基于IE理论的汽车发动机生产线平衡改善研究

上海海事大学本科生毕业论文上海海事大学本科生毕业设计（论文）基于 IE 理论的汽车发动机生产线平衡改善研究学 院: 物流工程学院专 业: 工 业 工 程班 级: 工 业 122姓 名: 邓 明 静指 导 教 师: 舒 帆完 成 日 期:2015 年 6月 1日上海海事大学本科生毕业论文承诺书本人郑重承诺:所呈交的毕业论文“基于 IE理论的汽车发动机生产线平衡改善研究”是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以解释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。承诺人（签名）： 日期：2016 年 5月 15日上海海事大学本科生毕业论文摘 要由于认识到基础工业工程在制造业中提高其生产效率、降低其生产成本和提高制造业公司的管理水平的作用。结合学校的 K4发动机试验线，运用工业工程中的基本方法和理论,对已有试验线进行研究分析，并进行改善，运用人机工程学的相关理论对发动机试验线操作人员进行选择，最终通过比较改善前后的发动机试验线平衡率和适应性来说明基础工业工程的理论和方法在制造业中提高其生产效率、降低生产成本的重要作用。关键词：流水线，平衡率，工业工程，发动机AbstractTo realize the Fundamental Industrial Engineering in the manufacturing sector have a good effect to improve the production efficiency, reduce production costs and improve the manufacturing companys management level. Combining the K4 engine test line of school, using the basic methods and theories of the industrial engineering to analysis and improve the test line, and using relevant theories of Ergonomics to choose operators of the engine test line. Ultimately, to compare the balance rate and adaptability of engine test line before and after improvement, Description theories and methods of Fundamental Industrial Engineering play an important role in manufacturing to improve its productivity and reduce the production costs.Keywords: pipeline, balanced rate, industrial engineering, engine上海海事大学本科生毕业论文目 录1 引 言 .1.1 研究背景 .1.2 研究意义 .1.3 国内外研究现状 .1.4 研究目标和内容 .2 生产线平衡相关理论 .2.1 生产线概述 .2.2 生产线平衡的概念 .2.2.1 生产线平衡概念 .2.2.2 生产线平衡的意义 .2.2.3 生产线平衡的评价指标 .2.3 工业工程相关理论 .2.3.1 程序分析 .2.3.2 作业分析 .2.3.3 动作分析 .2.3.4 作业测定 .2.4 人机工程学 站姿工作面高度设计 .3. 校内试验线现状 .3.1 试验线现状 .3.2 校内试验线作业测定 .3.3 初始方案制定 .4 校内试验线分析 .4.1 校内试验线程序分析 .4.1.1 流程程序分析 .4.2 发动机试验线作业分析 .4.2.1 人-机作业分析 .4.2.2 双手作业分析 .4.3-校内试验线动作分析 动素分析 .4.4校内试验线人机工程的应用 .第五章 学校发动机生产线改善后方案 .5.1 校内试验线改善后作业测定 .5.2 生产线工位调整及改善后生产线平衡率 .5.3 校内试验线改善结果分析 .第六章 全文总结 .6.1 结论 .6.2 展望 .参考文献 .