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工业工程生产线论文
摘要
生产线平衡率在某种程度上决定着企业设备和人员的利用率，并限制着生产线生产能力的提高。
基于电子生产企业生产线的工艺平衡问题是一般劳动密集型生产企业的普遍存在问题,分析工艺平衡是提高生产率的关键问题,有助于采取相应的措施,以利于企业生产效率的提高。
本文通过对装配工艺及装配生产线平衡的研究，结合电视机生产的特点，设计出该产品的装配线平衡方案。
过程中主要使用测量的工时数据及现场观察，通过程序分析、操作分析、动作分析、鱼骨图分析法找出影响平衡率的问题，运用工业工程手法，“ECRS”、“5W1H”“人机作业分析”、“动作经济原则”等对原产线进行优化。
最后,引入缺料预警系统,将产线生产与物料供应联系起来，使整个生产线的平衡率得到更大程度的保证。
最终为该公司优化出一条效率更大的生产线，为企业创造更多的效益。
关键词：
生产线平衡人机作业分析动作经济鱼骨图程序分析缺料预警
1绪论
1.1研究背景
流水装配线这种生产组织方式于1914年诞生于美国“福特”公司，能够极大地提高了劳动生产率。
就在流水装配线诞生的前夕，1913年的8月，“福特”公司装配车间每个汽车底盘由一位工人操作，每装配完成一件的时间是12.5小时。
数个月后，当装配线试流成功以后，完成一件汽车底盘的操作时间为93分钟，劳动生产率提高了8倍多。
流水装配线创造出巨大的汽车市场，同时也使福特公司的生产规模超过了通用汽车公司。
可以说是福特发明的流水线揭开了现代化大生产的序幕。
生产线平衡（ALB）问题是与生产线问世之日同时出现的，自从1913年，HenryFord发明了第一条装配线以后，一直到20世纪50年代，准确地说在1954年前，装配线的平衡技术只有Trail-and-Error方法在尝试。
没有ALB问题的研究成果公开发表，正式提出并着手解决这一问题的是美国人BrytonBraces提出COMSOAL（ComputerMethodofSequencingOperationforAssemblyLines），利用简单的系统记录的方式，随机地产生分配作业元素的不同分配方式，这种方法比较通用于实际的企业。
RPW（TheRankedPositionWeightHeuristic）另一个著名的启发式算法，把要分配的作业元素按一定的规则排序，并分配到各个工作站去。
众所周知，提高系统的效益主要有以下两种途径：
一是以增加投入来获得提高。
大部分企业都倾向于走这条路子，一般都采用先进的管理方法（譬如ERP）来改善管理或者大量购进设备来提高自己的生产能力，但这两种思路都会发生大量的费用而效果并不一定理想。
大量购进设备固然可以提高企业生产能力，对大部分企业来说不得不考虑一次性引进一条生产线的投入给财务带来的压力，最大的问题是没有配套技术的跟进高价引进的设备利用率不高本身就是浪费；采用新的管理方法虽然不用大量引进硬件设施，但购买软件和管理费用上的投入会让企业感觉力不从心，同时还有思维方式的影响造成实施者繁多而成功者甚少的局面。
二是改善资源的利用来获取提高。
几乎所有的制造企业都存在系统能力不平衡的现象，增强生产线的平衡性是一种通过改善企业现有资源组合而达到充分利用并提高其效益的行之有效的思路，是流水线型生产企业所追求的目标，其最高境界是实现“一个流”生产。
装配是产品成型的最后的环节,也是制约产量的重要地方,在制造中占有重要的地位,具有联系型、装配型、强制节拍等多种特征的流水线装配型企业是最典型的制造型企业,受到工业界的普遍关注。
