工业工程人机作业分析

工业工程人机作业分析

工业工程课程设计

人机操作分析

目录

一、工业工程

1、前言 (2)

2、工业工程概述 (2)

3、课程设计目的 (2)

二、取题背景

1、台钻厂介绍…………………………………………………………………“3

三、应用的基本原理和步骤

1、人机操作的基本原理 (4)

2、人机操作的步骤 (4)

四、人机操作分析的现行方案和改进方案 (4)

五、效果评价 (19)

六、设计总结与心得体会 (22)

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一、工业工程

1、前言

2011-1-11，在这个阴雨的天气我们来到了福州台钻厂。在这个地方，我们的IE精神得到了充分的发挥，很感谢学校为我们提供了这个机会。这次的实践活动

对于我们的意义是很特别的，尤其是作为一名工业工程的学生，这次实践不仅仅让我们对台钻厂的装配工艺和人机操作环节有了初步的认识，在更深层次的说，这对于提升我们的专业水平具有很大的推动力。此次时间虽短，但受益良多。

2、工业工程概述

工业工程(Industrial Engineering，简称IE)起源于20世纪初的美国，它以现代工业化生产为背景，在发达国家得到了广泛应用。现代工业工程是以大规模工业生产及社会经济系统为研究对象，在制造工程学。管理科学和系统工程学等学科基础上逐步形成和发展起来的一门交叉的工程学科。

工业工程是对人员、物料、设备、能源和信息组成的集成系统进行设计、改善和实施的工程技术，它综合运用数学、物理学和社会科学的专门知识和技术，结合工程分析和设计的原理与方法，对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价。因此在课程的学习过程中应当结合实际加强实践。本次课程设计给我们提供了加强课程实践的机会，通过课程设计，可以使我们掌握工业工程的方法研究，作业测定，现场管理的知识、技术及技能，学会综合应用这些技能解决生产实际问题的方法和程序，以实际生产系统及其运行的不断优化，达到提高效率和经济效益的目的。

3、课程设计目的

“基础工业工程”是工业工程专业的一门主要专业课。它是培养工业工程专业人才的重要基

础。通过实验的训练，使学生掌握工业工程的方法研究，作业测定，现场管理的知识、技术及技能，学会综合应用这些技能解决生产实际问题的方法和程序，以实际生产系统及其运行的不断优化，达到提高效率和经济效益的目的。

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二、取题背景

1、台钻厂简介

通过一天的参观和询问，对于福州台钻厂的基本情况有了大体的了解。

(1)公司介绍

福州工大台钻有限公司原名(福州台钻厂)创建于1958年，是福州工程学院的校办工厂，是原国家机械电子工业部台式钻床定点生产企业，国家渔业机械仪器行业定点企业，曾被评为一级信用企业、福州工业利税“百强企业”、福建省小型工业企业“百佳明星”企业和出口创汇先进单位等。企业主导产品有:“武夷山”牌台式钻床系列和水产养殖设备。产品销往全国各地，并远销美国、西欧、东南亚和港澳等国家或地区。福州工大台钻有限公司原名(福州台钻厂)以福建工程学院为依托，具有雄厚的生产、技术和科研力量，产品以品质稳定获得机床工具出口产品许可证。生产的“武夷山”牌Z4112台式钻床于1980年、1986年和1991年被连续评为部优产品;“武夷山”牌增氧机获农业部“农业机械推广许可证书”。

(2)台钻厂生产产品介绍

企业主导产品有:“武夷山”牌台式钻床系列和水产养殖设备。

1、“武夷山”牌台式钻床，主要包括Z411

2、4012、Z4116、Z4016、ZM406、Z4416、Z4416A、Z4020、Z4025 、Z4032、S406、S4112等产品。其中Z4112台式钻床于1980年、1986年和1991年被国家机械部评为部优产品。

2、“武夷山”牌水产养殖机械，包括YCO.37、YCO.75、YC1.5、YC4。5等水车式增氧机和YL1.5叶轮式增氧机。企业建有专用的增氧机试验场所，定期开展整机测试工作，增氧能力和动力效率等指标均高于国家行业标准。

