工业工程基础

第一章工业工程概述

1.1 工业工程

1.1.1 工业工程的定义

什么是工业工程？
- 工业工程是一门研究如何改进和优化复杂流程或系统的学科。
- 核心思想来源
  - 泰勒的时间研究 (Time Study): 通过科学地分析和测量工作所需时间，以确定“标准工作日”的量，从而提高效率。
  - 吉尔布雷斯的动作研究 (Motion Study): 通过分析工人的身体动作，消除不必要的动作，以设计出更高效、更省力的操作方法。
- 核心理念: There is always a better way... (永远有更好的方法)。
案例1: 泰勒的时间研究
- 背景: 搬运铁块的作业改善。
- 改善成果对比表:(此处需要结合幻灯片中的表格图片)
  项目改善前改善后
  员工数(个) 400-600 140
  铲费 - 改善后减少50%
  工人工资 - 增加60%
  成本 - 年节省78000美元
- 解析: 通过科学研究，为不同物料的搬运配备不同大小的铲子，并规定了标准的操作方法和休息时间，最终在减少了大量工人的同时，大幅提高了工人的工资和满意度，并为公司节省了巨额成本。这证明了科学管理的有效性。
案例2: 吉尔布雷斯的动作研究
- 背景: 砌砖作业的改善。
- 改善成果对比表:(此处需要结合幻灯片中的表格图片)
  项目改善前改善后
  动作数 18 5
  工作效率 (砌砖数/小时) 120 350
- 解析: 吉尔布雷斯通过仔细观察和分析砌砖工人的动作，将砌砖的动作从18个减少到5个，极大地提高了工作效率。这展示了动作研究在消除无效动作、简化操作方面的巨大潜力。
权威定义
1. 美国工业工程师学会 (AIIE) 的定义 (1982年):
  - 工业工程(Industrial Engineering)是对有关人员、物资、设备、能源和信息所组成的集成系统(Integrated System)进行设计、改善和设置的一门学科。它综合运用数学、物理和社会科学方面的专门知识与技术，并且使用工程分析的原理和方法，对上述系统可能取得的成果予以确定、预测和评价。
  - 注: 这是业界最具权威性的定义。
2. 日本工业工程师学会 (JIIE) 的定义:
  - 工业工程是从事把人员、原材料、设备作为一个整体系统去发挥其功能的科学；它是进行经营管理系统方面的设计、改善与设置工作的学科。为了规定、预测、评价经营管理系统的成果，运用数学、自然科学、社会科学中的特定知识，同时使用技术分析与归纳的原理和方法。
3. 中国工业工程学会的定义:
  - 工业工程是一门工程技术与管理技术相结合的综合性工程学科，是将科学技术转化为生产力的技术。它以降低成本、提高质量和生产率为导向，采用系统化、专业化和科学化地方法，综合运用多种专业的工程技术、对人员、物料、设备、能源、和信息所组成的集成系统进行设计、改善和设置，使之成为更为有效、更为合理的综合优化系统、并对系统取得的成果进行鉴定、预测和评价。
定义的总结
- 权威性: 美国工业工程学会(AIIE)提出的定义最具权威性。
- 共同内涵: 尽管表述不同，但各种定义的内涵基本一致。
- 核心要素:
  - 学科性质: 是一门工程科学技术，且是主要解决管理问题的工程技术。
  - 研究对象: 是由人、物料、设备、能源、信息等生产要素所构成的各种生产及经营管理系统，且不局限于工业生产领域。
  - 研究方法: 综合运用各种工程技术与方法。
  - 任务和目标: 降低成本，提高质量和生产率。
工业工程定义的图解
(此处需要结合幻灯片第10页的流程图)
- 解析: 该图显示，工业工程将“人员、物料、设备、能源、信息”这些输入要素整合成一个“综合体系”，通过“设计(Design)、改善(Improve)、设置(Installation)”等过程，并利用“数学、物理学、社会科学”的知识技术以及“工学的分析、设计原理和方法”，最终实现“规划、设计、评价、改进、创新”，以达成“期待的成果” (P, Q, C, D, S, F)。
  - P: Productivity (生产率)
  - Q: Quality (质量)
  - C: Cost (成本)
  - D: Delivery (交期)
  - S: Safety (安全)
  - F: Flexibility (柔性)

项目	改善前	改善后
员工数(个)	400-600	140
铲费	-	改善后减少50%
工人工资	-	增加60%
成本	-	年节省78000美元

项目	改善前	改善后
动作数	18	5
工作效率 (砌砖数/小时)	120	350

1.1.2 工业工程的内涵

IE的核心是降低成本、提高质量和生产率。
IE是综合性的应用知识体系。
IE应用注重人的因素。
IE是系统化技术。

1.1.3 工业工程与生产率工程的关系

共同目标: 提高生产率。
关系阐述:
1. 工业工程技术和方法是企业提高生产率的直接途径，即工业工程是生产率工程的基础。
2. 工业工程技术的发展将推动生产率管理和控制方法的改善，而生产率改善方法的创新、发展将促进生产率工程的发展。
3. 生产率工程的发展将丰富工业工程技术、方法，推动工业工程的发展。

1.2 工业工程的产生与发展过程

1.2.1 工业工程的产生

(本节在PPT中为标题，具体内容在下一节展开)

1.2.2 工业工程的发展过程

第一阶段：19世纪末到20世纪初期 (奠基阶段)
- F. W. 泰勒 (F.W. Taylor, 1856-1915): 被誉为“工业工程之父”。通过著名的“铁铲实验”、“搬运实验”和“切削实验”，总结了称为“科学管理”的一套思想。1911年发表了《科学管理原理》。
- 弗兰克·吉尔布雷斯 (Frank Gilbreth) 和莉莲·吉尔布雷斯 (Lillian Gilbreth): 1910年，从事动作研究(砌墙实验)和工业心理学研究。
- 亨利·福特 (Henry Ford): 1913年，发明流水装配线。
- 亨利·甘特 (Harry Gantt): 1914年，从事作业进度规划研究（甘特图）和按技能高低与工时付酬的计件工资制的研究。
- F. W. 哈里斯 (F. W. Harris): 1917年，研究应用经济批量（EOQ模型）控制库存量的理论。
第二阶段：20世纪初叶到第二次世界大战前 (发展与应用阶段)
- 教育与组织:
  - 1911年：美国普渡大学(Purdue)机械工程系首先开设了工业工程选修课。
  - 1918年：美国宾夕法尼亚州立大学建立了工业工程系。
  - 1920年：美国成立了美国工业工程师协会(ASIE)，后又成立AIIE，工厂中出现专门从事IE的职业。
- 理论发展:
  - 1924-1931年：W. A. 休哈特 (W.A. Shewhart) 首创“统计质量管理”。
  - 1924-1933年：G. F. 梅奥 (G.F. Mayo) 通过“霍桑实验”首创“人际关系学说”。
  - J. Fish 首创“工程经济”。
第三阶段：第二次世界大战到20世纪40年代末 (系统化阶段)
- 运筹学 (Operations Research) 的应用: 40年代中期，英、美两国发表了关于运筹学成果的资料，立刻受到IE工作者的注意，并将之运用于IE实践中。
- 组织成立: 1948年，美国工业工程学会(AIIE) 成立，它是国际上第一个致力于工业工程专业的发展和学术活动的专业性组织。
- 核心转变
  - 分析方法上: 从以经验和定性分析为主发展为以定量分析为主。
  - 研究范围上: 从以通过基层生产现场中作业研究来降低劳动成本为主转化为以研究整体系统的优化、降低各种资源消耗、提高整体系统的生产率为主。
第四阶段：20世纪50-60年代 (科学化与新IE阶段)
- 理论基础: 系统科学(SS)以及系统工程(SE)成为IE学科发展的基础。
- 新IE的构成
  - 新IE = SE的方法论 + OR的定量方法 + 传统IE方法 + 工业专业知识
第五阶段：20世纪70年代至今 (信息化与扩展阶段)
- 新动向
  - 范围扩展: 早期的IE以提高制造现场作业效率和改进生产管理为主；现代IE则面向企业经营管理全过程。
  - 角色转变: 早期的IE单兵独进，现代IE已经成为为企业CIMS、进而为企业发展成为领先企业提供管理集成基础结构的有效工具。
  - 领域扩展: 早期的IE只应用于制造业，现代IE已经普及到交通、建筑、服务和行政管理等多种产业中（例如全美医疗保健系统的规划和设计）。
工业工程发展特点总结:
- 不断吸收现代科技成就，尤其是计算机科学、OR、SE及相关的学科知识，得以由经验为主发展到以定量分析为主；以研究生产局部或小系统的改善，到研究大系统整体优化和生产率提高，成为一门独立的学科。
工业工程的发展方向:
1. 应用范围: 从制造业扩大到服务业和非营利组织。
2. 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）。
3. 技术依赖: 特别依赖于信息科学与技术（计算机软硬件、网络、数据库等）。
4. 研究核心: 突出研究生产率和质量的改善。
- 结论: 工业工程的研究与发展水平，在一定程度上标志着一个国家或地区的经济和管理发展水平。

1.3 工业工程的内容体系和人才素质

1.3.1 工业工程的学科特点

核心特点 工业工程是一门工程学科，但它不仅包括自然科学和工程技术，而且还包括社会科学和经济管理方面的知识。所以 IE是一门技术和管理有机地结合的边缘科学。
与相关学科的关系:
- 图示:
  (此处需要结合幻灯片第25页的关系示意图)
  - 图解: 该图显示，系统工程(SE)是一个大的矩形框，内部有两个相交的圆，分别是管理工程(ME₁)和制造工程(ME₂)。而工业工程(IE)正处于这两个圆的交集部分，表示IE是管理与制造的交叉融合，并且是系统工程的一部分。
- 关系列表:
  - 工业工程 (IE) 与管理工程的关系
  - 工业工程 (IE) 与系统工程的关系
  - 工业工程 (IE) 与制造工程的关系

1.3.2 工业工程的内容体系

依据: 美国国家标准 ANSI--Z94 (82年)
内容体系包含17个方面
1. 生物力学
2. 成本管理
3. 数据处理及系统设计
4. 销售与市场
5. 工程经济
6. 设施规划与物流 (含工厂设计、维修保养、物料搬运等)
7. 材料加工 (含工具设计、工艺研究、自动化等)
8. 应用数学 (含运筹学、管理经济学、统计和数学应用等)
9. 组织规划与理论
10. 生产规划与控制 (含库存管理、运输路线、调度、发货等)
11. 实用心理学 (含心理学、社会学、工作评价、人事实务)
12. 方法研究和作业测定
13. 人的因素
14. 工资管理
15. 人体测量
16. 安全
17. 职业卫生与医学

工业工程在制造业中的应用 (表格)(此处需要结合幻灯片第28页的表格)

项目	领域	使用率	排序
方法研究	作业方法	90%	1
	作业分析	83%	4
	动作研究	66%	5
	物流	53%	10
	生产计划	45%	13
	标准化	60%	7
作业测定	时间研究	85%	2
	PTS法	65%	6
工厂设备及设计	工厂布局	85%	2
	设备购买和更新	52%	11
工资支付	激励	60%	9
	职务评价	52%	12
管理	工程管理	37%	14
	成本管理	60%	8

解析: 从表中可以看出，在制造业中，作业方法、时间研究、工厂布局是应用最广泛、最重要的IE技术。

1.3.3 工业工程人才的素质结构

职责:
- 工业工程技术人员是为了达到经营者的目标（使企业取得最佳利润，且冒最小风险）而贡献出技术的人。
- 他们帮助各级管理人员，在业务运作的设想、计划、实施、控制方法等方面从事发明和研究，以期达到更有效地利用人力和经济资源。

知识结构与能力结构

知识结构	能力结构
• 工程技术知识	• 观察试验能力
• 数学与统计学知识	• 调查研究能力
• 经济学知识	• 综合分析/集成能力
• 经营管理知识	• 规划设计能力
• IE学科知识	• 协调/社交能力
• 管理科学知识	• 适应能力
• 人类与社会科学知识	• 创新能力
• 计算机科学与信息技术	• 语言与文字表达能力
	• 计算机应用能力
	• 外语阅读能力

总结: 一个称职的工业工程师还应有良好的技术素质和科学品德，如进取和创新精神、全局观点、善于团结协作、以及敏锐的观察、分析能力等。

第一章知识点总结

工业工程的特点
- 核心: IE的核心是降低成本，提高质量和生产率。
- 目标: 提高生产效率是IE的出发点和最终目标。
- 体系: IE是综合性的应用知识体系（技术+管理）。
- 人性化: 注重人的因素是IE区别于其他工程学科特点之一。
- 技术: IE是系统集成和优化技术。
- 视角: IE的重点是面向微观管理。
- 对比: 日本强调现场优化，而美国则更强调IE的工程性。
- 基础: IE制定作业标准和劳动定额。
工业工程的意识
- 成本和效率意识
- 问题和改革意识
- 工作简化和标准化意识
- 全局和整体化意识
- 以人为中心的意识

第二章动作经济原则

一、何谓动作经济原则

定义: 动作分析通过研究分析人的各种动作，发现改善无效的动作或浪费现象，最终提高作业效率。
作用: 动作分析与IE的其他手法相结合，使生产管理与改善有了坚实的科学依据与方法指导，是真正做到科学管理的基础。

二、动作经济原则介绍

起源: 由吉尔布雷斯夫妇所创，后由美国巴恩斯将其总结为三大类，22条。
适用范围: 适用于人的全部作业，是动作改善的基本方向原则。
三大分类
1. 关于人体利用 (Use of the human body)
2. 关于工作地布置 (Arrangement of the work place)
3. 关于工具设备的设计 (Design of tools and equipment)
22条原则详述
- 关于人体利用 (1-8条):
  1. 双手应同时开始，并同时完成动作。
  2. 除规定的休息时间外，双手不应同时空闲。
  3. 双手动作应该对称，反向并且同时进行。
  4. 动作应用最低的等级而能得到满意的结果。
  5. 物体的动量应尽可能的利用，但是需要肌力制止时则应将其减至最低程度。
  6. 连续的曲线运动，比方向突变的直线运动为佳。
  7. 弹道式的运动较受限制或受控制的运动轻快自如。
  8. 动作应该尽可能的应用轻快的自然节奏，因节奏能使动作流利及自发。
- 关于工作地布置 (9-16条):
  1. 工具物料应放置在固定的位置。
  2. 工具物料及装置应布置在工作者前面近处。
  3. 零件物料的供给，应利用其重力坠送到工作者手边。
  4. （成品）坠落应尽量利用重力实现。
  5. 工具物料应依最佳的工作顺序排放。
  6. 应有适当的照明，使视觉舒服。
  7. 工作台及座椅的高度，应保证工作者坐立适宜。
  8. 工作椅的样式及高度，应使工作者保持良好的坐姿。
- 关于工具设备 (17-22条):
  1. 尽量解除手的工作，使用夹具或脚踏工具代替。
  2. 可能时，应将两个工具合并使用。
  3. 工具物料应尽可能的预放在工作的位置。
  4. 手指分别工作时，各值负荷应按照其本能予以分配。
  5. 设计手柄时，应尽可能的增大与手掌的接触面积。
  6. 机器上的手杆、工作杆及手轮的位置，应是操作者极少的改变姿势，且能最大的利用机械力。
原则的功效:
- 任何工作中的动作，凡符合以上原则，皆是经济有效动作。否则，就应改进。
- 两大功效：帮助发掘问题和提供建立新改善的方向。