富士康公司的CTV产品处主要生产ＳONY客户的TV产品，其中32寸的月产订单产量为210K，而目前月差能只有80*10*2*26*4=166K，无法满足订单需求。
实习过程中发现，在CTV处大规模人工作业的线体，出现了线体平衡率低，人员无效动作浪费比较多单位线体人员数量多且机动性较差等等导致成本提高的现象。
并将直接因此导致利润降低，公司市场竞争力降低。
因此进行生产线线体现场改善，提高产线平衡率，提高产线产能势在必行。
通过对生产线平衡率提升的方法研究，可以不断减少人员无效动作的浪费、提升人员效率、减轻人员工作强度、减少资源浪费，令公司更具人性化，同时提升客户的满意度、公司的满意度、员工的满意度。
1.2问题的提出
生产线平衡的意义在于，在实现均衡生产后，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、设备布置分析、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国内外研究现状
流水线生产一般可分为两种：
加工生产线、装配线。
加工生产线是一系列机器上制造与加工零件，例如汽车轮胎或冰箱的金属部件。
装配线则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。
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。
生产线平衡问题（LineBalancingProblem,简称LBP）伴随着流水生产线的产生而产生，至今已有近百年的时间。
但这一问题的正式提出是在1954年，美国人B.Bryton在他的硕士论文《连续生产线平衡》中第一次提出生产线平衡的问题并着手解决这一问题，在此之后，许多科研人员都研究了这个方面的问题，并发表了各种各样的求解方法。
随着产品需求量的增长,大部分企业都以增加投入来提高产量"最常见的一种投入是采用先进的管理方法来改善管理或者大量购进设备来提高自己的生产能力,但这两种思路都会发生大量的费用而效果并不一定理想，大量购进设备固然可以提高企业生产能力,但对大部分企业来说必须考虑一次性引进一条生产线的投入给财务带来的压力；另一方面是没有配套技术的跟进高价引进的设备,利用率不高本身就是浪费采用新的管理方法虽然不用大量引进硬件设施,但购买软件和管理费用上的投入也会让企业感觉力不从心,同时还有思维方式的影响造成实施不一定成功的局面"除了增加投入,企业还可以通过改善资源的利用来获取提高几乎所有的制造企业都存在系统能力不平衡的现象,增强生产线的平衡性是一种通过改善企业现有资源组合而达到充分利用并提高，其效益的行之有效的思路,是流水线型生产企业所追求的目标,其最高境界是实现：
“一个流”生产。
虽然目前国内外大量的著作对此论述不少,但目前国内外很多对生产流水线平衡问题仅见于理论上的研究，其基本研究方法是将一个实际的流水生产线按一定方式进行简化,以建立一个可以模拟实际流水线情况的数学模型,然后采用适当的方法对这个数学模型进行求解,以得出若干个理论上的可行解供流水线的设计者参考。
由于影响流水生产线平衡的因素很多,目前还没有一种能够把所有影响因素都考虑进去的数学模型,而且考虑的因素越多,理论设计的模型就越复杂,当数学模型中的作业元素和约束条件过多时,甚至难以找到合适的算法进行求解,因此,其应用有很大的局限性。
除了建立数学模型外,近年来又出现了一些运用算法解决装配线平衡问题,遗传算法、粒子群算法等，这些算法的主要功能是进行装配作业的重组,是基于作业时间已知的条件下进行设计。
所以,这些方法都是优化时间分配的方法,而不能研究操作改进给装配线带来的利益。
