摘要
我国从二十世纪80年代开始市场经济的探索，经过20多年的发展，工业化进程已经取得了举世瞩目的成果。其中，制造业的发展尤为迅速，已经成为推动我国经济迅速发展的核心力量和支柱性行业。但是，制造业大而不强，仍然存在生产率低、浪费严重等现象。
工业工程作为一门减少浪费、降低成本、提高生产率的管理科学，已经被中国的很多企业验证了它的价值。尽管如此，我们也应该清醒的看到，我国的许多企业尤其是国有企业，虽然推行了工业工程的管理方法，但是在其实际应用中还存在着一定的盲目和不足，甚至处于一种华而不实的尴尬境地。
本论文通过对车桥车间推行工业工程的现状研究，分别对它的两个分车间进行了分析和改善，具体包括：用SLP 与图论以及启发式方法相结合改善焊接车间的物流布局，提高顺流物流强度，提高日加工量；用抽样调查法和通过排队论建模对机加车间的有限作业资源重新配置，提高机器的开动率；用流程图、秒表时间研究以及ECRS 等工业工程方法改善人工作业流程，降低瓶颈工位的作业时间，平衡装配线节拍。 本论文的改善研究不仅降低了生产成本，提高了车桥生产系统的生产率，而且整个改善过程的研究为该企业的工业工程管理和改善的推广工作提供了成功的案例参考，增强了持续改善的信心。同时，论文对工业工程在改善过程中所应用的方法进行探索完善，针对实际情况合理应用，将理论与实践相结合，对它所倡导的运筹学，数学及工效学这些辅助性的学科的综合运用进行实践性的尝试。
关键词：制造业；工业工程；系统设施规划；改善
Abstract
Market economic started in china in the 1980s and industrialized progress has got the great results which attracted worldwide attention after twenty years of development. Among others, manufacturing industry has been the critical power furthering economic development and supporting industries . But , there is some failure in manufacturing industry,such as low productivity,serious waste .
As a management science which raises productivity,reduces waste and reduces cost,industrial engineering has been playing the important role in many enterprises and has brought about many changes in factory production For all this,we noted objectively that though our enterprises, especially for nationalized enterprises, have carried out industrial engineering, blindness and insufficient is showed for the purpose at hand and industrial engineering is even in a gimcrack position.
The article researches herbing light duty truck Corporation's conditions and improves the manufacturing system of driving-axle, the contents of which are that the layout of welding booth is improved by synthesizing the knowledge of system layout planning(SLP), the graph theory and the heuristic method resulting in increasing productivity and throughput; the limited resources of the processing workshop is reconfigured by the method of sampling survey and building queuing model, and as a result, machine-free time is brought down; the flow of work is optimized by industrial engineering method such as flow chart, ECRS, stopwatch and so on and the result showed operation time of bottleneck-stations is lowered and the efficiency of the assembly line
soared.
Not only do the researches of the article reduce the production cost and enhance productivity of the manufacturing system of driving-axle, but also the article itself is a successful case with reference to carry out industrial engineering. It also can boost up confidence to continually improve in this enterprise. At the same time the article practices and improves the methods of industrial engineering, and synthesizes mathematics, operational research and human engineering according to principle of the relationship of theory to practice.
Keywords ：manufacturing industry; industrial engineering; SLP; improve
目录
目录 ................................................................... I
第一章 绪论 ............................................................ 1
1.1工业工程在国内外的发展综述 ........................................ 1
1.1.1工业工程的概念 ................................................ 1
1.1.2工业工程的发展历史 ............................................ 1
1.1.3工业工程在中国的发展和应用状况 ................................ 3
1.2本论文的研究背景和意义 ............................................ 4
1.2.1中国制造业的发展现状 .......................................... 4
1.2.2中国制造业在生产过程中所面临的问题 ............................ 5
1.2.3 IE对制造业的意义和中国制造企业在利用IE 时的不足 .............. 5
1.3本论文的研究框架 .................................................. 5
第二章 预备知识与相关理论的展开 ........................................ 7
2.1系统设施规划的理论知识 ............................................ 7
2.2 SLP的输入数据 .................................................... 8
2.3 作业单位物流关系圈的建立 ......................................... 9
2.4 作业单位综合关系图的建立 ........................................ 11
2.5 平面布置的设计 .................................................. 12
第三章 焊接分车间设施布局改善研究 ..................................... 13
3.1车桥车间简介 ..................................................... 13
3.2焊接分车间的布局改善 ............................................. 13
3.2.1绘制原始工艺过程 ............................................. 13
3.2.2分析改善工艺过程 ............................................. 15
3.2.3绘制最佳工艺过程表 ........................................... 16
3.3 改善方案评价 .................................................... 17
第四章 机加分车间作业现场改善研究 ..................................... 17
4.1机加分车间的现状调查 ............................................. 18
4.1.1 初步调查 . .................................................... 18
4.1.2建立机加分车间抽样观测表 ..................................... 18
4.1.3观测数据有效性分析整理 ....................................... 21
4.2 机加分车间问题分析 .............................................. 22
4.3 实施改善 ........................................................ 24
4.3.1 选择改善方案 . ................................................ 24
4.3.2 建立改善模型 . ................................................ 24
4.3.3 实施改善 . .................................................... 26
4.4 改善方案评价 .................................................... 28
结论 .................................................................. 29
致谢 .................................................................. 30
参考文献 .............................................................. 31
第一章 绪论
1.1工业工程在国内外的发展综述
1.1.1工业工程的概念
“工业工程”( Industrial Engineering，IE) 一词是J.Gunn1903年开始使用的，但工业工程作为一门工程学科，产生于19世纪末20世纪初。工业工程自产生以来，在世界上得到了广泛的传播，发展迅速，各工业发达国家根据自己的国情和需要将其应用在不同的范围和领域，使其更具本土化，并且随着工业工程应用领域的不断扩大，它自身的技术体系和相关的辅助体系也在相应地扩充，工业工程的内涵和外延都在随之不断的变化，即使到今天为止，“工业工程”也没有一个全世界公认的定义。现在，关于工业工程的定义有几十种之多，有代表性的定义有以下几种。
(1)美国工业工程学会(AIEE)的定义
工业工程是对有关人员、物料、设备、能源和信息等组成的整体系统进行规划、设计、改进和实施的一门科学，它从数学、自然科学和社会科学中吸取有关的专门知识和技术，同时运用工程设计与分析的原理与方法，以阐述、预测和评价上述系统所得到的成果。。该定义于1955年被美国工业工程会确定，被认为是最具权威性的工业工程的定义，已经被采纳为美国国家标准(ANSI 294)，该定义指出了工业工程的显著特征：运用工程学中工程分析和工程设计的原理及技术方法，进行管理原理的研究和应用。
(2)美国机械工程学会(ASME)的标准化委员会定义
工业工程是在规定的时间内，为了以最佳成本实现期望的质和量，利用和协调人、物料和设备的技术和科学。
1.1.2工业工程的发展历史
工业工程作为一门工程学科源于19世纪末20世纪初美国泰勒的科学管理活动，迄今已经有近百年的历史，1911年泰勒的《科学管理》-书的出版被人们认为是管理科学发展的一个里程碑。但是，泰勒的科学管理理论在诞生之初曾一度遭到人们的非议，被人们视为资本家残酷剥削的手段，美国国会两次传讯泰勒，加之当时工人运动风起云涌，使得“科学管理”更名为“工业工程”，因此，科学管理也被广泛认为是工业工程的开端。1908年美国宾夕法尼亚理工学院建立了世界上第一个工业工程系，标志着IE 学科的正式问世。
工业工程从科学管理开始经历了经典IE 、IE 与运筹学、IE 与系统工程这四个相互交叉的时期，这四个时期是工业工程不断完善的过程，是从经验改改善到定量的分
析的过程，是从事后修复到事前预防的过程，是从局部改善到整个系统优化的过程。传统IE 的应用主要面向车间、工厂的生产过程，属微观范畴。现代IE 则扩展到包括研究开发、设计与销售服务在内的广义生产系统，并进而延伸到整个经营管理系统，从微观和宏观两方面追求系统的整体优化。
(1)科学管理时期(20世纪初-20世纪30年代中期)
这是IE 的萌芽和奠基时期，以劳动专业化分工、时间研究、动作研究、标准化等方法的出现为主要内容。这个时期，福特生产线的产生使生产系统从小规模的作坊式企业走上了较大规模生产的工厂制，加之电动机的产生与广泛应用，人们的生产能力大大提高，商品经济也因此结束了资本原始积累的阶段并开始高速发展，恰恰此时发生了两次世界大战，客观上要求大大提高工厂效率，因而工业工程得以诞生和发展。从1895年起，泰勒先后发表了《计件工资制》、《工厂管理》和《科学管理原理》等论著，系统地阐述了科学管理思想，主要是以时间研究和动作研究为主的工作研究理论。这个时期，在制造业中（尤其是机械制造企业），人们也采用以动作研究和时间研究为主要内容的科学管理方法，提高工人的作业效率。
(2)工业工程时期(20世纪20年代后期一现在)
这个时期分为经典IE 、IE 与运筹学、IE 与系统工程三个阶段。
经典IE 开始于20年代后期，是对科学管理原理和动作研究的继承和发展，最具代表性的是休哈特1924年建立的“统计质量控制”，为IE 的实际应用提供了科学基础。还有进度图、库存模型、工厂布置、物料搬运等方法的应用使IE 从经验技术逐渐变成工程技术，使技术和管理逐渐结合了起来。