动作经济原则归纳分析 (10条)

第一条原则：双手的动作应同时而对称。(涵盖原1, 2, 3条)
- 解析: 双手同时、对称地工作能使身体平衡，不易疲劳。如果单手工作，身体部分肌肉维持静态，部分维持动态，肌肉无法休息，容易疲劳。
- 例题: 将M10x25的螺栓装上三个垫圈成组件。
  (此处需要结合幻灯片第41、42页的图片)
  - 原操作方法: 左手捏住螺栓，右手依次套上三个垫圈。
  - 问题分析: 左手只是在“握持”，没有进行有效作业，不符合双手同时工作的原则，效率低下。
  - 改良方法: 设计一个专用的夹具，可以一次性放置多个螺栓。操作者双手同时从料盒中取出垫圈，为两个螺栓进行装配。装配完成后，成品可以自动滑入成品箱。
  - 答案解析: 改良方法通过使用夹具，将左手从无效的“握持”动作中解放出来，实现了双手同时进行增值作业，大大提高了效率。

第二条原则：人体的动作应尽量利用最低等级而得到满意的结果。(涵盖原4条)

动作等级划分表(此处需要结合幻灯片第43页的表格)

等级	动作枢轴	人体动作部位	典型动作
1	指节	手指	拧螺母、按键盘
2	手腕	手指及手腕	零件定位、小件装配
3	肘	手指、手腕及小臂	伸手及移动物体
4	臂	手指、手腕、小臂及大臂	使用套筒扳手
5	躯干	整个上身	弯腰取物

解析: 动作级次越低，所需时间越短，消耗体力越少。改善的核心在于缩短动作距离和减少体力消耗，因此材料、工具、零件应尽可能靠近工作地。
例题: 办公桌设计。
(此处需要结合幻灯片第47页的图片)
- 选项分析:
  - A) 底层抽屉需要弯腰。 → 描述了设计a的问题，弯腰属于最高等级的动作，应避免。
  - B) 做资料柜不需要弯腰。→ 设计b将常用抽屉上移，避免了弯腰。
  - C) 领导打办公桌。拉开距离，威严。 → 与效率和人机工程无关。
  - D) 使用，取用东西方便。 → 这是设计的最终目的。
- 答案解析: 正确的设计（图b和图d）通过改变抽屉布局和增加旋转空间，使得使用者可以在不弯腰或大幅度转身的情况下方便地取用物品，应用了“使用最低等级动作”的原则。因此，选项D是最佳解释。

第三条原则：尽可能利用物体动能；曲线运动较方向突变的直线运动为佳；动作应尽可能有节奏。(涵盖原5, 6, 7, 8条)
- 解析:
  - 利用动能/惯性可以省力，如抡锤子。
  - 平滑的曲线运动比需要急停和改变方向的折线运动更快、更省力。可以用手指在桌上画一个圆形和一个正方形来体会。
  - 有节奏的动作可以形成习惯，变得流畅自然。
第四条原则：工具、物料应处于固定位置及工作者前面近处，并以最佳的工作顺序排列。(涵盖原9, 10, 13条)
- 解析:
  1. 固定位置: 避免寻找和选择，减少思考时间，形成下意识动作。
  2. 最佳顺序: 按照操作流程的顺序摆放，使动作流程化。
  3. 前面近处: 放置在正常工作区域内（手臂伸展的弧形范围内），减少伸长、转身等高等级动作。
  (此处需要结合幻灯片第51-53页的工作台布置图)
  - 图解分析: 直线排列（图7-22）会导致操作者需要频繁移动身体去够取远处的物料。而弧形排列（图7-26）将所有物料都布置在手臂的正常工作范围内，是最佳的布置方式。
第五条原则：零件、物料应尽可能利用重力坠送至工作者面前。(涵盖原11, 12条)
- 解析: 使用带有斜面的料盒（重力滑箱），当取走一个零件后，后面的零件会自动滑到取料口，始终保持在操作者面前的最近位置，避免了伸手到料箱深处取料的动作。
  (此处需要结合幻灯片第55页的重力送料盒图片)
第六条原则：应有适当的照明设备，工作台或座椅式样及高度应使工作者保持良好的姿势及坐立适宜。(涵盖原14, 15, 16条)
- 解析:
  - 良好的照明可以减少视觉疲劳，尤其对于精细工作。
  - 合适的座椅和工作台高度可以避免不良姿势（如驼背、手腕受压），减少身体疲劳。工作台的高度应与坐姿或站姿时的肘部高度相匹配。
第七条原则：尽量解除手的工作、而以夹具或足踏工具代替。(涵盖原17条)
- 解析: 手应用于执行灵巧的、增值的操作，而不是用于“握持”、“固定”等静态工作。可以使用夹具、虎钳、脚踏开关等来代替手进行固定和控制。
- 案例: 脚踏板控制的虎钳或电烙铁，用脚操作的焊接转盘等。
  (此处需要结合幻灯片图片)
第八条原则：可能时，应将两种或两种以上的工具，合并为一条。(涵盖原18条)
- 解析: 减少工具的切换次数可以节省时间。例如，一头是螺丝刀一头是扳手，或者带有锤击功能的钳子。
  (此处需要结合幻灯片第62页的钳锤图片)
第九条原则：手柄的设计应尽可能增大与手的接触面；机器上的杠杆、手轮的位置，应尽量使工作者少改变姿势。(涵盖原20, 21, 22条)
- 解析:
  - 符合人机工程学的手柄设计可以分散压力，使用起来更舒适、更有力。
  - 机器的控制装置应设计在操作者方便操作的位置，避免弯腰、转身等不必要的姿势变化。
第十条原则：工具及物料应尽可能预放在工作位置。(事前定位) (涵盖原19条)
- 解析: “预放”是指工具和物料在使用前就已经被放置在方便取用的方向和位置上。最理想的状态是使用悬挂的平衡器，工具使用完毕后会自动回到初始位置，完全省去了“寻找、抓取、移动、放回”等一系列动作。
- 例题: 电动扳手装配铸铁板。
  (此处需要结合幻灯片第65、66页的图片)
  - 原操作方法: 正常工作时间18秒/套，1小时200套。电动扳手重2.5KG，每天8小时需要拿起放下3600次，相当于每天提起8吨重的物体。
  - 问题分析: 频繁拿起和放下重物，既浪费时间又极易导致疲劳。
  - 改善后: 使用平衡器将电动扳手悬吊在工作位置上方。
  - 答案解析: 改善后每小时装配260套，产量提高了30%。这完全消除了拿起和放下的非增值动作和体力消耗，是“事前定位”原则的绝佳应用。

第三章工作研究

3.1 工作研究概述

3.1.1 工作研究的起源

定义: 工作研究是工业工程体系中最重要的基础技术。
起源: 起源于泰勒提倡的“时间研究”和吉尔布雷斯提出的“动作研究”。
发展:
- 1936年成立“美国企业管理促进协会”(S.A.M)。
- 逐步形成了“方法研究”的完整体系。
- 到40年代中期，“时间研究”更名为“作业测定”。
- 最终: “方法研究”与“作业测定”（包含动作研究）结合在一起统称为“工作研究”(Work Study)。

3.1.2 工作研究的对象

对象: 工作研究的对象是作业系统。
作业系统构成简图:
(此处需要结合幻灯片第77页的系统图)
- 图解: 作业系统是一个由输入(原材料)，经过转换机构(生产设备、能源、生产方式和人的作用)，得到输出(产品或服务)的过程。过程中有检测环节，并将信息反馈控制输入和转换机构。系统的衡量指标包括时间(T)、质量(Q)、成本(C)、柔性(F)。

生产系统变动因素的影响程度表:

级别	变动因素	变动内容
1	产品设计	通过改变设计，简化作业或取消一部分工作
2	原材料	从根本上改变作业方式，或者取消作业方法
3	工程	几个工序的合并，或改变顺序达到简化或取消
4	设备与工具	改变加工设备、工具使工作更简便、效率更高
5	操作动作	能否改进操作方法，使操作动作更简单

解析: 级别越高的因素（如产品设计），其变更带来的影响越大，但实施的难度和不确定性也越高。工作研究通常从较低级别的因素（如操作动作）入手。

3.1.3 工作研究的特点

别称: 基础IE (Basic IE)。
最显著特点: 只需很少投资或不需要投资的情况下，通过改进作业流程和操作方法，实行先进合理的工作定额，充分利用企业自身的各种资源，挖掘企业内部潜力，提高企业的生产效率和效益，降低成本，增强企业的竞争能力。

3.1.4 工作研究的内容

两大技术
1. 方法研究 (Method Study): 在于寻求经济有效的工作方法。主要包括程序分析、作业分析和动作分析。
2. 作业测定 (Work Measurement): 是确定各项作业科学合理的工时定额。主要包括秒表测时、工作抽样、预定时间标准和标准资料法。
工作研究内容体系图:
(此处需要结合幻灯片第82页的详细流程图)
- 图解: 这是本章的“路线图”。左侧是工作研究的主线，从“选择研究对象”开始，通过“方法研究”来“设定工作标准”，然后通过“作业测定”来“确定时间标准”，最终形成“制定工作标准”，并“训练操作工人”。图中详细展示了方法研究和作业测定各自包含的具体分析工具和方法。
工作研究两大技术的关系:
(此处需要结合幻灯片第83页的关系图)
- 图解: 工作研究包含“方法研究”和“作业测定”。“方法研究”的目标是“把工作简化并制定出进行此项工作更经济的方法和程序”，其成果是“作业测定”的前提。“作业测定”的目标是“确定进行某项工作所需时间的长短”。两者共同作用以“提高效率”。

3.1.5 工作研究的分析技术

常用分析技术
- “5W1H”提问技术
- “ECRS”四大原则
- 一表 (检查分析表)

"5W1H"提问技术

定义: 是指对研究工作以及每项活动从目的、原因、时间、地点、人员、方法上进行提问，弄清问题所在，并进一步探讨改进的可能性。

提问技术表:

考察点	第一次提问 (现状)	第二次提问 (原因)	第三次提问 (改善)
目的	做什么 (What)	是否必要	有无其他更合适的对象
原因	为何做 (Why)	为何要这样做	是否不需要做
时间	何时做 (When)	为何要此时做	有无其他更合适的时间
地点	何处做 (Where)	为何要此处做	有无其他更合适的地点
人员	何人做 (Who)	为何要此人做	有无其他更合适的人
方法	如何做 (How)	为何要这样做	有无其他更合适的方法与工具

ECRS四大原则
- 前两次提问在于弄清问题现状，第三次提问在于研究和探讨改进的可能性，改进时常遵循ECRS四大原则。
  - E — eliminate (取消): 取消或清除不必要的工序、作业等。
  - C — combine (合并): 对于无法取消而又必要者，看能否合并，工序或动作，或将多人操作，改进单人或单台操作。
  - R — rearrange (重排): 不能取消或合并的工序，可再根据“何人、何事、何时”三提问进行重排。
  - S — simplify (简化): 经过取消、合并和重排后的工作，可考虑采用最简单、最快捷的方法来完成。

ECRS原则运用示意图:

(此处需要结合幻灯片第87、88页的图和表)

图示: 对目的(What, Why) → 取消；对时间、地点、人员(When, Where, Who) → 合并、重排；对方法(How) → 简化。

运用示例表:

原则	目标	实例
取消 (Eliminate)	是否可以不做	省略检查、通过变化布局省略搬运
合并 (Combine)	是否可以合并起来	同时进行2个以上的加工作业
重排 (Rearrange)	是否可以调换顺序	更换加工顺序提高作业效率
简化 (Simple)	是否可以更简单	进行流程优化、实现机械化或自动化

3.1.6 工作研究的步骤

挖掘问题, 确定工作研究项目
- 考虑因素:
  - 经济因素: 该项作业是否有改善价值。
  - 技术因素: 是否有足够的技术手段来研究。
  - 人的因素: 让相关成员了解研究意义，听取工人意见。
观察现行方法，记录全部事实
仔细分析记录的事实并进行改进
评价和拟定新方案
制定作业标准及时间标准
新方案的组织实施 (关键步骤)
- 获得管理部门批准和领导支持。
- 组织相关人员培训，掌握新方案。
- 现场试验运行。
- 维持新方案，不走回头路。
检查和评价

第四章程序分析

4.1 程序分析概述

4.1.1 程序分析概念、特点及目的

概念:
- 程序分析是依照工作流程，全程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。
- 通过对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。
- 也可以说，程序分析是通过调查分析现行工作流程，改进流程中不经济、不均衡、不合理的现象，提高工作效率的一种研究方法。
特点:
- 是对生产过程的宏观分析。
- 是对生产过程全面、系统而概略的分析。
目的:
1. 改善生产过程中不经济、不合理、不科学的作业方法、内容以及现场布置，以达到提高生产效率的目的。
2. 是工序管理、搬运管理、布局管理、作业编制等获取基础资料的必要手段。
入手方面:
- 从流程上入手: 发现工艺流程中是否存在不经济、不合理、停滞和等待等现象。
- 从工序上入手: 发现加工顺序是否合理，流程是否畅通，设备配备是否恰当，搬运方法是否合理。
- 从作业入手: 发现工序中的某项作业是否一定必要，是否可以取消，是否还有更好的方法。

4.1.2 程序分析的常用符号

工作流程一般由加工、检查、搬运、等待和储存五种活动构成。美国机械工程师学会(ASME)规定了5种符号来表示这5种活动。

程序分析的常用符号表(此处需要结合幻灯片第48页的表格)

符号	名称	表示的意义	例如
○	加工 (Operation)	指原材料、零件或半成品按照生产目的承受物理、化学、形态、颜色等的变化。	车削、磨削、炼钢、搅拌、打字等。
□	检查 (Inspection)	对原材料、零件、半成品、成品的特性和数量进行测量，或与标准物对比，判断是否合格。	对照图纸检验尺寸、查看仪器盘、检查设备运转情况。
→	搬运 (Transportation)	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。	物料的运输、操作工人的移动。
D	等待或库存 (Delay)	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。
∇	储存 (Storage)	为了控制目的而保存货物的活动。	物料在授权下存入仓库或从仓库中取出。

