工业工程课程设计

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摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2任务与分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3工业工程的技术和方法在国内外应用的现状及发展趋势„„„„„„„5

3.1分析目前工业工程的技术和方法在国内外的应用情况„„„„„5 3.2工业工程学科研究的前沿情况„„„„„„„„„„„„„„„6 3.3例举最近的1-2个工业工程方法应用的成功案例„„„„„„„6 3.4工业工程的方法和技术发展趋势„„„„„„„„„„„„„„8 4工作研究在减速器装配中的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„9

4.1减速器的装配工艺程序分析„„„„„„„„„„„„„„„„9 4.2减速器装配的双手作业分析„„„„„„„„„„„„„„„„9 4.3减速器秒表时间测定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 5达宝易工业工程软件的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

5.1达宝易工业工程软件简介„„„„„„„„„„„„„„„„„14 5.2减速器装配作业动作时间分析„„„„„„„„„„„„„„„14 5.3减速器装配作业的动作分析„„„„„„„„„„„„„„„„15 6结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21

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摘要

每一个国家的经济发展都有自己特有的规律。

工业工程（Industrial Engineering，简称IE）是应用科学及社会学的知识，以合理化、舒适化的途径来改善我们工作的品质及效率，以达到提高生产力，增进公司之利润，进而使公司能长期的生存发展，个人的前途也有寄托之所在。因此，简单地说“IE”就是代表“合理化及改善”的意义。

自从工业工程学科于20世纪初在美国诞生以来，在世界各国得到了较快的发展。工业化强国在第一、二次世界大战中都受益于工业工程。特别是战后经济恢复期，日本、德国等均在工业企业中大力推广工业工程的应用和培养工业工程人才，获得了良好的效果。美国著名的企业家艾柯卡先生，是美国福特和克莱斯勒汽车公司的首位总裁，他就是毕业于美国里海大学工业工程专业。日本丰田生产方式从20世纪80年代创建以来，至今仍风靡世界各国，其创始人大野耐一的接班人——原日本丰田汽车公司生产调查部部长中山清孝说：“所谓丰田生产方式就是美国的工业工程在日本企业的应用。”亚洲“四小龙”——韩国、新加坡、中国台湾和香港地区均于20世纪60年代起步于工业工程，当时正值亚太地区经济快速发展时期（中国大陆因文化大革命而错过此次发展机会）。台湾的工业工程发展与教育是相当成功的，经过30年的努力，建立了工业工程的科研、应用和教育系统。20世纪90年代初，全台湾60所大学有48所开设了工业工程专业，至今人才需求仍兴盛不衰。更重要的是于1992年设立了工业工程学门。目前，在大陆的台资企业都设有工业工程部和工业工程师岗位。在亚太地区的学校无一不广泛设立工业工程专业。工业工程高水平人才的培养，对国内外经济发展和社会进步起到了重要的推动作用。

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1引言

工业工程（Industrial Engineering 简称IE），是从科学管理的基础上发展起来的一门

应用性工程专业技术。由于它的内容强调综合地提高劳动生产率、降低生产成本、保证产品质量，使生产系统能够处于最佳运行状态而获得最高之整体效益，所以近数十年来一直受到各国的重视，尤其是那些经历过或正在经历工业化变革的国家或地区，如美国、日本、四小龙及泰国等地方，都有将其视为促进经济发展的主要工具，同时相对地IE技术在这种环境下亦得到迅速的成长。

美国工业工程学会（AIIE）对工业工程的定义：“工业工程是对人员、物料、设备、能源和信息等所组成的集成系统，进行设计、改善和实施的一门学科，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与方法，对该系统所取得的成果进行确认、预测和评价。” 从上述的定义，读者或许可获知一个大概。概括而言，所有人类及非人类参与的活动，只要有动作出现的，都可应用工业工程的原理原则，以及工业工程的一套系统化的技术，经由最佳途径达到目的。譬如工业工程中的动作连贯性分析(operation sequence)，由于人类的任何一种动作都有连贯性，因此把各动作经仔细分析，分成一个个微细单元，删掉不必要的动作，合并可连接的动作，以达到工作简化、动作经济、省时省工之目的。