IE 进入成熟期是与运筹学的结合为标志，运筹学的出现为IE 提供了理论基础，这段时期也成为工业工程的快速发展时期。统计学的广泛应用和运筹学的产生为工业工程解决越来越大的管理与生产系统规划、设计、改造、创新提供了有效的手段，运筹学的一些优秀的理论，如数学规划、优化理论、排队论，博弈论，曾经是为了解决军事方案的选择问题而出现的，它们被企业的管理者和决策者运用到企业的IE 中去，为IE 的发展和应用发挥了巨大的作用。在这一时期的工业工程已不仅仅是欧美工业发达国家的“专利”，而且已被成功引入亚太地区，最典型和最成功的是日本，他们在战后经济恢复期从美国的管理思维和技术手段中成功地将工业工程引入日本各行各业，并进行日本式消化和改造，开创出丰田生产方式(TPS)、全面质量管理(TQC)等。而台湾、韩国、香港、新加坡更是加大工业工程的开发与应用力度，在高等教育、培训、企业应用等方面都走在国际前列。由于这个时期市场竞争的焦点以资本、实力竞争为主，工业工程也从早期应用工作研究解决现场效率提高发展到企业整体的设计、改善，包括工厂设计、物料搬运、人机工程、生产计划、贮存控制、质量控制等，从这个时期起到现在，形成了现代工业工程学科体系。
20世纪70年代开始，系统工程的理论和方法用于IE ，使它具备了更加完善的科学基础和分析方法，这个时期出现的主要技术有：系统分析与设计、信息系统、决策理论、控制理论等。IE 与系统科学结合后，使其应用的知识和方法更加整体化和系统化，应用的范围也从微观小系统扩大到宏观大系统，从工业、制造业扩大到农业、服务业、政府部门等。
1.1.3工业工程在中国的发展和应用状况
工业工程作为一门技术管理科学，1911年产生于美国，它不但在美国得到了广泛的应用和发展，而且很快向世界其它工业化国家传播，西欧（英国、德国、法国等）、日本、前苏联、澳大利亚和其它一些国家和地区，从20世纪50年代前后相继开始采用IE 。70年代中期，一些发展中国家，如墨西哥、秘鲁、哥伦比亚等，随着工业的发展，也都开始采用IE ，在大学中设置正规的IE 专业。在亚洲，新加坡、韩国和我国的香港、台湾地区，都比较早建立IE 教育并基本采用美国的IE 体制。印度也于1975年后开始建立IE 教育与应用体制。
我国对工业工程的系统研究与应用始于上个世纪80年代，随着外资企业的进入开始逐步意识到工业工程发展的重要性。改革开放使得国民经济的各个领域都发生着重大的革命，企业的经营机制由国家包销产品的单一的计划经济向市场机制过渡，市场竞争随之开始加剧，因而提高生产率和经济效益成为了企业生存的重要因素，在这种环境下，工业工程再次得到认可。到目前为止，我国的工业工程经过近20年的发展，取得了巨大的成就。据不完全统计，全国约有工业工程成果3000余项，创造经济效益估计有40-50亿元。这些应用涉及到汽车、钢铁、机械制造、家电、建材、信息等十几个行业，包括一汽、一汽大众、科龙、美的、海尔、华为、成飞等。
红光电子管厂在引进的生产线上运用工作研究及模特法迸行改造，仅花费1万元就使年增产值840万元，净利税和节约材料费达363万元。
北京机床电器公司在日本专家的指导下，运用IE 改造电器产品的装配生产，建立三条生产线，使产量翻番，年新增产值1165万元，新增利税349万元，成为“老厂不大量投资，运用IE 大幅度提高生产效率”的典范。
工业工程在国外与国内发展及应用的实践表明，这门工程与管理有机结合的综合技术对提高企业的生产率和生产系统综合效率及效益，提高系统综合素质，对增强企业在开放经济条件下的国际市场竞争能力和知识经济环境中的综合创新能力，对赢得各类生产系统、管理系统及社会经济系统的高质量、可持续发展等，具有不可替代的重要作用。
如任何一门工程技术一样，工业工程（IE ）也有其代表性成果，如：在生产系统领域，一直主导工业发展的“生产模式”。工业工程（IE ）最早期的成果就是“福特生产方式”，它是以大规模的流水生产方式来提高生产效率、降低劳动成本的，这一
生产模式主导了长达半个世纪的工业进程。随着市场和技术的发展，随着人们对工业发展的长期实践、认识与研究，在近三十年里，各种先进的生产模式层出不穷，如对日本汽车工业发展及至全世界制造业产生重要影响的准时生产方式（Just In Time-JIT ）、精益生产方式（Lean Production ），具有美国信息时代生产制造特征的敏捷制造方式（Agile Manufacturing ），以及现在人们谈论很多的大规模定制生产方式（Mass Customization）。这每一种生产方式，都极大地影响着整个企业的运作，通过改善企业的业务流程，改变和发展了企业的经营方式，从而推动了全人类近半个世纪的高速发展。
1.2本论文的研究背景和意义
本论文研究的对象是一个制造企业，选择制造企业的原因在于，制造业是我国的核心力量和支撑行业，我国的制造业发展迅速，但是大而不强，存在生产率低，浪费严重等不足，本论文撰写目得就是在实践中探索如何利用工业工程的方法减少制造过程中的浪费，提高生产率。
1.2.1中国制造业的发展现状
我国从80年代才开始市场经济探索，经过20多年的发展，我国的工业化进程已经取得了令世界瞩目的成果。从1978年到2001年，中国的工业总产值增长了24倍，年增长率高达15. 2%，工业在国民经济中的比重从1990年的37%提高到2001年的44%，从总体上处于工业化的中期阶段。
制造业是中国工业的主体，是实现工业化、现代化的重要保证，世界主要发达国家诸如美国、日本、德国、法国、意大利、英国等，其综合国力乏所以强大，最重要的特征是拥有世界一流的制造业。因此，是否具有高度发达的制造业已经成为衡量一个国家综合国力是否强大的重要标志。2000至2002年，我国制造业在工业总产值的比重占88%，资产占76%，销售收入占86%。2002年，我国制造业增加值达45935亿元，占世界的比重超过6%，排在美国、日本、德国之后，成为世界第四大制造业生产国，占国民经济中的比重也上升至33. 8%。2003年，中国的制造业增加值为4.31万亿元，占国内生产总值比例为36. 8%，就业人员规模为8307万人，占就业人口总规模的比例为11.3%。可以看出，制造业是国民经济的基石，它是工业部门中门类最多、最复杂、发展领域最广泛的部分，是国民经济的主战场。对于制造业在国民经济中的重要地位和作用。
制造业不仅是国民经济的支柱，还为其他产业提供支持，同时也是解决中国就业问题的主要产业领域。2000年，制造业职工人数占工业职工总人数的比重高达78. 99%，制造业从业人员占从业人员总数的比重为11. 3%，占城镇从业人员总数的比重为37. 85%，是第二产业和第三产业中吸纳就业人口最多的行业。
1.2.2中国制造业在生产过程中所面临的问题
尽管我国的工业经济取得了巨大成就，正在成为国际市场上的重要制造业基地，但我国的制造业发展却存在下列显著问题，严重阻碍了我国经济的发展。
(l)浪费严重，是我国制造业普遍存在的问题。据统计，我国每1元GDP 的能耗相当于印度的1倍、美国的2.6倍、日本的5倍，每万元产值所投入的钢材是发达国家的4倍，水泥是11倍，矿产则是13倍。中国的制造业能源消耗大，制造业的能耗占全国一次能耗的63%，单位产品的能耗高出国际水平20%至30%。
(2)生产率低下，也是我国制造业面临的一个问题。中国工程院院长徐匡迪在《中国制造业的现状与面临的挑战》-文中提到：“我们必须看中国制造业和国际先进水平的差距，第一是劳动生产率比较低，我们现在不到4万美元一年，只有美国的4. 38%，日本的4%，德国的5%多一点，我们人用得比较多。”
(3)制造业仍然存在技术落后，创新能力不足的缺点。据统计，目前美国等发达国家98. 7%的典型产品技术源于本国，而中国只有43%；美国制造业新产品的贡献率为52%，而中国仅占5.9%；平均新产品的开发周期，美国为3-6个月，而中国为12-24个月；主导产品的平均寿命为3年，而中国为10.5年。
1.2.3 IE对制造业的意义和中国制造企业在利用IE 时的不足
工业工程作为一门工程科学，它的目的就是提高生产率、利润率和效率。《工业工程手册》中写到，如果要用一句话来表明工业工程师的抱负的话，就是生产率。换句话说，提高生产率是IE 的出发点和最终目标是工业工程师的第一使命。
IE 的发展历史表明，它的产生就是为了减少浪废、降低成本、提高生产率。追求生产系统的最佳整体效益是IE 的一贯目标。
工业工程对制造业的贡献是有目共睹的，在本论文绪论的前半部分已经作了详细的叙述，工业工程作为一个能够减少浪费、提高企业生产率的工具，已经被中国的很多制造众业验证，事实上，目前国内许多外资、合资企业均设有工业工程师岗位：国有大中型企业（如邯钢、宝钢等）应用IE 的势头也日趋旺盛，并已取得了显著的经济效益和社会效应。尽管如此，我们应清醒地认识到，我国许多企业特别是国有大中型企业（包括一些已经推行工业工程的企业）在生产组织与管理方面还有不少问题亟待解决，工业工程在中国的应用中还存在着一些盲目和不足。
1.3本论文的研究框架
本论文的研究主要是对生产系统的改善研究，主要通过工业工程学、运筹学、离散数学等知识对企业的生产现场迸行分析和改善；研究内容涉及生产系统的布局分析和改善、工艺流程的合理安摊、生产线的平衡、以及对关键动作的研究等生产系统的
综合改善。改善过程的技术路线见图1-1。
论文的核心内容包括以下几个部分：
(l)生产系统的现状分析。包括生产布局的现状分析、工作现场的作业分析、现场的管理现状的分析等。
图1-1 技术路线
(2)生产系统的综合改善。改善的方法、步骤和结果是本论文的核心部分，也是本论文撰写意义的直接体现。改善主要应用排列图、散布图、ABC 分析方法和程序图等传统工业工程的技术和手段，并结合数学和运筹学的某些知识展开。改善的方法以实用，便于理解和推行为标准，以利于改善的持续性和全员性。改善不是盲目的改善，主要通过多阶段的现场跟踪调查，找到在现场布局或作业过程中不合理之处，并分析原因，在此基础上进行改善。由于研究是一个已经建立的生产系统，因此改善还要在生产人员、设计人员和管理人员的帮助下进行。
(3)对改善的成果进行综合的评价。
第二章 预备知识与相关理论的展开
2.1系统设施规划的理论知识
设施规划和物流分析是工业工程最重要的部分之一，其目的是通过分析和研究工厂的总平面布置、车间布置、物料搬运、物流关系以及非物流关系等方面，对工厂或车间进行整体优化，建立高效的生产系统。传统的设施规划的问题仍以生产系统为主要的课题，而生产系统则以制造工厂的规划问题最为复杂，因此，制造系统的规划包括以下含义：
(1)对于各种设施设备与人员的数量需求寻得一组最佳组合，以达到最适当的生产结构。
(2)决定各种设备（包括生产设备、物料搬运设备、存取设备、辅助设备等）、物料及人员操作与活动所需要的空间需求。
(3)分析各种活动的关系，以求得各种活动空间可能的相关位置。
(4)分析物料的接受、制造、储存、出货等整体过程，安排其流程、路径与时序。以期获得良好的物料搬运及人员流通成效。
(5)调整各活动位置与空间，以使人员、物料、机器等获得最优经济的关系位置与操作方法。
(6)通过各项设施的稳妥安排与规划，不仅减少对环境的负面影响，且能对长期的环境与组织发展有更积极的影响和效益。
1961年，美国鲍缪瑟提出了极具代表性的系统布置设计理论(SLP)，是对工业设施传统布置经验设计方法的重要挑战，它将系统工程的概念和系统分析的方法运用其中，使布置设计由定性阶段发展到定量阶段。
SLP 法进行工厂总平面布置的首要工作是对各作业单位之间的相互关系进行分析，包括物流和非物流的相互关系，经过综合得到作业单位相互关系表，然后根据相互关系表中作业单位之间相互关系密切程度，决定各作业单位之间距离的远近，安排各作业单位的位置，绘制作业单位位置相关图，将各作业单位实际占地面积与作业单位位置相关图结合起来，形成作业单位面积相关图通过作业单位面积相关图的修正和调整，得到数个可行的布置方案；最后采用加权因素对各方案进行评价择优，并对每个因素进行量化，得分最多的布置方案就是最佳布置方案，系统布置设计的程序见图2-1所示。
图2-1系统布置设计的程序
2.2 SLP的输入数据
在缪瑟提出的系统化布局规划设计中，将产品P 、产量Q 、工艺流程R 、辅助服务S 、生产时间安排T 作为给定的基本要素，也就是SLP 的输入数据。这些数据是在系统布置中必备的因素，它们对设施的合理布局有着决定性的影响，见表2-1。
表2-1要素的影响范围
(l)产品P 产品P 是指待布置的工厂将要生产的产品、原材料或加工的零件或成品等。产品资料包括产品品种类型、材料、产品特征等。
(2)数量Q 产品Q 指生产产品的数量，可以用件数、重量、体积等来表示。
(3)工艺流程R 为了完成产品的生产加工，必须制定生产加工工艺流程，形成产
品路线。在实际生产中诃以用工艺过程表（卡），工艺过程图、设备表表示。
(4)辅助服务S 在实施系统布置工作以前，必须对生产系统的组织情况有一个系统的规划，可以大体上分为生产车间、职能管理部门、辅助生产部门、生活服务部门、仓储部门等，除了生产车间以外的所有作业单位统称为辅助服务部门，包括各种工具、维修、动力、收货发运、运输专用线、办公室、食堂等。
(5)生产时间T 时间要素是指在什么时候、用多少时间生产出产品，包括各工序的操作时间、更换批量的次数。
2.3 作业单位物流关系圈的建立
在SLP 中，工厂总平面布置并不直接去考虑各作业单位的建筑物占地面积和几 何形状，而是从各作业单位间的相互关系密切程度出发，安排各作业单位之间的相对 位置，关系密集的作业单位之间距离近，关系密集低的作业单位之间距离远，由此形 成作业单位相关图。作业单位位置相关图是获得作业单位面积相关图的基础。在获得 作业单位位置相关图之前，要进行物流分析和非物流分析，物流分析的目的主要是得到SLP 中著名的物流相关表。在物流分析中经常用的工具是工艺过程表和从至表。
（一）工艺过程表的建立
工艺过程表不仅可以表示产品的生产过程，而且可以详细描述产品生产过程中备各工序之间的关系。它主要由产品的工艺流程和物流顺流强度组成，根据顺流物流强 度的大小可以对工艺过程进行会理的安排或调整，得到最佳工艺过程。
在产品工艺表中，用行表示产品或作业单位，设 i 为行序号，则 i =1，2，„„ n; 用列表示产品的工艺过程，设 j 为列序号，则 j =1,2，„„ m ; 设 p i j 为产品工艺表中的第 i 个产品或作业单位的第 j 道工序， i =1,2，„„ n , j =1,2，„„ m 。
假定 W ik —产品 p i 的工序 p i k 和 p i k ＋1 之间的物流强度：
αik —产品 p i 的工序 p i k 和 p i k ＋1 之间物流强度的加权值：
W —产品工艺过程表中的物流强度。
W ＝∑∑αik W ik (2-1)
i ＝1k ＝1n n
i-
式中的
计算： αik 为产品的p i 第k 道工序的加权值，它的数值大小的根据如下的几种情况
p i 的工序 p i k 和 p i (k ＋1) 为相邻的两道工序，既 l ＝1 ，则工序的加权
p i k 和 p i (k ＋1) 为不相邻的两道工序，即 l ＞1，则工序的加权(1)若值αik ＝＋2 。 （2）若p i 的工序
值αik ＝＋1。
（3）若 p i 的 p i k 工序和 p i (k ＋1) 为相邻的两道工序，并且 p i (k ＋1) 为 p i k 的
（4）若 p i 的 p i k 工序和 p i (k ＋1) 为不相邻的两道工序，并且 p i (k ＋1) 为 p i k 的上在工艺过程中，物流的倒流，也就是说当工序加权值为负数时是一种不理想的情上一道工序，即 l ＝1，则工序的加权值 αik ＝－1。 一道工序，即 l ＜1，则工序的加权值 αik ＝－2 。 况，因此，在绘制初始的工艺过程表后要根据工序的加权值的大小合理地调整工艺流程的顺序或做必要的改变，尽可能地减少物流倒流现象，使各产品或作业单位的顺流物流强度最大，以得到最佳产品工艺过程表。
(二）从至表的编制
从至表用于表示各单位之间的物料运输量的一种比较直观简单的方法。从至表中的数据被称为从至数。从至数的种类很多，由于表示相邻作业单位间的相互关系和重要程度的标准或者指标各有不同，企业可以根据具体情况和自己的生产特点选择合理的从至数，有的企业或部门习惯于选择各单位之间的物流量作为从至数，有的也会根据需要选择搬运次数或利用率终为从至数。由于从至表的编制是为了正确划分物流强度等级，进行物流相互关系的分析，所以划分等级的标准是最为重要的。