易错点: 储存(∇)与等待/暂存(D)不同。储存是有目的的、受控的，通常需要票据；暂存是流程中的不必要停顿，没有目的性，一般不需要票据。

复合活动符号: 当两种活动同时发生时使用。 (此处需要结合幻灯片第50页的表格)

符号	表示的意义
⌺ (圆圈内嵌方块)	表示同一时间或同一工作场所由同一人同时执行加工与检查工作
◇ (菱形)	以质量检查为主，同时也进行数量检查
⍰ (方块内嵌菱形)	以数量检查为主，同时也检查质量
◎ (同心圆)	以加工为主，同时也进行数量检查
⬣ (圆圈连接箭头)	以加工为主，同时也进行搬运

4.1.3 程序分析的种类

按照研究对象的不同，可以分为四种：
1. 工艺程序分析:
  - 产品、材料的工艺程序分析
  - 作业人员的工艺程序分析
2. 流程程序分析:
  - 产品、材料的流程程序分析
  - 作业人员的流程程序分析
3. 布置和经路分析
4. 管理事务分析

4.1.4 程序分析的工具

程序分析的种类	程序分析的工具
工艺程序分析	工艺程序图
流程程序分析	流程程序图
布置与经路分析	线路图和线图
管理事务分析	管理事务流程图

4.1.5 程序分析的方法

方法与工作研究的分析方法一样，核心是 “5W1H” 和 “ECRS” 四大原则。
1个不忘 — 不忘动作经济原则: 达到减轻操作者的疲劳程度，提高效率的目的。

4大原则 — 即“ECRS”四大原则:

程序分析建议表:(此处需要结合幻灯片第54页的表格)

思考要点	改善要点
基本原则	消除/减少不必要的步骤、合并步骤、缩短步骤、安排最佳顺序、使步骤更经济合理
操作方面	取消不必要操作、改变/利用新设备、改变布置、改变产品设计、发挥工人技术特长
检验方面	能否取消检验、能否边加工边检验、能否运用抽样检验
流程方面	改变工作顺序、改变工厂布置、改进现有工作流程

5个方面 — 即加工、搬运、等待、储存和检验:
- 操作分析: 最基本也是最重要的分析，涉及产品设计、工艺设计等。
- 搬运分析: 搬运是不增值的，只会消耗资源，但又必不可少。要合理安排设施布置。
- 检验分析: 应重点考虑采用合适的检验方法、工具和手段提高效率。
- 等待分析: 应将等待降到最低限度。
- 储存分析: 重点在于仓库管理策略、方法、订购批量、间隔期等。
“5W1H”技术: 对问题进行连续提问，寻找问题点，获得改善方案。

4.1.6 程序分析的步骤

步骤	内容
选择	选择所需研究的工作
记录	针对不同的研究对象，采用相应的研究图表进行全面记录
分析	用5W1H、ECRS四大原则进行分析、改进
建立	建立最经济、最科学、最合理、最实用的新方法
实施	实施新方法
维持	对新方法经常性地进行检查，不断改善，直至完善

4.2 工艺程序分析

4.2.1 工艺程序分析概述

概念: 是以生产系统或工作系统为研究对象，在进行详细研究和改进之前，对生产系统全过程所进行的概略分析，以便从宏观上发现问题，为后续更详细的分析作准备。
对象: 生产系统的全过程。
特点
- 以生产或工作的全过程为研究对象。
- 只分析“加工(○)”和“检查(□)”工序。
工具: 工艺程序图。

4.2.2 工艺程序图 (Operation Process Chart)

概念: 对生产全过程的概略描述，相当于机械制造中的“装配图”。它将对象的各组成部分，按照加工或装配顺序从右至左依次画出。
作用: 是编制作业计划、供应计划、核算零件工艺成本以及控制外购件进货日期等的重要依据。
组成: 由表头、图形和统计三大部分组成。
作图规则
1. 工序流程用垂直线表示，材料、零件的进入用水平线表示。水平线与垂直线不能相交，若相交则用半圆形避开。
2. 主要零件画在最右边，其余零件按其在主要零件上的装配顺序，自右向左依次排列。
3. “加工”、“检查”符号之间用短竖线连接。符号右边填写内容，左边记录时间。符号内部从1开始依次编号。
4. 若某项工作需分几步，则将主要的步骤放在最右边，其余按重要程度自右向左依次排列。
结构形式:
- 合成型: 由多种材料、零件合成为一个产品。这是最常用的形式。
- 直列型: 由一种材料经过一系列工序制成一种产品，没有分支和合流。
- 分解型: 由一个主要程序分成几个分程序去分别处理。
- 复合型: 产品加工工艺在某处出现分支，然后再合流。
- 重复工序记录: 对于反复出现的工序，可以用循环箭头的方式来简化记录。
  (此处需要结合幻灯片第68、70、71、72、73页的各种结构形式示意图)

4.2.3 工艺程序分析的步骤

(此处需要结合幻灯片第74页的表格)

步骤	项目	内容
1	预备调查	调查了解产品的工艺流程、内容、产量、设备、原材料消耗、质量检验方法等
2	绘制工艺流程图	将工艺程序图绘制成直列型、合成型、分解型或复合型
3	测定并记录各工序中的项目	测定各工序的必要项目，并填入表中
4	整理分析结果	详细分析“加工”、“检查”所花的时间、配备的人员等情况，发现影响效率的原因和存在的问题
5	制定改善方案	提出改善方案、措施
6	改善方案的实施和评价	实施改善方案，必要时对不妥之处进行修正
7	使改善方案标准化	一旦确认改善方案达到了预期目的，就应该使该改善方案标准化，杜绝再回到原来的作业方式中去

4.2.4 工艺程序分析的应用

例题1: 某开关转子工艺程序图绘制
- 题目: 根据给定的开关转子结构图和各组成部分的工艺过程表，绘制出开关转子的工艺程序图。
  (此处需要结合幻灯片第75、76、77页的零件图和工艺过程表)
- 分析:
  1. 确定主零件：轴是核心零件，应画在最右侧。
  2. 确定其他零件装配顺序：模压塑料体先装到轴上，然后停挡再装到模压塑料体上。因此，从右到左的顺序是：轴 → 模压塑料体 → 停挡。
  3. 绘制流程：按照每个零件的工艺过程表，从上到下依次画出“加工(○)”和“检查(□)”符号，并标注时间和编号。
  4. 连接装配：用水平线表示零件的汇入装配。
- 答案解析:
  (此处需要结合幻灯片第78页的答案图)
  - 图的最右侧是“轴”的加工流程。
  - 中间是“模压塑料体”的加工流程，其第9道工序“把压模体装入轴的小端”通过一条水平线汇入到“轴”的流程中。
  - 最左侧是“停挡”的加工流程，其第14道工序“将停挡装入模压体”通过一条水平线汇入到“模压塑料体”的流程中。
  - 图中清晰地标注了每道工序的时间和序号。
例题2: 传动轴组件工序程序图绘制及分析
- 题目: 根据传动轴组件图和各零件工艺过程，绘制工序程序图并进行分析。
  (此处需要结合幻灯片第79至82页的零件图和工艺过程)
- 答案图:
  (此处需要结合幻灯片第84页的答案图)
  - 解析: 同样地，轴是主零件，画在最右侧。齿轮装在轴上，画在左侧。平键和套筒是外购件，直接通过水平线表示装配。整个图表清晰地展示了所有加工和检查步骤及其相互关系，并统计出总共有21次加工和3次检查。
- 分析过程 (5W1H & ECRS):
  - 问: 是否需要对40Cr棒料车端面、外圆、打顶尖孔？答: 需要。
  - 问: 能否合并？答: 能合并到一个工序中，通过不同工步来完成。现行方法已经合并在一个工序中了。
  - 问: 能否简化？答: 不能。因为每个工步完成的是不同的加工部位，不能简化。
- 结论: 经过分析，现行工艺程序已经比较合理，没有更好的方法，因此将该工艺程序固定下来。
例题3: 投影仪及遥控器装箱工艺分析
- 题目: 根据给定的装箱工艺程序，绘制工艺程序图，进行现状分析，并提出改进方案。
  (此处需要结合幻灯片第87页的工艺表)
- 现状分析:
  - 改进前工艺图:
    (此处需要结合幻灯片第89页的改进前工艺图)
    - 图中显示了箱片、投影仪、遥控器、附件及干燥剂四条并行的流程线，最后汇集到一起。
  - 统计结果: 共有12次加工，4次检查。
  - 提问分析表:
    (此处需要结合幻灯片第90页的分析提问过程表)
    - 通过一系列“能否取消”、“能否合并”的提问，发现多项工序可以合并。例如，“检查箱子破损”可以和“箱子成型”合并；“检查外观”可以和“贴标签”合并等。
- 改进方案与效果:
  - 改进方案: 通过工序合并，达到优化的目的。
  - 改进效果: 通过合并加工与检验工序，使总工序次数由原来的16次（12次加工+4次检查）减少为12次，缩短了加工时间。
  - 注: 具体的改进后流程图在PPT中并未展示，但指出了改进方向。

第五章作业分析

本章主要内容包括：

人机作业分析
联合作业分析
双手作业分析

第一节作业分析概述

作业分析的定义:
- 通过对以人为主的工序的详细研究，使操作者、操作对象、操作工具三者科学地组合，合理地布置和安排，达到工序结构合理，减轻劳动强度，减少作业的工时消耗，以提高产品的质量和产量为目的而作的分析。
作业分析的特征:
- 它把详细地分析、改进一个工作地上的作业做为分析的对象和目标。
- 它应用程序分析的基本手法，对以人为主体的作业系统进行分析。
- 分析的内容是影响该项作业效率和作业质量的各种因素，通常包括作业方法、原材料、设备与工装、作业环境条件等方面。
作业分析的类型:
- 人机作业分析
- 联合作业分析
- 双手作业分析

第二节人机作业分析

一、人机作业分析的定义

人机作业分析是应用于机械作业的一种分析技术，以记录和考察操作者和机器设备在同一时间内的工作情况，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。

二、人机作业分析的特征

人机作业分析用于分析一人操作一台机器或一个操作多台机器的情况。
人机作业分析借助人机作业图进行分析。

三、人机作业分析的意义

现代生产过程中，人操作机器的时间与机器加工时间并不完全同步。这会导致人与机器的时间浪费（例如，机器加工时人等待，或人操作时机器闲置）。人机作业分析就是研究如何提高人和机器的时间利用率，从而提高工作效率的一种分析。

四、人机作业分析的目的

表示多个工人协同工作或一个工人与一台或多台机器的协调工作，作到 “最佳”。

操作人员空闲时间最少。
一个工人看管的最佳机器台数。
机器闲置的时间最少。
一定数量的机器最佳工人数。
成本最小 (人工成本 + 机器成本)。

五、人机作业图

1、人机作业图的构成
1. 表头部分: 包括作业名称、开始/结束动作、编号、图号、日期等。
2. 图表部分:
  - 首先选取适当的比例尺，如以 1cm 代表 1min。
  - 用垂直线分开人与机器，并把人放在最左边栏内。
  - 分别在人与机器栏内，用规定的符号表示工作或空闲。
    - 工作: 用阴影或涂黑的条表示。
    - 空闲: 用空白的条表示。
    - 图形的长短由工作或空闲的时间而定，并在旁边注明每一操作单元的内容。
  - 只绘出一个操作周程。
3. 统计部分: 包括操作周程、人与机在一周程内的工作时间和空闲时间，以及人和机器时间的利用率。
2、人机作业图的用途
- 主要目的是分析人工或机器的时间闲余，以求消除浪费、提高效率。
- 当操作者的工作时间比机器运行时间短时，可以利用其空闲时间考虑两种可能性：
  1. 利用此空闲时，操作另一部机器。
  2. 利用这段空闲时间，做清除削屑、计量工作或其他手工的工作。

人机作业图举例

例题1: 某工人操作一台车床，作业程序及时间值为：装夹工件: 0.5min; 车削: 2.0min; 卸下零件: 0.3min; 去毛刺并检查尺寸: 0.5min。该车床能自动加工，试绘制此作业的人机作业图。

答案解析:(此处需要结合幻灯片第9页的图表)

作业名称: 车削零件
人	时间 (min)	机器
装夹工件	0.5	0.5	空闲
空闲	2.0	2.0	车削
卸下工件	0.3
去毛刺并检查尺寸	0.5	0.8	空闲
统计	周程	工作时	空闲时间
人	3.3min	1.3min	2.0min
机	3.3min	2.0min	1.3min

例题2: 某工人操作两台铣床，作业程序及时间值为：装夹时间: 0.5min; 铣削: 1.0min; 卸下零件: 0.2min。两台铣床加工同一处零件，能自动加工和停机。试绘制此作业的一人一机作业图、一人两机作业图。
答案解析 (一人一机):(此处需要结合幻灯片第11页的图表)
人 时间 (min) 机器
装夹 0.5 0.5
空闲 1.0 1.0
卸下工件 0.2 0.2
统计周程 工作时
人 1.7min 0.7min
机 1.7min 1.0min

人	时间 (min)	机器
装夹	0.5	0.5
空闲	1.0	1.0
卸下工件	0.2	0.2
统计	周程	工作时
人	1.7min	0.7min
机	1.7min	1.0min

答案解析 (一人两机):(此处需要结合幻灯片第12页的图表)

人	铣床1#	铣床2#
装铣床1# (0.5min)	空闲 (0.5min)	车削 (0.5min)
卸铣床2# (0.2min)
装铣床2# (0.5min)	铣削 (1.0min)	空闲 (0.7min)
空闲 (0.3min)
卸铣床1# (0.2min)	空闲 (0.2min)	车削 (0.5min)
统计	周程	工作时间
人	1.7min	1.4min
机 (均值)	1.7min	1.0min

分析: 通过操作两台机器，人的利用率从 41.18% 大幅提升至 82.35%，空闲时间大大减少。

人机作业图实例分析 (改进过程)

背景: 沿用例题1的数据。
现状分析: 从初始人机图中可以看出，人的空闲时间太多，利用率仅为 39.39%。
运用"5W1H"和"ECRS"原则进行分析改进:
1. 问: 为什么去毛刺并检查尺寸要在机器停止时？
2. 答: 过去一直都是这样的。
3. 问: 有没有改进的可能性？
4. 答: 有。
5. 问: 怎么改进？
6. 答: 在机器车削下一件工件时，可以去毛刺并检查已车削好的上一件工件。 (即合并与重排)
改进后的人机作业图:(此处需要结合幻灯片第15页的图表)
人 时间 (min) 机器
装夹工件 0.5 0.5
去毛刺并检查尺寸 0.5
空闲 1.5 2.0
卸下工件 0.3 0.3
统计周程 工作时
人 2.8min 1.3min
机 2.8min 2.0min
分析与再改善:
- 经过改进，工作周程从3.3min缩短到2.8min，人和机器的利用率都提高了。
- 但人仍有 1.5min 的空闲时间。此时可以考虑：1. 增加其他工作；2. 利用空闲多操作一台机床。
- 操作一台机床所需的人工时间为 装夹(0.5) + 卸下(0.3) = 0.8min，加上改进后并行进行的 去毛刺(0.5)，总人工时间为 1.3min。这小于人的空闲时间1.5min，因此足够操纵另一台机床。