工业工程又分传统IE和现代IE。传统IE是通过时间研究与动作研究，工厂布置，物料搬运，生产计划和日程安排等，以提高劳动生产率。现代IE以运筹学和系统工程作为理论基础，以计算机作为先进手段，兼容并蓄了诸多新学科和高新技术。

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2任务与分析

本课程设计的任务与分析：

在《工业工程》、《工作研究》和《人因工程》等专业基础课和专业课程的理论指导下，开展对生产过程动作有效性的分析与研究，锻炼同学们对企业实际生产活动的分析与研究能力。

课程设计运用北京创时能科技发展有限公司研发的达宝易工业工程软件，利用工业工程技术中的动作分析来改善和压缩操作人员的动作和时间，目的是提高效率降低成本。

本课程设计的目的：

（1）了解工业工程的技术和方法在国内外应用的现状及发展趋势；

（2）能正确运用工业工程的基本原理及有关专业知识，学会从产品入手对生产系统进行工作研究分析的方法；

（3）针对典型机械产品—减速器，学会用程序分析符号，画出减速器部件的装配工艺过程图，学会用“5W1H”提问技术发掘问题，用“ECRS”原则来改进程序；

（4）学会绘制双手作业图，学会对双手作业图所记录的现状进行分析； （5）学会秒表测时的方法，学会用秒表测时来制定标准时间； （6）学会应用达宝易工业工程软件对作业进行动作时间分析； （7）学会编写有关技术文件；

（8）树立正确的设计思想，学会运用所学专业知识分析和解决实际技术问题的能力。

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3工业工程的技术和方法在国内外应用的现状及发展趋势

3.1分析目前工业工程的技术和方法在国内外的应用情况 3.1.1工业工程在国外的发展（1）

◎美国是工业工程的发源地，工业工程为美国的经济发展起到了重要作用 ◎60年代后期开始形成以MRP、闭环MRP、MRPII为代表的美国IE模式 ◎90年代刮起了BPR旋风

3.1.2工业工程在国外的发展（2）

◎日本的IE最初也是从基础工业工程开始的 ◎在60~70年代创立了TQC模式

◎70年代以来，推出了以JIT/LP/TPS为代表的日本IE模式 3.1.3工业工程在国外的发展（3） 韩国的工业工程

——高等教育与学术组织（汉阳大学、KAIST、POSTECH、东义大学、庆星大学等，KIIE/KSIE／KSCMS）

——企业应用情况（三星、现代、LG等） 3.1.4美日IE的比较

◎美国IE注重以技术驱动，通过设计达到目的

◎日本IE注重以人驱动，通过改善达到目的

3.1.5工业工程在我国的发展

◎我国工业工程产生的社会背景与美日等国家有相当大的历史落差 ◎80年代初，引进、学习、模仿国外的工业工程经验

◎1989年，中国机械工程学会工业工程分会成立并举办第一次全国工业工程学术会议；至今已举办八次全国会议。联络了1000多名工业工程学者和专家，3000多个企业

◎企业应用工业工程成绩斐然。2000年左右，对于竞争日益激烈的市场，很多大中型制造企业或加工厂开始重视如何提高生产力和降低成本这些方面的问题，逐步开设了这

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个岗位，在科龙、海尔、TCL、华为、中兴、美的、一汽等大型国营或民营企业中，IE都得到了普遍的应用，帮助企业获得了巨大的利润。在我国越来越多的国营和民营企业已经认识到“IE”的作用，都在积极引进“IE”人才以提高本企业的竞争力。

3.2工业工程学科研究的前沿情况

3.2.1现代工业工程的重要研究课题

△研究与开发未来的制造

△研究、开发和利用信息技术、信息系统和知识管理系统 △研究、开发和建立管理系统工程 △积极参与服务领域企业的创新与改进 △企业员工教育与培训的革新 △流程（过程）技术的研究与开发