在SLP 中物流强度的等级被划分为5个等级，用符号 A 、E 、I 、O 、U 分别表示 超高物流强度、特高物流强度、较大物流强度、一般物流强度和可忽略搬运等5种物流状况，物流强度等级按物流路线比例或者承担得物流量比例来确定，在量化强度等级时，一般，取 A =4，E =3，I =2，O =l，U =0，X=-1，见表 2-2。
物流强度等级
超高物流强度
特高物流强度
较大物流强度
一般物流强度
可忽略搬运 表2-2 符号 A (4) E (3) I (2) 0 (1) U 物流强度等级划分表 物流路线比例(%） 10 20 30 40
承担物流量比例(%） 40 30 20 10
根据工艺过程表和从至表进行物流强度分析后，就可以得到作业单位物流相关表，用于简单明了地表示所有作业单位之间物流的相互关系。作业单位物流相关表是仿造从至表的结构构造，现在从至表的行与列中填上物流强度等级，然后除掉左下三角矩阵，保留右上三角矩阵，并将两矩阵的斜对角线一直坚直方向，将矩阵变形，得到SLP 中著名的物流相关表。
2.4 作业单位综合关系图的建立
生产布局的影响因素不仅是各作业单位之间的相互关系，还涉及非物流相互关系，一些非物流因素的影响在生产布局中是不可忽视的，比如两单位之间虽然物流量不大，但由于在搬运过程中存在较大的风险损失，所以需要尽可能的临近安排等。非物流关系的影响因素是因企业生产的现实状况决定的，它的确定需要技术人员和生产的一线人员协作完成，其重要性程度的确定可以通过专家评议的方法、0-1累计评分法等方法确定。
物流关系和非物流关系分析后，就要确定物流关系和非物流关系的重要程度。一般来说，物流关系和非物流关系的重要性比值在1/3和3之间。当比值小于1/3时，说明物流对生产的影响非常小，工厂布置时只需考虑物流关系：当比值大于感时说明物流关系占主导地位，此时只需考虑非物流因素。在实际工作中，根据物流关系和非物流的相对重要性，取m ：n=3、2、l 、1/3、1/2。
综合物流关系的量化是根据物流相关图和非物流相互关系确定的，确定公式：
Z ij ＝mW ij ＋nF ij (2-2）
式中Z ij —作业 A i 和A j 的综合相互关系的量化值：
W ij —作业 A i 和A j 的物流相互关系量化值：
F ij —作业A i 和A j 的非物流相互关系的量化值
A ij 是一个量值，需要经过等级划分，才能建立综合相互关系表。综合相互关系 表的等级划分为A 、E 、I 、O 、U 、X ，各等级的Z ij 依次递减，并且个级别的作业单 位数符合一定的比例，见表2-3。
关系级别
绝对必要靠近
特别重要靠近
重要
一般
不重要
不希望靠近 表2-3 综合相互关系密级与划分比例 符号 A E I 0 U X 作业单位对数比例 1-3 2-5 3-8 5-15 20-28 0-10
2.5 平面布置的设计
明确了各相关的作业单位以及各单位间的物流和综合相互关系以后，就可以按一定的规则和方法，设计出各种平面布置方案。在SLP 是作业单位面积相关图，它是根据作业单位综合相互关系表计算出综合接近程度，然后按照综合关系的级别高低排序，同级别的按综合关系程度的高低排序，这样依次将各个单位安排在平面图上，相互关系密切的单位比较接近，综合关系程度高的尽量安排在中央位置。
图论方法的设计过程是：
(1)在将最高级的作业单位关系(密切程度) 放在一个位置上，然后使所有作业单位连接的图构造成树状图，即没有闭环的图，称之为最大生成树。
(2)在将其余有较高密切程度等级的作业单位继续安放到图上，直到再也不能做出新的边为止。除非要做非平面的三维图。这意味着每条边加上去时不会切剖己在图上 的各边。这种图称为最大可平面图。
(3)在在最大可平面图上用各顶点连在一起的方式，将各作业单位连接在一起。由于各作业单位都是具体的面积与形状的，所以进一步要将图论中的图转换为双重图，其中各作业单位己表示成为块状形式。最后，将包含各作业单位需要的空间的双重图再变成最终的布置设计块状平面图。
第三章 焊接分车间设施布局改善研究
3.1车桥车间简介
车间以生产轻型汽车前、后桥为主，同时承担汽车件研制、对外协作加工等生产任务，拥有汽车前后桥零部件焊接、机加、喷漆、清洗、装配等生产线，车间还拥有通用机加、焊接设备，具有较强的机械加工和焊接的生产能力。
3.2焊接分车间的布局改善
车桥车间由焊接、机加和装配三个分车间组成，在车桥车间调查中发现焊接分车间的物流相对于其他分车间的比较混乱，并存在物流路线交叉严重、物流迁回和倒流等不合理的现象。由于车桥车间是生产任务比较繁重的车间之一，对它的改善对整个企业的效益的提高具有重要的意义。
3.2.1绘制原始工艺过程
焊接分车间的主要任务是对前桥进行焊接组装，它是车前桥的第一道工艺，改善前的焊接分车间划分为13个工位(见表3-1) ，分别是齐头、点焊、焊形、塞焊、打压校形、健床、点焊加强环、自动焊加强环、装配焊接后桥壳盖、塞焊、校形、清洗、喷漆。由于焊接分车间是对一种在制品进行加工，所以每个工位上的加工任务是固定的，工序内容也相对稳定。
序号
1
2
3
4 工位名称 齐头 点焊 表3-1 前桥各工位工序 主要工序内容 将两片后桥本体加工成规定的尺寸 装入夹具，点焊后桥壳本体，卸夹具，装入夹具点焊加固半轴套筒与后桥壳本体，卸夹具，点焊加固后桥壳本体与三角 焊形 塞焊 镶块，翻转张春带度，同方法焊另一面，清理焊接飞溅 放焊接合件于焊接支架，焊接直缝、环缝和三角缝，清 装入夹具，塞焊半轴套管与本体搭接的塞焊孔，卸夹具，
清理焊接飞溅
将上工序合件吊放到油压工作台上定位，校平圆平面，
校直两轴，轴线过圆心
健平面
装配后桥壳加强环到后桥壳本体焊接合件上，缺口对正 5 打压校形 6 7
健床 点焊加强环
后焊接，装配后钢板弹簧支架到焊接夹具上，定位夹紧 后
对称点固，清除焊道飞溅，检查加强环与壳体缺口对 正
8 自动焊加强环 性 吊放合件到加强环自动焊机上，随机夹具夹紧，调整
焊距，启动焊机焊接，卸夹，清理，将压紧装置返回，取
下工件，清理飞溅，检查焊接质量
吊放合件到后桥壳盖点装夹具上，装入后桥壳盖总成，定
位后沿圆周对称点固，清理焊接飞溅，吊放合件到后桥壳
9 装配焊接后桥壳盖 盖自动焊机上，定位夹紧，调整焊距启动自动焊机焊接，
卸夹，清理，将压紧装置返回，取下焊接工件，清理焊接
飞溅，检查焊接质量
10
塞焊 将后桥壳盖加强环的塞焊孔塞焊平整，补焊后制动管接 头支架，补焊后钢板弹簧支架，清理焊接飞溅，检查外 观焊接质量
后桥壳总成用平衡吊吊至油压校直机上，以两端定位校
直，保证同轴和同平面，检查
12
13
11 校形 清洗 喷漆 清洗本体上的油渍，便于上漆 喷漆防锈
3-1详细说明了焊接分车间的工艺流程和每个工位的工序内容，根据表3-1的内容对焊接分车间原始的工艺流程进行分析，分析其初始产品工艺过程表中作业单位的顺序是否合理，并且尽量减小物流的倒流物流强度，得到最大顺流物流强度的最佳工艺排列，并运用“ECRS ”四大原则进行工艺流程的改善。由表3-1导出的焊接分车间的原始的工艺过程（见表3-2），表中工位序号和名称与表3-1中的内容一致。表中的顺流权值的计算方法在本论文第二章中己经阐明，在此不再赘述。
需要说明的是由于焊接分车间是一个单品种的工艺流程，对于它的工艺过程表的 建立，本论文并没有采用传统的方法绘制工艺过程表，传统的工艺过程表的绘制方法 在论文的第二章中己经详细阐述，不再赘述。本论文采用以工位为基础进行整个流程 的研究，而不是以工序为基础进行整个流程的研究，原因是：
(1)在焊接分车间是一个单品种的加工车间，并不涉及多个流程问题，工序和工位是一一对应的关系。
(2)在对这个单品种的工艺过程划分作业单元时，本论文采用的是以工位为作业单元。
(3)在由于绘制工艺过程表的目的是为了尝试找到一个物流顺流最大化的工序顺序，根据(1)在中所阐明的原因，本论文也就是要找到一个物流顺流最大化的工位顺序。另外，本论文的原始工艺过程表没有计算其顺流物流量总和，原因在于这是一个单件产品的加工，同时在加工过程中都是围绕前桥进行，并且没有出现大件的引入喷装配或焊接在，小件引入对整个顺流物流量的影响不大，所以忽略了在物流过程中相邻工序间物流强度的变化，只是考虑顺流物流强度的加权值。
3.2.2分析改善工艺过程
分析原始工艺过程表，工位3和工位4存在物流的倒流现象。工位3是焊形，其主要的工序内容是将工位2留下的焊缝满焊，具体内容见表3-1，工位4是塞焊，其主要内容见表3-1。用“ECRS ”和“5W1H ”分析工位2、3、4、5，经过初步分析产生两种方案：
(1)取消流程⑤，流程顺序为②、③、④、⑥。流程⑤是在工位3进行的操作，实
际是焊接半轴套管和本体搭接处的环缝，是必备工序，不能取消。
(2)重排流程，流程顺序为②、④、③、⑤、⑥。流程③和流程④分别是在工位3和工位4进行的操作。工位4的工序内容是塞焊半轴套管与本体搭接的塞焊孔，而流程③在工位3上的工序内容是塞焊半轴套管与本体搭接的缝，两个操作互换顺序并不影响加工件的质量，可以重排。
经过分析可以采用第二个方案，同时在现场观察中发现流程②和流程④之所以分成两道工序是由于在焊接过程中，待焊接的合件在工位2处需翻转180度，使两工位的夹具不同。通过技术可行性分析，可以制作一个焊接支架，将合件坚直吊起，取消翻转，可以直接在一个工位上进行流程②和流程④。经过以上分析改善后，流程②和④合并在工位2上进行。
再次分析原始工艺过程表，工位5和工位13存在物流倒流现象。工位5是校形打压，它的工序内容喷漆后再次打压，工序流程④在工位4的内容仅仅是校形，它的工序内容可以在工位11上进行，因此将工位11和工位5顺序颠倒，并且将工位11和5所进行的校形环节都在工位11上进行，工位5仅进行打压操作，原工位对应的流程做同样的调整。工位13的工序内容是喷漆。喷漆是防锈的一个环节，但是用喷漆的方法防锈的成本比较高，车轿车间的技术人员和工业工程人员在经过改善项目的可行性评估后，采用了新的加工工艺，采用浸泡防锈液工艺，每年可以节约成本17万左右，经过改善后的工艺过程，工位12和13被取消，相对应的流程也被取消。添加碱水、清水、浸防锈液三个工位。
再次分析原始工艺过程表，工艺过程基本完善，物流倒流现象己经尽可能地减少(见表3-3) 。
改善流程 实施
(ECRS） 合并 (C） 重排 (R） 表3-3 工艺过程改善一览表 合并 (C） 重排 简化
(R&S） 重排 (R） 取消 (E） 取消 (E）
3.2.3绘制最佳工艺过程表
经过上述分析改善，己经减少了不必要的物流倒流现象，改善后的工艺过程表见表3-4。
表3-4 改善后的工艺流程表
表中工位2是由原工位2和4合并，改成点装，去掉原工位4，原工位中的5、6、7、8、9、10的工序内容不变，工位序号前移，改为4、5、6、7、8、9：原工位的12和13 取消，增加为碱水、清水、浸防锈液三个工位，工位序号顺序排列为10、11、12：原工位的11，工序内容中的校形，进行重排，将其排在浸防锈液之后，工序内容不变，工位序号改为13。 3.3 改善方案评价
经过调整后的焊接分车间布局与改善前的焊接分车间的布局相比，物流混乱的现 象己经解决：改善前焊接分车间没有明显的工作区、休息区和搬运道路，不仅为物流 的搬运工作带来困难，同时还存在一定的不安全隐患，改善后的焊接分车间这三个物 流区被合理地划分，更加便于管理和搬运。
改善前的顺流物流量的权值总和为20，改善后的顺流物流量的权值总和为23，改 善后物流的顺流强度明显增加。
第四章 机加分车间作业现场改善研究
4.1机加分车间的现状调查
机加分车间的是自动化程度比较高的车间，主要是对车桥进行磨、仿、钻等操作， 车间的工人大多是熟练工，操作比较熟练，人员的配备相对比较少，是管理比较规范的车间。但是，在实地调查中，初步发现工位的空闲时间过长，机器的开动率不高, 决定对机加分车间用工作抽样的方法进行作业改进。 4.1.1 初步调查
在调查中发现，机加分车间的机器的开动率低，在70%左右，并且是一个长期存在的问题，现对问题存在的原因进行调查。机加的工艺过程见表4-1。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
表4-1 工序 粗健 粗仿 精仿 精健 车螺纹 铣键槽 磨端面 钻孔 攻丝 加强
机加的工艺过程
设备台数
1 1 1 1 2 1 1 1 1 1
工人数 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2
在调查中发现空闲的原因有：清理工作地、准备工夹具、检察设备、等待待加工材料、休息、技术讨论、帮助搬运材料。 4.1.2建立机加分车间抽样观测表
抽样调查是为了使抽样结果更具说服力，要确定观测次数。而观测次数是根据所 规定的可靠度和精确度要求而定的，此次抽样调查的目的是为了调查停工中断时间等 管理上的问题，所以根据抽样目的和绝对精度概略标准，绝对精度(C)的取值定为 4.5%，则确定观测次数n 和相对精度（S ）：
n ＝4 p (1－p ) / E 2＝4 ×0.7(1-0.7) / 0.0452＝414
S ＝E / P＝0.045 / 0.7＝0.064
现在所要观测的对象是11个工位，也就是每观测一次将会得到11个样本，所以实际观测的组数只要取38(414/11)次即可，现在取观测组数为60次。由于机加分车间的加工工作比较稳定，每天的日产量也比较均匀，所以观测时间可以取得短些，确
定为4天，每天观测15(60/4)组，共观测11个工位。
根据抽样理论，为了避免观测的结果产生误差，观测的时刻应该是随机的，随机决定观测时刻的方法很多，最常用的有利用随机时刻表决定观测时刻、分层法决定观 测时刻、随机起点等时间间隔法，本论文将采用随机时刻表的方法。三位随机时刻表(部分) 在见表4-2，随机确定观测时刻的方法是：
表4-2 三位随机时刻表
步骤一：随机选择观测序列号。由于观测时间是4天，随机选择4个序列号，它
们分别是2、3、14、16：
步骤二：根据随机时刻表确定观测时间。机加分车间的无常上班时间是8个小时，从早上8点到晚上5点，据此在所选择的时刻表的列的时间上分别加8个小时换算成新的时刻：同时，由于每天的观测次数为15次，因此将选中的列的括号内大于15的时刻先剔除：由于中午12点到1点为午休时间，故将换算的新时刻中时间在12点和1点之间的时刻剔除：
步骤三：经过上述时刻换算后，将新的时刻列在抽样观测时刻表中，如次数少于每天的观测次数15次，则要追加时刻，知道满足15次为止，追加时刻要从剔除的时刻中依次追加，但仍然不包括午休的时间：
步骤四：经过上述随机时刻的确定，建立机加分车间作业改善抽样观测时刻表， 见表4-3。
注：表中带括号的时刻是追加时刻
随机时刻表建立起来后，对机加分车间实施实地观测，由于粗仿工位和精镗工位的距离比较近，因此在两个工位之间安排一个观测点：同时，精仿工位和钻孔工位距离比较接近，在两工位之间也安排一个观测点，其余工位处各安排一个观测点。随机观测的结果见4-4。
表4-4 观测结果汇总
4.1.3观测数据有效性分析整理
由于观测的时间是随机的，同时观测时不排除偶然因素的影响致使数据失真，比如上级主管部门的检查会使工人的工作突然紧张起来，使当天的工作效率尤为突出等，因此要对表4-4中的观测数据的有效性进行分析。
查表4-4，机器在这四天的开动率的平均值（P ）为73.5%，计算每组的观测次数（n ）、管制界限（CL ）：
n ＝15×11 ＝165
CL ＝P ±0.735 ±0.735 ±0.1031
即管制上限为0.8381，管制下限为0.6319，据此建立管制图(图4-1) 。
北华大学学士学位论文
图4-1 管制图
分析管制图，第一天的观测数据出现异常，大于管制上限，分析产生异常的可能原因是首次对现场的工作进行抽样调查，使得当天的现场作业过于紧张，现场作业人员的工作态度相对于正常情况要更为积极认真，使得机器的开动率向上浮动，对于该组异常数据作为异常值剔除。由于剔除此组数据后，余下的观测的次数为495次，仍然超过414次，所以不必追加观测次数，重新计算机器的开动率（P ）、抽样观测的总 次数（N ）、绝对精度（E ）和相对精度（S ）：
P ＝(0.709＋0.679＋0.703)/3＝0.697
N ＝11×15×3＝495
E ＝3) ＝0.042
S ＝＝3) ＝0.049
剔除异常后，通过随机抽样，机加分车间的机器的开动率为69.7%，绝对精度为4.2%，小于预先设定的4.5%，相对精度为4.9%，小于预先设定的6.4%，经过分析后，本次抽样观测的数据是有效的。 4.2 机加分车间问题分析
