生产线人效提升的实战方法与哲学

人效提升的本质是让生产活动无限趋近于理想状态——以最小的输入获得最大的输出，这背后的第一性原理可以追溯到两个最根本的物理法则：第一，提升增值比；第二，减少零件数量，减少作业内容。

第一，提升增值比

前面的章节我们谈到过，精益的本质是创造价值，消除浪费。在生产制造端，我们认为只有改变了产品的形状、功能、结构的工作是有价值的，其他的动作都是浪费。我们要提升人的工作效率，首先要做的就是消除浪费，提升增值活动在总活动时间中的占比，我们称之为增值比。

我们可以通过一个典型的智能手机制造工序来具体理解这一点。例如，在手机摄像头的装配环节（以装配3颗摄像头为例）：

增值活动：将摄像头模组准确压入机身的动作，直接改变了产品的状态，赋予了其拍照功能。假设每压入一颗摄像头耗时1秒，那么该工序的增值活动总时间即为 3秒。

非增值活动：在实际操作中，整个工序还包括了取放手机、从料盒中抓取摄像头、对准位置、检查等动作。假设完成所有这些动作的总时间为 10秒。

增值比计算：那么，这个工序当前的增值比就是 3秒 ÷ 10秒 = 30%。换言之，70%的人工时间并未直接贡献于产品价值。

我们应该怎么提升增值比呢？

通过标准作业、工业工程的工作研究（程序分析、操作分析、动作分析）、简易自动化、手边化等方法，具体方法如下图所示：

通过这一系列环环相扣的举措，目标是将上述摄像头装配的增值比从30%不断提升。每一次百分比的提升，都直接意味着更低的成本、更高的产能与更稳定的人力资源效能。这正是制造业在激烈的市场竞争中，构筑核心效率优势的根本所在。

1.1不花钱的改善，工业工程的核心：工作研究

工作研究是工业工程的基石，它的目标很简单：用最低的成本（时间、人力、物力）完成工作。它不做大刀阔斧的设备投资，而是像一名敏锐的侦探，通过系统性的观察、记录和分析，找出隐藏在日常操作中的浪费，并设计出更优的方法。

工作研究主要包含三个由宏观到微观的层面：程序分析、操作分析、动作分析。以下是它们的详细定义及核心区别：

1.程序分析

程序分析是从宏观角度出发，对生产的全过程（整个制造系统或工作流程）进行全面的观察和记录。核心思想是着眼于“流程整体”。它关注产品/物料在生产过程中的整个路线，看是否有不必要的工序、过长的运输、不合理的停滞等。它的主要目的是消除或合并生产工序，优化工厂布局和物料搬运路线，改善流程顺序，缩短生产周期。

程序分析的常用工具：

工艺流程图： 主要反映“加工”和“检验”的关系。主要改善方法是通过价值工程减少零件数量，减少加工工序，对加工的内容和顺序进行取消、合并、重排、简化，同时减少检查的工序数量。

流程程序图： 包含加工、检验、搬运、等待、储存五种符号，是程序分析的核心图表。流程程序分析主要用于减少检验、搬运、等待、储存等非增值的环节和步骤。例如，某制造工厂的加工、组装、测试、包装以前是独立运行的车间，每个车间之间都有检查、搬运、等待、存储的环节，通过整合，把四个大的制程合并成一条连续流动的生产线，消除了车间之间的所有的检查、搬运、等待、存储的环节，每条线节省了20人，同时节约了50%的仓储面积，生产周期从15天缩短到4天。

流线图： 在车间平面图上绘制的物料流动路线。某工厂搬新工厂的时候利用流线图把旧工厂的物流路线绘制出来，在新工厂布局的时候进行物流路线的优化，产品从原材料到成品的搬运距离从70公里降低到4公里，卡车搬运次数从4次到0次，物流小车搬运次数从65次降低到10次，减少搬运人力14人次；

2.操作分析

操作分析是在程序分析的基础上，针对某一个具体的工序（或工位）进行详细研究。它主要研究人、机、物的结合关系。核心是着眼于“人的操作动作与机器的配合”。当流程确定后，我们要研究这道工序里的人怎么工作最合理，机器如何配合人。它的主要目的是减少操作者的疲劳，平衡人机负荷，提高人机利用率。

