鄧銳苗，關(guān)運(yùn)升，胡凱杰，劉 設(shè)

（沈陽工業(yè)大學(xué)，沈陽 110870）

0 引言

近年來，中國家電行業(yè)發(fā)展迅速，隨著市場競爭的不斷加劇，致使生產(chǎn)線的優(yōu)化以及人員操作規(guī)范化變得越來越困難。在企業(yè)中生產(chǎn)平衡率常被用來衡量一個(gè)企業(yè)管理水平的高低。企業(yè)管理者如何在宏觀上把握生產(chǎn)線，在不增加投入的條件下提高生產(chǎn)效率、降低工時(shí)浪費(fèi)是其主要研究方向。

因近幾年制造業(yè)發(fā)展不景氣，越來越多的企業(yè)注重于精益生產(chǎn)的理念或技術(shù)方法對生產(chǎn)線進(jìn)行改善優(yōu)化，減少浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率和效益，但效果普遍不佳。因此本文主要運(yùn)用系統(tǒng)的方法對人的工作進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和管理，把工作中不合理、不經(jīng)濟(jì)、混亂的因素排除，尋求最佳工作方法，使生產(chǎn)活動(dòng)按先進(jìn)的方法、規(guī)定的程序、標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間進(jìn)行，從而提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

1 冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)線現(xiàn)狀分析

1.1 生產(chǎn)線現(xiàn)狀

某公司內(nèi)膽加工生產(chǎn)過程包括材料加熱、吸附成型、脫模、切邊、沖孔、內(nèi)膽分割6個(gè)部分，是流水線的生產(chǎn)方式[5]。內(nèi)膽生產(chǎn)工藝如圖1所示。

圖1 工藝流程

1.2 生產(chǎn)線作業(yè)時(shí)間測定

通過對該公司冰箱內(nèi)膽生產(chǎn)線各工位的觀察記錄，通過抽樣統(tǒng)計(jì)分析得到原生產(chǎn)線平衡圖如圖2所示。

圖2 原生產(chǎn)線平衡圖

平衡率是表示生產(chǎn)線是否達(dá)到最優(yōu)，過程中的浪費(fèi)減少到最小的可量化的指標(biāo)。所以需要計(jì)算該生產(chǎn)線的平衡率來說明舊生產(chǎn)線達(dá)到最優(yōu)的程度[2]。由圖2中各工序的作業(yè)時(shí)間可知：

計(jì)算得舊生產(chǎn)線平衡率為62.2%，因此可以看出來舊生產(chǎn)線的生產(chǎn)線平衡率較低，因?yàn)楸鋬?nèi)膽生產(chǎn)線的沖孔工序是依靠人與機(jī)器協(xié)作完成，且是瓶頸工序，而其他工序是無人工參與的全自動(dòng)化，所以要以內(nèi)膽沖孔工序?yàn)橹行狞c(diǎn)，對該生產(chǎn)線進(jìn)行改善。

1.3 沖孔工序問題分析

通過對一樓內(nèi)膽沖孔工序（圖3）的觀察與記錄，發(fā)現(xiàn)以下3個(gè)問題（因?yàn)闆_孔工序涉及到兩個(gè)工人加工兩個(gè)內(nèi)膽，所以根據(jù)內(nèi)膽的型尺寸，分別稱其為大內(nèi)膽、小內(nèi)膽。大內(nèi)膽、小內(nèi)膽分別由圖中左邊工人、右邊工人進(jìn)行沖孔）：

（1）大內(nèi)膽沖孔完成時(shí)間上滯后小內(nèi)膽過多，導(dǎo)致了工人A（圖3中左邊工人）的等待；

圖3 沖孔工序場景

（2）內(nèi)膽放置線邊暫存由工人A一人完成，操作耗時(shí)過多；

（3）內(nèi)膽左右形狀存在差異、重量分配不均勻?qū)е铝丝ㄗ毁N合問題，工人A每次將內(nèi)膽放置到卡座上后，都有一個(gè)壓緊的操作。經(jīng)過判斷，工人A的內(nèi)膽壓緊操作不符合動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則。