但随着工业工程影响的深入,越来越多的企业开始关注工业工程的力量,也出现了很多关于应用工业工程技术解决生产中实际问题的研究著作,而且大量实践也证明工业工程方法的实用性和有效性。
生产线平衡问题是典型的NP-Hard组合优化难题，目前，针对生产线平衡问题，主要的解决方法可以分为四类：
工业工程方法、数学分析法、启发式方法和仿真优化方法。
本文主要运用工业工程方法。
现国内外正经历着新的产业革命—精益生产,重新定义企业价值,消除一切不必要的浪费。
在实际加工生产中,浪费主要表现在：
不必要的工序；原料或半成品或成品盲目地搬运；因上道工序的不及时,下一道工序只能等待等。
这些会造成无谓的工时损失,生产线平衡即是衡量产线工序水平的重要指标之一,也能反映出企业综合管理水平的高低。
生产线平衡问题直接关系到设施利用率和生产效率，且影响到产品的质量，此外，生产线平衡给员工带来的公平感，有助于员工间的合作，因此也是企业关注的热点。
1.4研究的主要内容
本论文通过对生产线平衡研究发展历程的认识，运用工业工程的相关知识对烟台富士康CTV处TV生产线进行了细致的研究和分析，同时应用平衡理论对该生产线进行了分析和优化，希望通过这些研究能够提高自己对工业工程基本理论的认识和对这些知识的实际运用能力。
在解决问题的同时，提高自身发现问题、分析问题、解决问题的能力，也希望能够通过这篇论文为青岛红旗电机公司的小电机生产线起到一定的指导和借鉴作用，从而使该生产线能够真正达到高效率、高品质生产的目标。
2基本理论综述
2.1工作研究理论
工业工程的核心是降低成本、提高质量和工作效率，工作研究是工业工程体系中最重要的基础技术，起源于泰勒提倡的“时间研究”的吉尔布雷斯提出的“动作研究”。
“时间研究”是用科学法则代替经验法则，确定一名工人每日公正合理的工作量，并采用秒表测定，制定工时定额。
“动作研究”是通过研究改进操作和动作方法，提高生产效率。
1936年“时间研究”和“动作研究”结合为一体。
随着动作研究技术的不断发展，进一步延伸到对操作和作业流程的研究，逐步形成了“方法研究”（MethodStudy）的完整体系，时间研究的技术也日益丰富和完善，尤其是20世纪40年代以后，出现了众多的预定时间标准，它们可以说是动作研究与时间研究的完美结合。
到了40年代中期，“时间研究”则更名为“作业测定”（WorkMeasurement）。
至此，“方法研究”与“作业测定”两部分结合在一起统称为“工作研究”。
工作研究的对象是作业系统。
作业系统是为实现预定的功能、达到系统的目标，由许多相互联系的因素所形成的有机整体。
作业系统的目标表现为输出一定的“产品”或“服务”。
作业系统主要由材料、设备、能源、方法和人员等五方面的因素组成，其结构如图2.1所示。
为了使作业系统达到预定目标，在系统转换过程中需经常检查测定作业活动的时间、质量、成本、柔性。
“时间”包括作业活动的进度、消耗的人工数及交货期等方面；
“质量”既包括制成品的质量，也包括转换过程的质量；
“成本”是指变换过程中各项耗费的总和，它反映出作业系统运行的经济性。
作业活动的时间、质量、成本和柔性根据检测结果再反馈到作业系统，进行控制和调整，使作业活动按预定项目进行。
“柔性”是指企业具备的为顾客提供多种类型产品的能力，以及对需求变化的能力。
生产设备、能源、生产方式和人的作用
原材料
产品或服务
反
馈检
时间（T）
质量（Q）
成本（C）
柔性（F）
控测
制
图2.1作业系统结构简图
工作研究又称为基础IE,最显著的特点是：
