制造企业生产线平衡的方法研究Word文件下载.docx
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3.1基础工业工程的方法研究和作业测定14
3.2“5S”管理活动19
3.3目视管理手段21
3.4生产线平衡的FOG方法23
3.5生产线平衡的最大候选原则25
3.6生产线平衡的分级位置权法30
4.某生产线平衡的改善32
4.1作业测定方法的改善32
4.2改善标准作业指导书37
4.3现场生产线平衡的改善实例37
结论43
致谢44
参考文献45
摘要
随着全球制造业的快速发展，市场由卖方市场转入买方市场，如何提高生产线的产量和整体效率，越来越受到企业的重视。
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，节约资源，同时还有利于保证产品质量，降低生产成本。
本文首先阐述了生产线平衡的重要性，然后交代国内外研究现状，再介绍生产线平衡的三大内方法：
最优化方法、启发式方法和工业工程方法。
明确了工业工程便于实施、价格低、实用性强、尤其适合小型生产线的特点，以某公司为例，用工业工程方法对生产线平衡予以改进，工业工程方法包括方法研究与作业测定两大块，本文没有过多考虑作业测定，而是直接使用标准时间，重点在于方法研究中的作业分析，采用了“5W1H”技术，并使用鱼骨图分析问题的所在，利用ECRS原则处理问题，改善生产线现状，在此基础上，结合PDCA循环帮助实现精益生产。
最后比较三个参数：
时间损失率、生产线平衡率、平滑系数来说明改进的效果。
在文章最后提出了后期的改善建议。
关键字：
工业工程方法；
生产线平衡；
ECRS；
5W1H；
PDCA
Abstract
Withtherapiddevelopmentoftheglobalmanufacturingindustry,marketfromaseller'
smarketintoabuyer'
smarket,howtoimprovetheyieldandefficiencyofthewholeproductionline,moreandmoreattentionbyenterprises.Toachievebalancedproduction,isconducivetokeeploadbalanceequipment,manpower,andcanimprovetheutilizationrateofequipmentandworkinghours,saveresources,butalsotoensuretheproductquality,reduceproductioncost.Thispaperfirstlyexpoundstheimportanceofproductionlinebalance,andthenexplaintheresearchstatusathomeandabroad,andthenintroducesthethreeinnerlinebalancingmethod:
optimizationmethod,theheuristicmethodandthemethodofindustryengineering.Clearlytheindustrialengineeringandconvenientimplementation,lowprice,strongpracticability,especiallysuitableforsmallproductionline,takingacertaincompanyastheexample,improvementoftheproductionlinebalancetobeusedthemethodofindustryengineering,industrialengineeringandoperationsresearchmethodsincludingthemethodforthedeterminationoftwoblocks,thispaperdidnotconsidertheworkmeasurement,butdirectlyusestandardtimethefocusisontheanalysisofresearchmethods,intheoperation,using"
5W1H"
technology,andusethefishbonediagramanalysisoftheproblem,theuseofECRSprinciplestodealwithproblems,toimproveproductionlinesituation,onthisbasis,combinedwiththePDCAcycletohelpachieveleanproduction.Finally,comparisonofthreeparameters:
thetimelossrate,productionlinebalancingrate,toillustratetheeffectofimprovedsmoothingcoefficient.Inthearticleproposedfinallythelaterimprovementsuggestions.