2 生產(chǎn)線工序改善與仿真

2.1 沖孔工序改善

（1）改變沖孔設(shè)備位置。把兩臺(tái)沖孔設(shè)備對稱放置在傳送帶的兩側(cè)，兩個(gè)工人同時(shí)取各自的內(nèi)膽進(jìn)行加工。改善前后沖孔設(shè)備布置對比如圖4所示。

圖4 改善前后沖孔設(shè)備布置對比

（2）工人A在內(nèi)膽沖孔結(jié)束后，需要將大、小內(nèi)膽組合，而后將其放置到內(nèi)膽平板車上，此過程耗時(shí)過長，并且造成了工人B的非必要等待。用“ECRS四原則”方法，將組合與放置合并為一個(gè)操作[6]，將內(nèi)膽平板車由原本的緊靠工人A向工人B移動(dòng)一段距離，工人A將沖孔結(jié)束的小內(nèi)膽放置在平板車上，工人B將沖孔結(jié)束后的大內(nèi)膽以直接外套在小內(nèi)膽方式放置。改善前后如圖5所示。

圖5 改善前后內(nèi)膽平板車位置對比

（3）工人A在作業(yè)過程中存在內(nèi)膽壓緊的非必要操作。根據(jù)動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則[12]，現(xiàn)將沖孔設(shè)備工作臺(tái)抬高5 cm，這樣即便小內(nèi)膽由于左右形狀差異、重量分布不均造成放置后與卡座不貼合的問題，也可以通過放置過程中小臂的自然下垂解決，改進(jìn)之后，無需壓緊操作，減少了工人A動(dòng)作的數(shù)量，同時(shí)也符合輕松動(dòng)作原則。

2.2 改善工序聯(lián)合作業(yè)分析

通過對瓶頸工序內(nèi)膽沖孔的改善，繪制了改善前后內(nèi)膽沖孔工序工人A、B的聯(lián)合作業(yè)分析圖，如圖6所示。

圖6 聯(lián)合作業(yè)分析圖

經(jīng)過改善，工人A的利用率由66.7%提高到70%，工人B的利用率由51.9%提高到65%。減少了內(nèi)膽沖孔工序工人的等待時(shí)間，整個(gè)內(nèi)膽沖孔工序的周程由27 s縮減為20 s，成功實(shí)現(xiàn)了瓶頸工序工時(shí)的大幅度縮短[8]。

2.3 改善后生產(chǎn)線平衡率

通過對改善后該公司冰箱內(nèi)膽B(tài)生產(chǎn)線的觀察記錄，得到改善后生產(chǎn)線平衡圖如圖7所示。

圖7 改善后生產(chǎn)線平衡圖

由各工序各工序時(shí)間得出新生產(chǎn)線平衡率為77%?？梢钥闯?，通過“5W1H”提問技術(shù)、“ECRS四原則”和動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則對冰箱內(nèi)膽沖孔工序進(jìn)行改善后，生產(chǎn)線的平衡率由62.2%增至77%，得到了大大的提高，進(jìn)而縮短內(nèi)膽生產(chǎn)時(shí)間，增加單位時(shí)間的產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本；減少了工序間的在制品庫存，極大程度地提高整個(gè)價(jià)值流增值率[9]。

3 基于FAB系統(tǒng)的內(nèi)膽沖孔生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集

3.1 FAB使用特點(diǎn)

FAB動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的特點(diǎn)：無線實(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)作捕捉及數(shù)據(jù)分析；誤差小、準(zhǔn)確性高，使用距離長，對環(huán)境要求低；體積小、重量輕、便攜性好，安裝方便使用簡單；FAB數(shù)據(jù)可以傳輸存儲(chǔ)在記憶卡里不受空間的限制，可將分析數(shù)據(jù)以Excel表格的形式導(dǎo)出，擁有解剖學(xué)角度、空間角度、力量、扭矩、角速度，提供了用于開發(fā)的系統(tǒng)平臺(tái)與接口，易跟其他軟件的結(jié)合使用；足底壓力及足底重量數(shù)據(jù)同步采集，與表面肌電設(shè)備可同步進(jìn)行采集，虛擬工具使分析更加清晰快捷有效[1]。