上海海事大学本科生毕业论文1 引 言1.1 研究背景近几十年来，随着经济的全球化和制造业的迅速发展，许多制造业公司都认识到在当今这个竞争激烈的经济市场环境下，提高生产效率、降低生产成本、保证产品质量是制造业公司最直接的提高利润之道。所以基本的制造业公司的生产模式都趋向标准化-流水线化。而实现流水线化并不只是是只要产品实现在一条线上生产就是达到了流水线化，所谓流水线生产就是指在生产时能像流水一样不间断，而要想达到这样的效果，最主要的就是生产线平衡，就是让生产线上每个工位的时间基本一致，达到生产线“一个流”的生产。而工业工程的意识是以人为中心来研究生产系统的设计、管理、革新和发展，并且简化和标准化生产工作和生产流程，以杜绝浪费、节约成本为目标来为企业提高效益，为工作人员提供一个舒适的工作环境。因此,工业工程的管理意识得到广泛应用,工业工程研究方法也因此得到广泛关注和重视。由于行业间的激烈竞争，许多制造业都开始致力于精益生产，也因此制造业对工业工程的管理思想越来越重视，现在很多制造业公司都会聘用工业工程专业的人才到公司里对他们的生产模式进行优化和改善，有的大型的公司还有专门的工业工程部门，由此可知工业工程的改善和优化意识在提高企业竞争力方面的重要性。自从福特汽车公司 1913年建立了世界上第一条流水线以后，简化了生产工序，提高了生产效率，并节约了生产成本，提高了生产质量。许多制造业公司也纷纷引进流水线生产模式，也正是流水线的出现，大大推动了制造业的发展。也因此加大了制造业对流水线生产的重视，并聘用工业工程专业人才对流水线进行研究改善和优化。本校的发动机流水线是引用的上汽集团的发动机流水线的一部分，但由于流水线刚建成，而且和上汽集团的流水线有所差异，所以并没有一个完善的初始方案。因此在用工业工程基础方法研究本校流水线时，初始方案来源于曾经实习时本组成员一起制定的方案，由于其中还存在一些不符合工业工程管理思想的地方。所以现在运用一些工业工程基础方法进行改进，提高试验线平衡率。1.2 研究意义所谓流水线就是要生产过程如流水那般不间断生产，没有堵塞和停滞。而要达到这样的效果就需要生产组织对生产线工位进行合理分配，将整个生产过程进行细分然后均匀的划分到各个工位上，然后尽量达到每个工位的生产时间一致，这样就算是达到了流水线的基本平衡，也使生产线达到了“一个流”的生产。研究流水线平衡主要在于将生产线中产生时间浪费的工位进行优化，并将不合理的动作进行改善，提高生产效率。提高生产效率，增加利润一直是企业追求的目标，生产线平衡的研究就是将生产时间和工序合理化分配，减少在制品和半成品在流水线上的堆积和停滞，使流水线达到“一个流”的生产效果，充分利用了生产资源，节约了成本，提高了生产效率。连续平稳的生产有利于提高产品质量，生产线平衡就是为了让工人在一个节拍上工作，达到连续生产的目的，而且由于生产过程被细分后分配到各工位上，如果产品出现质量问题也能进行针对性的改善，看这个工位是上海海事大学本科生毕业论文因为劳动强度大了还是技术原因导致产品出现了质量问题，如果是劳动强度过大，通常是因为流水线不够平衡，所以就需要进行一定的改善减轻工人负荷，提高产品质量。生产线的平衡还有利于减少物料和半制品的堆积，节约生产成本。一条生产线上工序之间一般都会存在一定数量的在制品，调查发现，这些在制品一般占总成本的 20%-60%，一条流水线能连续运行就需要工位间的高度配合，在生产节拍内完成工作，这样就能减少在制品的堆积。生产线的平衡在提高工人的积极性上也有一定的影响，一般来说一条流水线的节拍就是用时最长的那个工位决定的，而这个工位也被我们叫做瓶颈工位，按常理来说这个工位的工人操作一直处于繁忙状态，如果别的工位的操作时间低于节拍太多就会导致工人心理的不平衡，降低他们工作的积极性和团结性，研究生产线平衡就是让每个工位操作时间基本一致，让工人感觉到生产的公平性，调动他们的积极性。由此可知，研究生产线的意义重大，能够提高生产效率、节约成本和提高产品质量。1.3 国内外研究现状 评价流水线生产方式很重要的指标是生产线平衡，所以研究人员对其投入了非常多的时间和精力 1。自从泰勒和吉尔布雷斯的时间与动作研究构成了初期的工业工程以来，随着科学技术的发展，工业工程也迈向成熟，发展成了一门独立的学科。越来越多的人知道了工业工程，并开始对它越来越重视，也因此有越来越多的研究人员对工业工程的发展做出了巨大贡献，工业工程也从古典工业工程发展到现代工业工程。现代工业工程中，生产线平衡问题一直是大家研究的主要对象。这一问题是在 1954年由美国人 B.Bryton在他的论文连续生产线平衡中第一次正式提出，并着手解决这一问题 2。