1、应用基础工业工程理论改善手工装配线布置方式摘要：认识到基础工业工程理论对提高设备密集和人员密集型企业管理水平的重要性。结合手工装配线的布置实例，详细阐述了如何巧妙集成工作研究、设施布置和物流规划领域的实用方法改善企业的装配线布置。改善前后的定性和定量对比分析说明了基础工业工程的理论和方法对提高企业生产效率和系统的灵活性以及对市场的适应能力等方面的显著作用。关键词：基础工业工程；手工装配；装配线布置Assembly Line Layout Improvement by Applying Fundamental Industrial Engineering TheoriesAbstract: Th
2、e significance of fundamental industrial engineering theories to the improvement of the management levels for equipment and labor intensive enterprises has been realized. Accompanied by a real industrial case, this paper addresses how to improve the assembly line layout by skillfully integrating pra
3、ctical methods in the areas of work study, facility layout and workflow analysis. The qualitative and quantitative analyses demonstrate that fundamental industrial engineering theories and methodologies play a critical role in the improvement of productivity, flexibility and market adaptability.Key
4、words: fundamental industrial engineering; manual assembly; assembly line layout1 引言球制造环境的改变在给我国的制造企业带来各种挑战的同时也带来了各种机遇。一方面，对国际化竞争环境还相对陌生的我国企业将直接面对来自欧美日等工业强国的具有丰富国际化运营和管理经验的企业的竞争。如何在克服产品生命周期越来越短、订货批量越来越小而定货次数越来越多、信息越来越透明、产品的技术和知识含量越来越高等压力的同时，在与国际化运营的企业的竞争中求得生存并获得持久竞争优势是我国制造企业目前必须思考的关键问题之一。另一方链管理、管理信息
5、系统、B2C 和 B2B 等），对提升我国企业的管理水平有很强的借鉴价值。然而，西方的工业化毕竟已经经历了将近一个世纪的历程。从 20 世纪初泰勒等人的工面，具有国际运作和管理经验的企业在带来压力的同时也带来了先进的管理理念、具有时代气息的运作模式（如供应作研究和时间研究，到 80 年代左右计算机技术在工业领域的应用乃至 90 年代左右通信和网络技术的迅速发展和广泛普及，工业化的内涵和外延都发生了很大的变化。而工业工程（Industrial Engineering, IE）理论和方法效益并获得可持续竞争优势。反观我国的工业企业，经历了有计划都社会主义市场经济的转变，对工业工程的理论和方法的认识
6、和应用的层次还不够深入。可喜的是，随着全球范围内产业结构的调整，亚洲尤其是中国将成为世界制造中心的趋势越来越明显。外资独资企业和合资企业的进入以及民族企业的兴起，使得企业对的理论和方法重要性的认识正在逐步深入。而工业工程领域工程硕士的培养以及企业各种类型工业工程的培训必将加速理论和方法在中国的应用和普及。在看到我国已经具有可以在全球市场中与国际知名企业展开有效竞争的高新技术企业(如深圳华为等 )和家电企业如(青岛海尔等) 以及其他类型企业的同时,不可否认的是中国大部分制造企业仍然停留在研发投入不足,产品科技含量不高,工业基础薄弱及管理水平不高并主要从事设备密集和人员密集型产品的 OEM(Ori
