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IE 工业工程 七大手法 编制 张鹏豪日期 28 MAR 2007 工业工程的概述 何谓IE IndustrialEngineering 工业工程 IE研究目标是什么 IE是由人 物料 设备 能源和信息等组成的集成系统之设计 改进及运用的一门科学 它综合运用数学 物理学与社会科学的专门知识及技术以及工程分析与设计的原理和方法 对该系统可能获得的成果予以规划 预测与评估 且为有效的组织与管理提供科学依据 它是以规模化工业生产及工业经济系统为研究对象 以优化生产系统 提高劳动生产效率和综合效益及系统协调性发展为追求目标 18世紀中葉E Whitney A Smith USA 零件互換性 勞動專業化分工 19世紀30年代C W Babbage BRI 時間研究 設計与制造一种能夠完成某些數學運算的机器 之后 H V Poor USA 提出組織化 通訊聯系和情報資料的管理原則 為生產的標准化 專業化和科學的管理化奠定了基礎 并孕育了工業工程的思想 特點 重點研究提高人的勞動生產率的措施和方法 缺少科學實驗 定量分析不夠 IE的形成階段 20世纪之前 傳統IE階段 20年代后期 40年代中期 1911年F W Taylor USA 科學管理原理 1910年Frank L Gilbreth17种动作要素1913年H Ford移动式大规模装配生产线1914年H L Gantt作业进度规划和计件工资研究1908年美国宾州州立大学首次建立工业工程系1948年美国工业工程学会成立AIIE三个主要进展 IE概念的提出 专业人员和专业研究机构出现 概率论与数学统计理论进入IE领域 重视与工程技术相结合 使IE具有了独立的专业工程性质 工业工程学科的特点 工业工程是一门技术与管理相结合的交叉学科 它既有明显的工程 科学 属性 又有显著的管理 科学 特征 IE核心 降低成本 提高質量和生產率 IE是綜合性的應用知識体系 借助各种其它學科的理論与方法 注重人的因素 區別于其它工程學的主要方面 IE的微觀管理過程 IE是系統优化技術 工業工程是一門工程類科學技術 且主要是解決管理問題的工程技術 工業工程所研究的對象是由人 物料 設備 能源 信息等生產要素所构成的各种生產及經營管理系統 且不局限于工業生產領域 工業工程所采用和依托的理論与方法是來自于數學 自然科學 社會科學中的專門知識和工程學中的分析 規划 設計等理論与技術 特別是与系統工程的理論与方法和計算机系統技術具有日益密切的關系 工業工程的任務和目標是研究如何將人 物料 設備 能源 信息等要素進行有效 合理的組合与配置 并不斷改善 實現更有效的欲運行 為管理活動提供技術上的支持与保証 其目的是達到系統效益与生產效率的實現与提高 工業工程的本質 基礎IE方向 工作研究 現場改善 物流方向 物流規划 优化 改良 生產控制与作業管理 MRP MRPII ERP 庫存管理 JIT 精益生產質量方向 TQM TQC SO9000 管理信息系統 信息控制 MIS MRP MRPII ERP開發 可行性研究 模塊設計 代碼編號 編號 調試 運行 維護 現化制造技術 CIMS 同步工程 CE 靈捷制運 柔性制造 GE 單元制造 GT 管理科學 組織行為學 科學管理原理 企業戰略研究 人為資源研究 組織設計 系統工程 工程經濟 OR 系統优化技術 約束理論 系統仿真 系統控制 決策理論 人机工程 人因工程 人机關系學 人体測量 工效學 可靠性工程 