人	时间 (min)	机器
装夹工件	0.5	0.5
去毛刺并检查尺寸	0.5
空闲	1.5	2.0
卸下工件	0.3	0.3
统计	周程	工作时
人	2.8min	1.3min
机	2.8min	2.0min

最终方案：一人操作两台车床的人机作业图:(此处需要结合幻灯片第17页的图表)

人	车床1#	车床2#
装车床1# (0.5)	空闲 (0.5)	车削 (0.5)
卸车床2# (0.3)
装车床2# (0.5)	车削 (2.0)	空闲 (0.8)
去毛刺(2#) (0.5)
去毛刺(1#) (0.5)		车削 (1.5)
空闲 (0.2)
卸车床1# (0.3)	空闲 (0.3)
统计	周程	工作时
人	2.8min	2.6min
机	2.8min	2.0min

结论: 经过两轮改善，人的利用率从最初的39%提升到92.86%，效率极大提高。

闲余能量分析及工人与机器数的确定

闲余能量分析:
- 目的: 了解工人和机器的闲余能量（未被充分利用的时间或能力），以便设法利用以提高效率。
- 机器的闲余能量: 由于工人装卸、能力不平衡等原因造成的机器空转或停转。
- 工人的闲余能量: 主要由机器加工时工人处于等待状态所引起。
工人与机器数的确定
- 确定工人数: $工人数 = \frac{一月 (年) 总工作量}{平均一个工人一月 (年) 有效工时}$
- 确定一个工人看管的机器台数 (N): $N = \frac{t + M}{t}$
  - $N$ : 一个工人操作的机器数
  - $t$ : 一个工人操作一部机器所需要时间（包括从一台机器走到另一台机器的时间）
  - $M$ : 机器完成该项工作的机动时间（自动加工时间）
例题: 根据初始的车削零件人机作业图，计算一个工人最多可以操作几台机器？
- 已知 (从PPT例题中提取):
  - $t = 1.5 m i n$ (PPT中直接给定的值，可能包含了走动时间)
  - $M = 2.0 m i n$ (车削时间)
- 计算: $N = \frac{t + M}{t} = \frac{1.5 + 2.0}{1.5} = 2.33$
- 答案解析 (易错点):
  - 在计算工人可以操作的机器台数时，必须按照向下取整的原则进行，不能四舍五入。
  - 因为工人没有足够的时间去操作2.33台机器，多出的0.33台会导致生产系统混乱。
  - 因此，我们只能让工人最多操作 2台机器，而不是3台。

5.3 联合作业分析

定义: 在生产现场中，常有两个或两个以上的操作人员同时对一台设备（或一项工作）进行操作，称为联合作业。
联合作业分析的目的:
- 发掘不明显的空闲与等待时间。
- 平衡工作，使每个工人的工作趋于平衡，获得更好的人工成本。
- 减少周期时间，通过调配工作，缩短操作周期。
- 获得最大的机器利用率。
- 决定最合适的方法。
联合作业分析的基本原则: 人与机器的动作如能同时完成为最佳。
(此处需要结合幻灯片第23页的图示)
- 图解:
  1. (1) 串行工作: 工作A (4h) + 等待 (1h) + 工作B (3h) = 周期8h。效率最低。
  2. (2) 部分并行: 工作A (4h) 与工作B (3h) 部分重叠，周期缩短为7h。
  3. (3) 理想并行: 工作A (4h) 与工作B (3h) + 工作C (1h) 完全并行，周期取决于最长的工作，为4h。
- 结论: 通过联合操作分析，设法调配各个对象的工作，一方面取消空闲或等待时间；另一方面，缩短周期。
联合作业分析的实例:
- 例题: 某车间用吊车搬运零件，每天由工人甲和工人乙负责。一人装满一箱零件需10min，吊车来回一次需5min。场地布置如下图所示。
  (此处需要结合幻灯片第24页的布置图)
- 现行方法分析:
  1. 第一个5min: 吊车运乙的No.2箱；甲在装No.1箱；乙在等待。
  2. 第二个5min: 吊车在等待（因为甲还没装完）；甲仍在装No.1箱；乙开始装No.2箱。
  3. 第三个5min: 吊车运甲的No.1箱；甲在等待；乙仍在装No.2箱。
  - 周期为15分钟，期间吊车、甲、乙均有5分钟的空闲/等待时间。
- 现行方法联合作业图:(此处需要结合幻灯片第26页的图表)
  吊车 工人甲 工人乙
  0-5min 运NO.2 装NO.1 空闲
  5-10min 空闲装NO.1 装NO.2
  10-15min 运NO.1 空闲装NO.2
  利用率 66.67% 66.67% 66.67%
- 提问改善:
  - 问: 为什么工人乙在第一个5min内空闲？
  - 答: 因为他的集装箱被运走了，必须等待箱子返回。
  - 问: 有无更好的方法避免空闲？
  - 答: 工人甲和工人乙可合装（共同装）一箱，省去等待集装箱回来的时间。
- 改良方法: 甲乙两人共同装一个箱子，装箱时间减半为5min。
  1. 第一个5min: 甲乙共同装No.1箱，吊车运No.2箱（上一周期的）。
  2. 第二个5min: 甲乙共同装No.2箱，吊车运No.1箱。
  - 周期缩短为10分钟，所有人员和设备都没有空闲。
- 改良后联合作业图:(此处需要结合幻灯片第30页的图表)
  吊车 工人甲 工人乙
  0-5min 运NO.2 装NO.1 装NO.1
  5-10min 运NO.1 装NO.2 装NO.2
  利用率 100% 100% 100%
- 结论: 通过将独立作业改为联合作业，完全消除了等待时间，周期从15分钟缩短为10分钟，所有资源的利用率都达到了100%。

	吊车	工人甲	工人乙
0-5min	运NO.2	装NO.1	空闲
5-10min	空闲	装NO.1	装NO.2
10-15min	运NO.1	空闲	装NO.2
利用率	66.67%	66.67%	66.67%

	吊车	工人甲	工人乙
0-5min	运NO.2	装NO.1	装NO.1
5-10min	运NO.1	装NO.2	装NO.2
利用率	100%	100%	100%

第六章动作分析

第一节动作分析概述

一、动作分析

1.1 动作的定义
- 动作： 工艺流程和作业的具体实施方法，如寻找、握取、移动、装配必要目的物时，操作者身体各个部位的每一个活动。
- 动作的大致分类：
  分类描述类型
  有改变目的物形状和装配目的物加工
  有改变目的物位置移物
  保持目的物状态拿住
  无作业时手空闲等待
  - 注: “拿住”和“等待”属于无效动作，是改善的重点。
1.2 动作分析的定义
- 动作分析： 按操作者实施的动作顺序观察动作，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，并将记录表格化，以此为基础，判断动作的好坏，找出改善点的一套分析方法。
- 动作意识： 在日常工作中对任何作业都抱有问题意识，仔细观察事物，判断动作的好坏，构思设计更好的动作顺序和方法。
1.3 动作分析的目的
1. 了解操作者身体各部分的动作顺序和方法。
2. 了解以两手为中心的人体各部位是否能尽可能同时动作，是否相互联系。
3. 明确各种动作的目的，区分动作过程中的必要动作和不必要动作。
4. 了解在必要的作业动作中两手的平衡情况。
1.4 动作分析的用途
1. 为减轻作业疲劳、提高工作效率而找出动作存在的问题。
2. 探讨最适当的动作顺序、方法及人体各部分动作的同时实施。
3. 探讨最合适动作的工、夹具和作业范围内工件、材料、工夹具的位置。
4. 比较改善前后的情况，预测和确认改善的效果。
5. 用记号和图表一目了然地说明动作的顺序和方法。
6. 制定最适当的标准作业方法。
7. 提高分析和判断动作好坏的动作意识。

分类描述	类型
有改变目的物形状和装配目的物	加工
有改变目的物位置	移物
保持目的物状态	拿住
无作业时手空闲	等待

二、动作分析的方法

2.1 观察作业动作的方法
- 目视动作观察法:
  - 动素分析法
- 影像动作观察法:
  - 慢速摄影分析法
  - VTR分析法 (录像分析法)

2.2 动作分析的方法 (对比)(此处需要结合幻灯片第8、9页的表格)

观察法	具体方法	目的	分析对象	优点	缺点
目视动作观察法	动素分析法	找出人体各活动是否存在浪费和不合理之处	在固定现场反复实施的、连续时间较短的作业 (如生产线、装配作业)	能用最小单位分析动作，详尽找出问题；逐步培养动作意识	需要理解和熟练掌握18个动素，须经过专业培训
影像动作观察法	慢速摄影分析法	找出操作和物流的瓶颈，掌握长时间作业的运行状态	不规则的、持续时间较长的作业 (如站立步行作业、协同作业)	能突出人和物流中存在的问题；可通过计数帧数记录时间	胶卷分析耗时；需要熟悉装置；设备费用高
	VTR分析法	反复观察作业过程，进行正确分析，允许多人参与改善讨论	适合几乎所有类型的作业	可立即在放像机上再现过程，操作简单；通过反复观看可进行详细分析	整套装置费用高

第二节动素分析

一、动素与动素分析的概念

动素 (Therblig):
- 吉尔布雷斯将以手、眼活动为中心的基本动作总结为18种，并取名为动素。动素是组成所有动作的基本单位。
动素分析:
- 通过观察手、足动作和眼、头活动，把动作的顺序和方法与两手、眼的活动联系起来进行详尽分析。
- 用动素记号记录和分类，找出动作顺序和方法存在的问题，如单手等待、不合理动作、浪费动作等问题并加以改进的一种分析方法。
动素的分类及其符号
- 18种动素可分为3类：
  1. 第一类：有效动素 (9种)
  2. 第二类：辅助动素 (5种)
  3. 第三类：无效动素 (4种)
- 第一类：有效动素
  - 这些是完成作业所必需的、创造价值的动作。
  - 改善重点：如何缩短其持续时间。
  - 包括：伸手、握取、移物、定位、装配、拆卸、使用、放开、检查。
- 第二类：辅助动素
  - 这些动作本身不产生价值，但有助于有效动素的进行。
  - 改善重点：除了非用不可者外，应尽量取消此类动素。
  - 包括：寻找、发现、选择、思考、预置。
- 第三类：无效动素
  - 这些动素不进行任何工作，是纯粹的浪费。
  - 改善重点：是一定要设法取消的动素。
  - 包括：拿住、不可避免的延迟、可以避免的延迟、休息。
- 动素的其他分类简介 (周道教授四同心圆法):
  - 第一圈 (核心)：核心动素
  - 第二圈 (常用)：改善的对象
  - 第三圈 (辅助)：操作中越少越好
  - 第四圈 (消耗)：应尽可能取消
动素举例：开啤酒瓶
(此处需要结合幻灯片第17页的动素分析表)
- 解析: 该表将“开啤酒瓶”这个作业分解为左右手的动素序列。例如，左手“伸手到酒瓶处”的同时，右手是“拿起开瓶器等待”。
- 分析要点:
  1. 若什么啤酒都喝，则可以取消“选择”动素。
  2. 由于使用了不需折卸的开瓶器，故只使用一个动素。
- 易错点: 注意区分“等待”（属于无效动素）和“拿住”（也属于无效动素），改善时应优先消除。此例中，左右手均出现了多次“等待”，是改善的关键。

二、动素分析的目的和用途

1、动素分析的目的：
- 把动作分类归纳成为18种基本动作，明确动作顺序、方法与双手、眼、足、头等部位动作之间的关系。
- 把握人体各部位是否同时动作。
- 确认各动作的合理性，找出存在的浪费、不合理性和不稳定性。
- 区别必要动作、辅助动作和不必要动作，找出产生后两类动作的原因。
2、动素分析的用途：
- 探讨高效易行的工作方法。
- 探讨最适当的动作顺序。
- 作为作业安排、手工操作夹具化和夹具改善的参考资料。
- 分析改善前后的效果，比较两个以上作业的动作顺序和方法。
- 用动素符号记录正确详细地说明双手和眼的动作。
- 制定最正确的易于操作的标准作业方法。
- 培养出操作者的动作意识。

三、动素分析的方法

找出作业中存在的问题，决定应进行动素分析的作业。
动素分析的准备。
- 工具准备： 动素分析表、记录纸、秒表、卷尺。
- 思想准备： 事前应充分理解和掌握作业内容。
动素分析的实施。
- 在动素分析表中填写必要事项。
- 观察、分解、记录动作（分两步：先掌握大致情况，再以动素为单位分解双手活动）。
- 整理分析结果，填写总结表。
- 填写作业现场布置图。
讨论分析结果，确定改进方案。
- 运用 4W1H提问技术，ECRS技巧，动作改善检查表。
- 基于动作经济原则进行。
- 作出改善后作业的动素分析表，通过比较改善前后的动素数，确定改善的效果。

应用举例：分析电阻元件插入电路板
(此处需要结合幻灯片第25、26页的现场布置图和动素分析表)
- 现场布置: 展示了操作台、元件箱、夹具、传送带等的位置。
- 动素分析表:
  - 要素作业: 将作业分为“把电阻元件放到左手”、“把电阻元件插入电路板”、“剩余电阻元件放回容器”三大部分。
  - 双手动作分解: 详细记录了每个要素作业中，左右手分别执行的动素。
  - 问题暴露: 左手出现了大量的“等待”动素（无效动素），双手动作极不平衡。
  - 统计: 对三类动素的数量进行了统计，可以看出无效和辅助动素占了很大比例。
  - 改善点
    1. 把容器放在靠近左手便于抓取元件。
    2. 探讨用左手抓元件。
    3. 探讨用两手同时插元件的可行性。 (这是最重要的改善方向)

四、动素分析的总结

归纳总结的方法：
1. 统计分析表：
  - 找出第2类（辅助）、第3类（无效）动作所占的比例。当这两类动素多的时候，存在着动作浪费，有必要改善动作。
  - 分析双手动作的平衡。
2. 动素分析表： 直观展示双手动作流程，便于发现问题。
3. 其他方法： 5W1H法、动作改善检查表、动作经济原则。

第三节影像分析

一、影像分析的概念和用途

1、概念
- 影像分析就是利用照相机、电影摄影机、摄像与录象机等声像设备，记录人的动作，并据此进行动作研究的一项技术。
2、用途:
1. 弥补人的分析能力的局限性。
2. 对难以观测的作业周期的时间值进行测定。
3. 用以记录现场的真实状态。
4. 在其他场所把作业现场的情况再现出来供大家讨论。
5. 向有关人员进行说服、讲解。

