统，删去不合理的动作和多余的动作，把必要的动作很好地组合起来，排列成序，使操作更为安全、更能减轻疲劳、更经济有效。
2.了解以手为中心的人体各个部位是否能尽可能同时动作，是否相互联系。
3.明确各个动作的目的，动作过程中的必要动作和不必要的动作并发现闲余时间，删去不必要的动作，减少不必要的操作量，为制定标准时间提供更精确的数据。
4.了解必要的作业动作两手的平衡。
确定动作理想顺序，为制定标准作业提供资料。
2.2.3动作分析的用途
动作分析之所以别广泛地利用与生产平衡分析中。
是因为动作分析有它独特的用途。
具体如下：
1）为减轻作业疲劳、提高工作效率而找到存在的问题。
2）探讨最适合的动作顺序、方法以及人体各个部位的动作同时实施。
3）探讨最适合于动作的工、夹具和作业范围内工件、材料、工夹具的位置布置。
4）比较顺序、方法改善前后的情况，预测和确认改善的结果。
5）用记号或者图表清晰地说明动作的标准作业方法。
6）改善动作方法和顺序，制定最合理的标准作业方法。
7）提高能细微分析动作和判断动作的好坏动作意识。
2.2.4动作分析的方法
为了进行动作分析，首先要正确地处理把握实施过程中动作的现状。
作为观察作业动作的方法，可以分为以下两大类：
（1）目视动作观察法。
分析这直接观察实际的作业实施过程，并将观察到的情况直接记录到专用表格纸上的分析方法。
（2）影像动作观察法。
通过照相和摄像，用胶卷和录像带记录作业的实施过程，再通过放影、放像的方式观察和分析作业动作的方法。
动作分析的方法，基于目视动作观察的有动素分析和双手操作分析法，基于影像动作观察的对应于不同类型的作业有高速摄影分析（也称为细微动作影像分析）、常速摄影分析、慢速摄影分析及VTR分析（也称为录相摄影分析）等。
下面简介其中常用的三种：
（1）动素分析。
观察人体中的手、足动作和眼、头活动，把两手的动作顺序、方法与眼睛的各种活动联系起来，用描述最小动作单位的动作元素记号记录动作并且加以分析的方法。
（2）慢速摄影分析。
按每11s拍摄一张照片的标准对作业对象实施过程摄影，以此进行观察和分析，把握操作者以及所有物件移动中存在问题的一种分析方法。
使用此方法，可以将8h的作业内容压缩到30min左右来进行观察分析，再通过统计照片张数就可以求出作业时间值。
（3）VTR分析。
VTR分析用摄像机对作业的实施过程进行摄像，再通过放像进行观察和分析的一种分析方法。
此法可以忠实地记录作业的实施过程，并马上放像，因此除用于动作分析外，也广泛用于其它的作业改善。
2.2.5MOD法简介
模特法的基本原理
模特排时法（简称模特法或MOD法）师由澳大利亚预定时间标准研究协会开发，属通用型和功能型第二水平。
该系统是在车间环境进行测试的，使用结果与MTM-1、MTM-2比较，效果良好，于1966年公布，并受到广泛应用。
该方法主要依据美国人西格（A.B.Segur）所创立的动作时间分析（MTA）法，动素划分及时间方法比较容易学习和应用。
MOD法主要基于以下假设（基本原理）
（1）所有人力操作时的动作均包括一些基本动作。
模特法吧生产世家中的操作动作归纳为21中基本动作。
（2）人们在做同一基本动作时（在操作条件相同时），所需要的时间大体相等（误差在10%左右）。
这样，可以不用通过实际操作测量，只需要对作业进行分析、计算，便可以确定作业所需要的时间值，编写作业规程。
（3）人体的不同部位做动作时，其最快速度所需要时间与正常速度所需要的时间之比，大体相似。
如手移动（10～40cm）,其移动动作速度的比值（最快速度与正常速度之比）为0.57；有障碍物（障碍物高度13～27mm）时的移动速度之比0.59；上身往复弯曲动作速度之比为0.51；反复坐、站立的动作速度之比为0.59；弯腰动作速度之比为0.50；曲膝动作速度之比为0.47.这里所说的正常速度是指严格监督下，从事无刺激性奖励的操作者的平均动作速度
（4）人体不同部位做动作时，其动作所需时间互成比例。
要达到的距离同所使用的圣体部位之间存在着密切的联系，有前述分析可知，两个动作的最快速度所需时间之比，等于这两个动作的正常速度所需时间之比，既不同部位动作所用的时间成比例。
实践表明，其他部位动作1次所需的正常时间均为手指动作所需时间的整数倍。
过去经常使用PTS法，计算动作所需要的时间是以动作距离为依据的，没有找到身体各部位动作之间的内在联系。
MOD法克服了PTS法的缺陷。
在对PTS法和人因工程学的研究中发现，使用不同身体部位动作时，其动作所需时间成比例，而且人们都表现出及其相似的结果。
因此，在进行作业分析时就没有必要再做动作距离的测量，可以根据动作所使用的身体部位直接计算时间值。
使用的身体部位不同，所用的值也不同的。
可以说，以往的PTS法是以距离为基础，MOD法师以操作时的身体部位为基础。
因此，就避免了PTS法大量实验、测量、统计工作，因而方法简单易行。
同时，在MOD法中还将某些发生概率非常小的动作舍去不计，力求简单。
模特法在人体工程学实验的基础上，根据人的动作级次，选择一个非常人的级数最低、速度最快、能量消耗最少的手指一次动作的市价消耗值，作为它的时间单位定义1MOD。
相当于手指一动2.5cm的距离，平均动作所需的时间0.129s，即1MOD=0.129s。
但是，这种换算也不是绝对的。
由于各企业（或部门）的工作基础不尽相同，在实际使用过程中，可以根据企业的实际情况，决定MOD时间值的大小。
如
1MOD=0.129s正常值以及能量消耗最小动作；
1MOD=0.1s高效值，熟练工人的较高水平动作的时间值；
1MOD=0.143s包括回复疲劳时间的10.75%在内的动作时间；
1MOD=0.12s快速值，通常比正常值快7%左右。
有的企业，开始可能达不到1MOD=0.129s这样的标准，我们可以把时间设计得宽裕一些，以后可以逐步提高。
模特法的21种动作都以手指动作一次（一动约2.5cm）的时间消耗值为基础进行比较、试验，来确定各动作的时间值。
其主要依据是两个动作最快速度所需要时间的比等于这两个动作的正常速度所需要时间的比。
由于正常速度是难以确定，而动作的最快速度所需要时间是可以通过大量的实测，用数理统计的方法来求得代表值。
所以，只要知道手指动作一次的正常值，然后再根据手指和另一部位最快动作的时间值，就能够求得身体另一部位动作所需正常时间值，从而决定这一部位动作的MOD数。
试验表明，其他部位动作的一次的MOD数都大于1MOD，然后通过四舍五入简化处理，得到其他动作一次所需要的正常时间，都为手指动作一次MOD数的整数倍[6]。
2.3MOD法分析过程
本文对某汽车密封条生产公司的PU工位的每到工序的具体动作分析如下：
一：
剪品区叙述：
此工序为全工位的第一道工序。
两名工人在剪品工位将胶条剪成3346mm上下偏差在8mm的半成品短胶条。
具体叙述如下：
一名工人A将在箱中
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