現化IE應用方向 IE 工业工程 七大手法 工作抽樣 抽樣法 抽查法 流程法 流程圖 人機法 人機圖 雙手法 左右手法 動改法 動作经济原则 五五法 5次的5W1H 防呆法 防錯法 防呆法 FoolProofMethod 防錯法 防呆法 目的认识 防呆法 的意义 及学习如何应用 防呆法 的原理于我们的工作上 以避免工作错误的发生 进而达到 第一次就把工作做对 之境界 以上面这个例子来看 相信每一个人都会做到 想要做错也不可能 因为不同的开关根本应放不进 例子 意义 如何设计一个东西 而使错误发生的机会减至最低的程度甚至不会发生 因此更具体地说 防呆法 是 具有即使有人为疏忽也不会发生错误的构造 不需要注意力 具有外行人来做也不会错的构造 不需要经验与直觉 具有不管是谁或在何时工作都不会出差错的构造 不需要专门知识及高度的技能 使作业的动作轻松 使作业不要技能与直觉 使作业不会有危险 使作业不依赖感官 四项基本原则 防呆法进行改善的基本步骤如下 发现之人为疏忽 设定目标 制订实施计划 调查人为疏忽的原因 提出防错法的改善方案 实施改善方案 确认改善的成果 维持管制状态 防呆法 保险原理 以 共同 动作执行来完成 例 操作冲床之工作 为预防操作人员不小心将手夹伤 所以设计一双手必须同时将操作钮按下去 才能执行工作以 顺序 动作来完成 例 电梯的门若没有关好 则不能上升 下降 以 交互 动作来完成确认改善的成果 例 洗衣机的脱水槽 当打开盖子后 就自动切断电源使脱水槽转慢停止下来 以免造成意外伤害 自动原理 以各种光学 电学 力学 机械学 化学等原理来限制某些动作的执行或不执行 以避免错误之发生 目前这些自动开关是非常简易及普遍化的 自动化 之应用 以 浮力 的方式来控制例 抽水马桶之水箱内设有浮球 水升至某一高度时 浮球推动拉杆 切断水源 以 重量 控制的方式来完成例 电梯超载时 门关不上 电梯不能上下 警告钟也鸣起 以 光线 控制的方式来完成藉 共同 动作执 例 自动照相机 光线若不足时 则快门按不下去 以 时间 控制的方式来完成例 洗手间内的 烘手机 按一次只有 一分钟 时间一到自动停止 以 方向 控制的方式来完成例 超级市场内进口及出口之单向栏栅 只能进不能出 或只能出不能进 以 电流 用量的方式来完成例 家庭的电源开关皆装置保险丝 电压过高 保险丝就熔断 造成断电 自动原理 实例 设计没有防呆 实例 加扣位进行防呆 扣位 零件 B 零件 A 扣位 扣位 動改法 MotionEconomyMethod 動作經濟原則 動作經濟的意義 利用動作經濟原則為改善之工具 其重點不在於改變整個製造程序的工作計劃 工作說明書的內容 不良的機器 生產進度跟催或耽擱等問題 而是在於以上條件不改變之下使工人工作效率提高 並使工人本身確感身心舒適愉快 動作經濟原則的目的 減少工人的疲勞 縮短工人的操作時間 改善原则 动作的改善法简称为 动改法 其原则是 省力原则 省时原则 舒适原则 简化原则由来 动作改善原则为 吉尔勃斯 Gilbreths 所首创称为 动作经济与效率法则 后经若干学者详加研究改进而成 称之为 动作经济原则 为更易表现其含义 我们称之为 动作改善原则 动改法 動素表 動改法分類 人體運用原則 8項工作場所佈置原則 6項工具設備設計原則 6項 動作經濟原則共二十二項並歸納為下列三大類 動作經濟原則 1 關於人體之運用 1 雙手應同時開始並同時完成其動作 2 除規定時間外 雙手不應同時空閒 3 雙臂之動作應對稱 方向並同時作業 4 手之動作應用最低等級而能得到滿意結果者為妥 5 