摘要：本文论述基础工业工程，包括作业研究、生产流分析和成组技术，对于中国家具业科学发展的重要意义。在简要分析其现状，介绍其概念和范畴基础上，论述它们之间的关系和基础地位。尽管现状不够理想，但在新形势下大有希望。

关键词：工业工程，作业研究，生产流分析，成组技术，家具

  中国家具业科学发展离不开相关学科的支撑，本文针对可作为中国家具业新支撑学科的工业工程的研究和应用现状，在阐述相关概念和范畴的基础上，论述作业研究、生产流分析和成组技术之间的关系和它们的基础地位，为转型中的中国家具业提供建设性意见。

1中国家具业基础工业工程现状与背景

1.1经验主导的现状

目前我国家具业生产及管理现状是：自动化程度较低、工人文化素质和技能较低、设计系统化水平较低、生产组织多为工序组织、生产计划与控制粗略、生产效率较低等等。

基础工业工程的应用现状表现在如下方面：

（1）生产作业指导书缺乏技术性的操作方法；虽然用工时作为工资单价计算的依据，但其粗略的经验性数据缺乏科学性；生产计划和ERP没有比较可靠的工时数据支持。

（2）工艺流程的制定是凭经验的，多数生产企业有笼统的综合性的生产流程图，但缺乏个别零件的流程细节。这种状况下，车间流程混乱，图纸常出错误。

（3）目前家具企业成组加工的一般状况是，加工设备虚拟成组，工人根据视检或零件名称凭经验寻找零件族。

1.2背景与行动

        作业研究在西方发达国家被公认为建立企业基础标准、提高生产力的重要手段，在工业发展中至今仍起着不可替代的作用。我国机械等行业在这方面的研究和积淀也已较为丰富，国内外相关成果足以使我们左右逢源。

        美国北卡州立大学在工业工程专业基础上设立了工业工程与家具制造专业。德国罗森海姆大学的木材科技与工业工程专业是在木材科技专业基础上发展起来的，现有木材科技、企业管理、设施与自动化3个方向。相比之下，我国木材与家具类专业明显缺少工业工程与管理这一学科支撑。目前国内尚未有木材科学和工业工程相结合的专业，个别学校如南京林业大学开设了相关课程。家具业基础工业工程研究的基本现况是，在板式家具和实木家具生产方面都有关于工时和成组技术的研究，但板式家具成组技术研究面临研究方法上的困境；目前没有工业工程中的流程分析研究、制造工程和生产流分析研究，没有形成成组工艺流程和产品组织。

目前我国个别家具企业成立了IE部门，但并不能很好地胜任工作。多数企业在作业方法上主要凭经验行事，方法改进缺乏科学性、系统性、标准化，作业测定缺乏科学指导。个别家具企业声称实行了成组技术，但成组技术不是可行不可行问题，也不是实行没实行的选择命题。种种迹象表明，家具企业在工业工程方面蹒跚起步。

2基础工业工程的概念和范畴

2.1作业研究^［1］

2.1.1作业研究的概念

狭义作业研究以作业系统为对象，在一定生产技术组织条件下对生产过程中每个流程与操作从时间和方法上进行研究，以提高效率、降低成本。现代作业研究以生产系统为研究对象，对产品设计、工艺、作业程序、材料使用、设备工装的运用等加以研究，从而制定最佳工作方法和标准时间。

2.1.2作业研究的基本内容

2.1.2.1程序分析及其种类

程序分析是指全面观察和记录产品的整个生产程序并从全局观点进行分析，主要包括：

（1）制造程序分析

研究产品及零部件在其整个制造与装配过程中各工序所发生的操作和检验过程，进行全面了解和严格考察，采用“操作”和“检验”符号，绘出简便图表，以便发现问题，寻找最经济合理的工艺过程。