3.2.2工业工程的应用前景

◎应用范围从制造业扩大到服务业和非营利组织（非制造业工业工程应用大有可为） ◎应用重点从提升现场生产效率到提高系统的集成化综合效益（新型工业化） ◎特别依赖于信息科学与技术（计算机软硬件、网络与通信技术、数据库支撑环境等）

3.3部分工业工程方法应用的成功案例

案例一：一汽大众准时化生产

第一汽车制造厂变速箱厂于1989年10月建成，生产从日本日野公司引进的LF06S六档同步变速箱，配装解放CA141载货车。产品引进时也引进了管理模式，但由于管理未能及时到位，曾一度造成生产被动，质量不佳，效益不理想。

1.开发思想

吸收丰田生产方式的管理哲理，结合厂情开创“准时化生产方式”，运用多种管理方法和手段，实现少投入多产出之目的。

2.该厂准时化生产方式的特点 1) 目标明确，系统性强。

2) 采用“拉动式”生产组织方式。 3) 向工序间在制品向“0”进军； „„

3.实施效果

经过1 年多的实践，准时化生产方式使工厂面貌产生巨大变化。

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1) 生产能力大幅度提高，实现均衡生产原设计能力6.8万台/年，产品品种由原来1个基本型发展为18个改型产品。

2) 产品质量稳步提高 91年废品率下降35%，一次装配合格率由80%提高到92%，市场占有率大幅度提高。

„„

案例二：天津奥的斯丰田生产方式

在前几年，天津奥的斯(OTIS)电梯有限公司，由于种种原因造成产品质量低，交货常常不准时，工厂的信誉较差，特别是95年下半年的一次出口质量事故，导致韩国索赔100万美元，为此，OTIS亚洲总部于95年底给该厂黄牌警告。

置于死地而后生，大家在一起献计献策，半年内提合理化建议4000多条，同时，一些以前无法解决的问题，如精简组织机构、采用丰田生产方式进行设备布局和管理等等，也都得到了圆满解决。96年份7月,当亚洲总部来检查时，展现在眼前的是一个设备布局合理、工具存放有序、崭新的曳引机制造厂。

1．指导思想

他们提出 “生产现场就是市场，管好生产现场就是占领市场”和“人人都要有人管，人人都要能管人”的口号，并处处围绕减少“七种浪费”展开工作。

1) 首先推行\"5S\"--整理,整顿,清洁,清扫,素养 2) 重视I.E.人员

①产品工艺设计由I.E.工程师带头，从设备的选用、加工的方法到刀具的选择处处想到降低成本；

②由I.E.工程师制定设备的维修保养计划，规定每天的自检项目，并不定期地检查执行情况和设备运行情况，结果全部登记存档。此外要求操作者能自行处理一些小毛病；

③每年都安排10%的降低工时指标，由I.E.工程师负责。

3) 根据产品生产工艺，将机床采用匚型或L型布局，以保证\"一个流\"生产，同时也减少了物流。

„„ 2．实施效果

1) 产品交货周期由原来的24周降低到4周； 2) 产品出厂合格率100%；

3) 设备可动率达到100%，从而保证了丰田生产方式的顺利进行；

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4) 最终实现了四个零的目标--零缺陷、零库存、零事故、零迟交货。 „„

3.4工业工程的方法和技术发展趋势

（1）管理创新是发展的必然趋势

在知识经济时代，创新是灵魂，通过持续不断地技术创新、组织创新和管理创新，将进一步激发工业工程的创造活力，使工业工程学科更加充实，更加完善，更加普及。随着制造业的曙光在中国大地的展现，工业工程在中国的研究和应用也必将出现重大突破和飞跃发展。