物體之動作量應盡可能利用之 但如需肌力制止時 則應將其減至最小 6 連續之曲線運動 較含有方向突變之直線運動為佳 7 彈道式之運動 較受限制之運動輕快確定 8 動作應盡可能使用輕鬆自然之節奏 因節奏能使動作流利及自發 2 關於操作場所布置 09 工具物料應放於固定處 10 工具物料及裝置應布置於工作者之前面近處 11 零件物料之供給 應利用其重量墮至工作者手邊 12 墮送 方法應盡可能利用之 13 工具物料應依照最佳之工作順序排列 14 應有適當之照明設備 使視覺滿意舒適 15 工作台及椅之高度 應使工作者坐立適宜 16 工作椅式樣及高度 應可使工作者保持良好的姿勢 動作經濟原則 3 關於工具設備 17 盡量解除手之工作 而以夾具或足踏工具代替之 18 可能時 應將兩種工具合並為之 19 工具物料應盡可能預放在工作位置 20 手指分別工作時 其各個負荷按照其本能 予以分配 21 手柄之設計 應盡可能使與手之接觸面積增大 22 機器上槓杆 十字槓及手輪之位置 應能使工作者极少變動其姿勢 且能利用機械之最大能力 動作經濟原則 動作經濟原則之檢討 細研以上之二十二條原則 即可發現它們其實是下列四基本原則之延伸兩手同時使用 動作單元力求減少 動作距離力求縮短 舒適的工作 四项基本原則 1 動作經濟原則第一基本原則 兩手同時使用 兩手同時使用之目的在於避免單手負荷過多 而另手來去空閒浪費 工作範圍之設計以及零件之擺置影響左右手工作量之關係至多 通常右手負擔較難之工作 而左手則操作簡單 兩手同時使用其程度上之難易須視各操作之性質而異 兩手同時使用時 如取對稱 反向的路徑 在感覺上較為自然而和諧 並能配合人體構造 而減輕疲勞 欲求動作單元之減少 當然首須刪除不必要的動作 並設法將兩種或兩種以上之動素結合而得到同一目的 同理 兩種以上之工具亦可設法合並 刪除或省略某一動素應极為謹慎 務必擬刪減少之動素對整個製造程序之貢獻以及其所佔地位均予適當之衡評 其次 材料 零件以及工具應按操作之順序排列於適當位置 而使其處於即可工作之狀態 尤其是工具 切戒因尋找或抓取而花費時間及注意力 裝配用之材料與零件應利用容器安裝 至於容器之設計應注意下列點 容器不可大於必要之尺寸 以免徒佔空間 容器底部應有適當之傾斜 使零件恰可藉重力而墮至工作者手邊 容器之開口處不可過小 致使零件往下墮時 因相互碰撞而塞阻 2 動作經濟第二基本原則 動作單元力求減少 欲求縮短動作距離 首須考慮身體部位之最小使用範圍 工作時 人體之動作可分為下列五級 1 手指動作 2 手指及手腕動作 3 手指 手腕及前臂動作 a 肋處為移動之軸心 b 肋處手臂旋轉之轉軸 c 扭轉移動 4 手指 手腕 手臂及上臂動作 a 肩部為移動之軸心 b 扭轉移動 5 手指 手腕 前臂 上臂及身體之動作 a 軀干動作 臂部為移動之軸心 b 軀幹動作 膝蓋為移動之軸心 c 腿部動作 前進或後退 旁移 d 膝部動作 e 足踝動作 f 聯合動作 顯然的 級次愈高 所耗之時間體力均愈大 因此 務須盡量利用較低級之動作 以縮短動作距離 其次應注意兩手作業範圍 裝配之零件與工具應置於工作範圍內 並力求接近裝配區域 縮短動作距離 亦可使用零件或制成品本身之重量 使墮送裝配區域或制成品箱內 3 動作經濟第三基本原則 動作距離力求縮短 動作分析之首要目的在於減輕工人的疲勞 而疲勞有生理疲勞及精神疲勞 以上所提之三個基本動作經濟原則 較偏重於強調生理疲勞之減輕或工作時間之縮短 而第四基本原則 則較偏重於精神疲勞之減輕 動作本身之 困難性 引起的躊躇心理最易引起工人精神疲勞 