Keywords:
industrialengineeringmethod;
productionlinebalance;
ECRS;
5W1H;
PDCA
引言
制造企业在采用细分化之后的多工序连续作业生产线时，由于分工作业，简化了作业难度，使作业熟练度容易提高，从而提高了作业效率。
然而，经过了这样的作业的细分化之后，各工序的作业时间在理论上、现实上都不能完全相同，这样势必存在工序间作业负荷不均衡的现象。
除了造成无谓的工时损失之外，还造成大量的工序堆积，严重时会造成生产线的中止。
生产线平衡就是为了解决上述问题而提出的，它是现场IE的一种管理手法，也是解决生产线负荷平均化这一影响生产线效率关键问题的重要方法。
它对各工序的作业时间进行平均化，同时对作业进行研究、对时间进行测定，使各作业时间具有尽可能相近的技术手段与方法。
工业生产线上的不平衡程度不仅直接反应了生产线的生产效率，而且影响到产品的质量。
这是由于生产线的不平衡所造成的装配工人的劳动强度不一，使得劳动强度大的装配工人为了赶上装配线运行节拍，而常常不得不忽视装配质量。
生产线的平衡问题一直是生产组织中长期关注的问题，并对企业生产秩序的正常运作起着关键性的作用。
生产线的平衡问题是一个发现问题、分析问题、改善问题的过程。
通过改善,从而使生产线在更高的水平上达到新的平衡,并在新的环境条件下发现新的瓶颈、不断改进、不断完善，这样才能提高企业生产效率。
这是企业真正追求的目标,也是工业工程的真谛所在。
因此，要保证生产线的平衡，就必须对生产线进行不断地分析、研究和改善。
1.某生产线平衡中存在的问题及原因分析
1.1缺乏对作业进行方法研究
作业测定方法强调操作者按规定的作业标准操作，规定的作业标准是指经过方法研究之后制定的标准的工作方法，及有关设备、材料、负荷等一切规定的标准的情况。
而有的IE人员忽视了这一基本问题，在对操作方法、作业环境、材料、设备、工具等方面没有进行方法研究的情况下，直接对工人操作进行观测、记录、并计算标准时间。
由于缺乏方法研究，工人的作业程序不合理，操作随意性大，无效动作多，已制定的标准时间含有许多无效时间，研究结果有较大的误差。
1.2忽视了人的因素
作业测定是企业管理的基础工作，涉及范围较广，工人对此非常敏感。
它又是以人的作业为对象进行的研究，需要工人的密切配合。
有些IE人员忽视了人的因素。
测定前没有对工人进行动员和培训，测定过程中与工人缺乏有效沟通，使工人对作业测定意识认识不够，认为作业测定的目的是提高定额，加大劳动强度。
担心自己利益受损的工人在测时过程中故意放慢操作速度，插进不必要的动作，使收集到的数据失真，给后面的评比工作带来较大的困难。
1.3时间研究方法应用存在的问题
1.3.1观测次数缺乏科学计算
由于工具材料的摆放位置不同，读取秒表的误差及物件的品质差异等因素影响，时间研究时应首先按照预定精度要求计算观测次数。
然而，有些IE人员不了解确定观测次数的作用，更不清楚观测次数如何计算。
他们凭经验估计确定观测次数。
观测次数少导致研究结果满足不了精度要求，次数多则会无谓地加大IE人员的工作量。
1.3.2不进行评比或评比过程存在较大误差
通过对观测数据进行处理，可求出工人完成某单元的平均时间，但这个时间不一定是工人以正常速度操作所需要的时间。
因此，需对工人的操作速度进行评比，确定评比系数以修正平均值。
在实际应用中，企业因缺乏有评比经验人员而取消了评比，直接采用观测平均值作为正常时间；
或者虽然进行评比，但由于目前采用的评比方法如速度评比，平准化法，客观评比等方法具有一定的主观性，有些因素很难精确界定，对IE人员的要求较高，许多IE人员由于没有掌握评比方法，评比系数确定不准，制定的正常时间有较大的误差。
1.4模特法应用存在的问题
1.4.1存在动作分析不准及漏掉动作现象
模特法确定标准时间主要依据操作者的动作，因此，准确记录动作是运用此法的关键。
由于有些IE人员缺乏实际应用经验，对动作进行分析时普遍存在动作分析不准和漏调动作现象。
其中分析不准的动作包括上肢动作中的M3,M4动作，放置动作中的P2,P5动作，旋转动作C4,M2及搬运动作L1。
漏调动作通常为目视动作、施加压力动作等。
上述问题使得运用模特法确定的标准时间值偏小。