7、ginal Equipment Manufacturer)生产阶段,急切需要提高工业化管理水平是一个不断积累的渐进过程,其中基础工业工程理论和方法的有效应用是一个重要的，不可逾越的阶段.基于计算机和网络技术的企业资源规划(Enterprise Resource Planning, ERP),供应链管理()以及目前较流行的电子商务()等能否发挥作用,在很大程度上取决于企业的基础工业化程度 .尤其是对正在创业和不断壮大的,管理比较粗放的我国民营企业和国有企业，积极地引进并应用传统 IE 理论和方法对提高企业效率和竞争优势有极其重要的意义.本文结合一民营企业的实际,应用基础工业工程中的流程分析,单元
8、设计(),装配线平衡和生产线布置等理论,探讨改善手工装配线效率和管理水平的方法.解决问题的思路对完善其他类型企业生产线的效率具有同样的借鉴价值.2 文献综述关于工业工程理论的研究可以追溯到 1910 年左右泰勒等人的工作.这一时期的工作统称为工作研究,具体分为方法研究和作业测定.方法研究主要通过不合理,不均衡和不经济的因素,以达到改进和标准化工作方法的目的.而作业测定则在方法研究的基础上,对生产活动中劳动力如何使用及应当如何使用的问题进行定性,定量的测定并制定标准时间.尽管方法研究和作业测定的工作非常基础，但有相当大一部分民营企业对这方面工作的重视不是很充分.本文的工作就是从了解手工装配线的装
9、配流程和装配时间入手的.装配流水线的概念是 HF 于 1913 年提出的,是机器时代最重大的技术革新之一.在当时,将汽车底盘的装配时间由 12.5 小时缩短为 93 分钟.而生产线和装配线的布置方式则可分为工艺式布置,产品式布置,成组技术布置和固定式布置等几种传统布置类型.文献在总结了目前制造业的发展趋势的基础上,提出了面向 21 世纪的工厂布局类型:如分布式布局、模块化布局和敏捷布局等.与装配线概念紧密相关的另外一个概念就是装配线平衡,即将装配所涉及的所有基本工作单元分配到个操作者或工作站在工作周期内都处于繁忙状态,以完成最多的工作量并使每个操作者或工作站的空闲时间最少.装配线的平衡问题尽管
10、主要是一个操作时间协调问题,但由于为了配合装配线通常需要调整工作站和工人的数量,所以也是一个设施规划问题.传统的装配线理念主要把注意力放在劳动力的有效利用上,对设备和设施的利用不充分.而且通常把问题看成静态的并力图找到最优的解决方案.而关于装配线的新观点则要使产品的质量得到提高.本文的研究将结合企业的实际情况,以系统化的方法,综合集成上述各种基础工业工程理论和方法,探讨提高手工装配线工作效率和灵活性的途径和方法.3 问题描述和数据收集本文所研究的生产流水装配线主要生产 TFT-LCD（Liquld Cristal Display）即，液晶显示器。该产品的销售额占公司总销售额的 70%以上。尽管
11、该产品分为不同品牌和不同型号几十种产品。但其装配流程基本类似。仅仅不同的是其因品牌和具体客户的要求不同，产品结构或外型稍有差别。主要部件为：A.铁盘 B.PWPC 板 C.主板 D.PANEL E.前框 F. 保护罩 G.KEPC 板 H.后盖 I.支架。 （其中，B.PWPC 板 C.主板 G.KEPC 板为自己生产外，其余全部外购。 ）图中， 表示产品的主要部件；而 为装配中间状态；而带斜线的为整机调试检验阶段。由于该产品怕刮伤，部件价格昂贵，装配是需特别小心；以及需要相应的手段预防保护。对其一系列的操作都需要在规定时间全部完成，并尽可能减少线平衡损失以及提高利用率。因为随着产品订货批量越
12、来越小,每天就要导入好几种产品进行生产。但由于管理人员缺乏 IE 知识对其进行分析改善,虽然应用了先进的流水生产线,生产能力并没有充分的发挥.经过对生产现场进行调查,发现现场十分繁忙,作业员工作有点十分忙碌,甚至有时会发生挡产,但大部分作业员还是相当轻松了.这明显出现了作业AA图表1FGBDICHES1S2S3S4S5S6S7S8S9任务分配不当了问题.产品装配流程图7.61 9.61 单位:秒(S) 5.93 13.412 5.741 14.835 44.982 10.192 15.545 4.902 6.063 11.094 5.354 6.321 16.061 8.708 10.58 整