只需很少投资或不需要投资的情况下，通过改进作业流程和操作方法，实行先进合理的工作定额，充分利用企业自身的人力、物力和才力等资源，走内涵式发展的道路，挖掘企业内部潜力，提高企业的生产效率和效益，降低成本，增强企业的竞争能力。
因此，世界各国都将工作研究作为提高生产率的首选技术。
工作研究包括方法研究和作业测定两大技术。
方法研究在于寻求经济有效的工作方法，主要包括程序分析、作业分析和动作分析。
而作业测定是确定各项作业科学合理的工时定额，主要包括秒表测时、工作抽样、预定动作时间标准法和标准资料法。
运用这些技术来考察生产和管理工作，系统地调查研究影响生产效率和成本的各种因素，寻求最令人愉快的工作方法和最科学、最合理的工作时间，不断改进和完善，保证人员、物料等资源的有效运作，达到提高生产效率，降低成本的目的。
工作方法研究常用的分析技术是：
“5W1H”、“ECRS四大原则”。
“5W1H”提问技术是指对研究工作以及每项活动从目的、原因、时间、地点、人员、方法上进行提问，为了清楚地发现问题可以连续几次提问，根据提问的答案，弄清问题所在，并进一步探讨改进的可能性。
“5W1H”提问方法如表2.1所示。
表2.15W1H提问技术
考察点
分析现状
提出问题
改进意见
目的
做了什么what
是否必要
有无其他更合适的对象
原因
为何做why
为什么要这样做
是否不需要做
时间
何时做when
为何需要此时做
有无其他更合适的时间
地点
何处做where
为何需要此处做
有无其他更合适的地点
人员
何人做who
为何需要此人做
有无其他更合适的人
方法
如何做how
为何需要这样做
有无更合适的方法与工具
表中前两次提问在于弄清问题现状，第三次提问在于研究和探讨改进的可能性，改进常遵循ECRS四大原则。
（1）E（Eliminate）,即消除。
在经过“作什么”、“是否必要”等问题的提问，而答复为不必要则予以取消。
取消为改善的最佳效果，如取消目的、取消不必要的工序、作业和动作等以及取消不必要的投资等，取消是改善的最高原则。
（2）C（Combine）,即合并。
对于无法取消而又必要者，看能否合并，以达到省时简化的目的。
如合并一些工序或动作，或将原来有多人进行的操作，改进为有一人或一台设备完成。
（3）R（Rearrange）,即重排。
不能取消或合并的工序，可再根据“何人、何事、何时”三提问进行重排，使其作业顺序达到最佳状况。
（4）S（Simple）,即简化。
经过取消、合并、重排后的工作，可考虑采用最简单、最快捷的方法来完成。
如增加装夹具、增加附件、采用机械化或自动化等措施，简化工作方法使新的工作方法更加有效。
改善时一般遵循对目的进行取消，对地点、时间、人员进行合并或重排，对方法进行简化的原则，其示意图如图2.3所示。
具体应用情况如表2.2所示
简化
图2.2ECRS原则运用示意图
表2.2ECRS四原则的运用实例
符号
名称
内容
例子
E
取消
完成内容后，非必要的取消
取消不必要的工序、搬运、检验
C
合并
对于无法取消者，看是否合并，达到省时简化的目的
工序之间能力不平衡、忙闲不均等情况，可考虑工序的合并调整
R
重排
在EC的基础上重排，除去重复，使工作更加有序
加工顺序的重新组合，前后工序的对换，工位器具位置的调整等
S
简化
看能否采用最简单的方法及设备，以节省人、时间及费用
用较简单的设备、工具代替复杂的设备工具，或用简单省时省力的方法代替繁重的工作
在选择某项作业进行工作研究时，必须考虑经济因素、技术因素人的因素。
从上面的介绍中可以知道工作研究以生产系统的微观基础——作业或者操系统为研究对象,是工业工程中最早出现的一种主要技术,是工业工程的基础方法,也可以说工业工程是在工作研究基础上逐步发展壮大起来的。