1.4.2模特时间单位取值问题
模特法在人体工程学基础上，根据人的动作级次，选择一个正常人的动作级次最低、速度最快、能量消耗最少的一次手指动作的时间值作为时间单位，即1MOD=0.129s但是有些工人熟练程度较低，达不到上述换算标准。
如采用上述标准，工人可能完成不了定额。
1.5宽放种类及宽放率确定有误
企业在确定宽放时间时，存在宽放时间种类不全及宽放率确定误差较大现象。
例如，操作者听取班长或车间主任指示，或本人指导助手等造成的时间消耗没有计入宽放。
另外，企业也很少考虑临时宽放和管理宽放。
在确定宽放率时不按单元细分，而是针对整个作业确定，致使性质不同单元的宽放率没有区别开来。
1.6企业领导使用标准时间数据态度不坚决
一些领导虽然对生产线平衡率低非常着急，但使用重新制定的标准时间时又不坚决。
例如，某个IE人员花了一年时间测定了主要生产车间各岗位的时间数据，由于制定的标准时间远远小于目前的时间，领导担心采用新的标准时间会遭到工人反对，一直没有实施，挫伤了他的积极性
2.生产线平衡的基本原理
2.1生产线平衡的定义
生产线平衡是指为了有效地达成预计的生产目标，在既定的条件下，把生产线上的各作业者的负荷时间作平衡的分配，即就是指为了有效地达成计划性的生产，而对设备和人员的调整作适当设计。
2.2生产线平衡要满足的约束
生产线平衡要满足下面的约束：
1）节拍的约束：
生产线节拍是生产相邻两件产品的时间间隔，每个工作站的总作业时间不能超过生产线节拍。
2）优先关系的约束：
优先关系是由产品设计和生产工艺所确定的作业元素之间的加工先后顺序，在生产线平衡中当且仅当一个作业元素的所有紧前作业元素被分配完毕，这个作业元素才能被分配。
3）其他方面的约束：
由于场地、设备的限制，一些作业元素只能被分配到固定的工作站，一些作业元素不能（或只能）分配到同一个工作站等等。
2.3生产线平衡的目的
生产线平衡的目的主要有以下几个方面：
1）物流快速，减少生产周期；
2）减少或消除物料，半成品周转场所；
3）减少在制品堆积；
4）消除工程瓶颈，提高作业效率；
5）稳定产品质量；
6）提升员工工作士气，改善作业程序。
2.4提高生产线平衡率的原则及效果
衡量生产线平衡状态的效果，可采用生产线平衡率这一定量指标表示。
生产线平衡率＝各工序时间总和/（人数×
CT）×
100％
由此式可见生产线各相关工序之间的作业量平均与否必然直接影响整个生产过程的整体效率，生产线在一定作业周期内完成一个产品的时间（即生产线周期）是由生产线上作业时间最长的工序的时间（CT）决定的，因为无论其他工序作业速度多快也只能在CT时间内传送产品，从而存在停工待料现象，造成一定的损失。
因此，降低瓶颈工序的CT值，使生产线各工序生产负荷平均化是提高生产线平衡率的关键。
生产线平衡率越高，生产线的工时消耗越小，生产在制品就越少，生产线整体效率就越高。
提高生产线平衡率的直接效果就是提高作业人员和生产线设备的工作效率，减少工时浪费和工序间的库存，降低生产成本。
但在生产现场，当生产线平衡达到较高水平时，细分化的流水生产线作业人员虽然工作效率较高，但劳动负荷大，长期从事单调较高负荷的操作易失去对工作的专注和乐趣，会对生产现场管理工作带来负面影响，通常采用定期交换作业人员工作岗位的方法来消除可能带来的负面影响。
2.5影响生产线平衡的主要因素
2.5.1标准作业指导书的制定对生产线平衡的影响
标准作业指导书（StandardOperationprocedure,简称SOP）是生产线生产的重要依据，它规定了生产线的工序划分、作业流程、作业人员应完成的作业内容，并指导作业人员按一定顺序完成作业。
生产线上每一个工位都有一份相对应的标准作业指导书，该指导书由工业工程（IE）分析人员制定，在更换产品品种、新产品上线之前编制并发到生产线的领班手中，领班根据标准作业指导书来收料、排线和布置生产线。
对于每个工位的SOP，包括各种材料的摆放顺序、操作顺序及对应材料的单耗，只有严格按照SOP，才能将产品正确地完成。
工业工程人员制定的SOP是他们认为最合适、快捷的作业顺序，配以合理的流向设计，达到以尽可能少的动作、尽可能有利于操作人员作业的顺序来完成作业，从而使生产线达到平衡。