二、影像分析的方法

(一) 慢速影像动作分析 (Time-Lapse Photography)
- 1、特点: 用比通常慢的速度摄影，再用正常的速度再现，从而可以在较短的时间内观测和分析（长时间的）作业过程。
- 2、用途: 适合搜集长时间、非周期性作业的情报，如：事件发生的时刻、间隔、持续时间、次数、路径等。
- 3、慢速摄影的方法 (流程):
  (此处需要结合幻灯片第41页的流程图)
  - 确定分析目的和对象 → 确定作业内容 → 确定拍摄时间间隔 → 取得操作者支持 → 确定摄影机位置 → 安装调整好计算机 → 对分析作业进行摄影
- 4、慢速摄影动作分析:
  - 粗略分析步骤:
    1. 用普通速度再现影像。
    2. 在观看过程中记录问题。
    3. 对问题之处多次反复观看，共同讨论对策。
  - 详细分析步骤:
    1. 手动进给（逐帧）再现影像。
    2. 求出每项作业内容的画面数。
    3. 求出每一作业的时间值（画面数 × 每帧时间）。
    4. 填写慢速影像动作分析表。
    5. 在现场布置图中用流程图表示操作者的活动。
    6. 讨论分析结果，制定改善方案。
(二) 细微动作影像分析 (Micromotion Study)
- 1、用途:
  1. 对用肉眼无法跟踪的快速动作进行分析。
  2. 对自然状态的作业进行详细的分析。
  3. 用以正确测定快速动作的时间值。
  4. 正确地测定动作经路的长度。
  5. 用以收集制定工作标准所需的资料。
  6. 用以进行动作研究的培训。
- 2、记录的程序:
  (此处需要结合幻灯片第47页的流程图)
  - 明确目的、目标和内容 → 准备器材 → 取得现场支持和理解 → 进行试摄或正式拍摄 → 根据情况再现给作业者看
- 3、对影像进行分析:
  1. 观看全部影片，选择一个典型完整的作业循环。
  2. 把影片上的资料转换成书面资料，绘制动作分析表（动素分析表）。
  3. 用与动素分析相同的方法对作业进行分析。

第七章秒表时间研究

7.1 秒表时间研究的含义、特点及适用对象

7.1.1 秒表时间研究的含义

定义: 秒表时间研究是作业测定技术中的一种常用方法，也称直接时间研究或密集抽样。
详细描述: 它是在一段时间内运用秒表或电子计时器对操作者的作业执行情况进行直接、连续地观测，记录工作时间、相关参数以及对操作者表现（与标准概念相比）的估价等数据。最后结合组织制定的宽放政策，来确定完成某项工作所需的标准时间。

7.1.2 秒表时间研究的特点

本质: 采用抽样技术进行研究。它是一种非全面的科学调查方法，按随机原则抽选部分单位进行调查，以推断总体数据。
研究对象: 生产过程中的工序。
过程: 在一段时间内，按预定次数用秒表连续不断地观测操作者的作业。
密集性抽样: 因为观测时间是限定的，且是连续观察，所以称为密集性抽样。

7.1.3 秒表时间研究的适用对象

主要用于: 对重复进行的操作寻求标准时间。
适用作业类型:
- 具有重复循环型式的作业，且循环持续时间远超观察所需时间。
- 具有单独的重复循环、分循环或有限的几种循环时。
局限性:
- 仅限用于实际进行的手工的、重复性的工作。
- 不能用于工作开始之前去确定标准（因为它需要观测实际发生的作业）。
- 优点: 只要通过一次短期的试验，就足以提供必需的数据。

7.2 秒表时间研究的工具

7.2.1 秒表 (马表、停表)
- 最广泛使用的工具。
- 常用类型:
  - 1/100分秒表 (10进分计秒表): 表盘一圈为1分钟，分为100格，每格为0.01分钟。
  - 10进时计秒表: 表盘分为100小格，每格代表0.0001小时。
  (此处需要结合幻灯片第7页的秒表示意图)
7.2.2 记录板
- 用于安放时间研究表格和秒表，方便研究人员在观测的同时进行记录。
7.2.3 时间研究表格
- 用于记录、汇总与分析时间研究观测数据的各种表格。
- 时间研究记录表用于现场观测，汇总表和分析表用于办公室。
7.2.4 计算器、测量工具、摄影、录像设备或计时机等
- 测量工具: 如钢卷尺、千分尺、转速表等，用于测定观测时的作业条件。
- 摄影/录像设备: 可以精确记录操作细节与所耗时间，并可重现。
- 计时机: 为了克服使用秒表时难以兼顾“辨识细节、读取时间、记录”三项工作的困难而设计。

7.3 秒表时间研究步骤

7.3.1 获取充分的资料

在进行测时前，必须全面收集与研究相关的信息，包括：
1. 基础信息资料（研究目的、日期等）
2. 操作方法资料
3. 产品或零件、材料的资料
4. 设备资料
5. 操作者的资料（姓名、工龄、熟练度等）
6. 有关作业环境的资料

7.3.2 作业分解——划分操作单元

定义: 为便于观测和分析，将某一作业细分成若干个操作单元（Element）。秒表测时是以操作单元为单位进行记录的。
作业分解的原因:
1. 总时间内动作数量多且性质复杂，难以进行评比；分解后单元内动作少且性质相同，评比更容易、准确。
2. 操作者在整个操作中速度不一，对每一单元分别评估，可以对快慢进行精确调整。
3. 可将有效时间与无效时间分开。
4. 可以对高疲劳单元进行独立分析，使疲劳宽放的确定更合理。
5. 便于详细说明操作规则，形成标准作业指导书。
6. 可作为“标准操作”培训新人的教材。
7. 制定出每个单元的标准时间后，便于组合和调整，快速计算出新作业的标准时间。
作业分解的原则
1. 单元之间界限清楚，有明显易辨认的起点和终点（常以声音或状态变化为界）。
2. 各单元时间长短适度（太短不易观测，太长难以评定）。
3. 人工操作单元应与机器操作单元分开。
4. 不变单元（每次都发生）与可变单元（非每次发生）应分开。
5. 规则单元、间歇性单元和外来单元应分开。
6. 物料搬运时间应与其他单元时间分开。

例题7-1: 切换电视机频道作业划分

操作内容: “从椅子上起身，走到电视机处，切换频道，返回椅子旁，坐下”

作业分解示例:

作业分解	观测点（单元终点）
1) 从椅子上起身，走到电视机旁	抓住旋钮的瞬间
2) 切换频道	手松开旋钮的瞬间
3) 返回椅子旁	坐下的瞬间
4) 就座	从椅子上起身的瞬间

解析: 这个例子展示了如何将一个连续的作业，根据动作的性质和明确的观测点（终点），分解成多个便于测量的操作单元。

7.3.3 确定观测次数

目的: 在保证结果准确性的前提下，确定一个经济合理的样本容量（观测次数）。
误差界限法 (常用方法):
- 公式: 若要求样本平均值与总体平均值之间的误差范围控制在 ±5% 以内，并取置信度为 95%，则应观测的次数 n' 为： $n^{'} = {(\frac{40 \sqrt{n \sum x_{i}^{2} - (\sum x_{i})^{2}}}{\sum x_{i}})}^{2}$ 或简化为： $n^{'} = {(\frac{40 σ}{\bar{X}})}^{2}$ 其中：
  - n 是预备观测的次数
  - x_i 是每次观测的时间值
  - σ 是样本标准差
  - X̄ 是样本平均值
例题7-2: 对某操作单元预观测10次，时间分别为7, 5, 6, 8, 7, 6, 7, 6, 6, 7。要求误差控制在5%以内，置信度为95%，求应观测多少次？
- 解:
  1. 计算基础数据：
    - n = 10
    - Σx_i = 65
    - Σx_i² = 429
  2. 代入公式： $n^{'} = {(\frac{40 \sqrt{10 \times 429 - (65)^{2}}}{65})}^{2} = {(\frac{40 \sqrt{4290 - 4225}}{65})}^{2} = 24.6$
- 答案解析: 计算结果为24.6，向上取整，即应观测的次数为25次。
- 注: 预观测次数通常可选5次或10次。如果一个作业有多个单元，实际总观测次数应取所有单元计算结果中的最大值。

7.3.4 测时

1. 秒表测时的方法
- 连续测时法: 在整个研究期间，秒表不停地走动。记录每个单元的终点时间（R值）。单元的持续时间（T值）通过相邻两个终点时间相减得到。这是最常用、最准确的方法。
- 归零测时法: 每个单元结束时，按停秒表，读取读数，然后归零，下一个单元开始时重新启动。此法易丢失单元间的延迟时间。
- 累计测时法: 使用两到三个联动的秒表。一个停止时，另一个自动开始，交替进行。
- 周程测时法: 用于单元时间极短的作业。将几个单元组合在一起测时，每次去掉一个单元来推算单个单元的时间。
2. 测时过程中可能出现的问题及处理
- (1) 漏记: 测时来不及记录，应在该单元的"R"行中记一个“×”或“M”，表示数据丢失，不准估计补入。
- (2) 省去单元: 操作者省去某个单元，应在该单元的"R"行中划一斜线表示。
- (3) 顺序颠倒: 在相互颠倒的两个单元的"R"行内分别划一横线，横线下记开始时间，横线上记结束时间。
- (4) 外来单元/例外单元: 如刀具断裂、工具掉地等。应在相应栏内做记号，并记录影响的时间。这些时间对确定宽放时间很重要。
(此处需要结合幻灯片第22页的“表7-10 连续记时法”进行理解)
- 表格解析:
  - 第1周程: 第4单元的"R"值为'x'，表示漏记。
  - 第2周程: 第4单元的"R"值为'/'，表示操作者省去了该单元。
  - 第3周程: 第2和第3单元的顺序颠倒，用横线和上下数字记录了起止时间。
  - 外来单元: 表格最右侧记录了如“更换皮带”、“工具掉地”等外来单元及其耗时。

7.3.5 剔除异常值并计算各单元实际操作时间

1. 剔除异常值
- 异常值: 由于外来因素影响而超出正常范围的数值。
- 三倍标准差法 (3σ法):
  1. 计算平均值 X̄。
  2. 计算标准偏差 σ。 $σ = \sqrt{\frac{\sum (x_{i} - \bar{X})^{2}}{n}}$
  3. 确定管制界限：
    - 上限 (UCL) = X̄ + 3σ
    - 下限 (LCL) = X̄ - 3σ
  4. 落在管制界限之外的数值即为异常值，应予以剔除。
例题7-4: 某单元观测20次数据，其中有一个值为28，其余值在19-24之间，试剔除异常值。
- 解:
  1. X̄ = 418 / 20 = 20.9
  2. σ = √(31.98 / 20) ≈ 1.6
  3. UCL = 20.9 + 3 * 1.6 = 25.7
  4. LCL = 20.9 - 3 * 1.6 = 16.1
- 答案解析: 数值28大于上限25.7，在管制上限之外，为异常值，应予以剔除。
2. 计算各单元实际操作时间
- 异常值剔除后，用剩余的合格数据计算各单元的算术平均值，即为该单元的实际操作时间（也称观测时间）。

7.3.6 计算正常时间 (Normal Time)

定义: 是指以正常速度完成一项作业或操作单元所需的时间。
评定 (Rating):
- 是一种判断或评价的技术，指时间研究人员将操作者的操作速度与理想速度（正常速度）作比较，以使实际操作时间调整至平均熟练工人的正常速度基准上。
国际公认的几种正常速度:
1. 行走: 平均体力的男子，无负荷在平直道路上以 4.8 km/h 的速度步行。
2. 分发扑克牌: 在 30秒 内将52张扑克牌分成4堆。
3. 插销子: 用 0.41分钟 将30只销子插在30个孔内。
公式: $正常时间 = 观测时间 \times 评定系数$

7.3.7 确定宽放时间 (Allowance)

1. 为什么要考虑宽放时间
- 正常时间并未考虑操作者个人需要和各种不可避免的延迟。实际生产中，操作者会因以下原因停止工作：
  - 疲劳: 需要休息。
  - 个人需要: 喝水、上厕所等。
  - 延迟: 听取指示、领料、等待检验、机器维修等。
2. 宽放时间确定方法
- 连续观测法: 工作日写实法，对一个班组整班的活动作连续观测记录，然后分析。
- 工作抽样法: 通过大量的随机观测，研究各种活动占用总工时的比例。
3. 宽放种类及给值方法
- 通常划分为四种：
  1. 私事宽放: 满足生理需要，如喝水、上厕所。一般为正常时间的 2% ~ 5%。
  2. 疲劳宽放: 恢复生理或心理疲劳。可查表（如表7-12）或用公式法计算。 $F = \frac{T - t}{T}$ 其中, F为疲劳宽放率，T为连续工作结束时单位工作时间，t为开始时单位工作时间。
  3. 延迟宽放: 非本人能控制的中断。包括操作宽放、机器干扰宽放、偶发宽放。
  4. 政策宽放: 作为管理政策上给予的宽放。

7.3.8 确定标准时间 (Standard Time)

公式: $标准时间 = 正常时间 + 宽放时间$ $标准时间 = 正常时间 \times (1 + 宽放率)$

第八章工作抽样

8.1 工作抽样的原理

8.1.1 工作抽样的概念

工作抽样 (Work Sampling): 是指对作业者和机器设备的工作状态进行瞬时观测，调查各种作业活动事项的发生次数及发生率，进行工时研究，并用统计方法推断各观测项目的时间构成及变化情况。
概念例证:
- 场景: 调查某车间设备的开动情况。
- 过程: 随机抽样观察120次，发现有90次处于工作状态，30次处于停止状态。
- 推断: $开动率 = \frac{90}{120} \times 100 % = 75 %$ $停止率 = \frac{30}{120} \times 100 % = 25 %$
- 原理: 用样本的频率（75%）来估计总体的概率（实际的开动率）。
与秒表测时的对比:
- 秒表测时是连续观测，可以精确计算出工作时间占比（例如幻灯片中的63.75%）。
- 工作抽样是瞬时观测，通过多次“快照”来统计状态。例如对4名作业者在10个不同时刻进行观测，总观测次数为10 × 4 = 40次。
- 误差: 抽样结果（如62.5%）与连续观测的精确结果（63.75%）之间的差异（1.25%）就是工作抽样的误差值。
- 关键结论: 观测次数越多，误差值越小，抽样结果越接近真实值。

8.1.2 工作抽样的特征

工作抽样法与秒表时间研究的特点对比(此处需要结合幻灯片第8页的表格)

项目	工作抽样	秒表时间研究
测定方法	对观测对象的状态进行瞬时观测	对观测对象的状态进行连续测定
测定工具	目视	秒表或计时器
观测者疲劳程度	不太疲劳	相当疲劳，必须专心
观测对象	1名观测者可观测多名对象/设备	1名观测者只能观测1名对象
观测时间	可根据目的自由决定，可长期、间断	实际上难以在很长时间连续观测
观测结果	得到的是工作率(百分比)	直接得到时间值