（2）最近IE的发展倾向是源流管理。

以前的IE所要解决的问题是对已经设计好的产品在生产过程中如何改善的问题。最多是生产部门将生产效率差的设计反馈给设计部门再由其进行改良。但是、在现在的超竞争时代中、更重要的是在产品开发时如何按照IE的原则设计出效率更好的产品。

4工作研究在减速器装配中的应用

4.1减速器的装配工艺程序分析

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工艺程序分析是对现场的宏观分析，把整个生产系统作为分析对象，分析的目的是改善整个生产过程中不合理的工艺内容、工艺方法、工艺程序和作业现场的空间配置，通过严格的考查与分析，设计出最经济合理、最优化的工艺方法、工艺程序、空间配置。

在本次课程设计的实验中，我们组以卧式蜗杆蜗轮减速器作为分析对象，借助于老师拟定减速器的装配工艺过程进行了装配实验，通过采用“ECRS”四大原则对装配工艺过程进行分析，绘制出减速器装配工艺过程图如下：

蜗杆轴部件 1 蜗杆轴端盖 2 蜗杆轴端盖螺钉 3 蜗轮轴部件 4 机盖 5 蜗轮轴端盖 6 机盖螺钉 7 蜗轮轴端盖螺钉 8 加油塞 9 装配加油塞

6秒 装配蜗杆轴部件

20秒 装配蜗杆轴端盖

12秒 装配蜗杆轴端盖螺钉

65秒 装配蜗轮轴部件

5秒 装配机盖

3秒 装配蜗轮轴端盖

12秒 装配机盖螺钉

30秒 装配蜗轮轴端盖螺钉

42秒 4.2减速器装配的双手作业分析

1) 选择装配减速器上盖螺钉的重复性装配工作为研究分析对象。 2) 绘制工作地布置简图，标明各种零件、工具、设备的相互位置。

3) 考查、分析记录，用“5W1H”提问技术分析，并根据“ECRS”原则进行改进。

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用“5W1H”提问技术考察原方法的细节立即就可以发现一些问题。 1） 为什么只用右手取螺钉而完成紧固工作？ 2） 为什么一定要用左手稳住减速器才能紧固？ 3） 紧固工具和螺钉的摆放位置合理吗？ 因为工作台布置不合理造成了只能单手作业。

ECRS分析法，即取消（Eliminate）、合并（Combine）、调整顺序（Rearrange）、简化（Simplify）。通过逐项对照原则进行分析，发现：⑴当右手在伸手取螺钉时，左手处于太多的等待之中，不符合动作经济原则，于是可以在改善时考虑双手同时伸手取螺钉，之后同时扭螺钉，充分利用时间；⑵左手握持机体和等待的动作太多，于是可以在改进中考虑使用专用地工装夹具将机体固定，而释放左手与右手共同完成工作；⑶一只扳手需要顺次扭紧四颗螺钉太费时了，于是可以考虑多配置一把扳手（或手动扳手，或电动扭螺钉的工具）置于工作台面上，让双手同时使用工具扭螺钉。

4) 绘制改进前、后的双手操作程序图。图示如下：

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5) 统计其成果。

通过上面两个图，我可以得出如下信息：⑴改善前，左手动作17个，右手动作26个，改善后左右手动作都是14个，改善后不仅单只手的动作减少了，总动作数也由原来的43个减少到28个；⑵改善前，左手等待动作达8个之多，而右手处于不停的运动动作当中，右手劳动负荷大，左右手动作不均，易于疲劳；改善后左右手是同时进行相同的动作，劳动负荷均匀，不易疲劳。 4.3减速器秒表时间测定

秒表时间研究的对象是工作过程中时间消耗数量方面及其与影响的相互关系，其目的是反映时间消耗的变化趋势和规律性。

1)划分操作单元

操作单元按前面的装配工艺程序图中的情况划分，该种划分方法也符合划分操作单元的每一单元应有明显易辨的起点和终点；规则单元、间歇性单元和外来单元分开；每一单元应有完整而详细的说明等原则。