然而在实际生产中经常出现生产线的不平衡状况，尤其是多品种可变生产线，需要轮番更换品种，特别是新品种上线试产时，因SOP的试运行或制定的不合理，不平衡问题尤为明显；
在新品种上线后，或更换品种后，生产线的速度将不断加快，操作人员的熟练程度不断提高，作业速度也不断加快，在达到某一速度后将努力维持这一速度，在高速作业过程中，即使是一个微小的SOP问题，也会引起生产线的不平衡。
因此，生产线上SOP制定是否合理、准确和切合企业实际将对生产线的平衡影响很大。
2.5.2排线对生产线平衡的影响
排线是指生产线上的领班按照SOP的要求，对生产线进行安排和布置。
例如：
每个工位具体的人员安排、人员的数量等。
在高速作业过程中，由于作业人员的能力有别、熟练程度的差异，人员安排不当或位置安排不当，将会造成个别工位工时较紧，在排线的过程中出现瓶颈，造成生产线不平衡。
2.5.3员工责任心对生产线平衡的影响
1）操作人员在8h工作时间内，会因某些生理要求而离位，这时必须由流动人员来顶位，因流动人员不熟悉每个工位的操作，作业速度赶不上节拍，出现生产线不平衡。
2）操作人员无故请假或在没有预先通知的情况下辞工，由其他操作人员顶位，跟不上节拍，必然造成生产线不平衡。
3）在8h工作时间内，长时间紧张工作使部分操作人员操作速度波动，生产线出现不平衡。
4）材料员供料不及时或少料、错料、混料、也会造成生产线不平衡。
5）不良品种的出现，需在个别工位重工，出现堆积，生产线亦出现不平衡。
3.生产线平衡的手段与基本方法
3.1基础工业工程的方法研究和作业测定
目前现代工业工程虽然在许多行业得到广泛应用，特别是在国外企业及一些国防工业中已取得显著效益，但全球大部分企业仍以基础工业工程为应用的重点。
在我国沿海，大部分在华的外资、合资企业对基础工业工程都十分重视，根据我国企业的技术条件、管理水平、信息化程度和所处的经济与市场环境，企业从基础工业工程（或叫经典工业工程）做起不仅容易，而且成效也快且显著，同时可为将来实行现代工业工程打下坚实的基础。
因此，为达到生产线平衡的目的可采用传统工业工程的方法研究和作业测定等方法。
3.1.1生产线平衡中的方法研究
一条均衡性很高的生产线所追求的目标包括：
减少物质、能源、时间和资金的占用与浪费；
降低生产成本；
降低员工的疲劳度，减少遭受损伤和工伤的概率；
利用有限的资源求得更高的产出，提高生产效率。
如果没有一个良好的运行方法，就不可能达到以上目标，也就是说均衡生产需要一个良好方法，一个好方法反过来也能带来好的均衡性。
方法研究就是对现有或拟议的工作方法进行系统记录和严格考察，作为开发和应用更容易、更有效的工作方法以及降低成本的一种手段。
按照从粗到精，从宏观到微观，由概括到具体的体系，方法研究包括程序分析、操作分析和动作分析三部分
（1）程序分析完成任何工作所需经过的路线和手续即为程序，程序分析主要以整个生产过程为研究对象，研究分析一个完整的工艺流程，看是否有多余或重复作业，工序是否合理，搬运是否太多，等待是否太长，进一步来改善工作程序和工作方法。
高平衡率的生产线离不开良好的作业程序。
（2）操作分析所谓操作分析就是通过对以人为主工序的详细研究，使操作者、操作对象、操作工具三者科学的结合，合理的布置和安排，达到工序结构合理，减轻劳动强度，减少作业时间消耗之要求，以提高产品品质和产量为目的而进行的分析。
通常，合理的人机配合，能为高平衡率的生产线提高最直接的单元保障。
如果人机结合不合理、不科学，那么这种作业就是一种粗放型、高消耗的作业，就没有人员之间、机器之间、人机之间的相互协调与配合，更谈不上合理，这时不免会出现人等人、人等机、机等人和机等机等一系列严重影响生产线平衡的“等待性”浪费。
也就是说，人机相互之间高效合理的配合，不仅能够大大减少作业等待，更重要的是能够提高生产线的平衡率，进而提升作业效率。
（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，消除无效动作，使操作简单有效，提高工作效率。
动作分析能在其他方法无效时，给生产线的平衡提供一把秘密武器，他从最基本的“动素”入手，寻求改进空间，以提高生产线的平衡能力。
当然它与工业工程其他方法综合运用，会使企业收到更好的效果。