8.1.3 工作抽样的用途

作业改善:
- 通过测定操作者或机器的空闲时间比率和工作时间比率，找出效率低下的环节。 $空闲比率 = \frac{空闲次数}{总观测次数} \times 100 %$ $工作比率 = \frac{工作次数}{总观测次数} \times 100 %$
- 对空闲部分的时间构成进行细分研究，查找原因，谋求改善。
设备管理改善:
- 研究机器的开动情况，查找开动率低的原因，制定改善对策。
为制定标准时间，确定宽放率
- 工作抽样可以很容易地确定除疲劳宽放以外的宽放时间（如私事宽放、延迟宽放）。
- 标准时间计算公式: $每件产品标准时间 = \frac{观测总时间}{生产总数量} \times 作业率 \times 评比率 \times (1 + 宽放率)$

8.1.4 工作抽样的优缺点

优点:
1. 效率高且经济: 费用只有秒表法的5%~50%，一名观测者可同时观测多个对象。
2. 数据失真小，准确性高: 随机观测不易被察觉，不受作业者态度影响。
3. 时间的随机性强: 可在多天内间断观测，减少不同时间的差异影响，可随时中断和继续。
4. 方法简便、适用: 对观测者几乎不需专门训练。
5. 结果精度易保证: 观测误差能事先通过计算观测次数来控制。
缺点:
1. 往返走路时间多: 需要合理安排观测路线。
2. 只能得到平均结果: 无法反映个体差异或单次作业的时间差异。
3. 可能失真: 如果操作者发现观测者，可能改变工作状态。
4. 不适用场景: 对生产周期短或重复性高的作业，不如使用秒表测时。
5. 无法细分: 无法将作业细分为动作单元，适用性有限。

8.2 工作抽样的方法与步骤

8.2.1 工作抽样的方法

理论基础: 数理统计和概率论。
两条基本原则:
1. 保证每次抽样观测的随机性。
2. 要有足够的抽样观测次数。
核心概念:
- 正态分布: 工作抽样法处理的现象接近正态分布。在均值 ± 2σ (标准差) 范围内，包含了约95.45%的数据。
- 可靠度 (Confidence): 观测结果的可信度，通常预先给定为 95%。这表示我们有95%的把握确信抽样结果能反映总体情况。
- 精确度 (Accuracy/Precision): 允许的误差。
  - 绝对误差 E: (在95%可靠度下) $E = 2 σ = 2 \sqrt{\frac{P (1 - P)}{n}}$
  - 相对误差 S: (在95%可靠度下) $S = \frac{E}{P} = 2 \sqrt{\frac{1 - P}{n P}}$
- 一般地，绝对误差E取2%~3%，相对误差S取5%~10%。
工作抽样观测次数 n 的确定
- 原则: 在满足可靠度（通常95%）及精度的前提下，确定合理的抽样次数。
- 计算法 (可靠度为95%时):
  - 用绝对精度E计算: $n = \frac{4 P (1 - P)}{E^{2}}$
  - 用相对精度S计算: $n = \frac{4 (1 - P)}{S^{2} P}$
- P值的确定: P为观测事件发生率（如作业率），可以通过以往经验或进行100次左右的试观测来初步估计。
例题8-1: 经过100次试观测，某设备开动率P为75%。若要求绝对误差E为±3%，求总共需要观测多少次？
- 解: $n = \frac{4 \times P (1 - P)}{E^{2}} = \frac{4 \times 0.75 \times (1 - 0.75)}{(0.03)^{2}} = 833 (次)$
- 答案解析: 总共需要观测833次。因为已经观测了100次，所以尚需追加观测 833 - 100 = 733 次。

8.2.2 工作抽样的实施步骤

明确调查目的范围: 确定是调查设备开动率还是人的工作比率，是单台设备还是整个车间。
明确项目分类: 对调查对象的状态进行分类。例如，设备可分为“工作”、“停工”、“闲置”。为深入分析，还可将“停工”细分为“换料”、“维修”等。
确定观测路径: 绘制现场平面图，规划一条合理的、固定的巡回观测路线。
设计工作抽样观测表: 根据目的设计表格，一般包括观测项目、时间、对象等。
试观测及总观测次数的确定: 进行预备观测（如100次）以估算P值，然后使用公式计算所需的总观测次数n。
确定观测期间及每天的观测次数:
- $观测时间 (天) = \frac{观测总次数}{观测对象数 \times 每天观测次数}$
- 考虑因素: 工作稳定、变化小的，观测期可短；工作内容变化大、有周期性的，观测期应覆盖周期；研究宽放率的，观测期宜长。观测期间应避开非正常作业时间。
向有关人员说明调查目的: 消除被观测者的疑虑，要求他们按平时状态工作。
正式观测:
- 决定每日的观测时刻: 必须随机决定。
  - 随机数表法: 用掷骰子等方法选择随机数表中的列，然后换算成具体时间点，并剔除休息时间和超出每天观测次数的时刻。
  - 系统抽样法（等时间间隔法）: 随机确定第一个观测时刻，然后按固定的时间间隔 (总工作时间 / 每天观测次数) 进行后续观测。此法简单但随机性稍差。
  - 分层随机抽样法: 将一天的工作时间按性质分层（如准备、正常工作、清扫），再按各层时间占比分配观测次数，在各层内随机确定观测时刻。
- 实地观测: 按照预定时刻和路线进行瞬时观测，是什么就记录什么，切忌犹豫和主观推断。
观测数据的整理与分析:
- 统计数据: 每天对观测数据进行统计和核对。
- 计算发生率: $某项目发生率 = \frac{某项目的发生次数}{全部观测次数} \times 100 %$
- 剔除异常值 (使用控制图和3σ法):
  - 例题8-3: 某设备连续10天开动率数据，其中一天为66%，显著低于其他天。
  - 分析:
    1. 计算10天平均开动率 P̄ = 79.8%。
    2. 计算控制界限：UCL = 88.32%, LCL = 71.28%。
    3. 66% 低于下限，是异常值，应剔除。
    4. 用剩余9天数据重新计算平均开动率 P̄ = 81.3%。
    5. 重新核算精度，确保满足要求。
分析结果，改进工作: 确认结果可信后，得出结论（如作业率是否合适，设备负荷如何），分析原因，提出改善措施。

8.3 工作抽样应用实例

例8-4: 齿轮分厂作业分析与改进
- ① 明确对象: 齿轮加工作业效率低，估计作业率仅70%，需改进。
- ② 初步调查: 了解工艺、设备、人员等情况。
- ③ 项目分类: 将“作业”分为基本作业和辅助作业，将“非作业”分为各种宽放（商谈问题、搬运、等待、休息、入厕等）。
- ④ 确定观测次数: 假设P=70%，相对误差S=5%，计算得 n = 686 次。
- ⑤ 确定观测期间: 作业稳定，定为3天。共有14个工位，每天需观测 686 / (14 × 3) ≈ 16 次。
- ⑥ 确定路径: 规划巡回路线。
- ⑦ 确定时刻: 用随机时刻表法确定3天中每天16个观测时刻。
- ⑧ 进行观测: 记录数据于观测表。
- ⑨ 统计结果: 统计显示，基本作业率为62.4%，辅助作业占20.6%，宽放占17.0%。
- ⑩ 分析与对策:
  - 问题: 作业率低（62.4%），辅助作业和宽放时间过高。主要原因是：工位器具不当、整理整顿差、工夹具老化、生产能力不平衡（精车是瓶颈）、布置不合理（搬运多）等。
  - 措施: 建议通过流程研究重新划分作业（作业均衡），取消不必要作业，通过搬运与布置分析优化布局，应用动作研究改进基本作业。
例8-5: 饮料厂流水线改善
- 背景: 汽水厂希望在不增加人力设备的情况下，提高产量和质量，降低成本。
- 对象: 8个工位（手工上瓶、洗瓶、灯检、灌糖、灌水、扎盖、成品检验、装箱）。
- ① 决定观测次数: 根据历史资料，工作比率P=80%。设相对精度S=5%，可靠度95%。计算得总观测次数 n = 400 次。每班观测20次，共需 400 / (8 × 20) = 2.5 班，取3班。
- ② 决定观测时刻: 采用随机起点等时间间隔法，计算出时间间隔为 (480-18)/20 ≈ 23 min。
- ③ 实施与分析:
  - 实际观测6个班，共960次。
  - 计算各班工作比率，用控制图法发现第2班为异常值，剔除。
  - 用剩余5班数据重新计算平均工作比率 = 77.13%。
  - 检查精度：E ≈ ±0.0297，在要求的±3%以内，观测有效。
- 结果与应用:
  - 工作抽样结束后，再用秒表法测定各工序的产能，发现能力不平衡。
  - 通过平整流水线（改善瓶颈工序），使整线产量达到81.1瓶/min。
  - 结合工作比率77.13%，制定新的产量定额为30025瓶/班。
  - 最终，班产量提高36.36%，定员减少2.27%。

第九章预定动作时间标准法

9.1 预定动作时间标准法概述

9.1.1 预定动作时间标准法的产生

定义: 预定动作时间标准系统（Predetermined Time Standard System），简称 PTS法，是国际公认的制定时间标准的先进技术。它利用预先为各种基本动作制定的时间标准来确定完成各种操作所需要的时间。
起源:
- 最早可追溯到吉尔布雷斯夫妇，他们于1912年提出了动作经济原则，并首次提出了动素（Therblig）的概念，将人体动作分为17个基本动作要素。这成为了PTS法中动作划分的基础。
主要发展历程
1. 1934年 - 工作因素法 (Work Factor System, WF): 由美国无线电公司的奎克（J. H. Quick）等人创立。将操作分解为移动、抓取、放下、定向、装配、使用、拆卸及精神作用等8种动作要素。
2. 1948年 - 方法时间衡量 (Methods Time Measurement, MTM): 由美国西屋电气公司的梅纳德（H. B. Maynad）等人公开。将操作分解为伸向、移动、抓取、定位、放下、拆卸、行走等动作要素，并预先制成表格，确定完成每种动作要素所需的时间。
3. 1966年 - 模特排时法 (Modular Arrangement of Predetermined Time Standard, MOD法或Modapts): 由澳大利亚的哈依德博士（G. C. Heyde）创立。这是一种简化的PTS技术，使动作和时间融为一体，精度不低于传统PTS技术，但更为简单、易掌握。
现状: 目前已有40多种PTS法，本课程将重点介绍MOD法。

9.1.2 预定动作时间标准法的特点

在确定标准时间过程中，不需要进行作业评定，避免了时间研究人员的主观影响，使标准时间更为精确可靠。
需要对操作过程（方法）进行详细记录，得到各项基本动作时间值，从而能对操作进行合理的改进。
可以不使用秒表，在工作开始前就能预先确定作业标准和标准时间，并制定操作规程。
当作业方法变更需要修订标准时间时，所依据的预定动作时间标准本身是不变的，具有很好的稳定性和一致性。
PTS法是流水线平衡的最佳方法。

9.1.3 预定动作时间标准法的用途

建立标准时间
- 最直接的作用就是制定作业的标准时间。
- 可作为对秒表测时法所制定标准时间准确性的验证工具。
- 由于PTS不受作业性质的影响（任何产品、任何作业），只要动作单元相同，时间值就相等，通用性强。
为生产的事先评估提供了依据
- 可以事先改进作业方法（在产品投产前，通过分析设计图纸就能模拟操作，优化方法）。
- 为合理选用工具、夹具和设备提供评价依据。
- 还可作为产品设计的辅助资料（帮助设计师设计出更易于装配和制造的产品）。

9.1.4 预定动作时间标准法的分类及应用步骤

方法分类
- 按应用范围分类 (3类):
  - 通用型: 适用于一切手工作业场合，全世界通用（如MTM, MOD）。
  - 功能型: 适用于一定专业活动范围（如办公室事务工作）。
  - 专用型: 专为某个企业的具体部门开发，无法在别处应用。
- 按动作要素划分的复杂程度分类:
  - 基本水平系统: 要素只包括单一动作，不能再分解。
  - 较高水平系统: 将多个基本水平的要素组合成多动作要素（如第二水平、第三水平）。较高水平系统使用起来更简便。
应用步骤
1. 把作业分解成为各个有关的动作要素。
2. 根据动作要素和其相应的各种衡量条件，查表得到各种动作要素的时间值。
3. 把各种动作要素时间值的总和作为作业的正常时间。
4. 正常时间加宽放时间即得标准时间。

9.2 模特排时法 (MODAPTS)

9.2.1 模特法的基本原理

MOD法主要基于以下四条假设（基本原理）：

所有人力操作时的动作均包括一些基本动作。模特法将生产中的操作动作归纳为21种基本动作。
人们在做同一基本动作时（在操作条件相同时），所需要的时间大体相等（误差在10%左右）。
人体的不同部位做动作时，其最快速度所需时间与正常速度所需时间之比，大体相似。
人体不同部位做动作时，其动作所需时间互成比例。

9.2.2 模特法的特点

将动作归纳为21种，分类简单、易记，不像其它方法有几十甚至上百种，可大幅减少分析工作量。
以手指动作一次（移动2.5cm）所需时间作为动作时间单位（称为 1 MOD），其它部位动作时间是手指动作时间的整数倍，系统性强，简单方便。
动作符号与时间值融为一体，动作标号的数值就是动作的时间值。例如，M2表示手腕移动，其时间值就是2 MOD。
方法容易掌握，应用范围广，实用精度较高。

模特法与其他方法比较:(此处需要结合幻灯片第12页的表格)
PTS名称 MOD MTM WF MSD MTA BMT
基本动作种类 21种 37种 139种 54种 38种+29公式 291种
不同时间值个数 8个 31个 - 30个 - -
- 解析: 此表直观地显示了MOD法在动作分类数量上的简洁性，这是其易学易用的关键。

PTS名称	MOD	MTM	WF	MSD	MTA	BMT
基本动作种类	21种	37种	139种	54种	38种+29公式	291种
不同时间值个数	8个	31个	-	30个	-	-