分析抽样调查表(见表4-4) ，机加分车间的机器开动率仅为69.7%，机器的空闲时间占了30.3%，空闲时间比较长。重点对空闲原因进行分析，调查造成机器空闲的原因，主要有准备工具、等待待加工件、检查、修理机器、清理工作地、搬运零件、商谈和生理休息等。对抽样调查表中的数据进行整理，分别计算空闲原因的平均发生比
率。出于在进行数据有效性分析时己经分析出第一天的观测数据异常，因此在计算 空闲原因平均发生率时首先剔出第一天的观测数据组，计算步骤是：
（1）分别计算2、3、4三天的空闲原因的发生率，即：
空闲原因的发生比率=每一项原因的当天观测次数／当天的空闲发生总次数 （2）经过上一步计算后，将每一项的空闲原因的发生比率取均值，计算结果见表4-5。
表4-5 空闲发生比率
组数
准备工具
检查
清理工 作地
搬运零 件 14.6% 15.1% 18.4% 16.03%
等待待 加工件 25.0% 24.5% 24.5% 24.67%
修理机 器 4.2% 0 0 1.40%
商谈
生理休 息
其他
2 3 4 均值
20.8% 18.9% 18.4% 19.37%
12.5% 15.1% 8.2% 11.93%
4.2% 7.5% 8.2% 6.63%
0 1.9% 4.1% 2.00%
18.8% 15.1% 18.4% 17.43%
0 1.9% 0 0.63%
分析机器空闲的主要原因，通过累计百分比划分原因等级，本论文采用ABC 的分析方法，将调查原因分为主要原因、次要原因和一般原因。一般来说，主要原因的累计百分比在0到80%之间，称为A 类：次要原因的累计百分比在80%到90%之间，称为B 类：一般原因的累计百分比在90%到100%之间，称为C 类。
首先，将所有造成机器空闲的原因按空闲发生比率降序排列，排列结果是等待待加工件（24.67%）、准备工具（19.37%）、生理休息（17.43%）、搬运零件（16.03%）、检查（11.93%）、清理工作地（6.63%）、商谈（2%）、修理机器（1.4%）和其他原因（0.63%）。
其次，按己经排列的顺序，计算诸原因的累计百分率，计算结果见表4-6。
表4-6 累计百分率
比率
等待待 准备工
加工件 具 生理休
息 17.43%
搬运零 件 16.03%
检查
清理工 作地 6.63%
商谈
修理机 器 1.4%
其他
发生比率 24.67% 19.37% 累计 百分率
11.93% 2% 0.63%
44.04%
61.47%
77.5%
89.43%
96.06%
98.06%
99.46%
100%
最后，根据上述结果，绘制排列图，排列图的绘制方法己经在论文的第二章中介绍，在此不再赘述，从表4-6中我们可以看出等待待加工工件、准备工具、生理休息和搬运零件是造成机器空闲的主要因素，它们占了整个空闲比率的77.5%，被划分为A 类因素。
4.3 实施改善
通过现状调查己经挖掘出机加分车间存在的问题，即机器的开动率不高，并且用抽样调查的方法实测了机器的开动率，同时分析了问题的成因，再次进行现场调查，重点研究主要原因，即A 类因素，挖掘浪费时间，并进行改善。 4.3.1 选择改善方案
等待待加工件是这几项原因中耗时最长，最频繁发生的事件，通过调查发现有机加分车间的在制品的重量比较大，在制品在备个工作单位之间的传递是用一台吊车完成的，吊车每次吊8个在制品。而在车间建设时，由于空间和成本因素等其他条件的限制，整个机加分车间只有一台吊车，这使得各个工位之间经常因为待加工件无法及时到达而出现较长时间的等待。
为了尽可能的减少作业等特的时间，建立解决方案：
方案一：通过增加吊车来解决该项问题。但是在方案的可行性分析中发现由于基础设施的规划限制和投资成本的考虑，无法用增加吊车的方法来减少作业等待，该方 案无法施行。
方案二：在现场调查中发现，尽管机加分车间只有一台吊车，但吊车并未得到合理的使用，经常出现吊举在一个工位上等待装件，而多个工位的工件己经加工完等待运出的情况，通过调查得知，由于吊车的行走路线己经形成了习惯，虽然也发现了这种等待现象，但没有引起足够的重视，因此也没有考虑过重新安排吊车在工位间的往返顺序。如果合理的安排吊车的作业顺序，不仅不用增加成本投资，而且在一定程度上可以减少作业等待的时间，因此决定重新安排吊车的作业顺序，进行作业改善。 4.3.2 建立改善模型
方案二在实质上是一个服务系统的排队问题。一般，在一个服务系统中总是包括一个或若干个“服务设施”，有许多“顾客”进入该系统要求得到服务，服务完毕后立即离去。倘若顾客到达时，服务系统空闲着，则到达的顾客立即得到服务，否则到达的顾客将排队等待或离去。上面所说的“顾客”是对要求服务的对象的总称，可以是人，也可以是物：服务设施也可以是各种各样的。
在机加分车间，一台吊车为多个工位吊运货物，这样吊车和需要服务的工位构成了一个服务系统，这里吊车是“服务设施”，各个工位构成了系统的“顾客”。这就转化成一个服务系统的排队问题，在解决如何排队前先做三点假设：
假设一：车间的各个工位的作业时间固定。假设一具有可行性，原因是机加分车间是一个自动化程度比较高的车间，车间的作业人员的工龄比较长，有长期的作业经验，作业时间稳定。
假设二：吊车的空载时间忽略不计。原因是吊车空载时没有承载物，只是空挂钓钩，移动速度相对较快，即使从相邻最远的粗镗和攻丝的两个工位间空载运动也只用7s 左右。相对其他耗时可以忽略。
假设三：吊车为每个工位提供的服务时间固定。原因是影响服务时间的因素是工位之间的吊运距离、吊车的空载时间和工人自身的工作熟练程度，而在假设一和假设二成立的条件下，影响服务时间的决定因素是工位之间的吊运距离，而这个距离是固定的。
通过上述假设，对该系统的描述是：服务系统的顾客按固定的时间到达，服务设施为每个顾客的服务时间虽然各不相同，但是对每个顾客而言是定值。并且，每个顾客的服务时间T 是吊车从它正在提供服务的工位到该工位的后续工位的时间。
对于这个带有等待的服务系统，服务次序的选择一般有三种： （1）先到先服务：按到达的先后次序排成队伍，一次接受服务。
（2）带优先服务权：即到达的顾客按重要性进行分类，服务设施优先对重要性级别高的顾客服务，级别相同的顾客中按到达的先后次序服务。
（3）随机服务：到达服务系统的顾客不形成队伍，当服务设施空时随机选取一名服务，对每个等待的顾客来说，被选取的概率相等。对于本论文所描述的服务系统，采取（2）的服务次序。关于优先级别的设定问题，
本系统设定两个级别，分别为A 级和B 级，A 级的重要性高于B 级。如果某一个等待服务的工位的后续工位处在空闲等待中，即停工待料，或者在提供服务的过程中它的后续工位也将加入等待队列，则该工位的重要级别定为A 级，否则定为B 级。这里要说明一点，某个工位的重要级随时间的变化有可能变化，比如某个等待工位在某一时刻是B 级，但随着等待时间的加长，后续工位也加入等待行列，则它的重要级别就会转为A 级。该服务系统的服务次序见图4-2，如果等待服务的顾客隶属于同一个重要性级别，则按照到达的先后顺序依次接受服务，如果不是同一重要级别，则A 级顾客先接受服务，同时其他顾客继续等待。
4-2排队流程图
4.3.3 实施改善
根据上述服务模型的建立，为车间的工位重新安排吊车的使用顺序。首先对机加分车间的各个工位的加工时间进行测时（见图4-3），加工时间短的表示该工位先结束加工任务，进入排队等待行列。观测结果是：粗健的加工时间是 3min32s ，粗仿的加工时间是2min21s ，精仿的加工时间是2min34s ，精健的加工时间是3min30s ，车螺纹的加工时间是4minl9s ，铣键槽的加工时间是1min24s ，磨端面的加工时间是3min7s ，钻孔的加工时间是1min31s ，攻丝的加工时间是2minl0s ，加强的时间是5min8s 。分析图4-3，车螺纹和铣键槽是两个加工时间相差比较大的工位，机加分车间有两个车床，每个车螺纹的工位各有一个工位器具存放制成品，当加工件达到8件时就运出，为了平衡两个工位的生产节拍，将两个工位的工位器具合并成一个，这样车螺纹的机加时间相当于原来的一半，大约用时2minl0s 。
图4-3 机加分车间各工位作业时间
然后，计算工位间加工的时间差值，该时间差实际就是顾客依次到达等待队列的时间间隔，计算结果见表4-7，表中序号代表的工位与表4-1一致。并且，表中数据只显示正值，也就是只计算比其它工位加工时间长的工位时间差。表中数据的计算公式：
αij ＝α j —αi (4-1）
式中 αij —表示序号为 i 的工位与序号为 j 的工位序号的加工时间差：
αi —序号为 i 的工位：
α j —序号为 j 的工位。
表4-7 工位作业时间差
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 1.16 0.95 0.01 1.36 2.11 0.39 1.99 1.34 2 0.2 0.95 0.83 0.18 3 0.21 0.41 1.16 1.04 0.39 4 1.15 0.94 1.35 2.1 0.38 1.98 1.33 5 0.75 0.63 6 7 0.77 0.56 0.97 1.72 1.6 0.95 8 0.12 9 0.02 0.77 0.65 10 1.62 2.78 2.57 1.63 2.98 3.73 2.01 3.61 2.96 根据图4-5，最先到达等待队列的是加工时间最短的工位—镗键槽，对照表4-1，统键槽的工位序号是6，吊车先对其服务，服务时间大约49s ，约0.82min 。
选择下一个被服务工位。查表4-7，与工位6的加工时间间隔小于0.8min 的是工位 5、8、9，因此，在服务期间，工位5、8、9进入等待队列：工位5的后续工位6在接受服务结束后处于空闲等待中，因此工位5的重要级别为A 级，选择服务工位5，然后工位5处于空闲等待中，工位8、9继续排队等待：工位5的服务时间大约为0.7min 。
选择下一个被服务的工位。查表4-7，与工位5的加工时间间隔小于0.7min 的是工位2、3，因此，在服务期间，工位2、3进入等待队列，队列的等待工位是8、9、2、3；工位2和8的后续工位在等待队列中，因此工位2和8的重要级别为A 级，又因为工位8先到达服务队列，因此选择先服务工位8然后服务工位2，然后工位8和2进入空闲等待中；工位3和9继续排队等待；工位2和8的服务时间共为1.2min 。
选择下一个被服务工位。查表4-7，与工位2的加工时间间隔小于1.2min 的工位是 l 、3、4、7，因此工位1、4、7加入等待队列，队列的等待工位是3、9、1、4、7：
同样，工位3、4、7的重要级别为A 级，因为3的后续工位也在等待队列中，而工位4和7的后续工位处于空闲等待中。先服务工位3接着服务工位4、7：工位3、4、7的服务时间是2.3min 。
选择下一个被服务工位。按照上述的方法，依次选择工位9和1。通过上述过程，吊车的服务顺序依次是工位6、5、8、2、3、4、7、9、1。 4.4 改善方案评价
改善前，通过抽样调查发现机加分车间的机器开动率不70%，并且通过对抽样 数据的分析，找到引起机加分车间开动率不高的主要原因，并对其采取了相应改善的措施。初步估计此次改善使机加分车间的机器开动率提高到75%左右，在一定程度上 减少了空闲等待时间。
现对改善后的作业进行抽样调查，测量机器的实际开动率。抽样调查数据见表4-8，抽样的过程和步骤与改善前抽样调查的方式基本相同，因此对具体的抽样过程不再赘述。抽样的分组以及绝对精度和相对精度的选择与改善前一致，绝对精度的取值为4.5%，相对精度预先设定为6.4%。
观测组数
1 2 3 4
表4-8 机器开动率抽样表 每班观测次数
165 165 165 165
工作次数 125 129 126 128
工作比率 75.8% 78.1% 76.4% 77.6% 77%
分析表4-8的数据有效性，计算绝对精度(E)和相对精度(S)：
E ＝ 4) ＝0.032
S ＝4) ＝0.04
通过数据有效性分析，得出该抽样的绝对精度为3.2%，小于预先设定的4.5%，相对精度为4%，小于预先设定的6.4%，因此抽样数据合理可信。改善后，机加分车间的机器的开动率为77%，比改善前提高了7%。
另外，机加分车间作业效率的提高，不仅仅需要合理科学地利用作业资源，同时也需要现场作业人员的规范化和熟练化的操作，需要现场作业人员提高节约意识，加强改善意识，全员的参与才是最重要的。
结论
论文对车桥生产系统的改善，基于该生产系统的管理现状、生产现状和人员素质等实际情况，综合运用了SLP 、工作研究、运筹学和图论的相关知识，不仅取得了改善的成果，而且增强了管理的信心。
（1）分析焊接分车间原始物流布局和加工工艺，改善工艺流程，合并重排了点焊、打压校形等工位的某些工序，取消了喷漆工序，改用浸防锈液的方法代替，节约成本17万左右。
（2）抽样调查机加分车间的机器开动率，抽样精度（绝对精度）为4.2%，分析抽样数据，引起机器开动率不高的主要原因是机加车间作业资源受限等，用排队理论重排了机加车间搬运吊车的作业顺序，机器开动率提高了7%。
另外，在改善的过程中，深刻地体会到：改善不是盲目的改善，一定要根据实际的情况，充分调查其技术、经济的可行性，甚至要考虑到作业者的接受能力，循序渐进地进行，这样才能取得预期的效果。
致谢
毕业设计是对大学生四年所学知识的一次综合检验，也是对大学生学习能力的一次综合检验。在完成论文的过程中使我认识到，一个人所掌握的知识和拥有的能力是完全有限的，要做的更好就必须要不断的向他人虚心求教来完善自我和提升自我。
由于本次所选论文课题属于工业工程范围，而并不是我所学的机械设计制造及其 自动化专业，因此在论文的撰写过程中遇到了不少困难，在此要感谢那些帮助过我的老师和同学们，还有在车间工作的工人师傅们，他们牺牲了自己的宝贵时间来保证了我在设计过程中少走了不少弯路。
本论文是在指导教师张爽老师的精心指导下完成的。从论文选题、研究思路及论文总体把握及最后审核、审阅、修改等各个方面都无不凝聚着老师的心血。值此论文完成之际，谨向老师表示最衷心的感谢和最崇高的敬意！
北华大学学士学位论文
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摘要
我国从二十世纪80年代开始市场经济的探索，经过20多年的发展，工业化进程已经取得了举世瞩目的成果。其中，制造业的发展尤为迅速，已经成为推动我国经济迅速发展的核心力量和支柱性行业。但是，制造业大而不强，仍然存在生产率低、浪费严重等现象。
工业工程作为一门减少浪费、降低成本、提高生产率的管理科学，已经被中国的很多企业验证了它的价值。尽管如此，我们也应该清醒的看到，我国的许多企业尤其是国有企业，虽然推行了工业工程的管理方法，但是在其实际应用中还存在着一定的盲目和不足，甚至处于一种华而不实的尴尬境地。
本论文通过对车桥车间推行工业工程的现状研究，分别对它的两个分车间进行了分析和改善，具体包括：用SLP 与图论以及启发式方法相结合改善焊接车间的物流布局，提高顺流物流强度，提高日加工量；用抽样调查法和通过排队论建模对机加车间的有限作业资源重新配置，提高机器的开动率；用流程图、秒表时间研究以及ECRS 等工业工程方法改善人工作业流程，降低瓶颈工位的作业时间，平衡装配线节拍。 本论文的改善研究不仅降低了生产成本，提高了车桥生产系统的生产率，而且整个改善过程的研究为该企业的工业工程管理和改善的推广工作提供了成功的案例参考，增强了持续改善的信心。同时，论文对工业工程在改善过程中所应用的方法进行探索完善，针对实际情况合理应用，将理论与实践相结合，对它所倡导的运筹学，数学及工效学这些辅助性的学科的综合运用进行实践性的尝试。
关键词：制造业；工业工程；系统设施规划；改善
Abstract
Market economic started in china in the 1980s and industrialized progress has got the great results which attracted worldwide attention after twenty years of development. Among others, manufacturing industry has been the critical power furthering economic development and supporting industries . But , there is some failure in manufacturing industry,such as low productivity,serious waste .