3.1.2生产线平衡中的作业测定
作业测定技术是运用各种技术来确定合格工人在适宜地操作条件下，用最合适的操作方法，以普通熟练工人的正常速度完成标准作业所需要的劳动时间。
作业测定是工业工程的主要内容之一。
它是对某一作业所必需的要素作业和所需时间进行分析研究的一种技术。
通过时间分析可以去除或减少无效因素，比较作业方法，并进行研究、改进，规定完成作业所必需的标准时间。
作业测定是一种科学、客观的制定标准时间的方法，目前世界上发达国家都采用作业测定方法制定标准时间。
该方法确定的标准时间由正常时间和宽放时间两部分组成。
其中正常时间是指合格工人以正常速度操作所需的作业时间，宽放时间为操作者在工作中必须给予的停顿或休息时间。
作业测定技术包括4种方法，即时间研究（也称秒表时间研究）、工作抽样、预定时间标准和标准资料法。
我国企业常用的方法是时间研究与预定时间标准法中的模特法。
（以下主要介绍时间研究与模特法）。
时间研究方法属于密集型抽样方法。
首先，IE人员利用秒表在一段时间内按照预计的观测次数对作业者的各单元操作进行连续观测、记录、计算各单元实测时间平均值，并对操作者各单元的操作进行评比，求出工人完成此项工作的正常时间；
其次，根据工作环境及工作性质要求，确定宽放时间，以制定标准时间。
模特法把人作业时的动作分为21种基本动作，并预先为各种动作制定时间标准来确定进行各种操作所需的标准时间。
研究人员通过现场记录工人操作动作，可直接计算正常时间。
加入宽放时间后，即可求出标准时间。
标准时间的确定，是以科学的时间研究为基础，把作业测定作为控制其合理性的手段，把作业条件、宽放时间作为影响标准时间的重要因素。
标准时间的表达式为：
标准时间=平均观测时间×
评定系数×
（1+宽放率）
毫无疑问，不同的作业者的作业速度相差较大，即使是同一作业者在不同的时间里作业速度也相差较大。
因此，应用作业测定技术对某一时间内进行时间测定后，还要对其作业速度进行评定。
这样通过适当的处理（利用评定系数），把具体的时间观测值调整为按照普通作业者速度进行作业的时间值（正常时间）就可以作为计算合理的标准时间的基础。
确定评比系数，首先要了解某一作业的标准速度。
所谓标准作业速度，是指中等水平的熟练程度、中等水平的适应性和作业热情的作业者，按标准的作业方法，以一定的努力程度进行作业时的速度。
然后，由观测者对所感受的测试对象的作业速度进行评定。
另外标准时间的制定离不开宽放时间的确定。
宽放时间是指在生产过程中进行非主体作业所消耗的附加时间以及补偿某些影响因素影响生产的时间。
在作业测时准备期间，对该岗位工人围绕“什么是作业测定技术”，“为什么要进行作业测定”等问题进行培训，并作好思想政治工作，取得了工人对该项工作的支持与配合。
在此基础上，选择一名中等技术水平的工人作为测时对象，并使测时人员有充分的时间与测时对象相互熟悉，以便于测时人员了解测时对象的个人情况、技术水平和加工速度等。
同时也使测时对象消除紧张和反感情绪，能够在测时期间很自然地工作。
此外，还要预先划分工序操作项目，确定定时点（前一个操作终了和下一个操作开始的分界点）以便于准确记录操作时间。
最后，进行测时观察记录。
在测试过程中，每个岗位至少要有2名测时人员，测试人员应提前上岗，在观察过程中要注意里集中。
在进行作业测定时，选择合格工人是很重要的，工人的工作速度各不相同，如果根据动作速度较慢的或不熟练工人来制定标准时间，势必造成时间过宽，从而使生产活动不经济；
而根据动作速度较快的工人制定标准时间，则势必造成时间过紧，使大多数工人不适应。
在工业企业中，人工是一项重要的生产成本，而且人工配置的合理与否对生产线平衡性的好坏会带来很大的影响。
人工成本的高低反映了企业经营管理的水平，能够折射出生产线的均衡状况，因此，在作业程序和方法都行之有效地基础上，公正合理地制定时间标准，并基于此来恰到好处地分配人工，使整条生产线均衡的生产是每一个企业需要解决的重要课题。
3.2“5S”管理活动
“5S”起源于日本，“5S”活动是生产现场整理（Seiri）,整顿（Seiton）,
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