郭 晨,魯玉軍,賈江鳴(浙江理工大學(xué) 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院，浙江 杭州 310018)

0 引 言

隨著低成本、高質(zhì)量、定制的產(chǎn)品和服務(wù)越來越成為客戶關(guān)心的重點(diǎn)，原有的大批量生產(chǎn)低成本、穩(wěn)定的質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品和服務(wù)已無法滿足客戶的個(gè)性化需求[1]。企業(yè)根據(jù)客戶提出的個(gè)性化需求，分析出客戶需求產(chǎn)品的共性部分和個(gè)性部分，利用企業(yè)已有的設(shè)計(jì)資源進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的同時(shí)也要考慮到生產(chǎn)和裝配的效率問題，這就要求企業(yè)既要滿足客戶的個(gè)性化需求，又要提高生產(chǎn)率，而制約產(chǎn)品生產(chǎn)效率的一個(gè)重要因素是標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的制定。

本研究通過使用“方法-時(shí)間-測(cè)量-通用系統(tǒng)”(method-time-measurement universal analysis system，MTM-UAS)方法對(duì)大批量定制的產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)作分析，對(duì)時(shí)間進(jìn)行模塊化劃分，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、響應(yīng)速度。

1 MTM研究背景與現(xiàn)狀

1.1 動(dòng)作時(shí)間分析

19世紀(jì)80～90年代，泰勒和吉爾布雷斯夫婦[2]發(fā)起動(dòng)作和時(shí)間研究,將人的動(dòng)作劃分為17個(gè)動(dòng)作單元，形成了MTM基本動(dòng)作的前身；美國人西格[3]將時(shí)間研究和動(dòng)作研究相結(jié)合提出了動(dòng)作時(shí)間分析法；美國學(xué)者H.B梅那德等人[4]開發(fā)了MTM基本方法(MTM-1)，對(duì)MTM方法基本原理進(jìn)行了總結(jié)；1957年MTM標(biāo)準(zhǔn)成為國際標(biāo)準(zhǔn)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用[5]；1962年德國MTM協(xié)會(huì)成立并致力于MTM的推廣應(yīng)用和研究，協(xié)助企業(yè)培訓(xùn)專業(yè)人才并提供咨詢服務(wù)[6]；1970年以后，預(yù)定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)合計(jì)算機(jī)使用，走向了另一個(gè)歷史里程碑。

國內(nèi)也對(duì)MTM進(jìn)行了研究。張明應(yīng)用MTM方法計(jì)算F-Zeit,并根據(jù)F-Zeit進(jìn)行節(jié)拍平衡，制定了標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)；陳平等人[7]提出將MTM-USA法和虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，利用該方法對(duì)人機(jī)、工藝流程、設(shè)備及工位場(chǎng)地布置等三方面進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，投產(chǎn)前評(píng)估出理論標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)；嚴(yán)駿[8]則提出時(shí)間數(shù)據(jù)壓縮方法,建立了一套基于MTM-UAS預(yù)定時(shí)間系統(tǒng)；邱駕云[9]運(yùn)用MTM理論對(duì)不必要的動(dòng)作進(jìn)行優(yōu)化，消除動(dòng)作瓶頸，提高了生產(chǎn)效率；周振綱[10]用MTM-1方法對(duì)噴油器裝配線瓶頸工位進(jìn)行改善，降低節(jié)拍時(shí)間，提高生產(chǎn)線的效率?，F(xiàn)在MTM-UAS方法在企業(yè)中常用的預(yù)訂時(shí)間法包括工作因素法、方法時(shí)間測(cè)量和模特法。

時(shí)間分析法的類別如圖1所示。

圖1 時(shí)間分析法的類別

1.2 大批量定制原理及應(yīng)用

大批量定制是一種集企業(yè)、客戶、供應(yīng)商和環(huán)境等于一體，以大批量生產(chǎn)的成本、高質(zhì)量和高效率提供定制產(chǎn)品和服務(wù)的生產(chǎn)方式。裝配工時(shí)模塊的重用性是提高生產(chǎn)效率的必然要求[11]，利用大批量定制的重用性原理可以幫助企業(yè)合理的重復(fù)利用已有裝配工時(shí)數(shù)據(jù)以及工時(shí)模塊[12]，從而不必再利用MTM-UAS重復(fù)分析操作工的相似或相同的動(dòng)作單元。