As a management science which raises productivity,reduces waste and reduces cost,industrial engineering has been playing the important role in many enterprises and has brought about many changes in factory production For all this,we noted objectively that though our enterprises, especially for nationalized enterprises, have carried out industrial engineering, blindness and insufficient is showed for the purpose at hand and industrial engineering is even in a gimcrack position.
The article researches herbing light duty truck Corporation's conditions and improves the manufacturing system of driving-axle, the contents of which are that the layout of welding booth is improved by synthesizing the knowledge of system layout planning(SLP), the graph theory and the heuristic method resulting in increasing productivity and throughput; the limited resources of the processing workshop is reconfigured by the method of sampling survey and building queuing model, and as a result, machine-free time is brought down; the flow of work is optimized by industrial engineering method such as flow chart, ECRS, stopwatch and so on and the result showed operation time of bottleneck-stations is lowered and the efficiency of the assembly line
soared.
Not only do the researches of the article reduce the production cost and enhance productivity of the manufacturing system of driving-axle, but also the article itself is a successful case with reference to carry out industrial engineering. It also can boost up confidence to continually improve in this enterprise. At the same time the article practices and improves the methods of industrial engineering, and synthesizes mathematics, operational research and human engineering according to principle of the relationship of theory to practice.
Keywords ：manufacturing industry; industrial engineering; SLP; improve
目录
目录 ................................................................... I
第一章 绪论 ............................................................ 1
1.1工业工程在国内外的发展综述 ........................................ 1
1.1.1工业工程的概念 ................................................ 1
1.1.2工业工程的发展历史 ............................................ 1
1.1.3工业工程在中国的发展和应用状况 ................................ 3
1.2本论文的研究背景和意义 ............................................ 4
1.2.1中国制造业的发展现状 .......................................... 4
1.2.2中国制造业在生产过程中所面临的问题 ............................ 5
1.2.3 IE对制造业的意义和中国制造企业在利用IE 时的不足 .............. 5
1.3本论文的研究框架 .................................................. 5
第二章 预备知识与相关理论的展开 ........................................ 7
2.1系统设施规划的理论知识 ............................................ 7
2.2 SLP的输入数据 .................................................... 8
2.3 作业单位物流关系圈的建立 ......................................... 9
2.4 作业单位综合关系图的建立 ........................................ 11
2.5 平面布置的设计 .................................................. 12
第三章 焊接分车间设施布局改善研究 ..................................... 13
3.1车桥车间简介 ..................................................... 13
3.2焊接分车间的布局改善 ............................................. 13
3.2.1绘制原始工艺过程 ............................................. 13
3.2.2分析改善工艺过程 ............................................. 15
3.2.3绘制最佳工艺过程表 ........................................... 16
3.3 改善方案评价 .................................................... 17
第四章 机加分车间作业现场改善研究 ..................................... 17
4.1机加分车间的现状调查 ............................................. 18
4.1.1 初步调查 . .................................................... 18
4.1.2建立机加分车间抽样观测表 ..................................... 18
4.1.3观测数据有效性分析整理 ....................................... 21
4.2 机加分车间问题分析 .............................................. 22
4.3 实施改善 ........................................................ 24
4.3.1 选择改善方案 . ................................................ 24
4.3.2 建立改善模型 . ................................................ 24
4.3.3 实施改善 . .................................................... 26
4.4 改善方案评价 .................................................... 28
结论 .................................................................. 29
致谢 .................................................................. 30
参考文献 .............................................................. 31
第一章 绪论
1.1工业工程在国内外的发展综述
1.1.1工业工程的概念
“工业工程”( Industrial Engineering，IE) 一词是J.Gunn1903年开始使用的，但工业工程作为一门工程学科，产生于19世纪末20世纪初。工业工程自产生以来，在世界上得到了广泛的传播，发展迅速，各工业发达国家根据自己的国情和需要将其应用在不同的范围和领域，使其更具本土化，并且随着工业工程应用领域的不断扩大，它自身的技术体系和相关的辅助体系也在相应地扩充，工业工程的内涵和外延都在随之不断的变化，即使到今天为止，“工业工程”也没有一个全世界公认的定义。现在，关于工业工程的定义有几十种之多，有代表性的定义有以下几种。
(1)美国工业工程学会(AIEE)的定义
工业工程是对有关人员、物料、设备、能源和信息等组成的整体系统进行规划、设计、改进和实施的一门科学，它从数学、自然科学和社会科学中吸取有关的专门知识和技术，同时运用工程设计与分析的原理与方法，以阐述、预测和评价上述系统所得到的成果。。该定义于1955年被美国工业工程会确定，被认为是最具权威性的工业工程的定义，已经被采纳为美国国家标准(ANSI 294)，该定义指出了工业工程的显著特征：运用工程学中工程分析和工程设计的原理及技术方法，进行管理原理的研究和应用。
(2)美国机械工程学会(ASME)的标准化委员会定义
工业工程是在规定的时间内，为了以最佳成本实现期望的质和量，利用和协调人、物料和设备的技术和科学。
1.1.2工业工程的发展历史
工业工程作为一门工程学科源于19世纪末20世纪初美国泰勒的科学管理活动，迄今已经有近百年的历史，1911年泰勒的《科学管理》-书的出版被人们认为是管理科学发展的一个里程碑。但是，泰勒的科学管理理论在诞生之初曾一度遭到人们的非议，被人们视为资本家残酷剥削的手段，美国国会两次传讯泰勒，加之当时工人运动风起云涌，使得“科学管理”更名为“工业工程”，因此，科学管理也被广泛认为是工业工程的开端。1908年美国宾夕法尼亚理工学院建立了世界上第一个工业工程系，标志着IE 学科的正式问世。
工业工程从科学管理开始经历了经典IE 、IE 与运筹学、IE 与系统工程这四个相互交叉的时期，这四个时期是工业工程不断完善的过程，是从经验改改善到定量的分
析的过程，是从事后修复到事前预防的过程，是从局部改善到整个系统优化的过程。传统IE 的应用主要面向车间、工厂的生产过程，属微观范畴。现代IE 则扩展到包括研究开发、设计与销售服务在内的广义生产系统，并进而延伸到整个经营管理系统，从微观和宏观两方面追求系统的整体优化。
(1)科学管理时期(20世纪初-20世纪30年代中期)
这是IE 的萌芽和奠基时期，以劳动专业化分工、时间研究、动作研究、标准化等方法的出现为主要内容。这个时期，福特生产线的产生使生产系统从小规模的作坊式企业走上了较大规模生产的工厂制，加之电动机的产生与广泛应用，人们的生产能力大大提高，商品经济也因此结束了资本原始积累的阶段并开始高速发展，恰恰此时发生了两次世界大战，客观上要求大大提高工厂效率，因而工业工程得以诞生和发展。从1895年起，泰勒先后发表了《计件工资制》、《工厂管理》和《科学管理原理》等论著，系统地阐述了科学管理思想，主要是以时间研究和动作研究为主的工作研究理论。这个时期，在制造业中（尤其是机械制造企业），人们也采用以动作研究和时间研究为主要内容的科学管理方法，提高工人的作业效率。
(2)工业工程时期(20世纪20年代后期一现在)
这个时期分为经典IE 、IE 与运筹学、IE 与系统工程三个阶段。
经典IE 开始于20年代后期，是对科学管理原理和动作研究的继承和发展，最具代表性的是休哈特1924年建立的“统计质量控制”，为IE 的实际应用提供了科学基础。还有进度图、库存模型、工厂布置、物料搬运等方法的应用使IE 从经验技术逐渐变成工程技术，使技术和管理逐渐结合了起来。
IE 进入成熟期是与运筹学的结合为标志，运筹学的出现为IE 提供了理论基础，这段时期也成为工业工程的快速发展时期。统计学的广泛应用和运筹学的产生为工业工程解决越来越大的管理与生产系统规划、设计、改造、创新提供了有效的手段，运筹学的一些优秀的理论，如数学规划、优化理论、排队论，博弈论，曾经是为了解决军事方案的选择问题而出现的，它们被企业的管理者和决策者运用到企业的IE 中去，为IE 的发展和应用发挥了巨大的作用。在这一时期的工业工程已不仅仅是欧美工业发达国家的“专利”，而且已被成功引入亚太地区，最典型和最成功的是日本，他们在战后经济恢复期从美国的管理思维和技术手段中成功地将工业工程引入日本各行各业，并进行日本式消化和改造，开创出丰田生产方式(TPS)、全面质量管理(TQC)等。而台湾、韩国、香港、新加坡更是加大工业工程的开发与应用力度，在高等教育、培训、企业应用等方面都走在国际前列。由于这个时期市场竞争的焦点以资本、实力竞争为主，工业工程也从早期应用工作研究解决现场效率提高发展到企业整体的设计、改善，包括工厂设计、物料搬运、人机工程、生产计划、贮存控制、质量控制等，从这个时期起到现在，形成了现代工业工程学科体系。