2)测时

采用连续法记录时间研究，在现场记录时用铅笔填写秒表读数“W.R”， 计算基本时间“B.T”。见附件：时间研究表（一）。

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3)填写时间研究表（二），剔除异常值，用三倍标准法决定正常值范围（正常值范围在x±3σ内），绘出所测时间值的管制界限图。 计算示例：动作单元1的均值x=21.4,

管制上限UCL=x+3σ=35.29；下限LCL= x+3σ=7.51；CL=21.4

=4.63

4)决定宽放时间 取宽放率为：15%。 宽放时间=正常时间×宽放率

5)计算标准时间

标准时间=平均操作时间×评比系数+宽放时间

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5达宝易工业工程软件的应用

5.1达宝易工业工程软件简介

达宝易工业工程软件是将作业现场拍摄的录像转换成计算机可操作的MPEG4文件格式，用鼠标点击画面即可进行动作和时间研究的工具。

主要用途：

 用于偏差分析和仿真分析；  用于设定标准时间；

 用于动作分析，删除多余、改善工程；  用于IE分析人员的训练；  用于工人教育培训；  高技术的记录和继承；

 产量定标，能力和技术水平的评价；  次品的原因分析。

5.2减速器装配作业动作时间分析

作业动作时间分析是指将作业分成若干个动作，标记每个动作的开始和结束位置，并记录每动作时间。

IE人员只需付出少许时间和精力，在办公室操作鼠标和键盘就可完成动作分析、标准工时制定、作业改善、产能分析、人员配置及编制新员工培教程等一系列工作，大大节省时间和人力。达宝易软件有以下主要功能。

(1)将录像进行细微播放，只需使用鼠标点击即可进行非常精确的动作分析。 (2)图像和分析表一体化，你想要看到的任何动作图像都有分析数据。 (3)动作研究记录的作业时间可按动素种类进行统计计算。

(4)可删除多余动素和对每个标记动作可以以不同的速度反复进行编辑播放，动作研究非常方便，方便制定标准作业时间。

(5)以文本和Excel形式输出分析结果，以HTML形式输出带图像的作业指导书。 (6)利用双屏比较播放功能，既可进行改善前后的比较，也可进行不同作业者之间的比较。

达宝易软件可以把一个动作过程分解为多个基本动作，从而找出其中的不合理动作，针对不合理动作进行改善优化，从而提高生产线的平衡性。

动作时间分析的流程如下图：

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5.3减速器装配作业的动作分析

（1）运用达宝易软件分析结果 动素分析结果见下表

动作时间对比见下表

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动作分析表见下表

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动作名称见下表

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动素分类表如下

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动作类型统计表如下：

在分析的一个周期内时间统计如下表：

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6结论

（1） 总结

本次设计是运用工业工程技术中的动作分析、时间研究和达宝易工业工程软件来改善和压缩操作人员的动作和时间，目的是提高效率降低成本。动作分析的用途在于探讨最适当的动作顺序、方法以及人体各部位动作的同时实施，探讨最适合于工作的工、夹具和作业范围内工件、材料、工夹具的位置布置。还可以用来比较顺序、方法改善前后的情况，预测和确认改善的效果。动素分析中将动作分类归纳成18种基本的最小动作单位，了解每个动作的过程和状态，区分有效动素和无效动素。在对影像的分析中，使用的另一种分析方法是双手作业分析。通过研究双手的动作及其平衡，左、右手分工是否恰到好处来发现伸手、找寻以及笨拙而无效的动作，发现工具物料、设备等不合适的放置位置，使动作规范化。

在对装配减速器的影像分析中，分析的总时长188.8秒，共分析了68个动作。其中13个伸手动作，9个移动动作，13个握取动作，9个对准动作，13个装配动作，,3个使用动作，1个持住动作，3个放手动作，4个检验动作。在所有的68个动作中，有效动作有56个，改善后区分出了第三类动素，即无效动素12个。改善前的总时间为188.8秒，改善后的总时间为180.28秒，共节省8.52秒，效率提高了4.5%。