工作研究的基本功能是生产系统诊断分块,其最终目的是提高生产率的一种工程与管理相结合的技术,一直受到工业界普遍的重视。
工作研究是以系统为对象,要在不断增加投资或投资很少的情况下,通过对生产组织、劳动分工、工装设计、操作方法、工作环境等因素的总和分析与改进,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、提高产品质量、提高生产效率、提高企业经济效益和竞争能力的目的。
工作研究的主要作用具体有：
（1）提高工作效率。
通过工作研究,使作业程序、操作方法和动作达到优化,提高工作效率生产效率、缩短工作周期和减轻作业疲劳。
工作研究不需要增加大量投资、购置设备和增加劳动力,而是靠挖掘现有生产系统的潜力来提高经济效益、降低生产成本和增加生产效率。
（2）使作业标准化。
通过工作研究,对现行作业进行分析和优化,使作业经济有效,形成一套规范化、标准化的作业方法。
这种标准化的作业方法不仅可以保证较高的作业效率,而且也能够保证产品质量的一致性,使产品质量稳定。
同时也可以提高操作者的操作技能,并且能够对新工人进行有效的培训,还可以为自动化设备的作业设计提供参考依据。
（3）为确定作业标准时间提供依据。
通过工作研究,使作业程序和方法得到优化。
在此基础上进行作业测定,确定作业标准时间和编制工时定额标准，使工时定额达到科学合理,为企业生产和经营提供可靠准确的基础数据。
（4）使操作者在保持较高工作效率的情况下，减轻疲劳和提高安全性。
通过工作研究,进行操作和动作的分析优化，剔除多余无效的操作和动作,改进不合理的操作和动作。
这不仅提高了工作效率,同时也减轻了操作者的劳动强度。
工作研究使作业规范化和标准化,也提高了作业的安全性。
2.1.1方法研究
方法研究就是运用各种分析技术对现有工作（加工、制造、装配、操作、管理、服务等）方法进行详细的记录、严格的考察、系统的分析与改进，设计出最经济、最合理、最有效的工作方法，从而减少人员、机器的无效动作和资源的消耗。
并使方法标准化的一系列活动。
方法研究是以科学的方法和步骤,寻求更为简便、有效、安全和经济作业方式的原理和技术。
主要包括程序分析、操作分析和动作分析三个层次。
这三个层次所实用的分析方法如表2.3所示。
程序分析是把整个生产过程作为研究对象,进行宏观分析,目的是改善生产过程中不合理的工艺内容、工艺方法、工艺程序以及作业现场的空间布置。
操作分析是在程序分析的基础上,对以人为主的工序进行详细研究,使操作者、操作对象和操作工具三者科学地组合、合理地布置和安排,达到工序合理,减轻劳动强度,减少操作的工时消耗,以提高产品的质量和生产效率的目的而进行的分析。
动作分析是在程序决定后,研究并减少甚至消除人体各种动作的浪费,以寻求省力、省时、安全和最为经济的动作。
其实质是研究分析人在进行各种操作时的细微动作,删除无效动作,使操作更加简便有效,提高工作效率。
特别需要注意的是要想从动素的基础上寻求改善空间,就必须要贯彻人机工程的理论和“动作经济性”原则。
方法研究的两项具体方法包括提问法（5W1H法）和提炼法（ECRS法）。
提问法就是用于寻找和发现现行生产作业中存在问题及其产生原因的有用方法。
该方法从作业目的（What）、作业地点（Where）、作业时间（When）、作业人员（Who）和作业方法（How）等几个方面以及为什么（Why）进行逐步提问探索寻找存在问题产生的原因,故称5W1H法.具体方法如表2..1所示.当现行生产作业中存在的问题及其原因找到后,就要探讨改进的方法.一般可用提炼法进行作业的初步改进,具体方法如表2.2所示.