20世纪70年代开始，系统工程的理论和方法用于IE ，使它具备了更加完善的科学基础和分析方法，这个时期出现的主要技术有：系统分析与设计、信息系统、决策理论、控制理论等。IE 与系统科学结合后，使其应用的知识和方法更加整体化和系统化，应用的范围也从微观小系统扩大到宏观大系统，从工业、制造业扩大到农业、服务业、政府部门等。
1.1.3工业工程在中国的发展和应用状况
工业工程作为一门技术管理科学，1911年产生于美国，它不但在美国得到了广泛的应用和发展，而且很快向世界其它工业化国家传播，西欧（英国、德国、法国等）、日本、前苏联、澳大利亚和其它一些国家和地区，从20世纪50年代前后相继开始采用IE 。70年代中期，一些发展中国家，如墨西哥、秘鲁、哥伦比亚等，随着工业的发展，也都开始采用IE ，在大学中设置正规的IE 专业。在亚洲，新加坡、韩国和我国的香港、台湾地区，都比较早建立IE 教育并基本采用美国的IE 体制。印度也于1975年后开始建立IE 教育与应用体制。
我国对工业工程的系统研究与应用始于上个世纪80年代，随着外资企业的进入开始逐步意识到工业工程发展的重要性。改革开放使得国民经济的各个领域都发生着重大的革命，企业的经营机制由国家包销产品的单一的计划经济向市场机制过渡，市场竞争随之开始加剧，因而提高生产率和经济效益成为了企业生存的重要因素，在这种环境下，工业工程再次得到认可。到目前为止，我国的工业工程经过近20年的发展，取得了巨大的成就。据不完全统计，全国约有工业工程成果3000余项，创造经济效益估计有40-50亿元。这些应用涉及到汽车、钢铁、机械制造、家电、建材、信息等十几个行业，包括一汽、一汽大众、科龙、美的、海尔、华为、成飞等。
红光电子管厂在引进的生产线上运用工作研究及模特法迸行改造，仅花费1万元就使年增产值840万元，净利税和节约材料费达363万元。
北京机床电器公司在日本专家的指导下，运用IE 改造电器产品的装配生产，建立三条生产线，使产量翻番，年新增产值1165万元，新增利税349万元，成为“老厂不大量投资，运用IE 大幅度提高生产效率”的典范。
工业工程在国外与国内发展及应用的实践表明，这门工程与管理有机结合的综合技术对提高企业的生产率和生产系统综合效率及效益，提高系统综合素质，对增强企业在开放经济条件下的国际市场竞争能力和知识经济环境中的综合创新能力，对赢得各类生产系统、管理系统及社会经济系统的高质量、可持续发展等，具有不可替代的重要作用。
如任何一门工程技术一样，工业工程（IE ）也有其代表性成果，如：在生产系统领域，一直主导工业发展的“生产模式”。工业工程（IE ）最早期的成果就是“福特生产方式”，它是以大规模的流水生产方式来提高生产效率、降低劳动成本的，这一
生产模式主导了长达半个世纪的工业进程。随着市场和技术的发展，随着人们对工业发展的长期实践、认识与研究，在近三十年里，各种先进的生产模式层出不穷，如对日本汽车工业发展及至全世界制造业产生重要影响的准时生产方式（Just In Time-JIT ）、精益生产方式（Lean Production ），具有美国信息时代生产制造特征的敏捷制造方式（Agile Manufacturing ），以及现在人们谈论很多的大规模定制生产方式（Mass Customization）。这每一种生产方式，都极大地影响着整个企业的运作，通过改善企业的业务流程，改变和发展了企业的经营方式，从而推动了全人类近半个世纪的高速发展。
1.2本论文的研究背景和意义
本论文研究的对象是一个制造企业，选择制造企业的原因在于，制造业是我国的核心力量和支撑行业，我国的制造业发展迅速，但是大而不强，存在生产率低，浪费严重等不足，本论文撰写目得就是在实践中探索如何利用工业工程的方法减少制造过程中的浪费，提高生产率。
1.2.1中国制造业的发展现状
我国从80年代才开始市场经济探索，经过20多年的发展，我国的工业化进程已经取得了令世界瞩目的成果。从1978年到2001年，中国的工业总产值增长了24倍，年增长率高达15. 2%，工业在国民经济中的比重从1990年的37%提高到2001年的44%，从总体上处于工业化的中期阶段。
制造业是中国工业的主体，是实现工业化、现代化的重要保证，世界主要发达国家诸如美国、日本、德国、法国、意大利、英国等，其综合国力乏所以强大，最重要的特征是拥有世界一流的制造业。因此，是否具有高度发达的制造业已经成为衡量一个国家综合国力是否强大的重要标志。2000至2002年，我国制造业在工业总产值的比重占88%，资产占76%，销售收入占86%。2002年，我国制造业增加值达45935亿元，占世界的比重超过6%，排在美国、日本、德国之后，成为世界第四大制造业生产国，占国民经济中的比重也上升至33. 8%。2003年，中国的制造业增加值为4.31万亿元，占国内生产总值比例为36. 8%，就业人员规模为8307万人，占就业人口总规模的比例为11.3%。可以看出，制造业是国民经济的基石，它是工业部门中门类最多、最复杂、发展领域最广泛的部分，是国民经济的主战场。对于制造业在国民经济中的重要地位和作用。
制造业不仅是国民经济的支柱，还为其他产业提供支持，同时也是解决中国就业问题的主要产业领域。2000年，制造业职工人数占工业职工总人数的比重高达78. 99%，制造业从业人员占从业人员总数的比重为11. 3%，占城镇从业人员总数的比重为37. 85%，是第二产业和第三产业中吸纳就业人口最多的行业。
1.2.2中国制造业在生产过程中所面临的问题
尽管我国的工业经济取得了巨大成就，正在成为国际市场上的重要制造业基地，但我国的制造业发展却存在下列显著问题，严重阻碍了我国经济的发展。
(l)浪费严重，是我国制造业普遍存在的问题。据统计，我国每1元GDP 的能耗相当于印度的1倍、美国的2.6倍、日本的5倍，每万元产值所投入的钢材是发达国家的4倍，水泥是11倍，矿产则是13倍。中国的制造业能源消耗大，制造业的能耗占全国一次能耗的63%，单位产品的能耗高出国际水平20%至30%。
(2)生产率低下，也是我国制造业面临的一个问题。中国工程院院长徐匡迪在《中国制造业的现状与面临的挑战》-文中提到：“我们必须看中国制造业和国际先进水平的差距，第一是劳动生产率比较低，我们现在不到4万美元一年，只有美国的4. 38%，日本的4%，德国的5%多一点，我们人用得比较多。”
(3)制造业仍然存在技术落后，创新能力不足的缺点。据统计，目前美国等发达国家98. 7%的典型产品技术源于本国，而中国只有43%；美国制造业新产品的贡献率为52%，而中国仅占5.9%；平均新产品的开发周期，美国为3-6个月，而中国为12-24个月；主导产品的平均寿命为3年，而中国为10.5年。
1.2.3 IE对制造业的意义和中国制造企业在利用IE 时的不足
工业工程作为一门工程科学，它的目的就是提高生产率、利润率和效率。《工业工程手册》中写到，如果要用一句话来表明工业工程师的抱负的话，就是生产率。换句话说，提高生产率是IE 的出发点和最终目标是工业工程师的第一使命。
IE 的发展历史表明，它的产生就是为了减少浪废、降低成本、提高生产率。追求生产系统的最佳整体效益是IE 的一贯目标。
工业工程对制造业的贡献是有目共睹的，在本论文绪论的前半部分已经作了详细的叙述，工业工程作为一个能够减少浪费、提高企业生产率的工具，已经被中国的很多制造众业验证，事实上，目前国内许多外资、合资企业均设有工业工程师岗位：国有大中型企业（如邯钢、宝钢等）应用IE 的势头也日趋旺盛，并已取得了显著的经济效益和社会效应。尽管如此，我们应清醒地认识到，我国许多企业特别是国有大中型企业（包括一些已经推行工业工程的企业）在生产组织与管理方面还有不少问题亟待解决，工业工程在中国的应用中还存在着一些盲目和不足。
1.3本论文的研究框架
本论文的研究主要是对生产系统的改善研究，主要通过工业工程学、运筹学、离散数学等知识对企业的生产现场迸行分析和改善；研究内容涉及生产系统的布局分析和改善、工艺流程的合理安摊、生产线的平衡、以及对关键动作的研究等生产系统的
综合改善。改善过程的技术路线见图1-1。
论文的核心内容包括以下几个部分：
(l)生产系统的现状分析。包括生产布局的现状分析、工作现场的作业分析、现场的管理现状的分析等。
图1-1 技术路线
(2)生产系统的综合改善。改善的方法、步骤和结果是本论文的核心部分，也是本论文撰写意义的直接体现。改善主要应用排列图、散布图、ABC 分析方法和程序图等传统工业工程的技术和手段，并结合数学和运筹学的某些知识展开。改善的方法以实用，便于理解和推行为标准，以利于改善的持续性和全员性。改善不是盲目的改善，主要通过多阶段的现场跟踪调查，找到在现场布局或作业过程中不合理之处，并分析原因，在此基础上进行改善。由于研究是一个已经建立的生产系统，因此改善还要在生产人员、设计人员和管理人员的帮助下进行。
(3)对改善的成果进行综合的评价。
第二章 预备知识与相关理论的展开
2.1系统设施规划的理论知识
设施规划和物流分析是工业工程最重要的部分之一，其目的是通过分析和研究工厂的总平面布置、车间布置、物料搬运、物流关系以及非物流关系等方面，对工厂或车间进行整体优化，建立高效的生产系统。传统的设施规划的问题仍以生产系统为主要的课题，而生产系统则以制造工厂的规划问题最为复杂，因此，制造系统的规划包括以下含义：
(1)对于各种设施设备与人员的数量需求寻得一组最佳组合，以达到最适当的生产结构。
(2)决定各种设备（包括生产设备、物料搬运设备、存取设备、辅助设备等）、物料及人员操作与活动所需要的空间需求。
(3)分析各种活动的关系，以求得各种活动空间可能的相关位置。
(4)分析物料的接受、制造、储存、出货等整体过程，安排其流程、路径与时序。以期获得良好的物料搬运及人员流通成效。
(5)调整各活动位置与空间，以使人员、物料、机器等获得最优经济的关系位置与操作方法。
(6)通过各项设施的稳妥安排与规划，不仅减少对环境的负面影响，且能对长期的环境与组织发展有更积极的影响和效益。
1961年，美国鲍缪瑟提出了极具代表性的系统布置设计理论(SLP)，是对工业设施传统布置经验设计方法的重要挑战，它将系统工程的概念和系统分析的方法运用其中，使布置设计由定性阶段发展到定量阶段。
SLP 法进行工厂总平面布置的首要工作是对各作业单位之间的相互关系进行分析，包括物流和非物流的相互关系，经过综合得到作业单位相互关系表，然后根据相互关系表中作业单位之间相互关系密切程度，决定各作业单位之间距离的远近，安排各作业单位的位置，绘制作业单位位置相关图，将各作业单位实际占地面积与作业单位位置相关图结合起来，形成作业单位面积相关图通过作业单位面积相关图的修正和调整，得到数个可行的布置方案；最后采用加权因素对各方案进行评价择优，并对每个因素进行量化，得分最多的布置方案就是最佳布置方案，系统布置设计的程序见图2-1所示。
图2-1系统布置设计的程序
2.2 SLP的输入数据
在缪瑟提出的系统化布局规划设计中，将产品P 、产量Q 、工艺流程R 、辅助服务S 、生产时间安排T 作为给定的基本要素，也就是SLP 的输入数据。这些数据是在系统布置中必备的因素，它们对设施的合理布局有着决定性的影响，见表2-1。
表2-1要素的影响范围
(l)产品P 产品P 是指待布置的工厂将要生产的产品、原材料或加工的零件或成品等。产品资料包括产品品种类型、材料、产品特征等。
(2)数量Q 产品Q 指生产产品的数量，可以用件数、重量、体积等来表示。
(3)工艺流程R 为了完成产品的生产加工，必须制定生产加工工艺流程，形成产
品路线。在实际生产中诃以用工艺过程表（卡），工艺过程图、设备表表示。
(4)辅助服务S 在实施系统布置工作以前，必须对生产系统的组织情况有一个系统的规划，可以大体上分为生产车间、职能管理部门、辅助生产部门、生活服务部门、仓储部门等，除了生产车间以外的所有作业单位统称为辅助服务部门，包括各种工具、维修、动力、收货发运、运输专用线、办公室、食堂等。
(5)生产时间T 时间要素是指在什么时候、用多少时间生产出产品，包括各工序的操作时间、更换批量的次数。
2.3 作业单位物流关系圈的建立
在SLP 中，工厂总平面布置并不直接去考虑各作业单位的建筑物占地面积和几 何形状，而是从各作业单位间的相互关系密切程度出发，安排各作业单位之间的相对 位置，关系密集的作业单位之间距离近，关系密集低的作业单位之间距离远，由此形 成作业单位相关图。作业单位位置相关图是获得作业单位面积相关图的基础。在获得 作业单位位置相关图之前，要进行物流分析和非物流分析，物流分析的目的主要是得到SLP 中著名的物流相关表。在物流分析中经常用的工具是工艺过程表和从至表。
（一）工艺过程表的建立
工艺过程表不仅可以表示产品的生产过程，而且可以详细描述产品生产过程中备各工序之间的关系。它主要由产品的工艺流程和物流顺流强度组成，根据顺流物流强 度的大小可以对工艺过程进行会理的安排或调整，得到最佳工艺过程。
在产品工艺表中，用行表示产品或作业单位，设 i 为行序号，则 i =1，2，„„ n; 用列表示产品的工艺过程，设 j 为列序号，则 j =1,2，„„ m ; 设 p i j 为产品工艺表中的第 i 个产品或作业单位的第 j 道工序， i =1,2，„„ n , j =1,2，„„ m 。
假定 W ik —产品 p i 的工序 p i k 和 p i k ＋1 之间的物流强度：
αik —产品 p i 的工序 p i k 和 p i k ＋1 之间物流强度的加权值：
W —产品工艺过程表中的物流强度。
W ＝∑∑αik W ik (2-1)
i ＝1k ＝1n n
i-
式中的
计算： αik 为产品的p i 第k 道工序的加权值，它的数值大小的根据如下的几种情况
p i 的工序 p i k 和 p i (k ＋1) 为相邻的两道工序，既 l ＝1 ，则工序的加权
p i k 和 p i (k ＋1) 为不相邻的两道工序，即 l ＞1，则工序的加权(1)若值αik ＝＋2 。 （2）若p i 的工序
值αik ＝＋1。
（3）若 p i 的 p i k 工序和 p i (k ＋1) 为相邻的两道工序，并且 p i (k ＋1) 为 p i k 的
（4）若 p i 的 p i k 工序和 p i (k ＋1) 为不相邻的两道工序，并且 p i (k ＋1) 为 p i k 的上在工艺过程中，物流的倒流，也就是说当工序加权值为负数时是一种不理想的情上一道工序，即 l ＝1，则工序的加权值 αik ＝－1。 一道工序，即 l ＜1，则工序的加权值 αik ＝－2 。 况，因此，在绘制初始的工艺过程表后要根据工序的加权值的大小合理地调整工艺流程的顺序或做必要的改变，尽可能地减少物流倒流现象，使各产品或作业单位的顺流物流强度最大，以得到最佳产品工艺过程表。
(二）从至表的编制
从至表用于表示各单位之间的物料运输量的一种比较直观简单的方法。从至表中的数据被称为从至数。从至数的种类很多，由于表示相邻作业单位间的相互关系和重要程度的标准或者指标各有不同，企业可以根据具体情况和自己的生产特点选择合理的从至数，有的企业或部门习惯于选择各单位之间的物流量作为从至数，有的也会根据需要选择搬运次数或利用率终为从至数。由于从至表的编制是为了正确划分物流强度等级，进行物流相互关系的分析，所以划分等级的标准是最为重要的。
