IEXXX企业生产线改善研究报告.docx
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IEXXX企业生产线改善研究报告
基于IE的XXX企业生产线改善研究
来源:
宝马会
第一章引言第一节课题研究背景及意义制造业是所有与制造有关的企业生产机构的总称。
或者说,它是对原材料加工或再加工以及对零部件装配工业的总称。
尽管我国已成为制造大国,但还不是制造强国,我国制造业与发达国家有阶段性的差距,据相关调查结果显示,我国制造业总体规模不到世界的5%,仅相当于美国的1/5,日本1/4。
[2]二战后,市场需求模式发生重大变化,制造模式、制造技术必然随之发生变化。
随着市场竞争的日益加剧,顾客个性化追求,大批大量生产方式开始逐步向多品种、中小批量生产方式发生转变。
精益生产、JIT、合并工程、敏捷制造、大量定制、成组技术等思想倍受企业家们的关注。
这些思想的宗旨都是如何有效地充分利用企业现有资源,即在不投入或少投入的基础上,使企业产出达到最大,并赢得更多的顾客满意。
生产线平衡方法能很好地响应上述思想,并同时能解决现时制造业存在的制造系统、制造模式、制造技术问题。
生产线平衡问题是伴随着流水生产线的产生而产生的,至今已有百年历史。
但这一问题的正式提出是在1954年美国人B.Bryton在他的硕士论文《连续生产线平衡》中第一次提出生产线平衡的问题并着手解决这一问题,在此之后,许多科研人员都研究了这个方面的问题,并发表了各种各样的求解方法。
目前国内外对这一问题的研究着重于理论上,其基本思路是将一个实际的流水生产线按一定的方式进行简化,然后建立适当的数学模型或图表,之后采取适当的算法进行求解,这些方法可分为两大类,数学分析方法和启发式方法。
然而在管理现场的人并不是理论的研究者,而是要求操作性强且易掌握的方法。
这种方法就是工业工程管理方法。
在国外,工业工程管理方法被广泛用于生产管理当中,国内比较少,现在国企还没有IE师这个职位,但国内的外资企业,尤其是台资和日资企业比较重视IE。
XXX体育用品有限公司是XX集团特于2006年在广东东莞沙田镇建设的。
部下有鞋业事业部、服装事业部、高尔夫球事业部。
鞋业事业部的生产方式仍然是按传统大量库存式生产,库存量很高,常常因鞋子部件不配套、品质不过关而停线,严重影响了公司的达成率。
同时为了完成订单员工不得不经常加班,员工意见大。
公司高层管理人员意识到这一问题的重要性,引进了一批IE师,重视5S、看板管理、生产线平衡等。
因此本文就该集团鞋业生产线的不均衡问题,进行了有关生产线平衡的研究及改善。
通过对XXX鞋业生产线进行生产线平衡,大大改善了其生产现状,其主要意义如下:
1>生产线平衡有利于提高企业的生产效率。
一个工厂的主要任务是QCD三大项任务。
Q指产量,C指成本,D指交货期。
也就是说如何用最低的成本及时为顾客提供满意的产品。
通过生产线平衡,制定合理的生产作业标准,就可以缩短产品的生产周期,从而提高生产效率,即提高单位产量。
2>实现生产线平衡有利于保证产品质量的稳定性。
因为生产线的不平衡会造成不同工位的劳动强度不同,瓶颈工位上的员工为了减少堆积品,会忽略质量。
3>实现生产线平衡是企业实现“一个流”的生产前提。
4>提高生产线平衡率有利于减少在制品库存,降低企业物流成本。
通过对生产线上的各工位进行工序同期化的调整,能很好地减少在制品数量。
5>提高生产线平衡率有利于调动员工的工作积极性。
一来是因为“流”的顺畅<减少员工停工待料),二来是因为员工感受到“公平”对待。
6>实现生产线平衡有利于提高企业产能,使企业利润增大。
第二节课题的基本思路本文在介绍课题的研究背景以及意义的基础上,分析了部分生产线平衡方法,并着重分析了工业工程管理方法,然后针对该企业的生产实际,选其两条线:
一条为针车线、另一条为成型线作为研究对象,通过对其程序分析、作业测时、机器效能评价来合理地安排各工位作业的内容,使生产线上工序同期化,合理安排人机负荷,使人机效率达到最佳。
对鞋业车间进行全新布局,为持续线平衡改善活动提供良好的环境。
论文的基本结构如下:
第一章,介绍了下本课题的研究背景及意义,以及课题的基本思路。
第二章,是对生产线平衡问题的罗列。
先是介绍下生产线平衡的相关理论,包括生产线、流水线、单件流的相关概念,特征以及实现这些所要具备的条件、因素,生产线平衡的一些参数和相关指标;然后阐述了生产线平衡方法的相关理论:
有限约束关系、理论最小作业要素、工位作业时间;最后着重介绍下解决生产线平衡的三大方法:
数学分析法、启发式法和工业工程法。
第三章,掌握了这些解决生产线平衡问题的方法后,以XX体育用品有限公司的鞋业事业部作为研究对象,选择了其中的L1-2针车线和L1成型线,着重从工业工程管理方法去研究这两条线的平衡情况。
最后为响应日后的工作,在相似原理、“6S”管理、看板管理、精益生产等思想的指导下,对鞋业生产车间进行了重新布置。
第四章,对于本论文的一些总结及展望。
第二章生产线平衡问题的概述第一节生产线平衡的相关理论一、生产线、流水线与单件流生产线是一种按照对象专业化原则组织起来的生产组织形式。
是制造系统的基层系统。
流水线是生产线的一种优化形式,生产线工位的排序不一定按照产品的生产工艺顺序排列下去,但流水线一定按加工工艺顺序排列工位,使产品按照一定的速度,连续和有节奏地经过各个工位依次加工,直到生产出成品。
它是生产过程中在空间上和时间上的合理组织形式,减少库存与物流,降低企业成本。
流水线是生产线平衡问题解决的基础框架。
一般流水线具有以下几点特征:
1>劳动对象按照既定的工艺程序依次通过各个工作地,并按照统一的生产速度<节奏),连续地、重复地完成各道工序的作业。
2>流水线上出产相邻两件制品的时间间隔,有着明显的节奏性和统一规定。
3>工作场所使用具有高度专业功能的专用设备。
4>各道工序工时定额与其工作地数量比例都等于或小于流水线节拍,以保证生产过程的比例性和平衡性。
5>工艺过程是封闭的,劳动对象在工序间单向移动。
并不是所有的生产线都能组织成流水线生产,组织流水线生产要具备以下条件:
1>产品设计和工艺要相对稳定,但要体现现代科技的先进的成果,要有良好的工艺性以符合工艺同步化的要求,零部件要有良好的互换性,以保证加工或装配时间的稳定。
2>工艺过程要能划分为一些简单的工序,又能根据工序同步化的要求将其适当地加以合并或分解,使各道工序的生产节拍大致相等。
3>要采用先进而又合理的工艺方法,以充分发挥高效率的专用设备效能。
4>制品产量要大,以保证各工作地设备的正常负荷,充分发挥生产上的规模效应。
单件流是指以最小的单位流经各生产流程的生产方式。
即加工一个,检查一个,传递一个。
其目的在于促使流程达到最顺状态,减少在制品库存,使流程中不可隐藏任何问题点,达到及时地发现问题并及时改善的效果。
其基本步骤如下:
1>设定节拍时间:
根据当日的目标产能和计划工时算出,即节拍时间=2>测试操作时间,用秒表直接测量每位作业员实际加工一个工序所需的时间,再视情况给予5%~10%的宽放率;3>公布节拍及操作时间,规范作业人员操作;4>进行流程的全面分析;包括人机平面布置图、工艺流程分析图等,并进行流程平衡分析;5>流程调整,运用“ECRS”四大原则对流程整体考虑,分析并优化;6>要有后备资源,以应变特变情况,如机器故障要花较大时间维修,要是备多一台机器就不会影响这一台机器故障所引起的停线。
在实施单件流时,还必需考虑以下几方面因素:
1>人的因素:
要区分标准作业和非标准作业、培养多能工、动作标准化等;2>设备因素:
要做好TPM,降低故障损失;3>质量因素:
要执行好质量的“三不”<不制造不良品、不接受不良品、不流出不良品)政策,保证质量;4>物量供应因素:
要进行QCO,实现快速转换;5>管理因素:
要随时进行协调指挥,公平、公正、必要时还有公开。
二、生产线平衡参数1、生产节拍、工序同期化、工序节拍生产节拍即 换句话说,即指完成一个产品所需的平均时间。 节拍通常只是用于定义一个流程中某一具体工序或环节的单位产出时间。 如果产品必须是成批制作的,则节拍指两批产品之间的间隔时间,它表明了流水线生产效率的高低,是衡量流水线工作水平的重要参数。 生产线节拍,一般用一定的时间内,生产线产出的产品数量来计算节拍,即CT=。 Tw: 计划期内有效的工作时间,Q: 计划期产品出产量。 工序同期化是指工序间的时间一致性。 生产线节拍是对整条生产线来说的。 为了达到工序同期化,必须考虑生产线的组成单元——工序。 生产线上的各道工序完成的各自作业任务所需时间是不尽相同的。 也就是说,在相同的生产时间内,各工序的实际产出能力是不相等的,实际上一条生产线的产量等于产出能力最低<工序时间最长)的工序的生产产量。 为了说明生产线工序同期化的程序,引进一概念——工序节拍: 流水线各工序生产单位产品所需要的时间。 ct=其中-tw: 工序有效的工作时间;q: 在有效时间内工序产品生产量。 在tw一定的情况下,工序节拍取决于工序产品生产。 而工序产品生产量有以下几个影响因素: 工序作业内容、操作者技术水平、工序设备的生产能力、产品质量、物流情况等。 从以上生产线节拍与工序节拍的介绍可知,为了使生产线平衡,需满足: 生产线节拍>=工序节拍,生产线节拍-工序节拍的时间之和最小。 2、瓶颈工位、空闲时间瓶颈工位是指工序生产时间最长的工序也就是工序节拍最长的工序。 流程中存在的瓶颈不仅限制了一个流程的产出速度,而且影响了其它环节生产能力的发挥。 造成瓶颈的因素也是制约产出的因素,包括人员利用率、原材料是否及时供应、某环节设备发生故障、信息流阻滞等。 瓶颈工位并不是固定不变的。 它可能会“漂移”,这取决于在特定时间内人员配置和设备使用情况、物流因素等。 与节拍和瓶颈相关联的另一个概念是流程中的“空闲时间” 空闲时间是指工作时间内没有执行有效工作任务的那段时间,可以指设备或人的时间。 当一个流程中各个工序的节拍不一致时,瓶颈工序以外的其它工序就会产生空闲时间。 3、生产线平衡指标评价生产线平衡指标有工作总站数、生产线平衡率、平衡损失率、平滑指数和成本等。 1>工作总站数N是指生产线上工位的总数目。 2>生产线平衡率P=。 3>平衡损失率d=1-P,或d=。 4>平滑指数: SI=。 5>成本包括人力成本和设备成本。 其中: Ti: 第i个工位的时间;CT: 生产节拍;T: 工位的有效时间。 第二节生产线平衡方法的相关理论介绍一、理论最小作业要素、工位作业时间理论最小作业要素,是指生产作业中不可以细分的实际作业任务。 如插销钉、钻孔等。 进行这种划分的目的是为了把生产线的整个作业过程合理地分配到各个生产工位上去,以便于生产作业分析、生产过程规划和生产线的平衡。 进行划分时可以用Ti表示第i个(i=1,2,3,•••n>理论最小作业要素的作业时间。 在生产线规划过程中,Ti一经确定就认为是不变的常数,是生产线平衡的基础数据。 工位作业时间,若生产线为流水型排列的n个工位,需要在第i(i=1,2,3,•••n>个工位上完成的作业要素分别有: T1,T2•••,Tei,•••Tki(ei=1,2,•••ki>,则该工位的作业时间Ti: Ti=ei=1,2,•••,kik1+k2+•••+ki+•••+km=n二、优先约束关系如果工序a完成后,紧接着可以开始工序b(或只有当工序a完成后才能开始工序b>,那么a是b的紧前工序,b是a的紧后工序。 在生产线中,产品总有一定的工艺性要求,就必然存在着紧前工序和紧后工序,这些关系可统称为优先约束。 