随着这一问题的提出，越来越多的研究人员针对这一问题发表了许多求解方法。国内外目前对生产线平衡的理论研究已达到非常高的水平，并提出了很多算法：分支定界法，Jackson 算法，遗传算法，启发式算法，随机算法等，建立模型并用计算机软件来求解，利用此方式来解决一般流水线的平衡问题 3。以上算法都是从数学算法上来求出最优解的，由于这些算法都有很复杂的计算，所以在实际应用时比较困难。还可以建立数学模型，运用仿真技术来对系统中运行的逻辑关系进行描述，通过对生产调度方案进行评估，分析系统动态性能，选择系统动态结构参数，由于这必须要求有正确的数学模型和数据，否则得到的仿真结果就不正确，所以这给现场工程师带来一定技术上的难度。我国工业工程的应用和西方比晚了一百多年，所以我国在工业工程这方面的研究还不成熟，我国对工业工程的运用也是近十几年才开始的，而且对工业工程研究也不如西方国家重视，在我国国有企业中也很少有工业工程这个部门，而在我国的外资企业中，它们都会有独立工业工程部门。而且在西方国家，工业工程不仅运用于制造业，还广泛运用于服务业、金融业等，我国却只是在制造业中得到运用。工业工程分为现代工业工程和基础工业工程，由于基础工业工程方法研究和作业测定在流水线生产上能得到快而明显的成效，所以在生产线上大家都普遍采用基础工业工程解决生产线平衡问题，如果生产线企业将基础工业工程和现代工业工程相结合，定能对企业的发展产生深远影响。1.4 研究目标和内容本论文主要是通过运用工业工程基础方法对本校发动机试验线的平衡进行研究，然后对发动机试验线进行改善和优化，提高流水线平衡率，并整理出一上海海事大学本科生毕业论文套经改善优化后的方案。由于学校流水线并不成熟，除了有基本的工艺路线外，并没有确定的流水线运作方案。所以本论文是通过对一个操作熟悉的同学进行秒表测时法测出每个动作所需时间，再进行初步划分工位得到基本方案，再通过运用工业工程基本方法对基本方案进行改善和优化，然后得到一个优化后的方案。本论文首先运用作业测定测出操作时间，其次运用流程程序分析对发动机生产流水线的操作流程进行了解和分析。再运用人机作业分析进行探讨新设计的工装与工具对人操作时间和效率的影响。然后运用双手操作分析研究操作者的双手动作及其平衡，对操作者双手动作进行优化。之后用动作分析法对操作员动作进行规范化和简易化。最后再次用作业测定的方法测定改善后方案的每道工序时间，进行重新划分工位算出改善后方案的平衡率，再通过比较改善前和改善后的生产线平衡率来评价改善意义。本论文首先是通过对原始方案的研究，找出原始方案中不符合工业工程思想的地方进行改善和优化，然后用生产线平衡率为评价指标，比较改善前后生产线平衡率，证明改善后的方案比原始方案更加符合工业工程管理思想，最后通过实践说明改善后方案的可行性。首先，由于学校发动机流水线工艺路线是从上汽集团的发动机流水线引用来的，上汽集团的发动机流水线的制造工艺和学校又不完全一样，上汽集团的发动机流水线中有很多机器智能装配的过程，学校的流水线需要人工手动安装，上汽装配发动机是以销售为主，学校是让学生练习为主，所以装配要求并没有上汽严格，一些材料也并不齐全。在制定原始方案时，需要参照上汽发动机流水线制定适合学校发动机流水线的工艺过程。工艺过程制定后，选取一个对发动机装配流程熟悉的人进行一次发动机装配，在这个人装配时用秒表测定每个工序所需时间，再进行粗略的划分工位，然后就得到一个原始的发动机流水线装配方案。将流水线按这个方案进行布置，让同学去流水线上操作，观察方案在操作中出现的问题，并针对这些问题运用工业工程的一些基本方法进行改进，如作业分析法、作业测定、动作分析和程序分析等，还运用人机工程学中工作面高度对操作人员操作速度的影响进行分析，整理之后重新划分工位，得到一套优化后的方案，并让同学对改进后的方案进行实际操作，验证改善后的方案的可行性和操作效率。最后对改善后的方案进行评价和总结，并对整篇论文进行总结。上海海事大学本科生毕业论文2 生产线平衡相关理论2.1 生产线概述生产线就是生产产品的过程，从将原料投入生产系统开始，在成为成品过程中所必需经过的工序路线。狭义的生产线是一种完成产品工艺过程的生产组织形式，是按对象原则组织起来的，即按产品专业化原则，为生产某种产品配备所需的各种设备和工人，负责某种产品的全部制造工作的完成，用不同工艺对相同的劳动对象进行加工。2.2 生产线平衡的概念2.2.1 生产线平衡概念生产线平衡是指将生产流程中工序进行合理的拆分和组合划分成工位，并调整每个工位的劳动强度，使每个工位劳动强度尽量相同，保证每个工位的作业时间基本一致或工作站之间能有序的进行生产。