（2）流程程序分析

分为物料型、人型、设备型三种。物料型即工艺流程分析，它运用工序图示符号详细记录产品或零部件在整个制造（装配）过程中所发生的操作（加工）、检验、搬运、等待和储存作业，记录全部工序内容、每道工序所需时间、物料移动距离。人型即操作程序分析，它对单个工人在生产过程中的一连串活动进行单独记录和分析，用于分析移动距离、等待、储存等“隐藏成本”的浪费。设备型用于记录某一小型设备或工具是如何被移动和使用的，以优化作业场所。

（3）线路分析

线路分析可以在车间布局简图上，依据零部件的整个制造过程，检查其工艺路线，即依次采用的加工设备与工作位置及其路线和距离，以求改进布局。

此外可用线路图，即在车间或工作区域平面图上，用线段及其长短表示流通线路及其距离，以线条和符号表示流程程序图上的所有动作，来分析物料搬运和人员移动的路线，改进设备布置。在图示方面只标注操作、检验、存储三项的位置，搬运距离直接表示在线路上。

线图是线路图的特殊形式，采用线条表示并衡量工人、物料或设备在规定活动中所走的路线与距离。线路图近似地按比例作图、标注相应距离，而线图用线条表示和度量距离，用图示方法反映工艺路线使用的频数。

在多品种生产方式下在工序组织之间进行线路分析应着重对主要零件类别及逆向物流进行分析。

家具制造业通常所讲的工艺流程是一种简化的流程，是按照主要零部件的加工顺序所制定的工艺过程，一般不包括检验、搬运、等待和储存分析，不分析距离与时间，甚至不明确指定所需要的设备及其工艺参数。

2.1.2.2作业分析

        作业分析包括操作分析和动作分析，其中前者分为人机操作分析、联合操作分析、双手操作分析三种。在实际生产中还需要分析各种人机关系和加工方式。

2.1.3与时俱进的作业研究

随着生产方式变化、机械化与自动化程度提高和生产技术进步，作业研究的方法和内容发生了重大变化。1）传统作业研究基本上只涉及工作地和人机关系问题，而现代作业研究的对象是整个生产过程大系统，涉及设计、工艺流程、成组技术等内容。2）方法研究变得更加复杂，并与批量生产方式、先进加工设备与技术、成组技术等关系密切。3）自动化和信息技术也影响了作业测定的对象、方法和结果。

2.2生产流分析^［2］

        生产流程分析是基于对流程表或工艺卡进行分析，用于计划成组技术、产品组织和设施布局的技术，主要包括：

        （1）公司流分析，分析制造公司各工厂之间或工厂与分包厂之间的生产物流，统计并分析路线、频率等，寻找简单有效的方案，以使各工厂独自完成其加工的所有零件。

        （2）工厂流分析，分析工厂内各车间之间的物流，计划新的车间划分，使每个车间独自完成其加工的所有零件，各车间之间没有生产物流。

        （3）成组分析，应用矩阵分解方法，把每个车间划分成组，每组独自完成其加工的所有零件。在成组分析中包含各种加工操作分析。

        （4）路线分析，分析组内各加工机器之间的物流信息，以便改善设施布局。

        （5）工具族分析，研究组内每个加工机器的加工过程以发现工具族及其作业顺序，工具族是指可以用同一机器的同一次安装的同一组工具来加工的相似零件。

2.3成组技术

        成组技术同时满足设计要求和生产要求较为困难，用于制造方面一般称为成组加工或零件族制造，它力图按照零件设计与制造的相似性，去分析和处理有关的零件系列及其工艺过程，以便以族为基础组织生产。