欲求舒適的工作 就須避免此等動作之困難性或設法加以減少 例如 1 盡量使用日常生活已熟悉的動作 流利而自然 2 采用曲線之圓滑動作 3 利用慣性 重力以及自然力 4 工作地點應予適當之高度 而決定適當之高度 應考試下列因素 a 配合操作周期 b 工人體型 c可見之距離 d用力所需之程度 e身體之平衡性 4 動作經濟第四基本原則 舒適的工作 MODAPTS时值表 MOD时间单位 1MOD 0 129S1S 7 75MOD1MIN 465MOD 不含宽裕时间 适当的坐势及立势 正确的视角和距离 動作改善的原則 動作改善 必須從排除下列工作開始 1 需要用力氣的工作 亦即必須用手 腳或全身用力方能完成的工作 或向膝蓋下方伸手及蹲下拿起物品的動作 因為這些工作會引起肌肉的疲勞 2 不自然的姿勢 例如蹲在地上做事 或彎著腰工作等 這些不自然的姿勢亦會引起肌肉的疲勞 3 需要注意力的工作 例如必須仔細對準的工作或必須謹慎挑選的工作等 因為這些工作會引起精神上的疲勞 4 厭惡的工作 例如噪音很大 空氣污染 機器容易故障的工作 以上四者均是改善的重點 只要稍加留意 就可發現許多工作可以大大改善 工作改善的技巧不外乎剔除 合並 重排 簡化四者 以下分別列出其改善重點 1 剔除 1 剔除所有可能的作業 步驟或動作 包括身體 足 手臂或眼 2 剔除工作中的不規律性 使動作成為自發性 並使各種物品置放於固定地點 3 剔除以手作為持物工具的工作 4 剔除不方便或不正常的動作 5 剔除必須使用肌力才維持的姿勢 6 剔除必須使用肌力的工作 而以動力工具取代之 7 剔除必須克服動量的工作 8 剔除危險的工作 9 剔除所有不必要的閒置時間 動作改善的原則 2 合並 1 把必須突然改變方向的各個小動作結合成一個連續的曲線動作 2 合並各種工具 使成為多用途 3 合並可能的作業 4 合並可能同時進行的動作 3 重排 1 使工作平均分配於兩手 兩手之同時動作最好呈對稱性 2 組作業時 應把工作平均分配於各成員 3 把工作安排成清晰的直線順序 動作改善的原則 4 簡化 1 使用最低級次的肌內工作 2 減少視覺動作並降低必須注視的次數 3 保持在正常動作範圍內工作 4 縮短動作距離 5 使手柄 操作杆 足踏板 按鈕均在手足可及之處 6 在須要運用肌力時 應盡量利用工具或工作物的動量 7 使用最簡單的動素組合來完成工作 8 減少每一動作的復雜性 動作改善的原則 動改法 流程法 ProcessChart 流程圖 流程程序法 流程法 目的 学习以符号及有系统化的方法 来观察记录一件工作完成的过程 应用范围 该件工作必需经历一个以上不同地点的动作 才能完成 该件工作 必需经由一个以上的人来完成 例 1 病人之医院挂号 看病 取药之过程 2 电子产品SMT需经过刷锡浆 贴片 过炉等过程 3 太空梭的装配及发射过程 流程法 功用 用以記載現行工作的過程依據記錄 加以質問 尋求改善的地方用以比較改善前及改善後差異 程序分析符号 作业 凡物体被改变任何物理的或化学的性质 或装上另一物体或从另一物体拆下 或为另一作业 搬运 储存及检验而作安排或准备 均谓之作业 搬运 物体由一处运至另一处 人由一工作点移动至另一工作点 谓之搬运 储存 储存为物品之保存或等待 惟此行动乃在控制力之下 储存行动之取消 必须经过制度或法定上的认可等待 物体或人员因情况不容许或不立即采取一次步骤时 称为等待 名词解释 例子 业务员核查发票 五五法 5x5W1HMethod打破沙鍋問到底的 質疑創意法 5 5W1H法 五五法 手法名称 