基础工业工程课程设计.docx
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基础工业工程课程设计.docx
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基础工业工程课程设计
一、理论知识
1.工业工程的定义
工业工程师对人员、物料、设备、能源和信息组成的集成系统进行设计、改善和实施的工程技术,它综合运用数学、物理学和社会科学的专门知识和技术,结合工程分析和设计的原理和方法,对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价。
2.工业工程的内涵
⑴IE的核心是降低成本、提高质量和生产率
⑵IE是综合性的应用知识体系
⑶IE应用注重人的因素
⑷IE是系统优化技术
3.工业工程的性质
IE首要任务是生产系统的设计,即把人员、物料、设备、能源、信息等要素组成一个综合的有效运行的系统。
这和机械工程中的机械设计性质是一样的,所不同的是生产系统的设计更、更复杂。
它既有系统总体的设计,也有子系统的设计,这都是地形的工程活动。
为了完成上述任务,必须对生产系统的各组成要素相互关系进行周密的观察和实验分析。
为使生产系统有效运行,IE技术人员要不断对其加以改善,因而必须对系统及其控制方法进行模拟、实验、分析研究,选择最好的改进方案。
4.工业工程的基本原理
1)分析作业方法或机器设备,选定唯一最好成绩的方法,并以此设定科学的工作方法;
2)对于选定的工作,指派最适当的作业员;
3)对于作业员实施作业方法的训练;
4)在方法和条件相同的条件下,正常人操作同一件事情的效率几乎相同。
5.工业工程的主要工作内容:
1)方法研究(改善工具):
程序分析(包括:
工艺程序分析、流程程序分析、布置和经路分析、管理事物分析)
作业分析(包括:
人机作业分析、联合作业分析、双手作业分析)
动作分析(包括:
目的动作观察法(有动素分析法、双手作业分析法)、影像动作观察法(有高速摄影分析、常素摄影分析、慢速摄影分析以及VTR等))
2)时间研究(衡量标准):
作业标准和标准工时的测定(主要有预定动作时间标准法和标准资料法)
二、流程方法
1、准备工作
在本次课题中,我做的试验是继电器的组装。
先将我组装的零件介绍如下(专业术语是作业单位):
继电器工作台、继电器的底座、继电器、继电器开关、开关旋盖、电线、灯泡、灯泡旋纽。
用到的工具有:
螺丝刀、秒表。
工作人员:
2位(一位操作,一位记时)
试验内容即是将继电器组装,然后记录每个动作的操作时间以及总的时间,利用工业工程的专业知识对它进行改进,以寻求最合理的操作方法,达到用最少的体力消耗、最短的时间、最高的效率、最安全的方法完成继电器的组装。
我将组装的步骤分为20部,即划分了20个动作,并分别对各个动作计时,总共进行了5次试验,结果如下所示:
表2-1-1实验结果图
2、对试验结果进行改进
(1)改善的着眼点
A.对于全体的改进:
统计全体的合计时间、搬运距离,确定改善的重点在那儿呢?
(如属必要,可制作草拟图,以便找出重点)。
有没有欲罢不能的工程?
有没有可以同时进行的工程?
能否更换工程的顺序,以便减少工程数、所需时间、搬运距离,以及所需人员呢?
B.针对加工过程的改进:
有否加工时间多的工程呢?
尤其是必需检查耗时的加工工程,再利用其它的分析手法(动作分析、时间分析等),看看是否能够改善;能否提高设备的能力;能否跟其它的工程一起进行?
改变工程顺序的话,是否能获得改善;现在的生产单位数,是否
适当?
C.针对物料搬运的改进:
能否减少搬运的次数?
能否一面加工,一面运输?
(例如把工作运输输送带化,或者台车化,以便在其上面加工)?
能否缩短搬运距离?
能否改变作业场所的摆设,以便取消搬运工作?
能否采取加工、检查等组合方式,以便取消搬运?
能否增大搬运单位数量,以便减少次数?
搬运前后的上、下动作,是否很耗费时间?
搬运设备是否有改良的余地?
D.针对检查的改进:
能否减少检查的次数?
有没有能够省略的检查?
能不能一面加工,一面展开必要的检查吗?
换句话说,同时实施加工与检查,凭着二项的合并即可缩短工程数及合计时间,同时也可以节省搬运?
不曾以别的工程,实施质的检查及量的检查吧?
能够同时实施吗?
检查方法适切吗?