        除了经验性的目测/视检法、名称/功能法和包含于下列方法中的各种数学方法，成组技术可归为三类^［3］：

（1）零件族方法：首先形成零件族，然后把加工机器按组或单元组织。各种零件分类编码系统均属此类。

（2）机器组方法：首先按零件工艺路线的相似性组织机器形成机器单元，然后为机器单元分配零件族。

（3）机器零件成组方法：根据生产流分析的结果，同时形成零件族和机器单元。

3作业研究、生产流分析、成组技术三者之间的关系

3.1作业研究与生产流分析的关系

        传统作业研究对象是单一产品或零部件及其流程、操作和动作，并测定时间，以改进作业方法，提高生产效率。生产流分析对象是多产品、多零件及其加工设备，目的是改善生产组织和布局，计划成组技术。

        生产流分析是对工作研究的补充、改进和加强，工作研究有助于生产流分析，其共同目的是改善生产方法，提高生产效率，都是现代工业工程与管理的基础。

3.2生产流分析与成组技术

3.2.1零件分类编码的缺点

零件分类与编码法可以方便检索，一直是成组技术研究的热点，但它们往往具有如下缺点：1）划分零件组/族不彻底。零件形状功能相似，机加工可能不同；形状功能不同，机加工可能相同。2）未考虑公差、加工批量、材料、规格的影响。3）零件分类编码法不寻求机器组。4）仅考虑生产车间零件族，仅相当于生产流分析中的成组分析^［2］。

3.2.2生产流分析的目标和优缺点

生产流分析的目标和优点是：1）彻底划分现有的工厂机器和设施，使之成组，从而改变生产组织与设施布局。不必购买新设备。2）结合公差、规格、材料、加工批量，划分所有零件使之成族，如有例外则重新分配操作加以解决。3）每组完成其加工的所有零件，例外情况求助于加工中心。4）除了重新分配一些操作给不同机器及采用少量新方法以消除例外，大多零件依然用现有方法加工。成本低，见效快。5）与作业研究相结合，简化物流系统，改进加工方法，从而为自动化技术如机器人和CNC等提供帮助，为成组技术和柔性制造系统（FMS）提供基础。

唯一可能逊色于分类编码法的是，对极相似的零件，分类编码法可能更胜一筹^［2］。

3.2.3生产流分析与成组技术的关系

        生产流分析为成组技术服务，但后者不是前者的唯一目的。生产流分析是计划成组技术的有效方法之一，而成组技术具有更多的内涵。因此，实施生产流分析时还应积极研究其它成组技术方法。

3.3作业研究与成组技术的关系

当前成组加工方法已在经验性地应用着，这决定了作业研究的条件。成组技术对作业测定的影响有如下几点^［4］：

（1）准备时间随着同一族内零件的不同及作业顺序不同而不同，合理的零件族及其批量能减少单机准备时间和作业转换时间，又利于生产平衡和连续性。

（2）生产部门若按零件族安排生产调度计划，作业测定的对象是零件族，与测定单一零件相比有不同的测时方法和数据计算方法。

（3）同一族内不同零部件具有结构、工艺的相似性，其操作加工也相似。通用操作时间是主要测定对象，个性操作时间可用类比法推算。

（4）零件分组编码和操作单元分类编码后，也将影响到作业测定的数据分组、分析计算、数据精度。

（5）单件平均加工时间是个变数，因为它随着零件族和加工批量的不同而不同。在利用工时计算计件工资时，可以根据生产情况确定某种标准批量。

（6）应用成组技术能减小零件、工时等的庞大数据库，减少测时劳动量，利于数据更新、使用效率提高。

（7）成组加工单元可以实现对零件的并行加工，减少该批零件在本工序的生产时间。

总之，工作研究者必须结合成组技术进行工作研究，而通过作业研究也能促进成组技术的研究和应用。

作业研究、生产流分析、成组技术三者之间的共同对象是成组分析，包括加工单元、加工中心、零件族、工具族、操作分析、作业排序等内容。

4基础工业工程的地位

4.1作业研究的基础地位^［4］

（1）一种提高生产率、降低成本的首选技术

衡量企业管理水平的基本尺度是资金和时间，而中国家具企业尚缺乏科学的工时标准体系，不能科学地确定新产品及定制产品所需生产时间。作业研究的显著特点是用很少的投资使企业的生产率显著提高。