方法研究的层次，一般首先进行程序分析，使工作流程化、优化、标准化，然后，进行作业分析，最后进行动作分析。
其过程如图2.3所示。
动作分析
图2.3方法研究的分析层次
表2-3方法研究的主要分析技术
类别
分析技术名称
技术特点的分析
程
序
分
析
工艺程序图分析
工艺程序图含有工艺程序的全面概况及工序之间的相互关系,并根据工艺顺序进行描绘,且标明所需时间。
分析的目的是改善工艺内容、工艺方法和工艺程序
流程程序图分析
流程程序图分析是在工艺程序图分析的基础上,作进一步的详细分析。
通过对制造过程中“操作”、“检验”、“搬运”、“储存”、“暂存”、的详细记录、分析，提出改进意见
线图线路图分析
线路图分析是以作业现场为对象,对现场布置及物料和作业者的实际流通路线进行分析,以达到改进现场布置和移动路线,缩短搬运距离的目的
操
作
分
析
人机操作分析
分析单人单机、单人多机或多人多机的作业操作，分析人和机器的相互配合以提高人一机系统的利用率
联合操作分析
分析多人单机的操作，以提高多人间的操作配合程度，平整工人的工作量
双手操作分析
以双手为对象，记录其动作，表示其关系，经过分析、改善，提高工作效率
动
作
分
析
动作要素分析
将作业划分为动作要素,分析每一个动作要素与其他动作要素的关系,以达到简化动作,提高效率的目的
瞬时动作分析
用1S或0.01S拍摄1格的速度，记录操作活动,然后在较短时间内分析动作轨迹，加以改善
微动作分析
用每分钟拍摄3840——7680格的速度,记录操作活动，然后做微动作（慢动作）分析，以求操作的改进
另外，方法研究的目的有以下几点：
（1）改进工艺和流程。
（2）改进工厂、车间和工作场所的平面布置。
（3）经济地使用人力、物力和财力，减少不必要的浪费。
（4）改进物料、机器和人力等资源的有效利用，提高生产率。
（5）改善工作环境，实现文明生产。
（6）降低劳动强度，保证操作者身心健康。
2.1.2作业测定
作业测定是按照规定的工作方法来完成指定工作所需时间的测定技术。
完成任何工作所花费的时间，应该是一个合格工人（即具有一定的体力和智力，并具备一定技术熟练的工人）在从事这项工作的整个正常工作期间里，不增加劳动强度情况下所消耗的时间，同时，他是在标准状况下进行的工作。
所谓标准状况，是指标准设备和工作方法，标准工作条件，标准生理状态以及操作者在工作方法上受有良好训练等。
由此可见，所谓标准状况，实际上是在方法研究基础上改进了的状况。
作业测定是研究和寻求一项工作所需要的时间，并设法消除和减少无效时间，使工作能用最少时间完成，以提高劳动生产率。
它以工人在标准状况下工作所消耗的时间为标准时间，制定时间定额，并且应用于工资奖励制度。
机器设备的效率、负荷及利用率、工人管理的机器数，完成生产计划所需用工人和机器数等，都受标准时间的影响，即生产计划和控制的基础资料来源于标准时间。
所以，严格地说，生产管理是不能脱离作业测定而进行的。
国际劳工组织的工作研究专家为作业测定下的定义是：
“作业测定是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”，作业测定是在合理的工作方法基础上,测定必要的作业时间,通过评比、宽放等技术,制定合理的标准时间。
作业测定的技术一般可分为秒表时间研究、预定时间制度、分析评估法、数学分析法、标准资料法及工作抽样法等。
其中秒表时间研究是最基本的时间研究技术，它是在一定期间，直接和连续观察一项工作的执行，记录时间消耗和有关资料，并根据标准，评定完成情况，然后加上宽限时间，根据这些数据来计算出标准时间。
但是，这种秒表时间研究的应用有一定的限制，因为这种技术是在较短期内，对工作进行连续不断地直接观察。
由于抽样时间短，取样集中，而且必须连续进行，不能中断，这就使其主要只适用于重复性手动工作。
因此，在实际时间研究中，要结合采用几种技术，取长补短，因事制宜。
预定时间制度是把作业分解为基本动作，然后，制订这些基本动作的时间值并列成表，以备查用。
在制订作业时间标准时，首先对作业进行分析，把作业分解为基本动作，设计合理的操作方法，再根据作业的基本动作查表，得到各基本动作时间值，将设计所规定的各基本动作的时间值合计，加宽限就可制定出作业标准时间。
标准资料法是利用以往其它时间研究技术所确定的大量时间数据，加以分析综合，组成一套有关作业的标准时间的基本数据。
它是一些预先确定的时间数据，因此，它和预定时间制度相似。
但是，预定时间制度积累的是基本动作的时间数据，标准资料法所积累的则是作业要素的时间数据，以上两法的优点是可能不通过秒表时间研究等直接研究制定数据要花费很多的人力、物力和时间，如果所研究的工作既简单又少重复，那么，使用这种技术方法。
模特法是以作业最简单的手指动作所需要的时间作为单位动作时间，定为1MOD（1MOD=0.
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