又称5乘5何法又称质疑创意法简称五五法 目的 学习本手法的目的是在 熟悉有系统的质问技巧 以协助我们发掘问题的真正根源所在及可能的创造改善途径 5x5W1H 含义 Where 何處 在什麼地方 空間When 何時 在什麼時候 時間What 何者 是什麼東西 生產對象Who 何人 是什麼人做 生產主體Why 為何 為什麼如此How 如何 怎麼做的 5 是5次 表示对问题的质疑不要只问一次而要多问几次 不是刚好只问5次 可多亦可少 例子 董經理啊 發生了什麼事啊 使您氣呼呼的呢 在那裡發生了這種可怕的事情呢 是什麼時候事情呢 是誰搶走了您的早餐呢 他是用什麼方法搶走了您的東西呢 為什麼要搶走您的早餐呢 在运用5W1H质问法之后 我们已分析得到问题之所在 以及改善的基本方法 但这还是不够的 应该有一些协助我们产生创意的方法或技巧 这些方法 技巧可归纳成下例10项法则 产生创意的思考法则 1 相反法则 6 更换法则 2 积木法则 7 替代法则 3 对比法则 8 模仿法则 4 例外法则 9 水平法则 5 集合法则 10 定数法则 5 5W1H法 五五法 5 5W1H法 图解 工作抽查 WorkingSampling 抽樣法 抽查法 工作抽查之意义工作抽查是应用统计学理论 不需任何时间研究设备 以随机抽样 RandomSampling 之方法 探求生产效率之技术 因此少数的工作观测员 即可记录整个工厂之生产情况 以少數的觀察結果用以推論全體的狀況 工作抽查 應用 辦公室人員工作時間所佔百分比機器設備維修或停機百分比現場人員從事生產性工作之百分比決定標準工時之寬放時間決定工作之標準工時 为什么我们要采取 抽样 的方法 而不采取 全部 调查的方法呢 其原因大致可归纳成以下数据 时间上之不允许 成本大 不可能 母群体太大或无限母体群 要完成全部调查之工作实属不可能 不可以 破坏性之调查 例如炮弹之检验吾人不能每一个都拿出来做发射试验 不必要 全体调查有时并不能比抽样调查所获得之结果更可靠 工作抽查法之好处 此外 工作调查 即以抽样的方式 来从事调查测群体的事实状况 因此它具有下列的好处 观测时间短 并可同时观测数部机器或操作人员之状况节省观测人力 体力及物力 一般为全部观测记录方式的5 至50 成本 从事观测记录的人员不需具备太高深的技术人力 调查时间较长 可去除因每日不同之各别状况所造成之差异现象 因此其结果较为客观可靠 对被观测的对象所产生的干扰次数及时间较短 虽然 抽样 调查的方法 有许多好处 但如其抽样之技巧不正确的话 那所获得之结果并不能反映出 母群体 之状况 反而有害于结果之判断 所以 抽样 的技巧必须认识及了解 才能获得正确的结果 大体上来说就是要含下列几项重点 样本之数量 应抽取几个样本呢 样本抽取之间隔时间 随机之方式 无一定轨迹可循 如何去判断抽样结果之类别 抽样结果所欲代表母群体现象之精确度 所以抽查法就是在告诉我们如何以正确的抽样方法来了解事情的真象 抽样的技巧 1 只有同性质之记录 始予合并 例如关于相似机器上所实施相似操作上之延误比例 或操作人对类似工作上之延误比例 2 观察次数做得愈多愈好 此种研究最能适用于多数之机器或操作人员 观察工作之次数为500时 所得结果相当正确 观察次数超过3 000时 结果极为精确 3 观察数百次之数据 如其频率分布状况与二项定律相一致 则已可应用 4 任何情况下 结果之精确度 均可求出决定 5 延缓时间之百分数增加时 则在某项一定精度之要求下 其所必需之观察次数愈多 6 观察实施之期间愈长 则所得数据愈为可靠 7 观察必须在任意之期间实施 