基于產(chǎn)品批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)量

張 峰, 殷秀清

(山東理工大學(xué) 商學(xué)院， 山東 淄博 255012)

在經(jīng)濟(jì)全球化背景下，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需求更加趨向于高質(zhì)量、個(gè)性化，致使制造業(yè)向多品種、小批量式生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變.國(guó)內(nèi)的制造業(yè)水平與國(guó)外相比，在成本與效率管理、產(chǎn)品附加值、產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益等方面都存在著較大的差異.同時(shí)，面臨人力成本與原材料價(jià)格不斷提升的困境.為強(qiáng)化企業(yè)資源利用，提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，越來越多的企業(yè)學(xué)習(xí)精益生產(chǎn)模式，以導(dǎo)入工業(yè)工程的渠道實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的作業(yè)優(yōu)化.IE(industrial engineering)的作業(yè)模式是以對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工時(shí)測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)改善空間，消除瓶頸.在實(shí)際作業(yè)中，通過計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃系統(tǒng)可有效測(cè)得機(jī)械加工時(shí)間，而人工操作受到人的主觀因素影響，存在較大隨機(jī)性，其測(cè)量方法有模特法、工作因素法等，測(cè)量方法和修正誤差制定不良時(shí)，易導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)能力與生產(chǎn)成本無法正確核算，進(jìn)而影響生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)等，難以做到精益化作業(yè).

目前國(guó)內(nèi)外部分學(xué)者對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行了研究，但主要集中在原有方法的理論層面，缺乏結(jié)合具體企業(yè)實(shí)際作業(yè)情況，采取靈活的制定方式.Philip Bohle等[1]利用調(diào)查問卷的形式，對(duì)不同人員的就業(yè)種類、作業(yè)時(shí)間和健康狀況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間做出了闡述；Rafael Sánchez[2]論述了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的制定與就業(yè)率增減之間的關(guān)系，并提出通過有效的相關(guān)政策可提升就業(yè)率；Ronald B. Davies等[3]運(yùn)用面板數(shù)據(jù)對(duì)多個(gè)國(guó)家的企業(yè)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)眾多企業(yè)利用放寬標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的策略以吸引員工.國(guó)內(nèi)的羅文德等[4]通過研究工時(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了聚類分析模型和統(tǒng)計(jì)分析模型，將工時(shí)進(jìn)行分布統(tǒng)計(jì)，確定出標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)；王疆等[5]利用秒表測(cè)試法統(tǒng)計(jì)各生產(chǎn)線的作業(yè)時(shí)間，分析瓶頸環(huán)節(jié)，使用ECRS等方法進(jìn)行作業(yè)改善；董艾丹等[6]構(gòu)建各加工工序的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)，提出加工工序管理信息模型，解決了生產(chǎn)成本控制問題.標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)改善的依據(jù)，但均未突破時(shí)間測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間制定的原有方法，在此，通過對(duì)現(xiàn)有理論及方法進(jìn)行分析，構(gòu)建基于產(chǎn)品批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定模型，為標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的測(cè)定與應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)量測(cè)方法

標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)是指標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)條件下，用合適的操作方式，以普通熟練工人的正常速度完成測(cè)定工序所需要的人工時(shí)間，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[7].傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的測(cè)定方法有秒表時(shí)間測(cè)定、標(biāo)準(zhǔn)資料法和預(yù)定動(dòng)作時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)法等，國(guó)內(nèi)以秒表測(cè)時(shí)法應(yīng)用較廣，部分企業(yè)使用MTM(Methods Time Measurement)法和MOST(Maynard Operation Sequence Technique)法等.

圖1 標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)構(gòu)成

1.1 秒表測(cè)時(shí)法

通常秒表測(cè)時(shí)適用于重復(fù)作業(yè)的環(huán)節(jié)時(shí)間測(cè)定，采用密集性抽樣的方式，對(duì)生產(chǎn)過程中的工序進(jìn)行研究[8].如圖2所示，使用秒表測(cè)時(shí)方法制定標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)需要按照科學(xué)的操作程序，在觀測(cè)者與被觀測(cè)者間建立良好的合作關(guān)系，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.

圖2 秒表測(cè)時(shí)法制定標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)流程

秒表測(cè)時(shí)法是以對(duì)作業(yè)資料的充分獲取為前提，進(jìn)而劃分出界限清晰、長(zhǎng)短適宜的操作單元.由于秒表測(cè)時(shí)采取抽樣觀測(cè)，依據(jù)所需樣本容量確定觀測(cè)次數(shù)，其中在測(cè)時(shí)時(shí)，必然會(huì)有異常值影響計(jì)算結(jié)果，須踢出異常值后計(jì)算正常工時(shí).各企業(yè)結(jié)合自身實(shí)際情況，確定作業(yè)人員的寬放率，得到寬放時(shí)間，最終依據(jù)相關(guān)計(jì)算方法獲取標(biāo)準(zhǔn)工時(shí).標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)計(jì)算公式如下：

(1)

SLT=NH+WRH=ST·α·(1+β)

(2)

式中：β表示寬放率；zi包括一般寬放和特殊寬放，該指標(biāo)需依據(jù)各企業(yè)實(shí)際情況而定；SLT指標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)；NH指正常工時(shí)；WRH指寬放時(shí)間；ST表示規(guī)測(cè)時(shí)間；α表示評(píng)定系數(shù).