9.2.3 模特法的动作分类

MOD法共有21种基本动作。
- 上肢动作: 共11种（移动动作5种 + 终结动作6种）
- 下肢、其它及附加因素动作: 共10种
(此处需结合幻灯片第14页的“模特法的动作分类”总图进行理解，该图是MOD法的核心)
1. 上肢动作 (11种)
- (1) 移动动作 (Movement): 共5种，根据身体关节的动作划分。
  - M1: 手指动作 (移动距离约 2.5cm)
  - M2: 手腕动作 (移动距离约 5cm)
  - M3: 前臂动作 (移动距离约 15cm)
  - M4: 上臂动作 (移动距离约 30cm)
  - M5: 伸直手臂动作 (移动距离约 45cm)
- (2) 终结动作 (Terminal):
  - 抓取动作 (Grasp):
    - G0: 接触抓 (用手指或手掌接触物体)
    - G1: 简单地抓 (能轻易地用手指抓起)
    - G3: 复杂地抓 (需要先行处理才能抓取)
  - 放置动作 (Place):
    - P0: 简单放置 (不需要注意力)
    - P2: 较复杂的需要注意力的放置 (放置到大致位置)
    - P5: 复杂的需要注意力的放置 (精确放置或组装)
2. 身体及其它动作 (10种)
- (1) 下肢和腰的动作:
  - F3: 足踏动作
  - W5: 走步动作 (每步)
  - B17: 弯体动作 (弯腰再起来)
  - S30: 坐下起身动作
- (2) 附加因素及动作:
  - L1: 重量因素 (每2kg加1 MOD)
  - E2: 目视动作 (用眼检查)
  - R2: 校正动作 (用以修正位置)
  - D3: 单纯地判断和反应动作
  - A4: 按下动作 (施加压力)
  - C4: 旋转动作 (转动曲柄等)
- 注: 动作后的数字即代表其MOD值。例如，W5的时间值是5 MOD。
MOD时间单位
$1 MOD = 0.129 s$
(在某些简化应用中可取 0.1s)
$1 s \approx 7.75 MOD$ $1 min = 465 MOD$

9.2.4 模特法的动作分析

1. 移动动作 (M)
- M1, M2, M3, M4, M5 分别对应手指到伸直手臂的动作。
- 反射动作: 指下意识、不受大脑控制的动作。其时间值为正常动作的一半或更少。
  - 手指反射动作: 1/2 MOD (记为 M1/2)
  - 手的反射动作: 1 MOD (记为 M1)
  - 小臂的反射动作: 2 MOD (记为 M2)
  - 大臂的反射动作: 3 MOD (记为 M3)
  - 易错点: 反射动作的MOD值与其符号不匹配，需特别记忆。
2. 终结动作 (G, P)
- 抓取(G): G0 (触及), G1 (简单抓), G3 (复杂抓)。
- 放置(P): P0 (无意识放), P2 (大致位置配合), P5 (精确放置)。
- 反射动作的处理: 反射动作后不跟终结动作符号。分析符号用“反射动作符号 × 动作次数”来表示。
3. 同时动作 (Simultaneous Motion)
- 定义: 用不同的身体部位，同时进行相同或不相同的两个以上的动作。
- 两手终结动作分析表(此处需要结合幻灯片第21页的表格)
  情况同时动作一只手的终结动作另一只手的终结动作
  1 可能 G0, P0, G1 G0, P0, G1
  2 可能 G0, P0, G1 P2, G3, P5
  3 不可能 P2, G3, P5 P2, G3, P5
  - 解析: 不需要注意力的动作(G0,P0,G1)可以双手同时进行。当一只手进行需要注意力的动作(P2,G3,P5)时，另一只手只能进行不需要注意力的动作。两只手不能同时进行需要注意力的动作。
- 时限动作与被时限动作: 两手同时动作时，时间值大的叫时限动作，时间值小的叫被时限动作。分析时只记录时限动作的时间值，被时限动作的符号用括号 ( ) 括起来，不计时间。
4. 下肢、腰、附加因素及动作
- F3(脚踏), W5(步行), B17(弯腰), S30(坐站)。
- L1(重量修正), E2(目视), R2(矫正), D3(判断), A4(加压), C4(旋转)。
- 注: 标有(独)的动作（如E2, R2, D3）表示只有在其它动作停止时才能独立进行。
5. 其它符号
- BD (延时): 一只手动作，另一只手停止。不给予时间值。
- H (保持): 手拿着或抓着物体不动。不给予时间值。
- UT (有效时间): 指人的动作之外的机械或其它固有的加工时间。需用计时仪表单独确定。
6. 模特分析记录表的填写方法
1. 记录基本信息（零件、设备、作业名称等）。
2. 按作业顺序进行动作记录分析，将左右手的动作分别填入“左手动作”和“右手动作”栏。
3. 将左右手动作综合分析（考虑同时动作），将结果填入“标记符号”栏。
4. 将标记符号栏内的MOD值加起来，记入“MOD”栏。
5. 记录有效时间（UT）和总的MOD值，并换算成秒或分钟，填入合计栏。 1 MOD = 0.129 s

情况	同时动作	一只手的终结动作	另一只手的终结动作
1	可能	G0, P0, G1	G0, P0, G1
2	可能	G0, P0, G1	P2, G3, P5
3	不可能	P2, G3, P5	P2, G3, P5

9.2.5 动作改进

运用模特法进行动作改善时，应着眼于以下几点：

1. 移动动作 (M)
- 替代、合并移动动作（如用重力送料代替手移动）。
- 减少移动动作次数。
- 减少移动动作距离（降低M的等级）。
2. 抓取动作 (G)
- 替代、合并抓的动作（如使用磁性工具）。
- 简化抓取动作（如改变零件摆放，使G3变为G1）。
3. 放置动作 (P)
- 使用制动装置、导轨、定位销等，简化放置（使P5, P2变为P0）。
- 使用弹簧等自动复位工具。
- 零件设计成易于配合的形状（如倒角）。
4. 其它动作
- 尽量不使用E2 (眼睛) 和 R2 (校正)。
- 尽量不做D3 (判断)。
- 尽量减少F3 (脚踏)、A4 (按压)、W5 (行走)、B17 (弯腰)、S30 (坐站)等消耗大的动作。

第十章标准资料法

10.1 标准资料法的概念、特点和用途

10.1.1 标准资料与标准资料法

标准资料 (Standard Data):
- 它是一个数据库。这个数据库的内容是作业要素（基本操作单元）的正常时间值。
- 这些数据是通过作业测定技术（如时间研究、工作抽样、PTS法等）事先获得的大量数据，经过分析整理和编制而成的。
标准资料法 (Standard Data Method):
- 这是一种方法。它利用已经建立好的“标准资料”数据库，通过综合（合成）的方式来制定新作业的标准时间。
- 核心流程: 当需要为新作业制定标准时间时，不必再进行直接的时间研究。只需：
  1. 将新作业分解为各个作业要素。
  2. 从资料库中找出相同要素的正常时间。
  3. 将所有要素的正常时间相加。
  4. 加上适当的宽放量，即可得到该项新作业的标准时间。

10.1.2 标准资料法特点

与PTS法的异同
- 相似处: 两者都是预先确定的时间数据。
- 不同处: 两者涉及的作业阶次不同。
  - 标准资料积累的是作业要素的时间数据（层级较高，如“拿起零件放到夹具上”）。
  - 预定时间标准(PTS)积累的是最基本动作（动素）的时间数据（层级最低，如“伸手”、“抓取”）。
高效低成本: 利用现成的时间资料，对同类作业要素不需重新测定，能较快地制定出新作业的标准时间，且成本较低。
一致性高: 标准资料是对大量观测数据分析整理而成，衡量标准比较统一，数据资料有较高的一致性。
可信度高: 建立标准资料所依据的数据量多、范围广，可排除偶然误差，通常由训练有素的人员完成，因此可信度高。
客观性强: 运用标准资料法合成时间不需再评比，可减少主观判断的误差。
非替代性: 标准资料本身是利用其它作业测定方法制定的，因此，标准资料法并不能从根本上取代其它测定方法，而是一种补充和发展。

10.1.3 标准资料法用途

基本用途: 用来制定和修改工序或作业的标准时间。
具体用途:
- 提供作业宽放率、个人需要与休息宽放率等数据。
- 提供各种辅助性手工操作的数据。
- 提供确定机械设备加工时间的基础数据。
延伸用途: 与其它作业测定数据一样，标准资料也为企业设计和调整生产线、生产组织和劳动组织提供基础数据。

10.2 标准资料的种类、形式和分级

10.2.1 标准资料的种类

按制定和实施范围分类: 国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。
按内容分类:
- (1) 作业时间标准资料: 核心部分。
- (2) 辅助时间标准资料: 如准备、结束工作的标准时间。
- (3) 宽放时间标准资料: 如各类宽放率。
按综合程度分类: 作业阶次越低（内容越少），综合程度越低；反之则越高。
按设备分类: 可按设备的作用、类型、规格、制造厂等进行分类。
按确定方法分类:
- 综合标准资料: 将最基本的工作单元（动作或动素）的时间数据汇总起来，成为较大工作单元的时间数据。
- 分析标准资料: 收集与标准工时有关的各种变量与参数，运用回归分析等数学模型，确定参数和作业时间之间的关系。

10.2.2 标准资料的表现形式

在用标准资料法时，需明确作业中的不变因素和变动因素。

不变因素: 取多次观测时间的平均值表示。
变动因素: 找出它与时间值的关系。
常见表现形式
1. 解析式 (经验公式)
2. 图线 (包括直线、曲线)
3. 表格式或其它形式

10.2.3 标准资料分级

标准资料构成了由低到高的等级体系： 动作 → 要素 → 任务 → 中间产品/服务 → 成品等
低一级的标准资料可以综合成高一级的标准资料。

10.3 标准资料的应用范围、条件和方法

10.3.1 应用范围

原则上可适用于任何作业。
尤其适用于:
- 编制新产品作业计划、评价新产品。
- 对生产和装配线进行均衡调整。
- 因为它是预先确定的数据，在工作开始前就能制定标准时间，无需直接观察。

10.3.2 应用条件

相似性: 标准资料只能用于和采集数据时作业类型和条件相似的作业。
成本权衡: 制定标准资料工作量很大，花费高，需要与其它方法进行成本效益比较。
非取代性: 只能在一定条件和范围内节省测定工作时间，但不能完全取代其它测定方法。

10.3.3 应用方法 (核心步骤)

将作业分解为适当的要素。
在标准资料中查出同类作业要素的时间数据（正常时间）。
将各要素时间进行合成（相加）。
加上宽放时间，得到最终的标准时间。

10.4 标准资料的编制 (重点)

这是一个系统性的过程，包含以下六个步骤：

选择和确定建立标准资料的对象和范围
进行作业分析
确定建立标准资料所用的作业测定方法
确定影响因素
收集数据
分析整理，编制标准资料

案例讲解：编制钻床手工操作标准资料 (例10-1)

1. 对象和范围: 某厂全部钻床的手工操作时间。
2. 作业分析: 将作业分为13个作业要素（见表10-1）。
3. 测定方法: 采用秒表时间研究法（因该企业有大量历史数据）。
4. 影响因素分析: 将13个要素区分为不变作业要素和可变作业要素。
5. 收集数据: 对10种不同的零件进行现场测定，汇总于表10-1。
(此处需要结合幻灯片第26、27页的表格)
- 表格中，“V”代表可变要素，“C”代表不变要素。
6. 分析整理与编制 (最核心步骤)
- (1) 不变作业要素时间值的确定:
  - 方法：取汇总表内所有测定值的算术平均值。
  - 例如，从表中可知有9个不变要素，计算它们的平均值即可。
- (2) 可变作业要素时间值的确定 (使用函数图表分析法):
  - 要素1：取加工件
    - 影响因素: 工件的重量。时间是重量的函数。
    - 方法: 绘制散点图，发现呈直线趋势。
      (此处需要结合幻灯片第31页的“时间与重量变化关系”图)
    - 建立数学模型: 设直线方程为 y = ax + b。使用最小二乘法求解系数 a 和截距 b。
    - 公式 $a = \frac{\sum x_{i} \cdot \sum y_{i} - n \sum x_{i} y_{i}}{(\sum x_{i})^{2} - n \sum x_{i}^{2}}$ $b = \frac{\sum y_{i} - a \sum x_{i}}{n}$
    - 计算结果:a ≈ 0.74, b ≈ 3.3
    - 标准资料 (公式形式): $y = 0.74 x_{1} + 3.3$ (其中 x₁ 为零件重量)
  - 要素3：将工件装入钻模
    - 影响因素: 零件重量和零件复杂程度（质的影响因素）。
    - 方法: 先按“简单、中级、复杂”三类进行分组。然后对每组数据分别进行回归分析，得到三条直线。
      (此处需要结合幻灯片第37页的图)
    - 标准资料 (公式形式):
      - 复杂件: y = 2.47x₁ + 9.9
      - 中级件: y = 1.50x₁ + 7.9
      - 简单件: y = 0.54x₁ + 4.7 (PPT中简单件公式有误，应为0.54x₁)
  - 要素4：拧紧钻模 & 要素12：松开拧紧的钻模
    - 影响因素: 钻模紧固点个数 (x₂)。
    - 方法: 同上，进行线性回归。
    - 标准资料 (公式形式):
      - 拧紧: y = 2.4x₂ + 2.6
      - 松开: y = 1.5x₂ + 3.8
- (3) 综合标准资料:
  - 为了方便使用，可以将全部13个要素（9个不变要素的平均值 + 4个可变要素的公式）进行合并，得到整个钻床手工操作的综合正常时间公式。
  - 最终综合标准资料 (公式形式):
    - 复杂件: y = 3.21x₁ + 3.9x₂ + 48.5
    - 中级件: y = 2.24x₁ + 3.9x₂ + 46.5
    - 简单件: y = 1.28x₁ + 3.9x₂ + 43.3
  - 应用: 在以后，只需知道新零件的重量(x₁)、复杂程度、紧固点个数(x₂)，代入对应公式即可求出正常时间，再加宽放，即可得到标准时间。

第十一章产线平衡

引言

我们已经学习了作业测定部分内容。
时间研究技术用于生产制造时，尤其是产线设计时，其主要作用为：
- 确定设备数量
- 确定人员数量
- 产线平衡

11.1 产品生产的信息来源

在学习产线平衡之前，需要回答以下基本问题：
1. 要生产什么？
2. 产品是怎样生产的？
3. 什么时候生产？
4. 每种产品的产量？
5. 产品生产需要多少时间？
6. 产品在哪里生产？
问题解答的来源:
- 前5个问题可以从产品设计、工艺过程设计和计划进度设计中得到答案。
- 最后一个问题属于选址问题。
- 产品设计人员 负责：产品尺寸、材料和包装。
- 工艺规划人员 负责：产品如何生产。
- 生产计划人员 负责：生产数量和进度安排。
设施规划需要考虑的外部因素:
- 由于小批量采购与生产、组织扁平化、看板、EDI等技术的应用，设施规划考虑的因素变得更加复杂。
- 信息来源不仅有生产部门，还有市场营销信息和管理政策信息。
- 1. 市场部门的信息:
  - 产品是否是季节化的？
  - 有没有需要替换的产品？
  - 市场需求数量是多少？
  - 需求数量可进一步细化到每天的制造数量，这直接决定了需要提供空间的机器和人员的数量。
- 2. 管理政策信息:
  - 是否采取了库存策略和精益思想？投资策略？新产品启动计划？
  - 新产品启动计划的日期逆推，即为设施规划的工作进度表。
  - 组织关系决定了员工数量，进而决定了休息、办公、餐厅等的面积。
  - 不同功能关系决定了部门间的紧密程度。
来自生产部门的信息:
- 1. 产品设计:
  - 利用 QFD (质量功能展开) 确定产品特征、工艺设计和公差要求。
  - 利用 CAD (计算机辅助设计) 方便地进行设计。
- 2. 工艺过程设计:
  - 自制或外购决策。
  - 零件明细表、物料清单 (BOM)。