且应平均分配于每日或每周之每小时 8 抽查必须相隔足够长之期间 使所得数据可互相独立 9 抽样研究可使有机会对于全部操作作一完全观察及评价 10 观察员工工作时 可能随时被干扰 但并不影响研究 故实施研究 对于观察员并不太麻烦 工作抽查之要点 MIL STD 105E抽样计划 人機法 Man machineChart 人機圖 研究探讨操作人员与机器工作的过程 籍以发掘出可资改善的地方 人机法定义 手法名称 人机配合法 Man MachineChart 简称为 人机法 人机配合法 主要在分析人工或机器之能量闲余 以谋消除浪费增进效率之道 在一般 人 机配合法 中 操作者之工作周期时间往往比机器运行之周期是为短 为谋利用这段闲余时间 吾人往往考虑两种可能性 利用此空闲时 操作另一部机器 利用这段空闲时间 作清除削屑 规量工作物或其他手工之操作 由这两种可能性之考虑所得改进之结果 大都使操作者之工作能量 时间 能作最充分之利用 工作抽查法应用的目的 以图表的方式 记录操作人与一部机器或多部机器之操作关系 并籍此记录来做进一步之分析与改善 意义 应用范围 1人操作1部机器或多部机器数人操作1部机器或多部机器数人操作一共同之工作 人機法 功用 了解現行狀況下 操作人員與機器時間是否妥善運用依據記錄 加以質問 尋求改善的地方用以比較改善前及改善後差異 1 共同作业以空白方格表示 是指 1 当操作人1正在操作机器2与另一位操作人共同工作 3与另一群操作人共同工作 4正在机器上从事设定 上料 下料之工作 2 当机器1需有操作人员来从事操作 2必须有人来设定 上料 下料之工作 名词释义 2 单独作业 以实满方格表示 是指 1 对操作人而言 其工作时与机器或其他人互不相关之独立作业而言 例如 准备材料 取材料 检查制成品 2 对机器而言 当机器在运转工作时 操作人可以不在场操作之状况 3 等待 以斜线方格表示是指 1 对操作人而言 当机器在运动或工作时 操作人无事可做之状况 2 对机器而言 正处在等待操作人员来操作 或正在等待设定 上料 下料之工作 人机配合图编号第页共页工作名称 现况方法 研究者 改善方法 日期 图表介绍 有一人操作一台机器 把装在模子的液体材料 稍有粘性 投入机器后开始操作 经过一定时间从机器取出 并从模子取出成品 然后再装入液体材料等反复性的作业 目前 因机器的使用率不高 而未能达成预期生产量 问如何加以改善 其改善的重点为何 举例说明 作业员的作业把材料装入模子 放材料 100秒把模子放入机器 放模 16秒开动机器 开机 13秒等待机器加工 停止机器 停机 8秒取出模子 取模 12秒取出成品 取成品 18秒机器的作业放入模子 放模 16秒开动机器 开动 13秒加工 机器加工 90秒停止 停止 8秒取出模子 取模 12秒等待放入模子 解 明确作业员与机器的作业内容及其同步时间的关系 作业员 机器 放模 放模开机 开动停机 停止取模 取模根据以上资料 绘制人机图 首先 由作业员与机器的同步时间关系 决定同时开始的作业 在此以 放模 为过程的起点 次以作业的先后顺序及同步时间关系绘图 作业员与机器的同步时间关系 人 机程序图 现状 现状的过程时间为257秒 机器等待为118秒 因此 一过程中的机器作业率 过程时间 等待时间257 118 54 1 过程时间257为减少作业员及机器的 等待 检计是否可以利用 机器加工 的时间 由作业员来 放材料 如此 则需另增1个模子 使用2个模子的作业周期如下 机器作业率 由此 可绘制新的人机图如下 改善后 过程时间由原来的257秒缩减