在SLP 中物流强度的等级被划分为5个等级，用符号 A 、E 、I 、O 、U 分别表示 超高物流强度、特高物流强度、较大物流强度、一般物流强度和可忽略搬运等5种物流状况，物流强度等级按物流路线比例或者承担得物流量比例来确定，在量化强度等级时，一般，取 A =4，E =3，I =2，O =l，U =0，X=-1，见表 2-2。
物流强度等级
超高物流强度
特高物流强度
较大物流强度
一般物流强度
可忽略搬运 表2-2 符号 A (4) E (3) I (2) 0 (1) U 物流强度等级划分表 物流路线比例(%） 10 20 30 40
承担物流量比例(%） 40 30 20 10
根据工艺过程表和从至表进行物流强度分析后，就可以得到作业单位物流相关表，用于简单明了地表示所有作业单位之间物流的相互关系。作业单位物流相关表是仿造从至表的结构构造，现在从至表的行与列中填上物流强度等级，然后除掉左下三角矩阵，保留右上三角矩阵，并将两矩阵的斜对角线一直坚直方向，将矩阵变形，得到SLP 中著名的物流相关表。
2.4 作业单位综合关系图的建立
生产布局的影响因素不仅是各作业单位之间的相互关系，还涉及非物流相互关系，一些非物流因素的影响在生产布局中是不可忽视的，比如两单位之间虽然物流量不大，但由于在搬运过程中存在较大的风险损失，所以需要尽可能的临近安排等。非物流关系的影响因素是因企业生产的现实状况决定的，它的确定需要技术人员和生产的一线人员协作完成，其重要性程度的确定可以通过专家评议的方法、0-1累计评分法等方法确定。
物流关系和非物流关系分析后，就要确定物流关系和非物流关系的重要程度。一般来说，物流关系和非物流关系的重要性比值在1/3和3之间。当比值小于1/3时，说明物流对生产的影响非常小，工厂布置时只需考虑物流关系：当比值大于感时说明物流关系占主导地位，此时只需考虑非物流因素。在实际工作中，根据物流关系和非物流的相对重要性，取m ：n=3、2、l 、1/3、1/2。
综合物流关系的量化是根据物流相关图和非物流相互关系确定的，确定公式：
Z ij ＝mW ij ＋nF ij (2-2）
式中Z ij —作业 A i 和A j 的综合相互关系的量化值：
W ij —作业 A i 和A j 的物流相互关系量化值：
F ij —作业A i 和A j 的非物流相互关系的量化值
A ij 是一个量值，需要经过等级划分，才能建立综合相互关系表。综合相互关系 表的等级划分为A 、E 、I 、O 、U 、X ，各等级的Z ij 依次递减，并且个级别的作业单 位数符合一定的比例，见表2-3。
关系级别
绝对必要靠近
特别重要靠近
重要
一般
不重要
不希望靠近 表2-3 综合相互关系密级与划分比例 符号 A E I 0 U X 作业单位对数比例 1-3 2-5 3-8 5-15 20-28 0-10
2.5 平面布置的设计
明确了各相关的作业单位以及各单位间的物流和综合相互关系以后，就可以按一定的规则和方法，设计出各种平面布置方案。在SLP 是作业单位面积相关图，它是根据作业单位综合相互关系表计算出综合接近程度，然后按照综合关系的级别高低排序，同级别的按综合关系程度的高低排序，这样依次将各个单位安排在平面图上，相互关系密切的单位比较接近，综合关系程度高的尽量安排在中央位置。
图论方法的设计过程是：
(1)在将最高级的作业单位关系(密切程度) 放在一个位置上，然后使所有作业单位连接的图构造成树状图，即没有闭环的图，称之为最大生成树。
(2)在将其余有较高密切程度等级的作业单位继续安放到图上，直到再也不能做出新的边为止。除非要做非平面的三维图。这意味着每条边加上去时不会切剖己在图上 的各边。这种图称为最大可平面图。
(3)在在最大可平面图上用各顶点连在一起的方式，将各作业单位连接在一起。由于各作业单位都是具体的面积与形状的，所以进一步要将图论中的图转换为双重图，其中各作业单位己表示成为块状形式。最后，将包含各作业单位需要的空间的双重图再变成最终的布置设计块状平面图。
第三章 焊接分车间设施布局改善研究
3.1车桥车间简介
车间以生产轻型汽车前、后桥为主，同时承担汽车件研制、对外协作加工等生产任务，拥有汽车前后桥零部件焊接、机加、喷漆、清洗、装配等生产线，车间还拥有通用机加、焊接设备，具有较强的机械加工和焊接的生产能力。
3.2焊接分车间的布局改善
车桥车间由焊接、机加和装配三个分车间组成，在车桥车间调查中发现焊接分车间的物流相对于其他分车间的比较混乱，并存在物流路线交叉严重、物流迁回和倒流等不合理的现象。由于车桥车间是生产任务比较繁重的车间之一，对它的改善对整个企业的效益的提高具有重要的意义。
3.2.1绘制原始工艺过程
焊接分车间的主要任务是对前桥进行焊接组装，它是车前桥的第一道工艺，改善前的焊接分车间划分为13个工位(见表3-1) ，分别是齐头、点焊、焊形、塞焊、打压校形、健床、点焊加强环、自动焊加强环、装配焊接后桥壳盖、塞焊、校形、清洗、喷漆。由于焊接分车间是对一种在制品进行加工，所以每个工位上的加工任务是固定的，工序内容也相对稳定。
序号
1
2
3
4 工位名称 齐头 点焊 表3-1 前桥各工位工序 主要工序内容 将两片后桥本体加工成规定的尺寸 装入夹具，点焊后桥壳本体，卸夹具，装入夹具点焊加固半轴套筒与后桥壳本体，卸夹具，点焊加固后桥壳本体与三角 焊形 塞焊 镶块，翻转张春带度，同方法焊另一面，清理焊接飞溅 放焊接合件于焊接支架，焊接直缝、环缝和三角缝，清 装入夹具，塞焊半轴套管与本体搭接的塞焊孔，卸夹具，
清理焊接飞溅
将上工序合件吊放到油压工作台上定位，校平圆平面，
校直两轴，轴线过圆心
健平面
装配后桥壳加强环到后桥壳本体焊接合件上，缺口对正 5 打压校形 6 7
健床 点焊加强环
后焊接，装配后钢板弹簧支架到焊接夹具上，定位夹紧 后
对称点固，清除焊道飞溅，检查加强环与壳体缺口对 正
8 自动焊加强环 性 吊放合件到加强环自动焊机上，随机夹具夹紧，调整
焊距，启动焊机焊接，卸夹，清理，将压紧装置返回，取
下工件，清理飞溅，检查焊接质量
吊放合件到后桥壳盖点装夹具上，装入后桥壳盖总成，定
位后沿圆周对称点固，清理焊接飞溅，吊放合件到后桥壳
9 装配焊接后桥壳盖 盖自动焊机上，定位夹紧，调整焊距启动自动焊机焊接，
卸夹，清理，将压紧装置返回，取下焊接工件，清理焊接
飞溅，检查焊接质量
10
塞焊 将后桥壳盖加强环的塞焊孔塞焊平整，补焊后制动管接 头支架，补焊后钢板弹簧支架，清理焊接飞溅，检查外 观焊接质量
后桥壳总成用平衡吊吊至油压校直机上，以两端定位校
直，保证同轴和同平面，检查
12
13
11 校形 清洗 喷漆 清洗本体上的油渍，便于上漆 喷漆防锈
3-1详细说明了焊接分车间的工艺流程和每个工位的工序内容，根据表3-1的内容对焊接分车间原始的工艺流程进行分析，分析其初始产品工艺过程表中作业单位的顺序是否合理，并且尽量减小物流的倒流物流强度，得到最大顺流物流强度的最佳工艺排列，并运用“ECRS ”四大原则进行工艺流程的改善。由表3-1导出的焊接分车间的原始的工艺过程（见表3-2），表中工位序号和名称与表3-1中的内容一致。表中的顺流权值的计算方法在本论文第二章中己经阐明，在此不再赘述。
需要说明的是由于焊接分车间是一个单品种的工艺流程，对于它的工艺过程表的 建立，本论文并没有采用传统的方法绘制工艺过程表，传统的工艺过程表的绘制方法 在论文的第二章中己经详细阐述，不再赘述。本论文采用以工位为基础进行整个流程 的研究，而不是以工序为基础进行整个流程的研究，原因是：
(1)在焊接分车间是一个单品种的加工车间，并不涉及多个流程问题，工序和工位是一一对应的关系。
(2)在对这个单品种的工艺过程划分作业单元时，本论文采用的是以工位为作业单元。
(3)在由于绘制工艺过程表的目的是为了尝试找到一个物流顺流最大化的工序顺序，根据(1)在中所阐明的原因，本论文也就是要找到一个物流顺流最大化的工位顺序。另外，本论文的原始工艺过程表没有计算其顺流物流量总和，原因在于这是一个单件产品的加工，同时在加工过程中都是围绕前桥进行，并且没有出现大件的引入喷装配或焊接在，小件引入对整个顺流物流量的影响不大，所以忽略了在物流过程中相邻工序间物流强度的变化，只是考虑顺流物流强度的加权值。
3.2.2分析改善工艺过程
分析原始工艺过程表，工位3和工位4存在物流的倒流现象。工位3是焊形，其主要的工序内容是将工位2留下的焊缝满焊，具体内容见表3-1，工位4是塞焊，其主要内容见表3-1。用“ECRS ”和“5W1H ”分析工位2、3、4、5，经过初步分析产生两种方案：
(1)取消流程⑤，流程顺序为②、③、④、⑥。流程⑤是在工位3进行的操作，实
际是焊接半轴套管和本体搭接处的环缝，是必备工序，不能取消。
(2)重排流程，流程顺序为②、④、③、⑤、⑥。流程③和流程④分别是在工位3和工位4进行的操作。工位4的工序内容是塞焊半轴套管与本体搭接的塞焊孔，而流程③在工位3上的工序内容是塞焊半轴套管与本体搭接的缝，两个操作互换顺序并不影响加工件的质量，可以重排。
经过分析可以采用第二个方案，同时在现场观察中发现流程②和流程④之所以分成两道工序是由于在焊接过程中，待焊接的合件在工位2处需翻转180度，使两工位的夹具不同。通过技术可行性分析，可以制作一个焊接支架，将合件坚直吊起，取消翻转，可以直接在一个工位上进行流程②和流程④。经过以上分析改善后，流程②和④合并在工位2上进行。
再次分析原始工艺过程表，工位5和工位13存在物流倒流现象。工位5是校形打压，它的工序内容喷漆后再次打压，工序流程④在工位4的内容仅仅是校形，它的工序内容可以在工位11上进行，因此将工位11和工位5顺序颠倒，并且将工位11和5所进行的校形环节都在工位11上进行，工位5仅进行打压操作，原工位对应的流程做同样的调整。工位13的工序内容是喷漆。喷漆是防锈的一个环节，但是用喷漆的方法防锈的成本比较高，车轿车间的技术人员和工业工程人员在经过改善项目的可行性评估后，采用了新的加工工艺，采用浸泡防锈液工艺，每年可以节约成本17万左右，经过改善后的工艺过程，工位12和13被取消，相对应的流程也被取消。添加碱水、清水、浸防锈液三个工位。
再次分析原始工艺过程表，工艺过程基本完善，物流倒流现象己经尽可能地减少(见表3-3) 。
改善流程 实施
(ECRS） 合并 (C） 重排 (R） 表3-3 工艺过程改善一览表 合并 (C） 重排 简化
(R&S） 重排 (R） 取消 (E） 取消 (E）
3.2.3绘制最佳工艺过程表
经过上述分析改善，己经减少了不必要的物流倒流现象，改善后的工艺过程表见表3-4。
表3-4 改善后的工艺流程表
表中工位2是由原工位2和4合并，改成点装，去掉原工位4，原工位中的5、6、7、8、9、10的工序内容不变，工位序号前移，改为4、5、6、7、8、9：原工位的12和13 取消，增加为碱水、清水、浸防锈液三个工位，工位序号顺序排列为10、11、12：原工位的11，工序内容中的校形，进行重排，将其排在浸防锈液之后，工序内容不变，工位序号改为13。 3.3 改善方案评价
经过调整后的焊接分车间布局与改善前的焊接分车间的布局相比，物流混乱的现 象己经解决：改善前焊接分车间没有明显的工作区、休息区和搬运道路，不仅为物流 的搬运工作带来困难，同时还存在一定的不安全隐患，改善后的焊接分车间这三个物 流区被合理地划分，更加便于管理和搬运。
改善前的顺流物流量的权值总和为20，改善后的顺流物流量的权值总和为23，改 善后物流的顺流强度明显增加。
第四章 机加分车间作业现场改善研究
4.1机加分车间的现状调查
机加分车间的是自动化程度比较高的车间，主要是对车桥进行磨、仿、钻等操作， 车间的工人大多是熟练工，操作比较熟练，人员的配备相对比较少，是管理比较规范的车间。但是，在实地调查中，初步发现工位的空闲时间过长，机器的开动率不高, 决定对机加分车间用工作抽样的方法进行作业改进。 4.1.1 初步调查
在调查中发现，机加分车间的机器的开动率低，在70%左右，并且是一个长期存在的问题，现对问题存在的原因进行调查。机加的工艺过程见表4-1。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
表4-1 工序 粗健 粗仿 精仿 精健 车螺纹 铣键槽 磨端面 钻孔 攻丝 加强
机加的工艺过程
设备台数
1 1 1 1 2 1 1 1 1 1
工人数 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2
在调查中发现空闲的原因有：清理工作地、准备工夹具、检察设备、等待待加工材料、休息、技术讨论、帮助搬运材料。 4.1.2建立机加分车间抽样观测表
抽样调查是为了使抽样结果更具说服力，要确定观测次数。而观测次数是根据所 规定的可靠度和精确度要求而定的，此次抽样调查的目的是为了调查停工中断时间等 管理上的问题，所以根据抽样目的和绝对精度概略标准，绝对精度(C)的取值定为 4.5%，则确定观测次数n 和相对精度（S ）：
n ＝4 p (1－p ) / E 2＝4 ×0.7(1-0.7) / 0.0452＝414
S ＝E / P＝0.045 / 0.7＝0.064
现在所要观测的对象是11个工位，也就是每观测一次将会得到11个样本，所以实际观测的组数只要取38(414/11)次即可，现在取观测组数为60次。由于机加分车间的加工工作比较稳定，每天的日产量也比较均匀，所以观测时间可以取得短些，确
定为4天，每天观测15(60/4)组，共观测11个工位。
根据抽样理论，为了避免观测的结果产生误差，观测的时刻应该是随机的，随机决定观测时刻的方法很多，最常用的有利用随机时刻表决定观测时刻、分层法决定观 测时刻、随机起点等时间间隔法，本论文将采用随机时刻表的方法。三位随机时刻表(部分) 在见表4-2，随机确定观测时刻的方法是：
表4-2 三位随机时刻表
步骤一：随机选择观测序列号。由于观测时间是4天，随机选择4个序列号，它
们分别是2、3、14、16：
步骤二：根据随机时刻表确定观测时间。机加分车间的无常上班时间是8个小时，从早上8点到晚上5点，据此在所选择的时刻表的列的时间上分别加8个小时换算成新的时刻：同时，由于每天的观测次数为15次，因此将选中的列的括号内大于15的时刻先剔除：由于中午12点到1点为午休时间，故将换算的新时刻中时间在12点和1点之间的时刻剔除：
步骤三：经过上述时刻换算后，将新的时刻列在抽样观测时刻表中，如次数少于每天的观测次数15次，则要追加时刻，知道满足15次为止，追加时刻要从剔除的时刻中依次追加，但仍然不包括午休的时间：
步骤四：经过上述随机时刻的确定，建立机加分车间作业改善抽样观测时刻表， 见表4-3。
注：表中带括号的时刻是追加时刻
随机时刻表建立起来后，对机加分车间实施实地观测，由于粗仿工位和精镗工位的距离比较近，因此在两个工位之间安排一个观测点：同时，精仿工位和钻孔工位距离比较接近，在两工位之间也安排一个观测点，其余工位处各安排一个观测点。随机观测的结果见4-4。
表4-4 观测结果汇总
4.1.3观测数据有效性分析整理
由于观测的时间是随机的，同时观测时不排除偶然因素的影响致使数据失真，比如上级主管部门的检查会使工人的工作突然紧张起来，使当天的工作效率尤为突出等，因此要对表4-4中的观测数据的有效性进行分析。
查表4-4，机器在这四天的开动率的平均值（P ）为73.5%，计算每组的观测次数（n ）、管制界限（CL ）：
n ＝15×11 ＝165
CL ＝P ±0.735 ±0.735 ±0.1031
