基于作业测定的灯光追逐器装配线平衡实验开发

【摘要】装配线平衡是流水线生产的典型问题，作业测定是工业工程的重要技术，利用作业测定进行装配线平衡是提高生产效率的重要方法。本文利用实验室现有条件，开发十个工位的装配线生产平衡实验，应用作业测定、动作研究与生产平衡等理论与方法，对其进行时间研究和动作分析，找出瓶颈工序并加以改善，最终实现装配线的均衡化与高效化，让学生掌握装配线生产平衡的手段、技巧和方法，达到验证理论教学与增强学生动手能力的目的。

【关键词】作业测定；装配线平衡；实验

1 引言

自从1914年第一条流水生产线在美国福特公司诞生，生产线平衡问题也随之产生，生产线的平衡与否直接影响到制造系统的生产效率。在国内，许多企业自动化程度不高，手工线和半自动化生产线仍占据主体地位，生产线的时间定额以及工位作业分配，主要依靠管理人员的工作经验来确定，容易因工位作业分配不均衡而形成工序瓶颈，从而影响生产连续性，降低生产效率。因此，运用科学合理的方法制定时间定额对提高生产效率显得尤为重要。

基础工业工程主要包括方法研究和作业测定两部分，其中，方法研究着眼于如何改进操作方法，使作业更加简单、轻便和快捷，作业测定则是在方法研究基础上，着眼于如何测量工人操作所耗费的时间，并以其为基础计算作业的标准时间，为生产计划和劳动报酬的制定提供重要依据。《基础工业工程》课程的许多实验如人机作业分析、流程程序分析以及秒表法、模特法等都是单一型实验，只能对学生的知识点进行验证，迫切需要开发一项综合型实验，以企业生产实践为背景，将方法研究和作业测定的基本理论和技术融入其中，让学生通过实验操作将《基础工业工程》课程的主要内容融会贯通，全面理解、掌握和应用所学知识。为此，本文以我校工业工程实验室的10工位装配线为基础，开发装配线平衡实验，验证和支持《基础工业工程》课程理论教学。

2 实验目的

1）了解生产线平衡的理论和方法，熟练使用生产线平衡技术对装配线进行平衡和优化。

2）了解作业测定的各种理论和方法，能够熟练运用作业测定方法测量各工序作业时间。

3）了解方法研究的各种理论和方法，能够熟练运用方法研究对动作进行分析和改进。

3 实验设计

3.1 实验对象

本实验对象为灯光追逐器，其装配过程以手工劳动为主，通过合理分配生产作业要素可以使各操作工人的生产负荷尽量均衡，使之按生产节拍高效运转，其产品结构图如图1所示。

图1：灯光追逐器产品结构图

灯光追逐器的装配主要包括机盒、电路板、船型开关、j型航空插、钮子开关、按钮开关、二极管安装等8道工序组成，其实际生产流程及各工位操作内容如图2所示。

图2：灯光追逐器的装配流程

3.2 实验步骤

1）作业测定

作业时间是核算生产线平衡率的基础数据，也是找出瓶颈工位的主要依据，可采用秒表法、工作抽样法、预定动作时间标准法和标准资料法等进行时间测定。本实验采用秒表测时方法对装配线上8个工位进行测定，结果如表1所示。

表1：各装配工位的测量时间

工位 1 2 3 4 5 6 7 8

完成时间（s） 122 121 50 172 69 20 89 40

节拍（s） 172 172 172 172 172 172 172 172

2）装配线平衡分析

从数据可以看出，除工位1与工位2基本符合生产节拍以外，其余各工位均远小于或超出生产节拍。其中，工位4的测量时间为172s，远大于其他各个工位，工位4被确定为瓶颈工序。工位3、5、6、7、8的测量时间很短，能力过剩，装配线不平衡最大时间损失为：

t=tmax-tmin

平衡率p=任务时间总和（t）实际工作数目（m）×节拍（ct）×100%

生产不平衡损失率=1-平衡率

由计算可知，生产线生产不平衡最大时间损失为152s，不平衡损失率为50.36%，该装配线存在较大改进空间。

3）作业分解与重排

由于该装配线各工位时间差相当大，各操作工人的生产负荷不均，需要对装配作业进行重新分配，以优化生产线平衡现状，各工位作业分解如表2所示。

表2：装配线各工位作业分解

结合产品特征及各基本作业的实际装配顺序，画出工作网络图，如图3所示。

图3：装配作业网络图

通过对各工位进行作业分解，结合工作网络图，对部分工位进行了重点分析：

①工位4操作分析

工位4是瓶颈工位，它的三个基本作业：f（船型开关、j型航空插接线）、g（二极管接线）、h（钮子开关、按钮开关接线）操作复杂，耗时很长。另外，这三个基本作业中的g、h与j、k、l之间并无严格的先后关系，可以通过改变作业顺序来减轻该工位的负荷压力。