它是基于 IE理论的改善方式和手段，主要是对生产过程进行设计和改进，使生产过程标准化和操作方法规范化，最终使作业时间达到均匀和平衡。2.2.2 生产线平衡的意义当今制造业都通过各种方式来提高生产线生产效率来促进企业发展，因此大家的焦点也聚焦到生产线平衡上。生产线平衡不仅可以提高操作员及设备工装的工作效率，降低单件产品的消耗的工作时间，减少生产成本，还可以减少工序的在制品，实现“一个流”的生产，操作有序进行，提高产品质量。2.2.3 生产线平衡的评价指标生产线平衡受生产节拍、生产瓶颈、空闲时间等因素的影响，生产线的平衡状态是通过计算得出评判标准来衡量的。采用的指标主要有平滑性指数、人员利用率以及生产线负荷率。生产节拍是指同一条生产线上前后生产相同两个产品的时间之差。对于一条生产线，节拍扮演着一个很重要的角色，因为节拍的长短影响着一个企业的每日产量。一个企业一般都有自己的日产量指标，这个指标要么是根据客户订单确定，要么是根据企业的任务指标确定，只有确定了节拍，知道了一个固定时间段的产量才能有效的安排生产达到企业指标要求。生产瓶颈一般是指一条生产线中操作时间最长的那个工位，一般来说生产瓶颈是生产过程中不可避免的，通常 IE工程师们在对流水线进行改善的时候都会先从瓶颈工位着手，不过在打破了现有瓶颈的时候，随之而来的有新的瓶颈出现，这个时候需要考虑的就是现有瓶颈和原来的瓶颈相比有没有起到改善效果，如果没有，相反，还比以前的瓶颈的时间更长，那么说明改善是失败的，所以在改善前应该对瓶颈进行合理的评估再进行改善。由于影响瓶颈的因素非常多，所以可以通过改善非瓶颈工位的位置也可以达到改善瓶颈效果。生产线平衡虽然受很多因素的影响，但是我们还是可以用一个量值来评价生产线的平衡状态，那就是生产线平衡率。生产线平衡率的计算公式：上海海事大学本科生毕业论文(2.1)%10*10*ibnTn节 拍工 位 数各 工 序 时 间 和平 衡 率其中：Ti 各工序时间n工位数b节拍平衡损失率的计算公式：平衡损失率=1-平衡率 ( 2.2) 一般情况下，根据平衡率的大小评判生产线的优良中差，平衡率大于等于90%为优，平衡率在 80%-90%之间为良，在 70%-80%之间为中，70% 以下为差。2.2.4 影响生产线平衡的要素及改善方向影响生产线平衡的因素有很多，比如人员安排和人员的操作方式，物料的摆放位置，操作时用的工具和工装，还有环境因素等。所以，要改善生产线的平衡状态，应从人机料法环方面考虑，考虑人员的配备是否恰当，工具是否合适，有无更好的工具代替，好的工具和现有工具进行比较哪个总体成本较低，物料的放置是否合理，有没有更好的位置放置物料方便操作，还有就是对现有的一些不合理的操作方法进行改善，环境的影响也不容忽视，直接影响到产品的质量，所以要做好生产线的 5S检查。2.3 工业工程相关理论 2.3.1 程序分析程序分析是对生产过程的宏观分析，是以整个生产系统作为分析对象，通过调查分析现行工作流程，改进流程中不经济、不均衡、不合理的现象，提高工作效率的一种研究方法 4。程序分析分为四类：工艺程序分析、流程程序分析、布置和经路分析、管理事务分析。程序分析一般采用“5W1H”、“4 大原则”的分析方法。在实际分析中要做到：一个不忘（不忘动作经济原则），四大原则（E(取消)C（合并）R（重排）S（简化），五个方面（加工、搬运、等待、储存和检验），5W1H技术。程序分析在分析时可以从流程方面、工序方面和作业方面入手。从流程方面可以发现工艺流程中是否存在不经济、不合理、停滞和等待之类的现象。从工序方面可以发现加工顺序是否合理、流程是否通畅、搬运方法是否合理、设备配备是否恰当。从作业方面可以发现工序中某项作业是否必要、是否可以取消、是否还有更好的方案。程序分析的常用符号如表 2-1所示：上海海事大学本科生毕业论文符 号 名 称加 工检 查搬 运等 待 或 暂 存储 存例 如车 削 、 磨 削 、 炼 钢 、搅 拌 、 打 字 等 都 属 于加 工对 照 图 样 检 验 产 品 的加 工 尺 寸 、 查 看 仪 器盘 、 检 查 设 备 的 正 常运 转 情 况物 料 的 运 输 、 操 作 工人 的 移 动等 待 被 加 工 、 被 运 输、 被 检 验 都 属 于 等 待物 料 在 某 种 授 权 下 存入 仓 库表 示 意 义指 原 材 料 、 零 件 或 半 成 品 按 照生 产 目 的 承 受 物 理 、 化 学 、 形态 、 颜 色 等 的 变 化对 原 材