常用工具：

人机作业图： 记录在一个作业周期内，操作者与机器之间时间上的配合关系，用于发现机器的空闲时间或人的空闲时间。某CNC加工车间通过人机联合作业分析，从1人操作1台机床改善到1人操作5台机床，效率提升5倍，整个车间节约30人/班。

联合作业图： 研究多人配合的作业，如流水线上的多工位协同，或一个大型设备由多人共同操作的情况。其原理和人机分析一样。

3.动作分析

动作分析是最微观的分析。它将操作者的动作细分为最小的单元（动素，Therbligs），研究这些细微动作的有效性。核心是着眼于“人的肢体动作”。旨在剔除无效动作（如寻找、挑选、暂停），简化有效动作。主要目的：制定最省力、最高效的操作方法。为制定标准作业提供依据。应用动作经济原则设计工位和工具。

常用工具：

动素分析： 将动作分为18种动素（如伸手、握取、移物、装配、拆卸等），分析哪些是必要动素，哪些是无效动素。

微动作研究： 利用摄像设备记录高速或细微动作，慢放分析。以下是国内领先的动作分析软件ECRS工时软件，将视频导入软件后，可以实现动作要素的自动切割，逐帧分析每个动作是否存在浪费。

动作经济原则： 减少动作数量、缩短动作距离，双手作业，简化动作难度。一般动作改善需要重新布置工作场所，或设计一些工具、治具辅助改善，涉及简易自动化和手边化，例如吉尔布雷思利用设计砖箱、脚手架等工具将砌一块砖的动作从18个减少到5个，砌砖的效率提升2倍以上。

总结与对比：三者之间的层级关系

为了更直观地理解，可以把这个过程想象成用“照相机”逐级放大观察：

程序分析（宏观/广角镜头）：是对整个车间、整个流程进行分析和改善。产品从进厂到出厂，总共要经过多少道环节？这些环节是增值的吗？真的有必要存在吗？程序分析的改善需要厂长等高层管理者来领导和决策，因为常常涉及工厂布局的调整，改善资源的协调、改善风险的把控。

操作分析（中观/标准镜头）是对单个工位、人机互动、多人协作进行分析和改善。在某一个工序，人和机器的时间安排是否合理？两个人配合干活会不会互相干涉或互相等待？操作分析一般是班组长、车间经理或工程师来主导。

动作分析（微观/微距镜头）：对操作者的手、眼、身体等动作进行分析和改善。在拿取螺丝这个动作中，手伸出去的距离能否缩短？能不能用脚控代替手控？动作分析一般是班组长或IE工程师来主导改善，对每个工序的员工进行动作分析改善，结合线平衡理论，可以极低成本快速实现生产线每小时产出的提升或保持产出不变，减少操作人数。

1.2花小钱的改善：低成本简易自动化与工艺革新

在完成“不花钱的改善”（工作研究）之后，下一步是进行“花小钱的改善”。这类改善需要一些投入，但绝非天价投资，其核心是“用智慧和巧思，替代蛮力与等待”，追求极高的投资回报率。

它主要包含以下几个经典工具：

1.手边化：让工具和物料“触手可及”

根据动作经济原则，通过对工作台、物料架、工具架的精心设计与布局，确保所有必需的物品都在操作者正常的作业范围内，无需弯腰、转身或大幅移动手臂即可取用，其目的是缩短取放时间、减少动作幅度、降低疲劳，让操作者能更专注于核心的加工或装配动作。

核心方法：

划分区域：将工作台面分为“最大作业范围”和“正常作业范围”。所有最常用的物品必须放在“正常作业范围”（以肘部为圆心，小臂为半径画出的半圆）内。

立体利用：使用料盒、支架、挂钩等，将平面堆放改为立体收纳，一目了然。

定品、定位、定量：每个物品有固定名称、固定位置和固定最大数量。

例如：厨房里的手边化

改善前：你在厨房炒菜。盐罐放在头顶的吊柜里，油瓶在背后的架子上，菜板在水池边。炒菜时，你需要转身、踮脚、伸手，忙得团团转。

问题分析：超过70%的时间花在了“取东西”和“找东西”上，真正的“炒菜”这个增值动作被频繁打断。

手边化改善：

在灶台正前方墙壁安装一个“调料架”，将油、盐、酱、醋等常用调料按使用频率放好。

在灶台右侧（或左侧，根据惯用手）设置一个‘备料区’，将切好的菜、肉放在统一的碗碟里，按使用顺序排列。

改善后效果：现在，你的眼睛无需离开锅，手像钢琴家弹琴一样，自然、流畅地取到下一步需要的所有东西。动作距离缩短了80%，烹饪流畅度和速度大幅提升，疲劳感显著下降。 这个改善的成本，仅仅是一个几十元的调料架。