13、机检验调试 256.00 图 1 收集的数据反映了两个方面的信息（1） 产品的装配顺序。由于产品的结构较复杂(尽管最终产品由 10个部件构成,但却是由 1000 多个零件构成的,所以,每个部件的结构也很复杂)同时考虑到产品的功能结构,部件的装配是按照一定的顺序进行的.(2) 各部件的预装配时间以及装配时间:4 装配过程的分析和改善应用基础工业工程的联合操作分析、单元设计和装配线平衡方法时装配流水线予以改善。41 原有的装配线布置方式分析装配流水线简图 （1） 流水线生产单面作业（2） 流水线投资高，占地面积大（3） 采用节拍生产方式对各个部件欲装的工时定额以及个装配中间环节的消费工时进行简单的
14、相加，对操作的步骤进行简单的分配，可以计算出整个装配过程的工作量为 453 秒；线平衡损失为（630.20-453）=177.20 秒；线体负荷率为 E=71.88%4.1.1 流水生产线是由设备、工作地和传送装置组成 4 的设施系统，而且是为特定的产品和预定的产品和预定的生产大纲所专门设计的。因此，大量流水生产的生产计划工作的关键在于合理设计后调整好流水线，这包括确定流水线的生产节拍，合理而均衡地组织流水线上各工作地的分工，这种分工的组织称为流水线平衡。一、流水生产方式的特点所谓流水生产方式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，即生产节拍完成工艺作业的连续
15、的重复生产过程。这种生产方式一般具有以下的特点：1） 流水线上固定生产一种或几种制品，每个工作地固定完成一道或几道工序。生产过程实行很细的专业化分工。2） 工艺过程是封闭的，在流水线上完成生产对象的全部或大部分工序。3） 组成流水线的各个工作地，设备沿工艺过程的顺序排列。生产对象在工序间作单向移动。4）制品的生产过程被分解为许多独立的可在相等时间间隔内完成的工序，这种时间间隔即为节拍。将这些工序分配到各工作地，并同时而平行地进行生产，使生产过程达到节奏性。5） 工作地之间有传送装置连接。生产对象能流水般地在工序之间流动，生产过程具有高度的连续性。流水生产方式创造了高度的劳动生产率，是现有生产组
16、织形式中最先进的一种形式。但是，实行流水生产，必须具备一定的先决条件。首先，产品及其生产工艺都是高度标准化的，设计完全定型，零件互换性高，生产中消除任何修配与调整操作，工艺方法稳定，能组织高度专业化的劳动分工。同时，应有稳定的大量的市场需求。这样，才有条件为每种产品建立专用流水线，流水线上配备高效率的专用设备。这些设备所需的大量投资能为大量的销售量所消化，而为企业取得高效率和低成本的技术经济效果。本论文所写的关于流水线线平衡问题正是具体到生产 TFT-LCD 的一条生产流水线，因为管理人员缺乏 IE 方面的理论知识，虽然采用了流水生产方式，但对其线平衡却分配不合理，造成了生产能力的浪费。1 流
17、水线最重要的概念节拍。节拍是指流水线上前后出产两个相同制品的时间间隔。当流水线的运输批量等于 1 的情况下，节拍按下面公式计算。C=Fe/N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，或预期的生产大纲产量。2 最少工作地数计算工作地也叫工作站。它们分别承担生产过程中至少一个或多个无法在分解的作业元素。工作站需完成的作业元素及其工时定额总和，分别称为站工作含量及站工作含量时间。流水线上所有站工作含量时间的总和为总工作含量时间。流水线共做地合理分工的合理性体现在用最少的工作地数来完成制品的生产过程，即完成所有的作业元素。因为工作地数减少，工作地上的负荷越饱满，流水线的利用效率
18、也就越高。在给定了节拍后，最少工作地数应为：Smin=W/C公式中符号表示大于或等于 W/C 的最小整数。流水线的最少工作地数可以作为衡量流失线利用程度的一个标准，用来检查任务分工组织的合理性。3 流水线平衡最少工作地数只是一种理想情况。在生产中，有许多因素限制着作业元素的分配，使工作地的负荷不能达到满负荷，即各站工作含量时间不能不能与节拍时间完全相等或接近相等。一种是工艺顺序的约束，也就是作业元素的分解合并必须遵循装配过程的要求，不能任意插补或颠倒。一种是技术上的约束。为了保证技术要求，必须防止工序之间的干扰。当然，还有一个基本的约束，即任何工作地的含量时间不能大于节拍。若一项作业元素的作业