1.3 MTM-UAS的概念及發(fā)展

在實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)過程中，MTM是對(duì)操作動(dòng)作內(nèi)容時(shí)間評(píng)估的一個(gè)重要工具。MTM法是一種將動(dòng)作流程分解成基本動(dòng)作的方法。每個(gè)基本動(dòng)作都有規(guī)定的時(shí)間值，時(shí)間值的大小是通過所考慮的影響因素來預(yù)先確定[13]。

UAS通用分析系統(tǒng)是用于組織、計(jì)劃和描述人工可影響的操作流程的工具，并根據(jù)完成操作所需要方法確定時(shí)間。

UAS方法包括7個(gè)基本操作：夠取和放置、放置、使用輔助工具、啟動(dòng)操作、動(dòng)作循環(huán)、身體動(dòng)作，視力控制。

MTM-UAS時(shí)值卡如表1所示。

2 某公司裝配生產(chǎn)線現(xiàn)狀

某公司主要產(chǎn)品是電動(dòng)工具，采用大批量生產(chǎn)的方式進(jìn)行生產(chǎn)，根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)提前對(duì)各類產(chǎn)品進(jìn)行備貨，工業(yè)工程師運(yùn)用MTM-UAS方法對(duì)操作動(dòng)作進(jìn)行分析，然后對(duì)工人動(dòng)作及工位環(huán)境進(jìn)行改善。

運(yùn)用MTM-UAS法對(duì)產(chǎn)品A的工位2進(jìn)行動(dòng)作分析，分析結(jié)果如表2所示。

不同的產(chǎn)品在不同裝配線上進(jìn)行裝配時(shí)，使用MTM-UAS方法對(duì)工序進(jìn)行動(dòng)作時(shí)間研究，但該方法會(huì)對(duì)相似或者相同的零部件重復(fù)分析，并且操作過程動(dòng)作的劃分過細(xì)，以致該方法使用過于繁瑣、分析效率太低，既加大了規(guī)劃員和工業(yè)工程師的工作量，也增加了在實(shí)際使用中由于判斷量過多造成的分析失誤的可能。

表1 MTM-UAS時(shí)值卡

注：表頭中數(shù)字1-動(dòng)作長度小于或等于20 cm；數(shù)字2-動(dòng)作長度范圍20 cm～50 cm(含)；數(shù)字3-50 cm～80 cm(含)

表2 STO2工時(shí)分析

3 大批量定制的MTM在裝配生產(chǎn)線上的應(yīng)用

本研究針對(duì)以上問題，提出改善措施，將企業(yè)原有的大批量生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變成按訂單裝配的生產(chǎn)方式。按訂單裝配的定制產(chǎn)品通常具有通用或相似零部件，不同的作業(yè)實(shí)際上都是由一些基本操作按一定順序組合而成的。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，將這些順序組合成基本模塊，存儲(chǔ)在模塊庫中。

大批量定制與MTM在制定裝配工時(shí)上的應(yīng)用思路如圖2所示。

圖2 大批量定制與MTM在裝配工時(shí)上的應(yīng)用思路

如圖2所示，接到新訂單后，分析出產(chǎn)品的共性部分和個(gè)性部分，共性部分查看模塊庫，個(gè)性部分重新進(jìn)行動(dòng)作分析，從而計(jì)算出每個(gè)產(chǎn)品的欲裝配時(shí)間，從而提高產(chǎn)品的響應(yīng)速度。

本研究對(duì)表2中的動(dòng)作重新分析，將表2中序號(hào)6、7項(xiàng)進(jìn)行合并，并命名為固定鋁頭。

固定鋁頭工時(shí)分析如表3所示。

本研究將序號(hào)11、12、13、14、15、16、17項(xiàng)進(jìn)行合并，并命名為安裝風(fēng)扇、軸承、小齒；這兩個(gè)動(dòng)作組合模塊經(jīng)常出現(xiàn)在其他產(chǎn)品中，因此將這兩個(gè)組合模塊放入模塊庫中。