即管制上限为0.8381，管制下限为0.6319，据此建立管制图(图4-1) 。
北华大学学士学位论文
图4-1 管制图
分析管制图，第一天的观测数据出现异常，大于管制上限，分析产生异常的可能原因是首次对现场的工作进行抽样调查，使得当天的现场作业过于紧张，现场作业人员的工作态度相对于正常情况要更为积极认真，使得机器的开动率向上浮动，对于该组异常数据作为异常值剔除。由于剔除此组数据后，余下的观测的次数为495次，仍然超过414次，所以不必追加观测次数，重新计算机器的开动率（P ）、抽样观测的总 次数（N ）、绝对精度（E ）和相对精度（S ）：
P ＝(0.709＋0.679＋0.703)/3＝0.697
N ＝11×15×3＝495
E ＝3) ＝0.042
S ＝＝3) ＝0.049
剔除异常后，通过随机抽样，机加分车间的机器的开动率为69.7%，绝对精度为4.2%，小于预先设定的4.5%，相对精度为4.9%，小于预先设定的6.4%，经过分析后，本次抽样观测的数据是有效的。 4.2 机加分车间问题分析
分析抽样调查表(见表4-4) ，机加分车间的机器开动率仅为69.7%，机器的空闲时间占了30.3%，空闲时间比较长。重点对空闲原因进行分析，调查造成机器空闲的原因，主要有准备工具、等待待加工件、检查、修理机器、清理工作地、搬运零件、商谈和生理休息等。对抽样调查表中的数据进行整理，分别计算空闲原因的平均发生比
率。出于在进行数据有效性分析时己经分析出第一天的观测数据异常，因此在计算 空闲原因平均发生率时首先剔出第一天的观测数据组，计算步骤是：
（1）分别计算2、3、4三天的空闲原因的发生率，即：
空闲原因的发生比率=每一项原因的当天观测次数／当天的空闲发生总次数 （2）经过上一步计算后，将每一项的空闲原因的发生比率取均值，计算结果见表4-5。
表4-5 空闲发生比率
组数
准备工具
检查
清理工 作地
搬运零 件 14.6% 15.1% 18.4% 16.03%
等待待 加工件 25.0% 24.5% 24.5% 24.67%
修理机 器 4.2% 0 0 1.40%
商谈
生理休 息
其他
2 3 4 均值
20.8% 18.9% 18.4% 19.37%
12.5% 15.1% 8.2% 11.93%
4.2% 7.5% 8.2% 6.63%
0 1.9% 4.1% 2.00%
18.8% 15.1% 18.4% 17.43%
0 1.9% 0 0.63%
分析机器空闲的主要原因，通过累计百分比划分原因等级，本论文采用ABC 的分析方法，将调查原因分为主要原因、次要原因和一般原因。一般来说，主要原因的累计百分比在0到80%之间，称为A 类：次要原因的累计百分比在80%到90%之间，称为B 类：一般原因的累计百分比在90%到100%之间，称为C 类。
首先，将所有造成机器空闲的原因按空闲发生比率降序排列，排列结果是等待待加工件（24.67%）、准备工具（19.37%）、生理休息（17.43%）、搬运零件（16.03%）、检查（11.93%）、清理工作地（6.63%）、商谈（2%）、修理机器（1.4%）和其他原因（0.63%）。
其次，按己经排列的顺序，计算诸原因的累计百分率，计算结果见表4-6。
表4-6 累计百分率
比率
等待待 准备工
加工件 具 生理休
息 17.43%
搬运零 件 16.03%
检查
清理工 作地 6.63%
商谈
修理机 器 1.4%
其他
发生比率 24.67% 19.37% 累计 百分率
11.93% 2% 0.63%
44.04%
61.47%
77.5%
89.43%
96.06%
98.06%
99.46%
100%
最后，根据上述结果，绘制排列图，排列图的绘制方法己经在论文的第二章中介绍，在此不再赘述，从表4-6中我们可以看出等待待加工工件、准备工具、生理休息和搬运零件是造成机器空闲的主要因素，它们占了整个空闲比率的77.5%，被划分为A 类因素。
4.3 实施改善
通过现状调查己经挖掘出机加分车间存在的问题，即机器的开动率不高，并且用抽样调查的方法实测了机器的开动率，同时分析了问题的成因，再次进行现场调查，重点研究主要原因，即A 类因素，挖掘浪费时间，并进行改善。 4.3.1 选择改善方案
等待待加工件是这几项原因中耗时最长，最频繁发生的事件，通过调查发现有机加分车间的在制品的重量比较大，在制品在备个工作单位之间的传递是用一台吊车完成的，吊车每次吊8个在制品。而在车间建设时，由于空间和成本因素等其他条件的限制，整个机加分车间只有一台吊车，这使得各个工位之间经常因为待加工件无法及时到达而出现较长时间的等待。
为了尽可能的减少作业等特的时间，建立解决方案：
方案一：通过增加吊车来解决该项问题。但是在方案的可行性分析中发现由于基础设施的规划限制和投资成本的考虑，无法用增加吊车的方法来减少作业等待，该方 案无法施行。
方案二：在现场调查中发现，尽管机加分车间只有一台吊车，但吊车并未得到合理的使用，经常出现吊举在一个工位上等待装件，而多个工位的工件己经加工完等待运出的情况，通过调查得知，由于吊车的行走路线己经形成了习惯，虽然也发现了这种等待现象，但没有引起足够的重视，因此也没有考虑过重新安排吊车在工位间的往返顺序。如果合理的安排吊车的作业顺序，不仅不用增加成本投资，而且在一定程度上可以减少作业等待的时间，因此决定重新安排吊车的作业顺序，进行作业改善。 4.3.2 建立改善模型
方案二在实质上是一个服务系统的排队问题。一般，在一个服务系统中总是包括一个或若干个“服务设施”，有许多“顾客”进入该系统要求得到服务，服务完毕后立即离去。倘若顾客到达时，服务系统空闲着，则到达的顾客立即得到服务，否则到达的顾客将排队等待或离去。上面所说的“顾客”是对要求服务的对象的总称，可以是人，也可以是物：服务设施也可以是各种各样的。
在机加分车间，一台吊车为多个工位吊运货物，这样吊车和需要服务的工位构成了一个服务系统，这里吊车是“服务设施”，各个工位构成了系统的“顾客”。这就转化成一个服务系统的排队问题，在解决如何排队前先做三点假设：
假设一：车间的各个工位的作业时间固定。假设一具有可行性，原因是机加分车间是一个自动化程度比较高的车间，车间的作业人员的工龄比较长，有长期的作业经验，作业时间稳定。
假设二：吊车的空载时间忽略不计。原因是吊车空载时没有承载物，只是空挂钓钩，移动速度相对较快，即使从相邻最远的粗镗和攻丝的两个工位间空载运动也只用7s 左右。相对其他耗时可以忽略。
假设三：吊车为每个工位提供的服务时间固定。原因是影响服务时间的因素是工位之间的吊运距离、吊车的空载时间和工人自身的工作熟练程度，而在假设一和假设二成立的条件下，影响服务时间的决定因素是工位之间的吊运距离，而这个距离是固定的。
通过上述假设，对该系统的描述是：服务系统的顾客按固定的时间到达，服务设施为每个顾客的服务时间虽然各不相同，但是对每个顾客而言是定值。并且，每个顾客的服务时间T 是吊车从它正在提供服务的工位到该工位的后续工位的时间。
对于这个带有等待的服务系统，服务次序的选择一般有三种： （1）先到先服务：按到达的先后次序排成队伍，一次接受服务。
（2）带优先服务权：即到达的顾客按重要性进行分类，服务设施优先对重要性级别高的顾客服务，级别相同的顾客中按到达的先后次序服务。
（3）随机服务：到达服务系统的顾客不形成队伍，当服务设施空时随机选取一名服务，对每个等待的顾客来说，被选取的概率相等。对于本论文所描述的服务系统，采取（2）的服务次序。关于优先级别的设定问题，
本系统设定两个级别，分别为A 级和B 级，A 级的重要性高于B 级。如果某一个等待服务的工位的后续工位处在空闲等待中，即停工待料，或者在提供服务的过程中它的后续工位也将加入等待队列，则该工位的重要级别定为A 级，否则定为B 级。这里要说明一点，某个工位的重要级随时间的变化有可能变化，比如某个等待工位在某一时刻是B 级，但随着等待时间的加长，后续工位也加入等待行列，则它的重要级别就会转为A 级。该服务系统的服务次序见图4-2，如果等待服务的顾客隶属于同一个重要性级别，则按照到达的先后顺序依次接受服务，如果不是同一重要级别，则A 级顾客先接受服务，同时其他顾客继续等待。
4-2排队流程图
4.3.3 实施改善
根据上述服务模型的建立，为车间的工位重新安排吊车的使用顺序。首先对机加分车间的各个工位的加工时间进行测时（见图4-3），加工时间短的表示该工位先结束加工任务，进入排队等待行列。观测结果是：粗健的加工时间是 3min32s ，粗仿的加工时间是2min21s ，精仿的加工时间是2min34s ，精健的加工时间是3min30s ，车螺纹的加工时间是4minl9s ，铣键槽的加工时间是1min24s ，磨端面的加工时间是3min7s ，钻孔的加工时间是1min31s ，攻丝的加工时间是2minl0s ，加强的时间是5min8s 。分析图4-3，车螺纹和铣键槽是两个加工时间相差比较大的工位，机加分车间有两个车床，每个车螺纹的工位各有一个工位器具存放制成品，当加工件达到8件时就运出，为了平衡两个工位的生产节拍，将两个工位的工位器具合并成一个，这样车螺纹的机加时间相当于原来的一半，大约用时2minl0s 。
图4-3 机加分车间各工位作业时间
然后，计算工位间加工的时间差值，该时间差实际就是顾客依次到达等待队列的时间间隔，计算结果见表4-7，表中序号代表的工位与表4-1一致。并且，表中数据只显示正值，也就是只计算比其它工位加工时间长的工位时间差。表中数据的计算公式：
αij ＝α j —αi (4-1）
式中 αij —表示序号为 i 的工位与序号为 j 的工位序号的加工时间差：
αi —序号为 i 的工位：
α j —序号为 j 的工位。
表4-7 工位作业时间差
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 1.16 0.95 0.01 1.36 2.11 0.39 1.99 1.34 2 0.2 0.95 0.83 0.18 3 0.21 0.41 1.16 1.04 0.39 4 1.15 0.94 1.35 2.1 0.38 1.98 1.33 5 0.75 0.63 6 7 0.77 0.56 0.97 1.72 1.6 0.95 8 0.12 9 0.02 0.77 0.65 10 1.62 2.78 2.57 1.63 2.98 3.73 2.01 3.61 2.96 根据图4-5，最先到达等待队列的是加工时间最短的工位—镗键槽，对照表4-1，统键槽的工位序号是6，吊车先对其服务，服务时间大约49s ，约0.82min 。
选择下一个被服务工位。查表4-7，与工位6的加工时间间隔小于0.8min 的是工位 5、8、9，因此，在服务期间，工位5、8、9进入等待队列：工位5的后续工位6在接受服务结束后处于空闲等待中，因此工位5的重要级别为A 级，选择服务工位5，然后工位5处于空闲等待中，工位8、9继续排队等待：工位5的服务时间大约为0.7min 。
选择下一个被服务的工位。查表4-7，与工位5的加工时间间隔小于0.7min 的是工位2、3，因此，在服务期间，工位2、3进入等待队列，队列的等待工位是8、9、2、3；工位2和8的后续工位在等待队列中，因此工位2和8的重要级别为A 级，又因为工位8先到达服务队列，因此选择先服务工位8然后服务工位2，然后工位8和2进入空闲等待中；工位3和9继续排队等待；工位2和8的服务时间共为1.2min 。
选择下一个被服务工位。查表4-7，与工位2的加工时间间隔小于1.2min 的工位是 l 、3、4、7，因此工位1、4、7加入等待队列，队列的等待工位是3、9、1、4、7：
同样，工位3、4、7的重要级别为A 级，因为3的后续工位也在等待队列中，而工位4和7的后续工位处于空闲等待中。先服务工位3接着服务工位4、7：工位3、4、7的服务时间是2.3min 。
选择下一个被服务工位。按照上述的方法，依次选择工位9和1。通过上述过程，吊车的服务顺序依次是工位6、5、8、2、3、4、7、9、1。 4.4 改善方案评价
改善前，通过抽样调查发现机加分车间的机器开动率不70%，并且通过对抽样 数据的分析，找到引起机加分车间开动率不高的主要原因，并对其采取了相应改善的措施。初步估计此次改善使机加分车间的机器开动率提高到75%左右，在一定程度上 减少了空闲等待时间。
现对改善后的作业进行抽样调查，测量机器的实际开动率。抽样调查数据见表4-8，抽样的过程和步骤与改善前抽样调查的方式基本相同，因此对具体的抽样过程不再赘述。抽样的分组以及绝对精度和相对精度的选择与改善前一致，绝对精度的取值为4.5%，相对精度预先设定为6.4%。
观测组数
1 2 3 4
表4-8 机器开动率抽样表 每班观测次数
165 165 165 165
工作次数 125 129 126 128
工作比率 75.8% 78.1% 76.4% 77.6% 77%
分析表4-8的数据有效性，计算绝对精度(E)和相对精度(S)：
E ＝ 4) ＝0.032
S ＝4) ＝0.04
通过数据有效性分析，得出该抽样的绝对精度为3.2%，小于预先设定的4.5%，相对精度为4%，小于预先设定的6.4%，因此抽样数据合理可信。改善后，机加分车间的机器的开动率为77%，比改善前提高了7%。
另外，机加分车间作业效率的提高，不仅仅需要合理科学地利用作业资源，同时也需要现场作业人员的规范化和熟练化的操作，需要现场作业人员提高节约意识，加强改善意识，全员的参与才是最重要的。
结论
论文对车桥生产系统的改善，基于该生产系统的管理现状、生产现状和人员素质等实际情况，综合运用了SLP 、工作研究、运筹学和图论的相关知识，不仅取得了改善的成果，而且增强了管理的信心。
（1）分析焊接分车间原始物流布局和加工工艺，改善工艺流程，合并重排了点焊、打压校形等工位的某些工序，取消了喷漆工序，改用浸防锈液的方法代替，节约成本17万左右。
（2）抽样调查机加分车间的机器开动率，抽样精度（绝对精度）为4.2%，分析抽样数据，引起机器开动率不高的主要原因是机加车间作业资源受限等，用排队理论重排了机加车间搬运吊车的作业顺序，机器开动率提高了7%。
另外，在改善的过程中，深刻地体会到：改善不是盲目的改善，一定要根据实际的情况，充分调查其技术、经济的可行性，甚至要考虑到作业者的接受能力，循序渐进地进行，这样才能取得预期的效果。
致谢
毕业设计是对大学生四年所学知识的一次综合检验，也是对大学生学习能力的一次综合检验。在完成论文的过程中使我认识到，一个人所掌握的知识和拥有的能力是完全有限的，要做的更好就必须要不断的向他人虚心求教来完善自我和提升自我。
由于本次所选论文课题属于工业工程范围，而并不是我所学的机械设计制造及其 自动化专业，因此在论文的撰写过程中遇到了不少困难，在此要感谢那些帮助过我的老师和同学们，还有在车间工作的工人师傅们，他们牺牲了自己的宝贵时间来保证了我在设计过程中少走了不少弯路。
本论文是在指导教师张爽老师的精心指导下完成的。从论文选题、研究思路及论文总体把握及最后审核、审阅、修改等各个方面都无不凝聚着老师的心血。值此论文完成之际，谨向老师表示最衷心的感谢和最崇高的敬意！
北华大学学士学位论文
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