工业工程在汽车制造领域的应用

摘要：工业工程（Industrial Engineering，简称IE）自19世纪始，至今发展已超百年，在分析和改进生产过程、优化资源配置、提高生产效益等方面均有广泛应用；本文通过简述汽车主机厂制造领域的若干应用实例，展示工业工程的应用价值及广泛性。

关键词：工业工程，IE，汽车制造，生产改进，质量管理

引言：

美国工业工程师学会（AIIE）对IE的定义是：对人员、物料、设备、能源和信息组成的集成系统进行设计、改善和设置的一门学科。它综合运用数学、物理学和社会科学方面的专门知识和技术，强调综合地提高劳动生产率、降低生产成本、保证产品质量，使生产系统能够处于最佳的运行状态而获得巨大的整体效益。

其溯源有两项重要历史试验，分别为弗雷德里克·温斯洛·泰勒的铁锹试验（体现经营管理标准化）及弗兰克·吉尔布雷思的砌砖试验（动作研究）；自19世纪起，共分为四大阶段，目前正处于现代科学高速发展阶段，在各行各业均有典型应用且产生实际效益，例如汽车制造领域、现代经营工程、质量管理等等。

正文：

汽车制造属于大集成工程，传统上基本划分为钣金件冲压、车身焊接、车体涂装、总成装配等四大工艺，并经出厂前检验方可交付物流运送到终端市场。制造过程中涉及零部件上万件，自动化设备规划、作业人员配置、产线生产节拍、设备开动效率及过程质量管理等等均涉及工业工程应用，参见下表：

以下通过主机厂若干应用实例简要论述：

1.1产线节拍设定分析

一般可按如下步骤设定：

（1）核算可开动时间：A假定焊装车间某产线单班工作时间8小时，小休设置2次共35分钟，则产线可开动时间为60*8-35=445分钟

（2）设定计划不开动时间B：

为了保证生产能顺利进行所进行的一系列的生产准备、过程维持、管理等项目所花费的时间，比如冲压车间换模；焊装车间更换电极等。假定结合实际工艺需求，设定换模时间为7分钟/次×4次=28分钟，更换电极时间为17分钟，则计划不开动时间合计28+17=45分钟

（3）设定突发不开动时间C：

不在计划范围内或突发项目所占用的时间，如设备故障、品质异常停链等。依据车间整体设备运行情况，预设以下突发不开动时间，合计13+3+5+24=45分钟

（4）设定生产节拍：假定生产能力为500台/班次，则生产节拍为（A-B-C）/1000==（445-45-45）分/500台*60秒/分=42.6秒/台

由于产线可开动时间及计划不开动时间为固定值，有效降低突发不开动时间则可以提高生产节拍进而提升生产效率；这需要在日常工作运营中，记录各类突发事件及耗时，通过5WHY原因查找真因并有效对策，最大限度降低突发不开动时间。

1.2标准时间设定

标准时间指满足岗位要求的工作人员在一定的标准下完成某一定工作所需的时间。其构成见下图：

由此，可以得出标准时间=基本时间+宽放时间，宽放率=基本时间/（基本时间+宽放时间），岗位负荷率=基本时间÷生产节拍。

依据以上公式，在岗位编成作业时，考虑实际生产负荷强度及产线运行情况，岗位负荷率应≤（100%-宽放率）。

1.3生产线平衡分析

生产线平衡（Line balancing）：即对生产的全部工序进行平均化，调整作业负荷，以使各作业时间尽可能相近的技术手段与方法，是生产流程设计及作业标准化中最重要的方法。【1】其定量值为平衡损失率=损失时间÷总作业时间*100%，如下图，工序1-5均有不满负荷的损失时间。

针对损失时间，可用ECRS原则开展工序改善，以降低平衡损失率。

如以下实例，通过将第三工序调整4秒作业至第二工序，阴影损失时间减少至13秒。

1.4方法研究

方法研究通过对现行的工作系统科学的分析，在给定的制约条件下，开发出更有效、更经济的工作方法，以达到提高生产率和经济效率的目的。

常见应用为通过三层次分析（如下图实例），从大到小，标准化过程方法、流程、材料、工具与设备并改善环境及条件，从而设定标准作业手法，形成岗位标准。

其中流程分析是以整个生产过程为对象，研究分析一个完整的工艺流程，从第一个工序到最后一个工序地全面研究、分析有无多余或重复的作业，流程是否合理，搬运是否太多，等待是否太长等，进一步改善工作流程和工作方法，消除不合理与浪费【2】。包括两类分析方法：1、“操作者流程分析”：以作业中的人为中心；2、“制品流程分析”：以物品的流动过程为研究中心。

作业分析：指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结合、合理地布置和安排，以减轻劳动强度，减少作业的工时消耗，以提高产量和质量为目的的工作分析【3】。可分为：①人机作业分析；②联合作业分析。

动作分析：是在流程决定后研究分析人在进行各种操作的细微动作，删除无效动作，使操作简便有效，以提高工作效率、降低劳动强度【4】，常见应用为动作经济16条原则，覆盖人体动作、工具设备、环境布置等领域。

三层次分析需要具体到实际改善对策落地，形成标准作业规范，方可有效提升岗位作业效率，进而提升产线效率。

汽车制造领域关联产业链及范围甚广，以上4项实例为主机厂内的基础应用，在实际生产运行过程有更多业务深化及层级细化，并形成主机厂特有的生产体系，如丰田的JIT（准时化生产）、广汽传祺的GPS（广汽生产方式）等等。随着汽车行业的新能源转型及技术迭代，工业工程的应用将持续且加速升级，并助力关联领域的效益提升。

参考文献：

【1】[期刊]生产线配置理论与现场应用初探 韦春莲；《轻工科技》；2015-01-01

【2】[会议]生产线的工艺平衡是提高生产率的关键 张淑珍， 天津阿尔卑斯电子有限公司；《第二十四届中国（天津）2010’IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议》；2010-09-01

【3】[专利]一种用于物联网数据的风险识别预警方法、系统及存储介质

CN202311448813.2 南京怡晟安全技术研究院有限公司；INVENTION_GRANT；2023-11-02

【4】[学位]计算机辅助工作研究系统（CAWS）分析与设计

王平（导师：刘战强）；山东大学，硕士（专业：机械制造及其自动化）；2006