3.2 內(nèi)膽沖孔數(shù)據(jù)采集過程

（1）準(zhǔn)備好冰箱內(nèi)膽，找好合適的工作臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)人員佩戴好FAB實(shí)時(shí)無線傳感器動(dòng)作捕捉設(shè)備。

（2）將實(shí)驗(yàn)人員的名字、性別、生日、身體尺寸等輸入FAB無線傳感器軟件上。

（3）FAB動(dòng)作捕捉系統(tǒng)還需要按照設(shè)備的規(guī)定來進(jìn)行校對，實(shí)驗(yàn)人員需雙腿與肩同寬站立，需要大約20 s完成校對，當(dāng)FAB動(dòng)作捕捉軟件中的所有部位全部顯示連接成功后，就代表設(shè)備校對成功[7]。

（4）連接好的筆記本電腦里點(diǎn)擊開始記錄，之后實(shí)驗(yàn)人員開始模擬沖孔過程，在結(jié)束后再在連接好的筆記本電腦里點(diǎn)擊結(jié)束記錄，再點(diǎn)擊保存數(shù)據(jù)，并檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否合格，再進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，利用FAB導(dǎo)出數(shù)據(jù)功能，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并保存為（.CSV）格式，采集到換刀人員軀干、骨盆、左上臂、右上臂、左前臂、右前臂、左大腿、右大腿、左小腿、右小腿的偏離角、傾斜角、翻轉(zhuǎn)角以及各個(gè)關(guān)節(jié)的受力、力矩、功率大小等數(shù)據(jù)，導(dǎo)出的Excel數(shù)據(jù)[10]。給出改善前后工人A、B的軀干轉(zhuǎn)角、左上臂方位角、右上臂方位角、左前臂方位角、右前臂方位角FAB Recorder記錄數(shù)據(jù)如圖8～9所示。

圖8 改善前工人A、B動(dòng)作數(shù)據(jù)記錄

圖9 改善后工人A、B動(dòng)作數(shù)據(jù)記錄

（6）使用FAB實(shí)時(shí)無線傳感動(dòng)作捕捉設(shè)備來對內(nèi)膽沖孔工人在作業(yè)過程中的動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)采集。為下文Jack軟件的動(dòng)作分析提供關(guān)節(jié)角度和關(guān)節(jié)力的數(shù)據(jù)，使得仿真結(jié)果更加真實(shí)可信。

4 Jack仿真

4.1 仿真動(dòng)作分析

以一樓內(nèi)膽沖孔作業(yè)為例采用JACK軟件進(jìn)行動(dòng)作的仿真，真實(shí)的還原作業(yè)環(huán)境。

（1）改善前動(dòng)作仿真

將設(shè)備及內(nèi)膽擺放至各自的位置以后，開始還原工人的操作動(dòng)作，并將工人的每個(gè)動(dòng)作都用JACK中的虛擬人物模型進(jìn)行還原，將其儲(chǔ)存為各自一個(gè)名稱的動(dòng)作，為下一步制作流暢的動(dòng)畫做準(zhǔn)備。制定好全部需要的動(dòng)作后，還要記錄每個(gè)動(dòng)作的操作時(shí)間，展現(xiàn)工作人員的實(shí)際操作情形[3]。改善前動(dòng)畫如圖10所示。

圖10 改善前動(dòng)畫參數(shù)輸入

（2）改善后的動(dòng)作分析

改善的地方涉及到內(nèi)膽沖孔機(jī)器設(shè)備的移動(dòng)，及操作機(jī)器的升高，導(dǎo)致工作人員的動(dòng)作改變，所以將原先的工作單元?jiǎng)h除，重新調(diào)整工人的動(dòng)作設(shè)定時(shí)間，最后進(jìn)行動(dòng)作組合形成新的動(dòng)作仿真[4]。