能否缩短时间?
E.针对停滞的改进:
尽量的减少停滞的时间;能否凭组合加工、检查场所的配置、而消除停滞呢?
尤其是滞留(D)是前后工程所需时间的不平衡所引起,只要实施尽量减少它的工程组合,即可消除滞留的现象。
能否尽量的缩短停滞时间?
(2)方法研究
如前所述,在工业工程中,改善措施主要是方法研究,包括程序分析、作业分析、动作分析等。
接下来,我首先要做的就是程序分析。
A程序分析
程序分析,就是以原料、材料、零件,或者制品为对象,对工程如何的被进行,展开分析调查的方法。
程序分析的目的是看是否有不必要的停滞;搬运的次数是否太多;搬运的距离是否太长;搬运的方法是否有问题;是否能同时实施加工及检查。
程序分析的方法与工作研究的分析方法一样都是采用“5E1H”、“ECRS”原则(即取消、合并、重排、简化)的分析方法。
用流程程序图统计继电器的组装过程(改善前),如下所示:
标题
继电器的组装
日期
作业名
流向
距离
时间
工程记号
cm
s
○
→
□
D▽
1
抓取继电器底座
→
50
1.03
●
2
抓取继电器
→
50
1.44
●
3
组装继电器
○
---
5.36
●
4
继电器装上底座
○
---
2.02
●
5
抓取开关
→
50
1.69
●
6
抓取开关盖
○
50
5.44
●
7
拧紧开关盖
○
---
5.27
●
8
抓取电线
→
50
2.65
●
9
连接底座
○
---
9.85
●
10
连接开关
○
---
10.68
●
11
连接电源
○
---
5.72
●
12
抓取电线
→
50
2.54
●
13
换手
→
25
1.74
●
14
连接底座
○
---
8.16
●
15
抓取灯泡
→
50
2.79
●
16
抓取灯盖
→
50
3.13
●
17
上旋钮
○
---
10.95
●
18
连接灯泡
○
---
3.24
●
19
连接电源
○
---
10.27
●
20
检查
□
---
3.57
●
合计
10回
9回
1回
0回
425cm
97.56s
(71.52s)
(22.45s)
(3.57s)
(0s)
图2-2-1改进前流程程序图
运用“5W1H”和“ECRS”原则,进行分析,其分析过程如下:
问;工序1、2、3能否同时进行?
答:
可以
问:
5、6、7号工序能否合并?
答:
可以
问:
为什么13号工序要多出一个换手,能否取消?
答:
因为电线是用右手抓取,而定位是用左手,换手后会比较方便。
可以取消,只要改成用左手抓线就好了
问:
20号工序,检查有无必要,可否取消?
答:
可有可无,能取消
问:
为什么搬运的距离都这么长,能否简短?
答:
可以,需要将存放零件的盒子就近摆放,可以分别摆在左右手边
问:
14号连接底座后,要放下螺丝刀,再取灯泡,再用螺丝刀连接灯泡,看起来比较费时,能否将组装灯泡的工序摆在用螺丝刀连线前面?
答:
可以
经过以上的这些提问和回答得出了如下的改进方案:
将原来的20个工序改成了14个,移动距离由原来的425厘米变成了70厘米,总时间由原来的97.56变成了72.90S。
结果如下所示:
标题
继电器的组装
日期
作业名
流向
距离
时间
工程记号
cm
s
○
→
□
D▽
1
组装继电器
○
---
3.904
●
2
继电器装上底座
○
---
1.734
●
3
双手抓开关和旋盖
→
20
2.134
●
4
组装开关
○
---
5.606
●
5
双手抓灯泡和旋盖
→
20
2.028
●
6
组装灯泡
○
---
5.427
●
7
双手抓电线和螺丝刀
→
20
2.523
●
8
电线接入底座
○
---
7.271
●
9
电线接入开关
○
---
12.380
●
10
电线接入电源
○
---
4.108
●
11
左手抓取电线
→
10
2.200
●
12
电线接入底座
○
---
8.158
●
13
电线接入灯泡
○
---
12.141
●
14
电线接入电源
○
---
3.286
●
合计
10回
4回
0回
0回
70cm
72.90s
(64.015s)
(8.885s)
(0s)
(0s)