(3)产品零件来源

1、自制件

该企业主要从事五大零件的自制，包括台钻的主轴、主轴套筒、主轴箱、底座、立柱(Z4112、Z4116系列还包括中间工作台的制造)。

2、外购件

该企业外购零件主要有电机和轴承等标准件。

3、外协件

该企业选择固定的三家认证厂家购买外协件。

(4)产品生产流程

我们参观了台钻厂的金工车间、装配车间和综合车间，并由带队老师对各车间进行介绍。金工车间是对各种零件的金属加工，按加工分为四条生产线，严格划分生产区域，要求工人每周三反馈一次零件作业数和进出量，随时核对控制，是主要的加工车间。这里钻床，洗床，磨床等等设备大多都是有人工操作，因此需要工人要有较高的技术水准，也只有这样才能让生产出来的台钻达到高水准。装配车间安装有两条流水线，分别永来装配零件和检测产品质量。流水线的引入大大的提高了生产的效率。台钻厂在质量检测上事非常的严格，对台钻的底座工- 3 -

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人机操作分析作面的平面度，工作台面的平面度，主轴外锥的径向跳动，主轴旋转轴线对底座工作面的垂直度、对工作台面的垂直度，主轴套筒移动对底座工作面的垂直度、对工作台面垂直的垂直度。主轴在向心力作用下，主轴轴线对底座工作面垂直度的变化，空转试验，开关、主轴升降、主轴箱升降、噪声、温升接地电阻绝缘、耐压、空载功率，负载试验，可靠性及安全卫生，装配检查，立柱与底座结合面、立柱与主轴箱结合面、立柱与工作台支架结合面、清洁度，外观，包装等等一系列的检测。装配车间还有一项工艺就是美化外观的静电喷塑。经过喷塑的器件显的更加的美观，易于顾客的接受，这也是台钻厂自身的一特色。综合车间是

对产品进行一些复杂处理，包括热处理，冷灼，冲压等等，通过这些工序提高产品自身的性能。各道工序都要求工人有相当的技术。外加台钻厂还有一个专门用来开发新产品的车间，这里面所有的工序几乎都是有人工完成，有高级的技工负责。

三、应用的基本原理和步骤

本次课程设计运用的是作业分析的人机操作分析。

1、人机操作分析的基本原理

人机操作分析是研究在一个工人操作一台或者多台设备的情况下，在一个操作周期内，机器动作与工人操作的相互关系，以充分提高机器与工人工时的利用效率。

现代化生产中，机器设备大多是全自动或者半自动的，操作机器的工人变成了“监督”机器的工人，有大部分时间是空闲的。这些空闲时间如能加以利用，不但可以提高生产率和工作效率，而且还能够降低生产成本，增加工人的收入。

2、人机操作分析的步骤

(1)在生产现场选择一加工(装配)工序为对象;

(2)绘制人机操作程序图;

(3)人与机器的操作时间均记录在案之后，将工人与机器的操作时间、空闲时间，每周程人工时数加以统计，以供分析时用。

四、人机操作分析的现行方案和改进方案

1、钻中心孔

现行方案人机作业图

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如果从上述人机图中进行分析，我们可以得到以下数据:一个人可以在操作的台数 = 人

的空余时间/人的工作时间即:117/50=2.34所以一个人可以操作两台机器。

但是如果我们采取固定装夹工具将水喷头进行固定，就可以节省足足14s的时间，但是清

理垃圾时我们认为还是需要在机器暂停时处理比较安全，所以周程就节省

12s。经过以上修

整后机器1 的周程时间缩短为155s，但这必须是建立在熟练工人的基础上。如果一个人只

操作一台机器，人的工作时间为27s，机器的工作时间为128s，128/27+1=5一个人可以操作

五台像机器一类型的机器。不仅从改善人的劳动或提高人和机器的利用率来说，都有很大的

提高。改善方案如下表所示:

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通过改进之后，人的时间利用率从29.944%上升到87(1%，通过添加一个固定夹具固定

水喷头从而将机器的时间利用率从76.64%提高至82(6%。

2、粗磨2#莫氏锥孔留余量0.10-0.15 现行方案人机作业图:

由以上的人机操作分析图可得，轴必须装夹之后才能加工，加工完卸下工件时必须在机床

停止时才能进行，因为人的工作利用率仍有40%的宽放率，仍有空余的时间14S，将工人的

宽放时间去操作另外一台机器，并同时利用机器的空闲

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时间进行手工操作，从而提高人机利用率，根据N=(T+M)/T，

N=(21+23)/21=2.09

由此我们可以算出一个人可以同时操作2台机器，所以我做出了以下的改进方案。

改进方案人机作业图:

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通过改进之后，工人的利用率达到了百分之百，达到最好的利用率。

3、钻键槽孔

现行方案人机作业图:

由以上的现行人机作业图，我们可知:工人将工件装夹在机床上和加工完卸下工件时必须在机床停止时才能进行的，并且在机床加工的时候不断调整机床，但是检验工件这道工序时可以在机床开动中同时进行的，要缩短周程时间，应尽量利用机器工作的时间进行手工操作，以提高人机利用率。因此，对于现行方法- 12 -

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人机操作分析作出了改进方案，将检验工件这道工序调整到工人的空闲时间完成，以缩短周程时间。经改进后，周程时间缩短了4s，人的利用率提高了2%，机床的利用率提高了3%。

改进方案人机作业图:

4、精铣

现行方案人机作业图:

(时间单位:s)

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改进方案人机作业图:

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机器:y631k ，精铣Ф16主轴

由以上的现行人机作业图和改进人机作业图，我们发现工人由原先的操作一台机器到操作

两台机器，产能由原先283s*2生产两个工件，提高到到352s生产两个工件，时间节约了214s。

同时工人时间的利用率由原先的60.78%提高到现在的96.59%。通过现场观察，我们发现工

人在工作时，闲余时间很长，他们通常在等待着机器，或是去干自己的事情，比如去取水喝。

通过人机作业的改善，不但使得时间利用率提高，产能增加，而且还有适当的空余时间，使

得工人不容易疲劳。

5、精磨

现行方案人机作业图:

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由上面的现行方法分析可知:人的利用率比较低，空闲时间长，但是装夹工件和卸下工件必须在机床停止时才能进行的，想要进一步缩短周程是比较难的。这时的改善方法有两种:一是增加其他工作;二是利用空闲操作一台机床。在该方案中，工人有141s的空闲时间，足够操作另外一台机床(138s)。这样既能充分利用工人的空闲时间，提高了工作效率，也节省了劳动力。因此对现行方法作出了改进方案，在以下的改进方法中，周程时间增加了19S，但是人的利用率提高了40%，充分利用了工人的空闲时间，大大提高了工件的生产效率。

改进方案人机作业图:

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五、效果评价

1、改善后效果综述如下:

(1)在钻中心孔这道工序中，通过改进，对人操作一台的工作时间从50s下降到27s，进行改善之后一个人可以操作五台机器，人的空余时间从117s降低至

20s。人的时间利用率从29。94%上升到87(1%，提高了57.14%，通过添加一个固定夹具固定水喷头从而将机器的时间利用率从76.64%提高至82(6%，提高了6%。产能从原先的167s生产一台上升到155s生产5台，周程时间缩短了12s。 a(通过增加一个装夹工装夹具节省了25s。 b(通过固定水喷头改善了操作环境。

(2)在粗磨这道工序中，改进后周程时间虽然从原先的35s上升到42s，但是从产能的角度来看，从35s生产一台上升到42s生产两台，我们可以发现改进方法的可行性很大，塑造性强，进行改善之后一个人可以操作两台机器，人的空余时间从原先的14s变为0s，人的时间利用率从60%提高至100%。鉴于操作机器工作量并不是太大，而且工厂的宽放时间比较多，所以提高了劳动生产率，虽然机器的时间利用率有所下降，但是从全局考虑，我们以产能的提高为准。