11.2 制造设计的信息来源

零件明细表 (Parts List):(此处需要结合幻灯片第7页的表格)
零件号零件名称零件图号每件数量材料尺寸/in 自制或外购
2200 阀体 1003 1 铝 2.75x2.50x1.50 自制
物料清单 (Bill of Materials - BOM):
- 产品的最高层次列在最上端，指定为0层。
- 主要装配件指定为1层 (.1)，每个子配件下列出其必备的零件并标为第2层 (..2)，可不断细分。
(此处需要结合幻灯片第8页的BOM表示例)
产品结构图:
- 以树状图的形式展示产品的装配关系，可以加上零件号和数量。
(此处需要结合幻灯片第9页的产品结构图示例)

零件号	零件名称	零件图号	每件数量	材料	尺寸/in	自制或外购
2200	阀体	1003	1	铝	2.75x2.50x1.50	自制

工艺辨识与工艺路线卡:

一旦决定自制，就需要进行工艺辨识，决定具体工艺、原材料和加工设备。
这些信息通常以工艺路线卡 (Route Sheet) 的形式给出。 (此处需要结合幻灯片第10页的工艺举例表格)

数据	工艺举例
部件名称及代号	套柱-3254
加工工艺名称及代号	车外形、钻孔和切断
加工设备	自动车床和相关工夹具
单位工艺时间	整备时间5h，加工时间0.0057h/件
原材料要求	12ft长直径1ft的铝制棒材可加工80件

工艺路线卡 (示例):
(此处需要结合幻灯片第11页的工艺路线卡)
图纸的演化:
1. 装配程序图: 从产成品后向到部件、总成再到零件和元器件的反向分解。
2. 加工工艺过程图: 将工艺路线卡叠加到装配程序图上得到。
3. 流程图: 工艺图再加上运输、存储和停滞过程。
计划进度安排信息由生产计划人员提供，得到所有信息后，才能进一步进行时间研究。

11.3 重要概念：生产节拍 (Takt Time)

(1) 时间研究与时间标准的定义

时间研究定义: 运用各种技术来确定合格工人，在标准状态下，对一种特定的工作，以正常速度操作所需时间的一种方法。
注意: 三个关键要素是合格工人、标准状态、正常速度。
TIPS: 新手常犯的最大错误是过急过快开展研究（在流程和方法未标准化之前）。

(2) 时间标准的重要性和应用

工厂速率 (Takt time) R 的概念:
- Takt time，也称节拍时间，是指在规定时间内，为满足客户需求，必须产出一个单位产品的时间。它是需求驱动的。
- $R = \frac{每班有效工作时间}{每班生产产品数量}$
例题: 工厂每班生产产品1000个，每班8小时，扣除10%的宽放时间。假设工作效率为90%。
- 计算过程:
  1. 每班总时间 = 8 小时/班 * 60 分钟/小时 = 480 分钟/班
  2. 扣除宽放后可用时间 = 480 * (1 - 10%) = 432 分钟
  3. 考虑效率后的有效工作时间 = 432 * 90% = 388.8 ≈ 389 分钟
  4. 工厂速率 R = 389 分钟 / 1000 个 = 0.389 分钟/个
- 每分钟产量: 1 / 0.389 ≈ 2.57 个/分钟
时间标准的重要性
1. 决定设备数量
2. 决定人员数量
3. 决定制造成本和销售价格
4. 决定装配线和传送带速度，进而实现产线平衡
5. 是改进操作方法的必备信息
6. 具有激励作用（作为绩效考核的依据）
时间标准的应用
- ① 决定设备数量
  - 例题: 每班8h需要制造2000件产品，冲压工序标准时间为0.4min/件，每班停工期50min，工作效率为75%。需要多少台冲床？
  - 答案与解析:
    1. 计算可用生产时间:480 分钟 - 50 分钟 = 430 分钟
    2. 计算有效生产时间 (考虑效率):430 分钟 * 75% = 322.5 分钟
    3. 计算节拍时间 (R):R = 322.5 分钟 / 2000 件 = 0.161 分钟/件
    4. 计算所需设备数量: $设备数 = \frac{单件标准时间}{节拍时间} = \frac{0.4}{0.161} = 2.48$
    - 结论: 向上取整，需要 3台冲床。
    - 易错点: 设备数量必须向上取整。
- ② 决定人员数量
  - 例题: 水阀工厂案例。效率100%时，生产1000件需要138.94h。新产品第一年效率预计为75%，每天需求2500件，工人实行8小时工作制。产线需要多少人？
  - 答案与解析:
    1. 计算75%效率下的工时:138.94 小时 / 75% = 185.25 小时 (PPT中为185)
    2. 计算每天所需的总工时: 每天生产2500件，是1000件的2.5倍。 185 小时 * 2.5 = 462.5 小时/天 (PPT中为463)
    3. 计算所需人员数量:463 小时 / 8 小时/人 = 57.875 人
    - 结论: 向上取整，需要 58人。
    - 易错点: 效率系数应在第一步计算，用于调整标准工时。
工艺设计人员的职责:
- 决定各零件加工顺序、所需设备、装配工艺顺序、每项工作的工时标准、传输速度、负荷平衡等。

11.4 加工时间分析

工艺路线卡:
- 为每个自制零件制定，包含零件编号、名称、生产数量、生产序号、机器编号、所需工具和时间安排等信息。
- 包括了零件与其他零件装配前所做工序的全部信息。
- 注意: 当一个零件（如通过焊接）失去自身特征成为另一更大部件一部分后，其后续过程不计入该零件的工艺路线卡。
- 工艺布置 (Process Layout): 相同功能的设备放在一起。可能产生跳跃情况，即零件需要在不同部门间来回移动。改善方法是：1) 改变路线卡（工艺）；2) 改变机器的物理布置。
(2) 确定机器数量
- 需要回答三个问题：
  1. 每天需要完成多少数量？ (用于计算R值)
  2. 哪台机器加工什么零件？ (根据工艺路线卡回答)
  3. 每个操作的时间标准？ (根据时间研究回答)
例题：工具箱生产 (Mayers P77)
- 背景: 市场需求每天生产2000个工具箱。每班8h，宽放率10%，期望效率80%。
- 步骤1: 计算节拍时间R
  - 每班可用时间 = 8 * 60 * (1 - 10%) = 432 分钟
  - 有效时间 = 432 * 80% = 345.6 分钟
  - R = 345.6 分钟 / 2000 件 = 0.173 分钟/件
- 步骤2: 整理各零件各工序的标准时间
  (此处需要结合幻灯片第29页的表格)
  - 表格给出了各零件在不同机器上的时间标准（单位：件/h）。首先需要将其转换为 min/件。
  - 注意: PPT中注明“上面数据先除54min”，实际应为 (60 min/h) / (件/h)。我们以PPT转换后的 min/件 为准。
- 步骤3: 计算各工序所需的机器数量
  - $机器数 = \frac{该零件该工序的标准时间 (min/件) \times 每个成品所需的该零件数量}{节拍时间 R (min/件)}$
  (此处需要结合幻灯片第31页的计算结果表)
  - 以“箱体端盖”的“纵切机”为例:
    - 标准时间 = 0.029 min/件
    - 每个工具箱需要2个箱体端盖
    - 节拍 R = 0.173 min/件
    - 机器数 = (0.029 * 2) / 0.173 = 0.335 ≈ 0.34
  - 汇总计算: 将所有需要该工序的零件的机器数相加。
    - 纵切机总数 = (0.34) + (0.23) + ... = 1.71
    - 横切机总数 = 3.27
    - 冲孔机总数 = 2.37
    - 冲压机总数 = 5.60
    - 弯曲成形机总数 = 0.83
  - 易错点: 在用 (时间标准/节拍) 计算后，别忘了乘以每个成品所需的零件个数。
- 结论 (最终设备数量):
  - 纵切机: 2台
  - 横切机: 4台
  - 冲孔机: 3台
  - 冲压机: 6台
  - 弯曲成形机: 1台

工作单元载荷分析

(1) 成组技术与工作单元
- 成组技术 (Group Technology): 利用零件的相似性（形状、工艺等），将它们分成零件族，进行成组加工。目的是利用一次生产准备，使生产准备费用最小化。
- 工作单元 (Work Cell): 加工一类零件或有相似特征的零件的设备的组合。
(此处需要结合幻灯片第33页的工作单元布置示意图)
(2) 工作单元布置的优点
- 显著减少生产准备时间
- 消除操作之间的储存
- 大大减少操作之间的移动时间
- 减少等待时间
- 减少在制品库存
- 注意: 工作单元思想认为：提升人员效率比提升机器效率更重要。
补充知识：工作单元的形成 (DCA算法)
- DCA (直接簇聚算法): 一种通过排序和移动矩阵的行和列，将机器-零件矩阵中的“1”（表示该机器加工该零件）聚集起来，从而形成单元的方法。
- 步骤:
  1. 行列排序: 各行按行总和递减从上到下排；各列按列总和递增从左到右排。
  2. 列移动: 从第一行开始，将该行有“1”的各列移动到矩阵左边。对后续行重复此操作。
  3. 行移动: 从最左列开始，如果能形成由“1”组成的集中块，就将相应的行向上移动。
  4. 形成单元: 矩阵中形成的“1”的聚集块即为工作单元。
- 例题1 & 2: 展示了如何应用DCA算法的四个步骤，对一个初始的机器-零件矩阵进行操作，最终划分出两个独立的单元。并讨论了当一个零件需要跨单元加工时的三种解决方案：
  1. 将相关机器（机器2和3）放在接近位置。
  2. 增加一台设备2，每个单元都放1台。
  3. 增加一台设备3。
(此处需要结合幻灯片第37至47页的详细DCA演算过程)

11.5 装配和包装过程分析

发现瓶颈工作:
- 可以通过产线平衡方法改进。
- 100%工位: 产线中工作时间最长的工位，即为瓶颈工位。其负荷被定义为100%。
- 理想状态: 最好的装配线平衡是每个工位的平均周期都相同（即负荷都接近100%）。
(此处需要结合幻灯片第49页的表格，其中P.O.工位的载荷为1.000，即100%，是瓶颈工位)
产线平衡的改善方法
1. 分担转移: 将瓶颈工位的部分工作移交给前后较空闲的工位。
2. 作业改善压缩: 对瓶颈工位进行方法研究，缩短其作业时间。
3. 加人改编循环时间: 在瓶颈工位增加人手。
4. 拆解消除作业: 重新设计工艺，消除某些作业。
5. 重排: 重新安排作业顺序。
6. 作业改善后合并: 将改善后的短作业合并。
产线平衡的实施要点:
- 尽量专业化。
- 对单个工位进行改善（运用动作经济原则和人因工程）。
- 最小化搬运成本。
- 减少人物波动（通过设置缓冲库存或使用多能工）。
- 适当对人员进行激励。
总结:
- 产线平衡问题的解决，有赖于动作经济原则、人因工程、时间研究、生产计划、设施布置等一系列技术方法的综合运用。
- 5S及目视管理法是现场管理的重要基础方法。

工业工程基础 ​

第一章 工业工程概述 ​

1.1 工业工程 ​

1.1.1 工业工程的定义 ​

1.1.2 工业工程的内涵 ​

1.1.3 工业工程与生产率工程的关系 ​

1.2 工业工程的产生与发展过程 ​

1.2.1 工业工程的产生 ​

1.2.2 工业工程的发展过程 ​

1.3 工业工程的内容体系和人才素质 ​

1.3.1 工业工程的学科特点 ​

1.3.2 工业工程的内容体系 ​

1.3.3 工业工程人才的素质结构 ​

第一章知识点总结 ​

第二章 动作经济原则 ​

一、何谓动作经济原则 ​

二、动作经济原则介绍 ​

动作经济原则归纳分析 (10条) ​

第三章 工作研究 ​

3.1 工作研究概述 ​

3.1.1 工作研究的起源 ​

3.1.2 工作研究的对象 ​

3.1.3 工作研究的特点 ​

3.1.4 工作研究的内容 ​

3.1.5 工作研究的分析技术 ​

3.1.6 工作研究的步骤 ​

第四章 程序分析 ​

4.1 程序分析概述 ​

4.1.1 程序分析概念、特点及目的 ​

4.1.2 程序分析的常用符号 ​

4.1.3 程序分析的种类 ​

4.1.4 程序分析的工具 ​

4.1.5 程序分析的方法 ​

4.1.6 程序分析的步骤 ​

4.2 工艺程序分析 ​

4.2.1 工艺程序分析概述 ​

4.2.2 工艺程序图 (Operation Process Chart) ​

4.2.3 工艺程序分析的步骤 ​

4.2.4 工艺程序分析的应用 ​

第五章 作业分析 ​

第一节 作业分析概述 ​

第二节 人机作业分析 ​

一、人机作业分析的定义 ​

二、人机作业分析的特征 ​

三、人机作业分析的意义 ​

四、人机作业分析的目的 ​

五、人机作业图 ​

闲余能量分析及工人与机器数的确定 ​

5.3 联合作业分析 ​

第六章 动作分析 ​

第一节 动作分析概述 ​

一、动作分析 ​

二、动作分析的方法 ​

第二节 动素分析 ​

一、动素与动素分析的概念 ​

二、动素分析的目的和用途 ​

三、动素分析的方法 ​

四、动素分析的总结 ​

第三节 影像分析 ​

一、影像分析的概念和用途 ​

二、影像分析的方法 ​

第七章 秒表时间研究 ​

7.1 秒表时间研究的含义、特点及适用对象 ​

7.1.1 秒表时间研究的含义 ​

7.1.2 秒表时间研究的特点 ​

7.1.3 秒表时间研究的适用对象 ​

7.2 秒表时间研究的工具 ​

7.3 秒表时间研究步骤 ​

7.3.1 获取充分的资料 ​

7.3.2 作业分解——划分操作单元 ​

7.3.3 确定观测次数 ​

7.3.4 测时 ​

7.3.5 剔除异常值并计算各单元实际操作时间 ​

7.3.6 计算正常时间 (Normal Time) ​

7.3.7 确定宽放时间 (Allowance) ​

7.3.8 确定标准时间 (Standard Time) ​

第八章 工作抽样 ​

8.1 工作抽样的原理 ​

8.1.1 工作抽样的概念 ​

8.1.2 工作抽样的特征 ​