图2-2-2改进后流程程序图
结论:
改进前,搬运次数将近总流动次数的一半,搬运距离也较远,所用时间占了总耗费时间的23%。
操作太频繁,时间太长。
检查时间占总耗费的4%,属于可消除的时间耗费。
没有等待时间。
改进后,搬运次数减少,距离缩短为原来的20%。
操作更加合理化,所耗费时间减少了11%。
同时去除了检验程序,直接导致时间缩短了3.57秒。
B.作业分析
作业分析主要包括:
人机作业分析、联合作业分析、双手作业分析。
在本案例中没有涉及到机械,因此,无需考虑人机作业分析的方法。
但在继电器的组装过程中经常涉及到我的双手操作问题,所以可以考虑双手作业分析的方法。
双手作业分析的含义:
生产现场的某些作业以工序的操作过程为研究对象,详细观察和记录其过程,重点是了解双手如何进行实际的操作,称作双手作业分析。
双手作业分析的作用:
⑴研究双手的动作及其平衡,左、右手分工是否恰好到好处。
⑵发掘“独臂”式的作业。
⑶发现伸手、找寻以及笨拙而无效的动作。
⑷发现工具物料、设备等不合适的放置位置。
⑸使动作规范化,并据此拟定作业规程,为编制标准化作业指导书提供参考。
继电器组装改进前的方法如下所示:
左手说明
○
→
□
D
时间
○
→
□
D
右手说明
空闲
●
1.03
●
抓取继电器底座
空闲
●
1.44
●
抓取继电器
组装继电器
●
5.36
●
组装继电器
定位
●
2.02
●
装上底座
空闲
●
1.69
●
抓取开关
装上开关
●
5.44
●
抓取旋盖
定位开关
●
5.27
●
上开关旋盖
空闲
●
2.65
●
抓取电线
定位电线
●
9.85
●
电线连接底座
定位电线
●
10.68
●
电线连接开关
定位电线
●
5.72
●
电线连接电源
空闲
●
2.54
●
抓取电线
握住电线
●
1.74
●
抓取螺丝刀
电线定位
●
8.16
●
电线连接底座
空闲
●
2.79
●
抓取灯泡
空闲
●
3.13
●
抓取旋钮
握住灯泡
●
10.95
●
上灯泡旋钮
检查
●
3.24
●
检查
电线定位
●
10.27
●
连接灯泡
电线定位
●
3.57
●
连接电源
图2-2-3改进前作业分析图
仍需要运用“5W1H”和“ECRS”原则,进行分析,其分析过程如下:
问:
为什么左手经常出现空闲,而右手却很繁忙,能否改进?
答:
当右手在抓取零件的时候,左手自然就闲置了。
可以改进,即将抓取的动作分作左右手同时进行。
改进后的继电器组装过程左右手分析图如下所示:
左手说明
○
→
□
D
时间
○
→
□
D
右手说明
抓取底座并合并
●
3.904
●
抓取继电器并合并
定位继电器
●
1.734
●
装上底板
抓取开关
●
2.134
●
抓取旋钮
定位开关
●
5.606
●
装上旋盖
抓取灯泡
●
2.028
●
抓取旋盖
定位灯泡
●
5.427
●
装上旋盖
抓取电线
●
2.523
●
抓取螺丝刀
定位电线
●
7.271
●
电线装入底座
定位电线
●
12.380
●
电线装入开关
定位电线
●
4.108
●
电线接入电源
抓取电线
●
2.200
●
握住螺丝刀
定位电线
●
8.158
●
电线连接底座
定位电线
●
12.141
●
电线连接灯泡
定位电线
●
3.286
●
电线连接电源
图2-2-4改进后作业分析图
结论:
改进前左手较为空闲,右手负荷较重,并且也挺浪费时间;改进后左右手操作较为平衡,工序也相对减少了。
C.动作分析
动作分析是对人的作业动作进行细微的分析,省去不合理的和浪费的动作,制定出轻松、安全、正确、高效率的动作序,形成最经济的作业方法的一种分析技术。
基本动作要素(动素)分析:
将操作者的动作细分为“动作要素”,以各个“动素”为对象所进行的分析。
动素分为:
有效动素、辅助性动素分析、无效动素的三种
在本案例中,“换手”属于无效动作,应该坚决设法取消。
而像“检查”、“定位”等动作属于辅助性动作,可以按具体实际情况尽量取消。
而像“抓取灯泡”、“抓取电线”、“组装继电器”等动作属于有效动作,一般不取消,考虑的是如何缩短时间。
运用动作经济原则里的减少动作数,双手同时进行动作,作业现场布置等原则,对实验进行改善。