优先约束关系一般用优先图或优先矩阵来描述: 如图1图2-1优先图优先矩阵是为了方便计算,由优先图转换而成的: 001000000000110000000011000000000001000000110000000100000000010000000001000000000Mij=1,表示作业要素i是j的紧前作业。 在作业要素分配时必须将作业要素i分配在j所在工位之前的工位上。 优先图、优先矩阵等工具被广泛应用于数学分析法和启发式法当中。 第三节生产线平衡法的介绍自1954年,生产线平衡问题被正式提出并着手解决后,许多科研人员对这方面的问题作了大量研究,概括起来可分成三大类: 数学分析法、启发式法和工业工程法。 一、数学分析方法数学分析方法是通过建立数学模型,经过大量的数学计算来寻找问题最优解的方法。 数学模型在《运筹学》课本内都有所介绍,主要包括线性规划模型、整数线性规划模型、动态规划模型、网络模型等。 在生产实践当中常常遇到两类优化问题: 如何运用现有的资源<如人力、机器、原材料)安排生产,使产值最大或利润提高;对于给定的任务如何统筹安排以便消耗最少的资源;线性规划就是解决这类问题。 在建立线性规划模型时主要经过以下三个步骤: ①假设变量,确定合适的决策变量是能否成功地建立数学模型的关键;②根据假设变量给出的约束条件,约束条件是用来描述决策变量受到各种限制的等式或不等式;③建立目标函数,目标函数是根据假设的变量而实现目标的函数表达式。 整数规划是线性规划的一种特殊情况,其要求最优解必须是整数,求解整数规划问题一般采用分支定界法。 分支定界法的基本思想是,设有最大化的整数规划的问题A,与它相应的线性规划问题B,从解问题B开始,若其最优解不符合A的整数条件,那么B的最优目标函必是A的最优目标函数Z*的上界,记为;而A的任意可行解的目标函数值将是Z*的一个下界,记为,分枝定界法就是要将B的可行域分成子区域,称为分枝。 逐步减少和增大称为定界,最终求得Z*。 其关键在于分枝和定界。 动态规划是一种解决多阶段决策问题的方法,是现代企业管理中的一种重要决策方法,可用于解决最优路径问题、资源分配问题、生产调试问题、库存问题、排序问题及设备更新问题等等。 许多问题用动态规划方法求解常比线性规划或非线性规划更有效,特别是对于那些变量为离散型的问题。 它针对多阶段决策问题的特点,提出了解决这类问题的最优化原理,把比较复杂的问题划分若干阶段,并且逐阶段解决而最终达到全局最优。 在应用于生产线平衡上,一般是通过定义一个合理的任务集来实现,该集合中如果一个任务优于这个集合中的另一个任务,则这个任务应在这个集合中。 对于生产线平衡的一般数学提法是: 给定一个无回路的有向图G=(E,P>,节点E表示作业要素集合,弧P表示生产作业元素之间的先后关系集合。 一个节点i∈E有一个值Ti(i=1,2,•••,n>表示作业时间。 生产线平衡问题就是求节点集E的一个划分: E=,使一定的目标得到优化,满足一定约束条件。 二、启发式方法启发式方法比数学分析方法要简单且易懂,求解速度快,因而备受研究人员的关注,其求解的基本思路为首先将可分配作业与不可分配作业分开,然后在可分配作业中,从第一个工位开始寻找工序的组合,并使这个工位的闲置时间最短。 再进入下一个工位,并把已选的工序删去。 重复进行,直到作业分配完毕。 主要的方法有分级位置加权法和最大设定准则法。 在用启发式法求解平衡问题时,一般都利用优先图、优先矩阵等工具进行求解。 现用图2-1的例子来说明分级位置加权法与最大设定准则法的求解过程。 1、分级位置加权法<1)把装配作业任务分解为若干个最小的装配作业任务单元。 称为最小作业单元。 如图中的工位1,2,3,•••8,9。 并测出最小作业时间标于工位上方。 <2)计算: 权重: Wi=,Wi: 最小作业单元加权值;ti: 第i个最小作业任务单元的装配时间;Pi: 第i个最小作业单元装配之前各最小作业单元集合;tj: 集合Pi中的第j个最小作业单元的装配作业时间。 如W3=t1+t3=5+2=7其余见表2-1: 表2-1 加权值表装配单元123456789装配单元作业时间542163252装配单元加权值54751710222730<3)作装配顺序图,见图2-2: 图2-2 装配顺序图<4)确定装配线节拍,计算每个最小作业单元的加权值。 <5)将最小作业单元按加权值由大到小排列,如表2-2,并令代表工作站编号的变量k=0。 表2-2加权值表装配单元987563412装配单元作业时间252632154装配单元加权值30272217107554<6)令K=k+1,Tk=T。 设节拍时间T=10。 <7)从顺序表中,按加权值从大到小选出满足ti<=Tk的第一个最小作业单元,其单元号为i,若找不到跑到步骤<9)。 <8)将最小作业单元i分配给工作站k,并从顺序表中删除单元i并将Tk的值减去ti,若顺序表空,则表明完成线平衡,否则转向步骤<7)。 <9)若Tk=T,则表明所设定的节拍时间太短,无解,否则转向步骤<6)。 最后结果如图2-3: 图2-3 工位重组图评价效果的好坏用平衡率LE进行评价。 LE=LE==75%2、最大设定准则法仍用图2-1作例子,其求解过程如下: <1)按各最小作业单元在装配线上的先后顺序画出装配顺序图<优先图),并将相应装配的时间标在上方,<2)确定装配线节拍T,令K=0,S为包含所有最小作业单元的集合。 <3)令K=k+1,Tk=T;<4)对于S中每个作业单元计算加权值,找出满足ti<=Tk的权值最大的单元,若找不出转向<6),否则进入下一步;<5)将单元i和其他按顺序在i单元之前装配的各装配单元分配工作站k,并从S中删去,将Tk-wi,若此时S已空,表明装配线已经平衡,否则转向步骤<4)。 <6)若Tk=T,则表明设定时间节拍太短,无解,平衡到此结束;若Tk 其求解过程及结果如图2-4: 图2-4 求解过程图图2-4 求解过程图三、工业工程管理方法数学分析法及启发式方法主要是解决如何合理划分工序集合,使各个工位的节拍时间一致,而工业工程法着重于如何改善作业方式,使作业标准化,消除不必要的动作,减少浪费,降低企业成本,并以人为本,提高员工积极性。 1、工业工程概述美国工业工程师协会 ”[1]其知识体系见图2-5: 图2-5 IE基础体系图2、方法研究<1)程序分析程序分析是工作研究的基础,因为如果未作程序分析,预先发现某工序在整个流程中根本不必要,就先作微观的作业分析或动作分析,就可能造成较大的浪费。 程序分析是依照工作流程,从第一个工作地到最后一个工作地,全面地分析有无多余、重复、不合理的作业,程序是否合理、搬运是否过多,延迟等待是否太长等问题,通过整个工作过程的逐步分析,改进现行的作业方法及空间布置,提高生产效率。 程序分析一般针对工作中的加工、检查、搬运、等待和储存五种基本活动进行方法研究。 其代表符号及意义: 如表2-3表2-3程序分析符号符号名称表示意义例子○加工指原材料、零件或半成品按照生产目的承受物理、化学、形态、颜色等变化水印、磨皮、电绣、打粗、拉帮等□检查将某目的物与标准物进行对比,并判断是否合格的过程鞋面检查、标签检查、成型检查等→搬运表示工人、物料或设备从一处向另一处在物理位置上的移动过程成型配料、领料、半成品在工序间的移动D等待或暂存指在生产过程中出现的不必要的时间耽误等待被加工、被运输、被检验都属于等待▽储存为了控制目的而保存货物的活动物料在某种授权下入仓库或从仓库中取出都属于储存活动注: 储存与暂存不一样,储存是有目的的,从储存处取出物品一般需要申请单或其他的票据。 暂存是没有目的的,从暂存处取出物品一般不需要任何票据。 