利用动作经济原则从动作方法、作业现场布置、使用的工具、夹具等方面进行作业改善。

在改善前伸手用时5.44秒，改善后为4.76秒。改善前的移动时间8.6秒，改善后为8.04秒。装配的时间在改善前为144.28秒，占总时间的76%，改善后用时143.68秒，占80%,提高了操作的有效率。握取、对准的时间由3.72秒、9.04秒减少为2.48秒、8.96秒。改善前的使用时间5.72秒，改善后为2.28秒。改善前的放手时间1.36秒，改善后为0.6秒。改善前的检验时间10.6秒，改善后为9.44秒。装配是组装减速器的主要动作。在图表分析图中可以得出改善的重点为握取、使用和检验。

动作经济原则的基本原则一就是减少工作数。在影像的后半段中有多次取螺钉的动作，伸手、握取、移动的动作因此增多，在改善动作时，可以考虑按作业顺序放置工具物料到手边，采取双手作业，可以在操作台固定机体，减少装配螺钉是的伸手、握取动作。

无效动素中还有很多由于没有进行双手操作而造成的左右手重复取件的动作，以及虽然进行了双手操作，但由于右手是优势手，在动作的后半程中右手帮助左手或检验左手完成工作的质量，这样就造成了某一只手处于空闲等待或拿住状态。在双手同时操作比较容

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易的情况下，如一边用右手伸手取物、一边用左手移动的双手动作组合，应尽可能让双手进行作业动作。能够用双手进行的作业，也有因作业现场布置差而无法用双手同时进行作业的情况。因此通过布置左右对称的作业现场有利于双手同时作业。在改善时，将零部件整洁对称地堆放在操作台，双手同时各装配一个零件，提高工作效率。

影像中在把螺钉拧紧在工件上的作业中，由于工件不稳定，需要用一只手来拿住工件，另一只手拧紧螺丝。关于工具设备的动作经济原则之一是要尽可能解除手的动作，而以夹具代替。因此在改善时，如果使用固定工件的工具，可以解放一只手，以便于双手同时操作，工作效率可大大提高。

有少数的无效动素是由于操作者的注意力不够造成的。在分析的操作过程中，有操作者故延的动作，如用手触摸鼻子，这类不良习惯的故延动作在改善后可以取消。

在改善动作时，针对动作数、双手同时性、动作距离、作业容易程度分别从动作方法、作业现场的布置、工夹具与机器的应用来分析改善，使整个分析过程的时间减少了节省8.52秒，效率提高了4.5%。而仔细思考和改善后，这个结果是还可以极大提高的。

（2）体会——对本次课程设计的认识和建议

通过本次工业工程课程设计，在减速器的装配过程中使用“IE”动作分析、时间研究、达宝易工业工程软件等技术和工具，是我对减速器装配这一常见的作业过程有了较深认识，同时将课堂上所学的理论知识应用于实验，不仅巩固了专业知识，同时增强了我们的动手能力。在实验过程中，我与同学相互配合，增进了我们之间的友谊。

由于本次课程设计的时间仓促，对装配减速器的流程不熟悉和对达宝易软件的功能不太了解，不能对操作作业过程进行详细而全面的改善。经过本次的课程设计，我对自己日常的动作进行了反思。比如书桌上笔、书、作业本的摆放不规律，寻找时间很多，影响学习效率。做事情要按照最佳的动作顺序和时间顺序，否则会做很多无用功。希望下次能有比较充足的时间对软件有充分的了解，再运用它分析，效果会更好。

【参考文献】

[1]杨宝刚.开展企业管理信息化工作的步骤［J］.企业管理.2002.（11）.12~15 [2]易树平等编.基础工业工程.北京：机械工业出版社，2007 [3] 罗振壁等编.工业工程导论. 北京：机械工业出版社，2003

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