1.2 MOST法

MOST法是通過對(duì)MTM法的修改，把動(dòng)作分為一般動(dòng)作、控制動(dòng)作和使用工具動(dòng)作三個(gè)大類，并進(jìn)一步細(xì)分為手的動(dòng)作、手指動(dòng)作、裝配動(dòng)作等，得到比較可靠準(zhǔn)確的科學(xué)時(shí)間分析法[9].應(yīng)用MOST法進(jìn)行制定標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)，以TMU(Time Measurement Unit)作為基本單位，其基本換算為1TMU=0.00001h=0.0006min=0.036s

定義1 普通動(dòng)作包括拿、取、放，無運(yùn)動(dòng)軌跡無限制.

(3)

式中：A為動(dòng)作距離；B為身體動(dòng)作；G為控制；P為定位

定義2 控制動(dòng)作指物體的移動(dòng)受到一定的約束，且該約束至少來自一個(gè)方向.

(4)

式中：M為受控移動(dòng)；X為工時(shí)；I為對(duì)準(zhǔn)，移動(dòng)且控制方向.

定義3 使用工具動(dòng)作是前兩者的組合，指一般動(dòng)作與受控動(dòng)作的特定組合.

(5)

工具使用參數(shù)U：F為擰緊；L為松開；C為切；S為表面處理；M為檢測(cè)；R為記錄；T為思考.

綜上，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定方法需遵循規(guī)定的程序?qū)ιa(chǎn)系統(tǒng)各工序進(jìn)行時(shí)間測(cè)量，考慮到現(xiàn)階段制造型企業(yè)人員流動(dòng)性強(qiáng)，市場(chǎng)產(chǎn)品需求變化率高的特點(diǎn)，按照原有的工時(shí)測(cè)量難以快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，且測(cè)時(shí)成本較高.分析批量生產(chǎn)的狀態(tài)下，通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的有效測(cè)定，提升生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)作效率.

1.3 學(xué)習(xí)曲線

美國(guó)學(xué)者T. P. Wright等[10]提出了描述生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)熟練性的學(xué)習(xí)曲線，即隨著產(chǎn)品累計(jì)產(chǎn)量的不斷增加，所需時(shí)間和成本逐漸降低，最終產(chǎn)品數(shù)量達(dá)到一定值時(shí)，時(shí)間和成本趨于穩(wěn)定.眾多學(xué)者利用學(xué)習(xí)曲線對(duì)動(dòng)態(tài)工時(shí)定額進(jìn)行研究，例如周占峰等[11]利用學(xué)習(xí)曲線設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)輔助動(dòng)態(tài)工時(shí)定額系統(tǒng).學(xué)習(xí)曲線數(shù)學(xué)模型為

y=ax-b

(6)

式中:y指需求工時(shí);x指產(chǎn)品產(chǎn)量;a為第一件產(chǎn)品生產(chǎn)所需時(shí)間;b員工操作熟練度系數(shù).

單件小批量生產(chǎn)模式下，可抽取工時(shí)數(shù)據(jù)(x1,y1)與(x2,y2)，利用公式(6)可計(jì)算

(7)

批量生產(chǎn)時(shí)，假設(shè)批量為m，則第一次批量生產(chǎn)平均工時(shí)為

(8)

同理可求出第二次批量生產(chǎn)平均工時(shí)，以此類推，第次批量生產(chǎn)時(shí)平均工時(shí)為：

(n=2,3,…)

(9)

標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的制定有多種方法，但是秒表測(cè)時(shí)法、MOST法多以單件產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定為主，在此基礎(chǔ)上推算批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí).學(xué)習(xí)曲線是批量生產(chǎn)下測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的有效方法，被廣泛應(yīng)用到制造型企業(yè)，但是該方法需要統(tǒng)計(jì)并分析大量數(shù)據(jù)，操作較為繁瑣.為此本文在考慮批量因素的基礎(chǔ)上，提出了便于操作的測(cè)定批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定方法.