如将原本摆放在右边的零件按需要移动到靠近左右手边的工具盒属于作业现场布置原则,将原本空闲的左手抓取继电器,右手抓取继电器底座并进行合并就属于减少动作数和双手同时进行动作的原则。
改善前后的动素分析图如下
图2-2-5动素分析图
(3)时间研究
A时间研究的用途:
1决定工作时间标准,用于控制人工成本
2制定时间标准作为工资制度的依据
3决定工作日程和工作计划
4决定标准成本,并作为标准预算的依据
5决定机器的使用效率,实现生产线平衡
B时间研究的步骤和方法:
1工具准备:
秒表
2单元划分:
在本次案例中,经过方法研究改进后,共划分了14单元。
3确定观测次数:
一般观测次数取10-20次,本次案例中取10次。
4测定
5数据分析:
求出经过改进后14个单元中每个单元10次观测的时间的平均值,方差,及上下界限,上下界限的数值由平均值加减3倍的方差求得。
把超出上下界限的数值作为异常值剔除。
6宽放时间,原因有操作中疲劳,需要休息,生理需要(喝水、擦汗、上厕所),操作者听取班长训示,操作中等待检验,待机,操作前准备工作,更换工具,调整机器等。
宽放幅度在本次案例中取5%。
最后,标准时间=观测平均值*(1+宽放率)
表2-2-1改进后10次观测数据表
表2-2-2数据统计表
对1号单元作控制图,上下两条直线代表上下界限,中间曲线是10次观测数据的连线
图2-2-61号单元控制图
结论:
从图上没有发现超出界限的点,说明1号单元的10次观测数据没有异常值。
接下来,分别对2-14号单元做控制图,发现只有13号单元的第三次观测数据28为异常值,其余都正常。
将13号单元的第三次观测数据28删除,求得13号单元的平均值为12.24。
按照公式标准时间=观测平均值*(1+宽放率),最后,求得标准时间如下表所示:
表2-2-3标准时间计算表
三、实训体会
本次试验全部完成,对工业工程的流程作业改善和秒表时间研究有了较为清楚的认识。
工业工程是对人员,物料,设备,能源和信息组成的集成系统进行设计,改善和实施的工程技术,它综合应用数学,物理学和社会科学的专门知识和技术,结合工程分析和设计的原理与方法,对该系统所取得的成果进行确定,预测和评价。
其中分为方法研究和作业测定两个部分,方法研究由总到分分为程序分析、作业分析和动素分析,作业测定有秒表时间研究、工作抽样、预定动作时间标准法等。
本次实训我按照总分的顺序先完成程序分析,然后是作业分析最后是动作分析,分别用到5W1H方法和ECRS原则对作业进行改进,最后根据改进数据利用秒表时间研究测定正常时间和标准时间,达到改进作业流程缩短时间提高效率的目的。
在其中我进行了秒表时间研究,分别作了以下工作:
获取充分的资料,进行作业分解—划分操作单元,确定观测次数,测时,剔除异常值并计算各单元实际操作时间,计算正常时间,确定宽放时间,确定标准时间。
在这次试验中,改进前我观测了5次的数据,改进后则观测了10次,发现改进是一次次完成的,并不是一次就知道最好的方案是什么了:
我第一次是有意识的实验,发现很多问题,而后来的几次实验时发现无意识的动作反而更接近实际,尤其是改进后我的10次试验,前3次都是按照分好的作业单位测时间的,后面几次则自然地违背了作业单元的顺序,趋向于更加节约的动作顺序,这说明人的本能操作还是更趋近与工业工程原则,而我的改进工作也必须符合人的本能惯性即改进要注重人的因素,不能不切实际的缩短时间加快速度。
例如我开始把抓取底座和抓取继电器分开两次做,而实际上是人眼看到两个要组装在一起的物品时会自然地双手前伸。
于是在后面的改进中我把这两个动作划分为一个单元,不仅节约时间还提高了人的舒适度和适应性,实现操作效率的提高和人的舒适操作。
试验结果出来后我发现随着试验次数的增多,操作会变得越来越熟练,符合学习曲线的原理,但也有反弹的数据,这表明学习曲线也是有极限的,到达最优时就无法再提高了,因此在不断提高工人熟练程度的同时也要不断改进其他因素,以整体提高效率,而不是单纯的依靠培训。
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