安裝風(fēng)扇、軸承、小齒工時(shí)分析如表4所示。

表3 固定鋁頭工時(shí)分析

表4 安裝風(fēng)扇、軸承、小齒工時(shí)分析

現(xiàn)公司生產(chǎn)產(chǎn)品A批量100個(gè)，產(chǎn)線14個(gè)工位，節(jié)拍時(shí)間25 s；產(chǎn)品B批量300個(gè)，產(chǎn)線8個(gè)工位，節(jié)拍時(shí)間20 s；產(chǎn)品C批量400個(gè)，產(chǎn)線10個(gè)工位，節(jié)拍時(shí)間28 s；產(chǎn)品D批量600個(gè)，產(chǎn)線12個(gè)工位，節(jié)拍時(shí)間30 s；產(chǎn)品E批量1 000個(gè)，產(chǎn)線15個(gè)工位，節(jié)拍時(shí)間36 s。MTM工程師拍攝視頻時(shí)使每個(gè)工位延遲2 min，期間開早會(huì)10 min，工作前準(zhǔn)備20 min，吃飯40 min，其他中斷時(shí)間30 min。

按照原來方法分析產(chǎn)品的種類、產(chǎn)量、節(jié)拍時(shí)間、產(chǎn)線工位個(gè)數(shù)和MTM工程師導(dǎo)致的延遲時(shí)間，各類產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的工位、產(chǎn)量等情況如表5所示。

表5 各類產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的工位、產(chǎn)量等情況

生產(chǎn)效率為：

(1)

式中：P—生產(chǎn)效率；nj—產(chǎn)品的產(chǎn)量，i=A,B,C,D……；CTi—節(jié)拍時(shí)間，i=1,2,3……；Tk—寬放時(shí)間。

將上述表5內(nèi)的數(shù)據(jù)代入公式(1)得到：

P=(25×100+20×300+28×400+30×600+36×1 000)÷(14×2×60+8×2×60+10×2×60+12×2×60+15×2×60+10×60+20×60+40×60+25×100+20×300+28×400+30×600+36×1 000)×100%=73 700÷(11 280+73 700)=86.73%

本研究利用面向大批量定制的MTM方法對(duì)以上情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，該方法減少了MTM工程師的重復(fù)分析，產(chǎn)品A減少了6次，產(chǎn)品B減少了4次，產(chǎn)品C減少了3次，產(chǎn)品D減少了5次，產(chǎn)品E減少了6次，有效提高了工作效率。

各類產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的工位、產(chǎn)量等情況分析結(jié)果，如表6所示。

表6 各類產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的工位、產(chǎn)量等情況

本研究將上述表6內(nèi)的數(shù)據(jù)代入式(1)，可以得

到改善后生產(chǎn)效率：

P=(25×100+20×300+28×400+30×600+36×1 000)÷(8×2×60+4×2×60+7×2×60+7×2×60+9×2×60+10×60+20×60+40×60+25×100+20×300+28×400+30×600+36×1 000)×100%=73 700÷(4 200+73 700)×100%=94.61%

由此可見，通過改善節(jié)約了MTM工程師時(shí)間48 min，提高了其工作效率，裝配線的生產(chǎn)效率由原來的86.73%提高到94.61%。具體改善前、后MTM工程師導(dǎo)致的延誤時(shí)間和生產(chǎn)效率的對(duì)比結(jié)果，如表7所示。

表7 改善前、后MTM工程師導(dǎo)致的延誤時(shí)間和生產(chǎn)效率的對(duì)比

4 結(jié)束語

本研究在原有的MTM-UAS法在裝配線上應(yīng)用的基礎(chǔ)上進(jìn)行改善，利用大批量定制的模塊化原理，從大批量定制的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中選擇出相似或者相同的零部件，筆者利用MTM-UAS方法對(duì)該零部件進(jìn)行動(dòng)作時(shí)間分析，將其分析結(jié)果作為模塊存儲(chǔ)在模塊庫中。

研究結(jié)果表明：該方法可節(jié)約工程師對(duì)其他產(chǎn)品中相似或者相同零部件的分析時(shí)間達(dá)48 min，生產(chǎn)效率可提升8.12%。

由于分析效率較低、不同熟練程度的動(dòng)作時(shí)間不同，本研究結(jié)果存在一定誤差。在下一階段，本研究將對(duì)所有產(chǎn)品進(jìn)行模塊化分析，分析出工時(shí)模塊，建立完整的模塊庫并加以進(jìn)一步完善，將其作為一個(gè)分析工時(shí)的平臺(tái)。

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