2.自働化：给机器赋予“人的智慧”

定义：“自働化”不是简单的“自动化”，它特指在设备或流程中植入能自动检测异常并立即停止的装置或机制，防止生产出缺陷品，实现“品质内建”。其目的是不依赖人的反复检查来保证质量；发生问题时自动停机，强迫现场解决问题根源；将操作者从看守机器的状态中解放出来，可以一人看管多台设备。让设备具有人的判断能力。

核心方法：

异常检测：通过传感器（光电、压力、视觉等）探测漏装、错装、尺寸不符等。

自动停机：一旦检测到异常，设备自动停止并报警。

安灯系统：通过声光报警，快速呼叫支援。

【自働化案例1：带有“防呆”功能的自働化织布机】

改善前：自动织布机某一条线断开就会导致产品不合格，为了防止断线，每台织布机要安排一名员工守着观察是否断线。

问题分析：机器没有“判断”能力，完全依赖人的正确操作来保证产品质量。

自働化改善：装上AI视觉检测装置，如果检测发现断线，织布机自动停止生产，并触发安灯系统报警，快速呼叫支援。

改善后效果：改善前一人看守一台织布机，改善后一个人看守30台织布机，效率提升30倍。

【自働化案例2：带有“防呆”功能的自働化注塑机】

改善前：某空调制造工厂注塑车间，注塑机不停生产产品，所有的产品统一送到外观全检车间检查是否碰伤、划伤和结构缺陷，不良率过高，才会排查是哪台设备生产的，发现不良率超标时，大量不良品已经被制造出来，只能进行返工或报废，质量成本高高。

问题分析：机器没有“判断”能力，完全依赖人的正确操作来保证产品质量；产品出现质量问题，产品在哪台设备生产不能追溯，不能马上停机，持续生产不良品；

自働化改善：装上AI视觉检测装置，识别产品缺陷或不良，如果检测发现不良，注塑机自动停止生产，并触发安灯系统报警，快速呼叫支援。

改善后效果：改善前，一次不良率5%，改善后一次不良率0.1%以内，取消外观全检车间。

这种“内置智慧”的机制，就是典型的“自働化”思想。它的成本是几个传感器和一套控制逻辑，却带来了巨大的安全与质量收益。

随着视觉、AI、 各类传感器技术的发展，自働化的改善难度比一百年前要容易很多，只要我们具备自働化的思维，大多数产品制造都能实现异常检测，异常停机，异常报警，实现人不看守设备，提升人效的同时大幅降低产品材料损耗，大幅降低质量成本。而自働化改善的成本往往就是增加一套传感器和安灯系统，实现成本较小。

3.工艺改善 (DFA: 面向装配的设计） ：从源头为“好装”而设计

在产品设计阶段，就系统地考虑并优化零件如何被高效、无误地装配到一起，减少零件数量、简化装配操作。其目的是降低产品本身的装配难度和成本，从源头上消除制造过程中的浪费，例如减少对齐、紧固、调整等困难操作。

核心方法：

减少零件数量：思考是否可以通过零件合并来减少装配步骤。

设计防错（防呆）：确保零件只能以正确的方式安装。

简化装配动作：提供明显的导向、对齐特征，减少螺丝数量，采用卡扣等快装结构。

【DFA案例：某发动机组装工艺改善】

改善前：发动机有1000多个零件需要组装，总共需要3000多个螺栓来紧固所有零件；螺栓的规格多达60多种，有弹片➕垫片的放松螺栓，有胶水+法兰面螺栓等各种组合，经常装错、漏装、多装螺栓；员工也很难区螺栓的种类和数量，装配的过程中花费很多时间核对螺栓种类、规格、组合方式，装配效率低；有些螺栓的安装位置极其狭窄，需要开发可转弯的拧紧扳手。总体可制造性极差。