19、时间大于节拍时间，必须将它分为在两个或多个工作地平行进行。于是，在工艺与技术的约束下，按流水线的节拍要求，为每个工作地分配作业任务，使它们的作业时间尽可能地达到或接近节拍时间，这就是流水线平衡，或工序同期化。对于装配流水线，主要采取分解与合并工序，合理调配人力等办法进行流水线的平衡。对于流水线负荷率 为：E=W/SC在 75%以上即可认为满意，若达不到这个比率，则需法改进。用同样方法也可计算工作地负荷率，通过工作地负荷率可检查负荷分配的均衡性，若负荷分布不均衡，也应调整作业元素的分配，即总负荷率有些降低，也是值得的。因为有利于产量的提高，也利业于员工积极性的调动。二、 MOD 分析模特法是澳大
20、利亚 G.C.哈依德博士通过工效学研究发现，人体各部位动作时，最快速度与正常速度比值及其相似。MOD 法就是建立在以上研究基础上，用人体各部位有型动作时间的比值，确定和表示动作时间值的一种方法。经标准化后将 0.129s 定为 1MOD。然后又将人体所有有形动作划分为21 种，每种动作都以手指动作为基准，按比例确定出相应的 MOD 数。这样，只要知道作业时人体动作使用的部位和动作数，就能确定该动作乃至完成作业全部活动所需的时间。1 模特法的特点（1） 动作时间是以手指移动 2.5cm 所需时间为最小单位（1MOD） ，身体其它部位动作的时间都用手指动作时间的比值（整数倍）来表述。（2） 把身体
21、各部位的动作划分为 21 种，其中 11 个为基本动作，10个为身体及其它动作。忽略了某些发生概率非常小的动作。（3） 1MOD 的时间值确定为 0.129s，使用中可根据实际情况适当调高或调低。（4） 动作符号不但表示动作，而且也表示时间。（5）正因为有以上这些特点，MOD 法制定标准时间的精确度和其它PTS 系统相差无几，完全不影响它的应用价值。2 模特法的动作分类MOD 法的动作分为 21 种，用英语字母和数字组合成标记。字母代表动作种类，数字代表动作时间。下面分述各动作的含义。（1） 基本动作分为 5 个移动动作和 6 个终结动作。1） 移动动作（M）A手指动作 M1。每动作一次的时间
22、值为 1MOD；B手的动作 M2。每动作一次的时间值为 2MOD；C小臂动作 M3。每动作一次的时间值为 3MOD；D大臂动作 M4。每动作一次的时间值为 4MOD；E大臂尽量伸直的动作 M5。每动作一次的时间值为 5MOD；2） 终结动作 A触摸抓取 G0。每动作一次的时间值为 0MOD；B简单抓取 G1。每动作一次的时间值为 1MOD；C复杂抓取 G3。每动作一次的时间值为 3MOD；D简单放置 P0。不需要注意力，动作时间值为 20MOD；F需要注意力的放置动作 P2。每动作一次的时间值为 2MOD；G需要注意力的复杂的放置动作 P5。将物体准确地放在所规定的位置，或进行配合动作。因此，
23、从始至终需要用眼看其精确的位置，其时间值为 5MOD。以上 11 种基本动作中，M1、M2、M3、M4、M5、G0、G1、P0 均不需要注意力的动作，而 G3、P2、P5 时需要注意力的。还有一点十分重要：移动动作和终结动作（抓取和放置动作）总是成队出现的。应为伸手移动动作，其最终的目的必定是“抓取“和”放置” 。3）反射动作。不是每次都需要注意力，或保持特别意思的反复出现的重复动作。（2） 身体及其它动作A脚踏动作 F3。每动作一次的时间值为 3MOD；B步行动作 W5。每动作一次的时间值为 5MOD；C身体弯曲动作 B17。每动作一次的时间值为 17MOD；D站起来再坐下的动作 S30。每动作一次的时间值为 30MOD；F重量因素 L1。有效重量小于 2kg，不考虑；有效重量 2kg时，时间增加 1MOD；有效重量为 610 kg 时，重量因素为 2*L1；以后每增加 4 kg 时，时间值增加 1MOD。注意，单手负重等于实际重量；双手负重等于实际重量的 1/2 等。G目视动作 E2。H矫正动作 R2。I判断动作 D3。J施加压力 A4。