2 批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定建模

2.1 概念界定

對(duì)于批量生產(chǎn)條件下的工時(shí)測(cè)定，需要將整個(gè)生產(chǎn)線視為一個(gè)系統(tǒng)，考慮該系統(tǒng)的整體作業(yè)時(shí)間，其易造成與生產(chǎn)節(jié)拍的混淆.生產(chǎn)節(jié)拍指先后出產(chǎn)兩件制品的時(shí)間間隔，節(jié)拍值大小反映流水作業(yè)效率或者生產(chǎn)率的高低，同時(shí)也表明生產(chǎn)中每件產(chǎn)品的加工時(shí)間上限，計(jì)算公式如下：

(10)

(11)

依據(jù)上述分析，節(jié)拍屬于計(jì)劃值，即無法單純通過測(cè)量時(shí)間而測(cè)定，其值大小由計(jì)劃產(chǎn)出產(chǎn)品數(shù)量Q和計(jì)劃期內(nèi)有效生產(chǎn)時(shí)間T決定，在產(chǎn)品生產(chǎn)之前可依據(jù)原有數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)取得.而批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間屬于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間范疇，雖需要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后運(yùn)用公式計(jì)算而得，但數(shù)據(jù)須來源于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)測(cè)定.因此，本文定義批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)為：在標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)環(huán)境下，每批產(chǎn)品加工完畢所需要的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn).

2.2 批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定模型

不同的系統(tǒng)在不同的約束條件下，需選取合適的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定模型，依據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)間求解最終值.現(xiàn)階段企業(yè)為節(jié)省換線時(shí)間，減少換線次數(shù)，即在一定時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)同種類產(chǎn)品，本文結(jié)合現(xiàn)階段企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)應(yīng)用情況，提出無產(chǎn)品種類約束、有約束條件批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定模型：

模型1(無產(chǎn)品種類約束)：假設(shè)批量生產(chǎn)前提下，通過作業(yè)流程分析等可查找出生產(chǎn)線瓶頸，則此時(shí)可利用模型為

(12)

由假設(shè)條件可知，此模型適用于產(chǎn)品批量生產(chǎn)、瓶頸工序明顯、且易測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的情況.模型1的執(zhí)行中，如果配料容易，可縮短生產(chǎn)線的長(zhǎng)度，實(shí)行以小線換大線的作業(yè)模式，加快生產(chǎn)速率；瓶頸工站的人員配置需要經(jīng)常輪替，盡量避免因?yàn)槿斯ぷ鳂I(yè)疲勞度上升而導(dǎo)致的效率低下問題.此外，該模型的實(shí)施必須以批為單位，準(zhǔn)確測(cè)時(shí)，同時(shí)可實(shí)施團(tuán)體激勵(lì)制度，提升作業(yè)人員的積極性，保障作業(yè)準(zhǔn)確度及效率.

模型2(有種類條件約束)：同為批量生產(chǎn)前提下，生產(chǎn)線生產(chǎn)同種產(chǎn)品，且期間無換線需求，此時(shí)可利用模型為

(13)

3 批量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的準(zhǔn)確度直接影響到生產(chǎn)系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)，其合理的測(cè)定方法是制造業(yè)進(jìn)行科學(xué)管理的基礎(chǔ)性工作，同時(shí)也是最重要的工作.利用測(cè)算的有效工時(shí)可客觀而準(zhǔn)確的實(shí)施其它工作，應(yīng)用范圍廣泛[10]，例如：制定生產(chǎn)計(jì)劃；計(jì)算人工工時(shí)，制定人員計(jì)劃；對(duì)工作績(jī)效和作業(yè)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)；制定計(jì)件工資標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生產(chǎn)制造與人力成本進(jìn)行控制管理；設(shè)備及工裝的需求計(jì)劃；對(duì)顧客的估價(jià)與報(bào)價(jià)；改善績(jī)效評(píng)價(jià).

在上述應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的并不是固定化的，需要針對(duì)作業(yè)模式及人員流動(dòng)等進(jìn)行適當(dāng)變更，做到適時(shí)調(diào)整，以符合生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的需要.

4 結(jié)束語

本文在論述現(xiàn)階段測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)的秒表法、MOST法、學(xué)習(xí)曲線等基礎(chǔ)上，考慮批量因素對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定的影響，提出了無產(chǎn)品種類約束與有種類條件約束的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定模型.綜合制造業(yè)的整體現(xiàn)狀，對(duì)多品種、小批量生產(chǎn)模式下的標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，雖對(duì)該問題進(jìn)行了建模分析，但缺乏實(shí)證分析.以上標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)測(cè)定方法已在相關(guān)企業(yè)實(shí)施應(yīng)用.企業(yè)可結(jié)合該模型進(jìn)行融合應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)在批量生產(chǎn)環(huán)境下制定標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)準(zhǔn)確化、快速化，加強(qiáng)企業(yè)的實(shí)施精益生產(chǎn)的深度.

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