改善对策：

减少零件数量：通过重新研发，发动机零件数量从1000多个减少到300—500个，螺栓数量从3000多个减少到1000个以内；设计上完全避免难安装的地方。

零件高度标准化：减少螺栓种类和规格，螺栓规格从60种降低到10种，全部采用法兰面防松螺栓；

防错与导向：拧紧设备安装传感器，实现装配数量、装配力矩的实时监控，数量和力矩错误立马停机、报警。螺栓孔都有导向槽设计，降低对准的难度。

改善后效果：装配一台发动机的总工时下降了60%，装配效率提升210%。

4.简易自动化：用“巧结构”代替“纯人力”

简易自动化（LCIA）是指不依赖昂贵的工业机器人或全自动生产线，而是利用杠杆、滑轮、斜面、齿轮、气缸等简单的机械机构、重力或小型动力装置，自行设计制作低成本、半自动的工装夹具，以替代重复、繁重的人工操作。其目的是以极低的成本，将人从重复、单调、耗力的劳动中解放出来，专注于需要判断和技能的环节。它也被称为“人机分离”或“省人化”的第一步。

核心5个要素：

裸付：指零部件在供应给生产线时，应去除多余的个体包装，以可直接进行组装的状态呈现。目的是消除操作者“打开包装”“取出物品”等无附加价值的动作浪费。

整列化：指零部件在供应时，其方向和排列顺序应与组装时的需求完全一致，操作者无需进行方向辨别和调整。目的是消除“调整方向”“对齐”等动作，降低视觉判断的疲劳和失误。

一个切：指零部件能够逐个、稳定地从整列好的物料中分离出来，供给到操作者手中或指定的取件位置。目的是防止一次取出多个零件，实现精准抓取，为后续的简易自动化供料打下基础。

近手化：指将整列好并逐个分离的零部件，放置在距离操作者手部最近、最顺手、最稳定的位置。目的是缩短“伸手取物”的距离，符合动作经济原则，让操作更轻松、节奏更稳定。

简便自动化：指对于重复性强、有规律的动作，尽量利用杠杆、凸轮、重力、气动等简单机构，设计制作出低成本的装置来代替纯手工作业。目的是以极低的投入，实现局部或整体的自动化，提升效率和品质稳定性。

【超市收银台的扫码枪简易自动化改善】

改善前：收银员必须用一只手始终抓起沉重的手持式扫码枪，对准商品条码扫描，扫描完再放下。一天重复上千次，手腕极易疲劳损伤。

问题分析：“抓取”和“放下”扫码枪是重复且无价值的体力劳动。

简易自动化改善：

在收银台固定一个弹簧伸缩支架。将扫码枪挂在支架上，扫码枪位置和角度可调。收银员只需将商品条码凑近固定的扫码枪，“嘀”一声即可完成。全程无需用手拿起扫码枪。

改善后效果：彻底消除了“抓取”和“放下”这两个疲劳性动作，收银员可以更专注于商品处理。工作变得轻松，效率却提高了。这个改善的成本只是一个几十元的支架，却解决了大问题。这就是简易自动化的精髓——用最简单的机械结构，解决最实际的疲劳与浪费问题。 

1.3花大钱的改善：生产线重新设计和自动化设备投入

当不花钱的改善和花小钱的改善都做得差不多的时候，浪费其实已经大部分都被消除，如果我们还想进一步提升人效，则可以开始考虑对生产线进行重新设计以及投入自动化设备，但二者都需要进行非常大的投入，因此需要谨慎决策。

2010-2020期间，因国家对智能制造投入有补贴，不少企业大力引进自动化设备，最终因产品形态变化、工艺变化快，导致设备大量闲置，企业反而亏损甚至倒闭。因此企业在投入新生产线和自动化设备时，应该谨慎思考以下问题：产品的生命周期是否足够长，产品的形态和工艺是否长期稳定，生产线和设备是否会有闲置的风险？产品是大批量还是多品种小批量，新生产线和设备能否实现快速换型，以实现产能利用率的最大化？

关于生产线重新设计以及设备设计，将在后续章节另行叙述。

二、减少零件数量、减少作业内容

如果说提升增值比是在优化“怎么造”，通过改善流程来挤压效率，那么减少零件数量则是在决定“造什么”，从设计源头重塑产品。这是一种更具决定性，也更根本的杠杆。它不仅削减了物料成本，更直接减少了装配工序、生产线复杂度和质量风险，对人效提升产生乘数效应。