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(3)在钻键槽孔这道工序中，我们提出一个问题:检验工件可不可以在机器工作的时候来完成呢,答案显然是可以的，既可以缩短周程时间又可以减少人的空闲时间。因此我们在一个人操作一台机器的基础上，将检验工件这道工序调整到工人的空闲时间完成，以缩短周程时间。我们将周程时间从157s减少至153s，缩短了

4s，人的利用率从62%提高至64%，提高了2%，机床的利用率从89%提高至92%，提高了3%。

(4)在精铣这道工序中，改进后周程时间虽然从283s上升到352s，但是从产能的角度出发，由原先283s*2生产两个工件，提高到到352s生产两个工件，时间节约了214s，我们不难发现，这种改进方法是可取的。进行改善之后，一个人操作两台机器，同时工人时间的利用率由原先的60.78%提高到现在的96.59%，提高了将近30%。人的空余时间也从111s下降到12s，大大减少了空闲时间，充分提高了人的时间利用率。

(5)在精磨这道工序中，进行改善之后，一个人操作两台机器，周程时间虽然

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从301s上升至320s，时间增加了19s，但是人的利用率从46%提高至86%，提高了40%，人的空闲时间从原先的163s下降至44s，充分利用了工人的空闲时间，大大提高了工件的生产效率，而且产能也从原先的301s生产一台到320s生产两台，周程时间仅仅增加19s，就可以生产两个工件，从经济效益上看，这种改进方法显然是可取的。

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六、设计总结与心得体会

时间总是短暂的，为期两周的课程设计结束了。作为大三的学生，这样的实践活动是十分具有现实意义的，而且是十分必要的。课程设计是专业知识得到综合应用的实践训练，是我们走向社会，从事职业必不可少的一个阶段。“实践出真知”，通过这次课程设计，我们深深体会到这句至理名言的真正含义。我们今天认真踏实地完成课程设计，也就是为我们未来在社会上立足奠定扎实的基础。

第一，经过这次的活动，小组成员对于工业工程的方法研究过程有了更深层次的了解，同时也进一步。并且在亲手制作开发的过程中，我们不仅提高了系统分析的能力，对系统的形成实现过程有了更深刻的认识，而且也学习到了对以后的工作、生活有很大的帮助的东西。

第二，这是我们第一次到现场做课程设计，，并在过程中秉着严谨的科学研究精神，认真负责的态度，终于实现了预期的目标，最重要的是我们在团队协作下更进一步体会到集体的力量。

第三，我们对工业工程的学习有了一个感性的认识，而且我们学到了很多课本上学不到的东西。我们的认识能力与创造能力得到了提高，通过实践学习，我们丰富了视野，也进一步提高了自己的观察能力和思考能力，为我们今后的学习和生活带来了很大的帮助，同时，借此机会，我们也对福建本土的企业有了一个较为深刻的认识，这对我们今后的就业也提供了一些指导与帮助。总之，在这次IE实践中，我们得到了很多，也成长了很多。

第四，这次的实践，让我们感觉到IE意识的重要性，在平常我们可能会觉得一个小细节是微不足道的，就好像工人在拿工具时，先通过左手取物，然后再递给右手，它给人感觉好像不具重大意义，但是许多的小细节没有做好的话，则会使得生产效率变得低下。而我们学习IE的人，更应该注重这些小的细节，培养自己的IE精神，发现问题，再解决问题。

最后，非常感谢我们的指导老师，正是他们在课程设计整个过程中给予我们正确和有力的指导，为我们研究的过程中遇到的困难进行解答，并且为我们的改进提出了很多宝贵的建议和意见，才能使得此次课程设计能顺利成功地完成。再一次感谢老师为我们的未来铸就了一双铁靴，我们会勇往直前的走下去的～- 22 -