（2）一种比较成熟的时间压缩技术

基于时间的竞争要求企业建立快速决策机制和相应组织类型，及时捕捉市场信息，有效利用信息资源，快速设计、即时制造、准时交付/快速上市。时间压缩技术涉及技术转化、并行工程、信息化、供应链管理、虚拟企业、敏捷制造等相关技术，其中作业研究最为成熟。

（3）作业研究是精益生产方式的基础

在日本，作业研究派生出了定置管理，而精益生产方式（又称大野IE）的实质就是福特式的作业流程加上泰勒式的科学管理（标准时间、标准作业）方法。

（4）科学管理的必经之路， ERP、BPR等的基础

通过作业研究合理改善和评价作业系统，培养员工IE意识，提高其技能和产品质量。标准时间可以作为正确核算生产工作量、分析产能、编制作业计划、评估交货期、正确计算劳动消耗、确定机器利用率指标、产品成本等的依据。

在ERP系统中，工件提前期可分为五类时间，即排队时间、准备与加工时间、等待与传送时间。作业研究的重点是研究准备与加工时间。

业务流程再造（BPR）是“对企业核心业务流程进行根本性再思考和彻底性再设计，从而获得成本、质量、服务和速度等方面的戏剧性改善”，使企业适应以“顾客、竞争和变化”为特征的经营环境。它以作业流程为中心，按单一服务对象及其流程组织生产，实行扁平化组织结构。作业研究的ECSR原则和5W1H提问技术对流程再造值得借鉴。

（5）提高家具设计水平的途径之一

        通过作业研究可以调查到产品和设备及各个工步的分类和基本数据，对促进并行设计、“面向装配、制造、检验、质量、拆卸、回收及服务等的设计（DFX）”、标准化设计、成组设计等具有重要意义。

4.2生产流分析的基础地位

作业研究应首先着眼于生产系统的整体优化（流程分析），然后再深入解决局部问题（操作分析）。而在多品种小批量生产中，以多零件为对象的生产流分析显然应处于优先位置，其目标和优点也说明了其基础地位。

4.3成组技术的优点和基础地位

        成组技术在生产方面有如下优点：1）减少生产周期和成本，减少在制品。2）生产柔性，易于随市场改变。3）较好分派任务，较好的加工质量，减少返工现象，减少报废。4）决策权下放，改善组织和工作满意度^［2］。

        成组技术是单元制造、精益生产、柔性制造、大规模定制（MC）等现代制造的基础，已应用到计算机辅助设计与制造、计算机辅助工艺过程设计等方面，在家具生产中积极研究生产流程分析和成组技术势在必行。

5结论

        中国家具业科学发展需要基础工业工程，工业工程必须有行业针对性和学科实践性。

        （1）科学研究及应用应制订技术路线图

        目前家具基础工业工程研究实属自发性质，缺乏技术路线图，在基础工业工程与高新技术之间有时不知先后和取舍。虽然左右逢源，却不能很好地发挥后发优势。借鉴其它行业经验，采用现代化研究手段和信息技术将是必然道路。

        （2）校企合作，促进家具基础工业工程发展

        工业工程的引入需要企业的主体积极性，基础工业工程无须大量投资，但需要一个积累的过程。因此，大力呼吁加强高校与家具企业及行业协会的合作，只有这样学科才得以发展，行业才得以发展，最终使生产企业受益。

参考文献

［1］白东哲 生产系统现场工作研究[M] 机械工业出版社2004

［2］Burbidge, J.L. Production Flow Analysis For Planning Group Technology [M] Oxford Science Publications，Oxford ，1989

［3］Martin Kwok. Manufacturing System Design for the Industrial Engineer [J] Industrial Engineering 1992-93 35～39

［4］韩维生 板式家具生产系统现场工作研究[D] 南京林业大学博士学位论文2007.6