实现这一目标，需要一套系统的思维工具。价值工程、卡诺模型与马斯克的减法哲学，正是其中最犀利的三把“手术刀”。

2.1价值工程——以功能为本的成本审视

核心定义：价值工程并非简单的“降低成本”，而是一门以功能分析为核心的系统性方法。它追问：“这个零件或工序的基本功能是什么？实现这一功能的最低成本是多少？”其精髓在于，通过创造性思维，寻求在保证核心功能的前提下，最具价值的设计与工艺方案。

在一款打印机的设计中，工程师分析发现，一个塑料支架的功能仅仅是“支撑一根轴”。通过重新设计，他们将此功能集成到相邻的更大壳体上，直接取消了该独立零件，节省了模具、物料、装配和仓储的全链条成本。

2.2卡诺模型——洞察用户需求的“过滤器”

核心定义：卡诺模型是一种巧妙洞察用户需求、对功能进行优先级排序的工具。它将产品特性分为五类：

KANO应用案例：

在手机制造的过程中尽可能消除反向、无差异的质量特性，谨慎地优化和改善魅力型质量特性，例如减少让消费者反感的软件预安装、减少包装中消费者无感的过度包装元素，在保障功能的前提下减少紧固螺丝数量，取消升降摄像头的魅力型质量特性；

2.3马斯克的减法哲学——第一性原理的极致演绎

核心定义：埃隆·马斯克将物理学的“第一性原理”演绎为极致的减法哲学。其方法论可概括为“质疑、删除、简化”的循环：回归物理本质与用户核心需求，大胆质疑每一个存在的部件，无情删除所有非绝对必要之物，然后简化剩余部分。

颠覆性案例：

特斯拉的一体化压铸：这是减法哲学的里程碑。传统汽车后底板由数十个冲压件焊接而成。马斯克团队追问：“它的核心功能是形成结构，而非由多个零件组成。”于是，他们用巨型压铸机将整个后底板一次压铸成型，零件数量锐减，生产线长度和机器人焊接工序大幅缩短，制造时间与成本骤降。

SpaceX的火箭发动机：在“猛禽”发动机研制中，团队不断挑战“火箭发动机理应复杂”的惯例。通过重新设计，他们将传统上需要上百个零件的涡轮泵，简化到只有两个主要运动部件，实现了惊人的可靠性与低成本。

三剑合璧：从手机铰链到产品平台

在实际应用中，这三把刀往往协同作战。以某手机公司折叠屏铰链重构为例：

价值工程分析：铰链的核心功能是“实现平滑开合与稳定悬停”，而非由大量齿轮和零件组成。

减法哲学驱动：工程师大胆摒弃传统复杂设计，回归第一性原理，创造性地采用更集成的精密结构，大幅减少零件数量。

卡诺模型验证：新铰链在满足“平滑稳定”（基本型）和“轻薄”（期望型）的同时，其创新结构本身也成了产品亮点（魅力型）。

最终，这种系统性的“减法”升华为了 “产品平台化设计” 。即像乐高一样，用一套高度通用、精简的核心模块（平台），通过灵活搭配衍生出多样化的产品。这不仅减少了零件总数，更带来了研发聚焦、供应链简化、生产学习成本降低等复合效益，从根本上重塑了产品的竞争力与制造效率。

结论：减少零件数量，绝非简单的成本削减，而是一场深刻的产品设计哲学变革。价值工程师提供了系统的分析方法，马斯克哲学赋予了挑战惯例的勇气，而卡诺模型则确保了减法不减值。三者结合，指引我们从“为制造而设计”走向“为效率和价值而设计”，在源头上为企业赢得巨大的竞争优势。

效率的竞争已不再是流水线速度的比拼，而是从产品诞生于图纸的那一刻起，就融入骨髓的设计哲学与系统性思维能力的较量。未来工厂的效率天花板，将由今天我们对每个零件的审慎、对每个动作的审思所定义。

下节预告：本文花了很大篇幅介绍了生产线人效提升的方法论和笔者亲身经历的实践案例（出于对应公司的信息安全，隐藏了实践公司的名称，对改善数据做了模糊调整），下一节我将用一个完整的案例，阐述如何应用以上方法论实现五年人效五倍提升。

2026年2月15日星期日

于福建永定