②工位3、5、6操作分析

工位3、5、6所用时间相对很短，3个工人的操作时间总和才139s，远远小于工序1、2、4，这3个工位的操作工人大部分时间处于空闲状态。

结合生产的实际情况，运用动作经济原则和ecrs原则对生产线的瓶颈工位进行改善，将工位4的f、g、h分配给工位3、5、6，形成新的作业分配表，如表3所示。

表3：改善后装配作业分配

对改善后的各工位再次进行秒表时间研究，测得各工位的作业时间如图4所示。

工位 1 2 3 4 5 6

完成时间（s） 122 121 111 104 96 129

节拍（s） 129 129 129 129 129 129

由图5可知，经过改善后各工位操作时间渐趋平衡，大部分工位（工位1、2、3、4）操作时间相差不大，工位6的操作时间相对较长，有待进行进一步优化。经过计算，生产线不平衡最大时间损失由152s降低到34s，生产线平衡率由49.64%提高到91.07%，生产节拍由172s降低到125s，优化效果明显，但是生产不平衡最大时间损失仍然较大，依然有进一步优化的空间。

4）操作分析

图4：工位6的影像资料

经过作业分解与重排，整条装配线的生产效率得到了显著的提高，但工位6的操作时间较其他工位明显较长，成为新的瓶颈工序，本实验采用模特排时法对工位6进行动作分析。利用影像资料对工位6进行分析，发现在安装二极管的5个紧固螺母操作时，操作者一直单手操作，另一只手持住机盒，如图4所示，明显不符合动作经济原则中的双手动作原则，可运用模特法对其进行动作分析与改进，如表5所示。

表5：工位6的动作因素分析

图5：改善后的影像资料

由表3不难看出，左手一直保持持住机盒等待的状态，右手一直在重复取物和安装动作。采用“5w1h”提问方法发现，之所以左手要一直保持持住机盒的状态，是由于机盒没有固定，必须要左手进行人工固定，便于右手在机盒上进行安装操作，选用一个支架，来代替左手固定机盒，从而使左手解脱出来帮助右手进行组装操作，如图5所示，改善后的动作因素分析见表6。

表6：改善后的动作因素分析

改善后，mod值由380减少为279，操作时间由49.02s降低到38.99s,减少了10.03 s。双手同时进行相同的操作，协调性强，操作效率高。工位6的整体操作时间也从129s减少为118.97s，不再是瓶颈环节。

经过第二次优化，生产线不平衡最大时间损失由29s降低到26s，生产线平衡率由91.07%提高到91.94%，生产节拍由125s降低到122s，日产量在第一次优化的基础上再增加6台，达到236台。与第一次优化相比，生产效率再次得到提高，生产不平衡状况得到极大改善。

5）效果分析

运用秒表时间研究法以及mo

od排时法，先后对原生产线进行了两次优化，两次优化效果对比如表7所示。

表7：改善前后工艺评价比较

改善前 第一次优化 第二次优化

不平衡最大时间损失（s） 152 29 26

生产平衡率（%） 49.64 91.07 91.94

生产不平衡损失率（%） 50.36 8.93 8.06

日产量（台） 167 230 236

由以上图表我们可以清晰的看见，进过两次改善之后，原生产线的不平衡最大时间损失由152s减少到26s，生产平衡率由49.64%提高到91.94%，增长了42.3%，日产量达到236台，较改善前增长了69台。同时依据动作经济原则对操作人员的操作进行了合理的改善，使操作方法更加科学合理，各工位任务分配合理，工人的疲劳程度降低，工段生产能力平衡。

4 结束语

装配线的平衡率直接影响到企业的生产效率，作业测定技术是工业工程理论体系的重要方法，是建立企业基础标准、提高生产率的重要手段。本文通过开发装配线生产平衡实验，应用作业测定、动作研究与生产平衡等理论与方法，对其进行时间研究和动作分析，找出瓶颈工序并加以改善，最终实现装配线的均衡化，让学生在吃透理论知识的同时，掌握流水线生产平衡的手段、技巧和方法。

参考文献

［1］ 何霆,刘飞.车间生产调度问题研究［j］.机械工程学报, 2000,36（5）:97-102.

［2］ 郑玉巧，杨萍，赵家黎，赵荣珍. 工业工程专业实践教学模式［j］. 实验室研究与探索，2012，31（6）:122-124.

［3］ 扈静，蒋增强，葛茂根，杜伟山. 基于改进遗传算法的混合装配生产线平衡问题研究［j］. 合肥工业大学学报（自然科学版），2010，33（7）:1006-1010.

［4］ 童艺川，吴锋.u型装配线的启发式平衡算法［j］.南京理工大学学报，2000, 24（5）: p394-397.

［5］ 覃乾. mod法在生产线平衡中的应用［j］. 机械管理开发，2011，119（1）:106-108.

［6］ 万鹏，原丕业，赵金先，马莲欣. 应用型工业工程专业的综合实训研究与实践. 实验室研究与探索，2011，30（6）:319-321.

［7］ 刘胧，董娜，徐克林，夏天. fog方法用于生产线平衡问题的实例研究［j］. 工业工程，2010，13（1）:112-115.

［8］ 高广章. 达宝易软件在生产线平衡中的应用［j］. 工业工程与管理，2009,14 （3）:123-126.

［9］ 齐二石，李中阳，安景玲.间歇移动流水生产线分析与组织设计［j］.工业工程， 2004, 7（2）: p1-3.

［10］ 宋华明，韩玉启.基于遗传算法的u型生产线平衡［j］.系统工程学报，2002, 17（5）: p424-429.

［注］

*基金项目：重庆市高等教育教学改革研究重点项目（编号：102309）及一般项目（编号：1203002）资助。

［作者简介］

侯智（1977-），男，重庆市人，副教授，主要研究方向为工业工程、质量管理和人因工程。