4.2 仿真結(jié)果分析

（1）新陳代謝分析

新陳代謝分析工具可以對工人生理及任務(wù)情況進(jìn)行描述，然后分析得到任務(wù)新陳代謝需要消耗的能量。該工具可以對現(xiàn)有的工作或新工作的新陳代謝能量消耗進(jìn)行分析，明確是否超過【NIOSH】的限定值，還有是否會(huì)使得疲勞損傷的風(fēng)險(xiǎn)提高。通過分析得出對能量消耗影響最顯著的因素，并且預(yù)測出哪些改變可以使工作的能量消耗減到最小。首先，本文選用將內(nèi)膽搬運(yùn)至沖孔機(jī)這一動(dòng)作，進(jìn)行新陳代謝分析。改善前分析如圖11所示。

圖11 新陳代謝改善前分析

分析完改善前的操作動(dòng)作后，然后開始分析改善后的作業(yè)，步驟如同改善前的步驟一樣，先設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)數(shù)值然后形成分析報(bào)告。工位改善后現(xiàn)場布局如圖12所示，改善后新陳代謝改善后分析圖如圖13所示。將改善前后的分析匯總后得到表1。

圖12 改善后現(xiàn)場布局

圖13 新陳代謝改善后分析

表1 改善前后能量消耗對比

從改善前后能量消耗對比可清晰地看出：改善前的能量雖符合限定值，但將工位移動(dòng)后，避免了搬運(yùn)、遞交等無效動(dòng)作，使得能量消耗降為0.175 kcal，能量消耗降低了59%。由之前的兩人配合沖孔，改為兩人同時(shí)進(jìn)行沖孔工作，極大地節(jié)省了時(shí)間，也提高了該工序的效率[11]。由此可見，改善的方案是十分有效的，可以提高作業(yè)效率。

（2）下背部分析

下背部分析工具可以分析特定的環(huán)境下人體脊柱受力對下背部的影響。通過該工具判斷仿真任務(wù)中的作業(yè)對工作人員下背部的傷害程度，是否符合標(biāo)準(zhǔn)，分析工作中需要改善的地方，從而對工廠車間的規(guī)劃與工序進(jìn)行安排來減小工人下背部的受損風(fēng)險(xiǎn)。

由上述對改善前后對工人下背部的分析可知，改善前的下背部超過標(biāo)準(zhǔn)，改善后的下背部符合標(biāo)準(zhǔn)，將設(shè)備下部墊高后，避免了工作人員彎腰按壓的動(dòng)作，減小了對下背部的損傷，符合動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則中減少動(dòng)作數(shù)量和輕松動(dòng)作原則。如圖14～15所示。

圖14 改善前的下背部分析

圖15 改善后的下背部分析

5 結(jié)束語

本文通過抽樣統(tǒng)計(jì)分析得出內(nèi)膽生產(chǎn)各工序時(shí)間，從而根據(jù)生產(chǎn)平衡率的計(jì)算找出了瓶頸工序，之后應(yīng)用ECRS原則對瓶頸工序進(jìn)行了優(yōu)化，對其中不合理的工序進(jìn)行改善。減少了浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率和效益。通過此次優(yōu)化，工人A的利用率由66.7%提高到70%，工人B的利用率由51.9%提高到65%。減少了內(nèi)膽沖孔工序工人的等待時(shí)間，整個(gè)內(nèi)膽沖孔工序的周程由27 s縮減為20 s，成功實(shí)現(xiàn)了瓶頸工序工時(shí)的大幅度縮短。再對沖孔工序改善前后的工人作業(yè)過程仿真，可清晰地看出：改善前的能量雖符合限定值，但將工位移動(dòng)后，避免了搬運(yùn)、遞交等無效動(dòng)作，使得能量消耗降為0.175 kcal，能量消耗降低了59%。由之前的兩人配合沖孔，改為兩人同時(shí)進(jìn)行沖孔工作，極大地節(jié)省了時(shí)間，也提高了該工序的效率。對企業(yè)的生產(chǎn)效率的提高具有實(shí)際意義。