其分析步骤如图2-6: 图2-6 程序分析过程图在实际分析过程中,一般可先用“5W1H”技术发现问题点,然后用“ECRS”四大原则进行分析,再用分析表进行改善,最后得出改善方案。 <2)操作分析操作分析即动作分析是通过对以人为主的工序的详细研究,使作业者、作者对象、作业工具三者科学合理地布置和安排,达到工序结构合理,减轻劳动强度、减少作业工时消耗、缩短整个作业的时间,以提高产品的质量和产量为目的而作分析。 其基本要求如下: 1)通过删减、合并、简化,使操作总数减至最低、工序排列最佳,并使每一操作简单易行。 2)合理利用肌肉群,防止某些肌肉群由于动作过于频繁而产生劳损。 发挥双手作用,平衡双手负荷,避免用手长时间握持物体,尽量使用工具。 3)要求机器完成更多的工作。 4)减少作业循环和频率,减少物料的运输和转移次数,缩短运输和移动距离,使运输和移动方便易行。 5)改进设备、工装与工位器具、物料规格或工艺,采用经济的切削用量。 6)工作地点应有足够的空闲,使操作者有充足的回旋余地。 7)消除不合理的空闲时间,尽量实现人机同步工作,使某些准备工作、布置工作地点的工作、辅助性工作放在机动时间进行。 根据不同的调查目的,作业分析可分为人-机作业分析、联合作业分析和双手作业分析。 人机作业分析是应用于机械作业的一种分析技术,通过对某一工程作业现场观察,记录操作者和机器设备在同一时间内的工作情况,并加以分析,寻求合理的操作方法,使人和机器的配合更加协调,以充分发挥人和机器的效率。 其主要过程如下: 1)观察和记录操作者与机器设备在一个作业周期<周程)内各自的操作步骤和操作内容。 2)用作业测定法确定这些操作活动的时间,按照操作者和机器设备操作活动的时间配合关系,在作业分析图表中清晰地表示出来。 3)运用工作简化和合并交叉的原则,研究改进操作的各种可能性,提出切实可行的改进方案。 4)绘出新的操作分析图表。 新的操作方法经过验证以后,即可用于生产,并对改进的效果进行评价。 联合作业分析是指当几个作业人员共同作业于一项工作时,对作业人员时间上的关系的分析,以及排除作业人员作业过程中存在的不经济、不均衡、不合理和浪费等现象。 在进行联合作业分析时,首先以作业人员的各自作业流程为基础<进行详尽的观察和记录),然后使各作业人员的作业时间坐标一致,最后合并绘制联合作业分析图。 双手作业分析是以作业者的双手作为研究对象,进行双手作业分析可研究双手是否合理、平衡地分配工作,发现伸手、寻找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、编写作业标准说明书。 <3)动作分析动作分析是指观察操作者的实际操作并用特定的记号记录以手、眼为中心的人体各部位的动作内容,并将记录图表化,以此为基础,判断动作的好坏,找出改善点。 动作分析可分为动素分析、慢速摄影分析和VTR分析。 动素分析适合于进行详细的动作分析和进一步的作业改善。 如探讨高效易行的作业方法、探讨最适当的动作顺序、讨论最适当的工夹具与作业环境布置安排、制定正确易行的标准作业方法、培养动作意识等。 慢速摄影分析一般用于分析难分析的问题,它能弥补人的分析能力的局限性,并真实地记录现场,具有很强的说明能力。 要追求动作经济,必须具备动作意识,经常分析一个一个的操作动作,彻底排除动作中不合理成分和浪费,达到: 明白合理动作与不合理动作的区别、明确动作错误的原因,判断合理动作、全身心投入动作研究,思考合理动作方法、作业配置与工夹具。 3、作业测定制定计划、组织生产、成本计算、经济核算、平衡生产能力、考核工人劳动成果等等活动都离不开标准时间。 因此,实行工作研究,除进行程序分析、操作分析、动作分析等方法研究
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