連續消耗型物料的配送過程優化

歐鑒海，何逍遙，王煒婷，倪丹琳

（北京理工大學珠海學院工業自動化學院，廣東珠海 519088）

0 引言

連續消耗型物料由于受到空間布局以及時效性等因素的約束，導致物料配送員的勞動強度非常大，超負荷地勞動會導致疲勞，而重度疲勞會損害工人的身心健康［1］。針對這種現狀，選取了某公司的樹脂配送過程進行調研，發現確實存在配送物料過程路線繁瑣且不固定、配送流程繁雜的問題，配送員勞動負荷度過大。為此，借鑒交通綠波帶原理［2］，對該公司樹脂配送方案重新設計，結合運籌學的線性規劃［3］，計算統一的耗脂時間，以降低樹脂配送員的勞動負荷強度為目的。

1 研究背景

對該公司的產品生產過程而言，封裝是非常關鍵的一道工序。封裝是指利用樹脂在半導體集成電路芯片上澆灌1個封裝外殼，具有安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用。由于該公司的產品生產方式為24 h不停機生產，因此以輪班制調配樹脂配送員上班，8 h為1個班次。經調查，樹脂配送員1個班次工作時間為430 min，工作負荷度達到90%。

樹脂配送員上班后，當收到機臺員工的呼叫，前往機臺添加樹脂。根據公司要求，樹脂配送員每一次添加樹脂后，需更新缸數記錄表，記錄樹脂添加次數，更新后再回到樹脂車，前往下一機臺。樹脂配送員配送具體流程如表1所示。

表1 配送員配送樹脂流程圖

該公司的某個封裝樹脂車間內有12個封裝機臺，1個樹脂調配室，每個機臺消耗樹脂的速率有所不同，機臺旁均有標準體積為1 000 mL的樹脂容量瓶，12個機臺共由1名樹脂配送員負責配送樹脂。圖1所示為某一時間段樹脂配送員的配送路徑。由于每次添加完樹脂后，配送員還需要更新樹脂缸數記錄，因此每次添加樹脂需在機臺和樹脂車之間往返2次。由于機臺消耗樹脂速率不同，且樹脂容量瓶體積過小，導致每個機臺需要添加樹脂的次數不同、時間不定；配送員配送路徑不固定，導致配送員勞動強度過大。但仍然出現同時有多個機臺需要添加樹脂的情況，當樹脂配送員配送不及時，則機臺員工需離開機臺前往樹脂車自行添加樹脂。

圖1 某一時間段配送員配送路徑

2 問題及原因

根據上述背景，目前該公司樹脂配送員勞動強度過大。根據實地考察發現，配送員勞動強度大的原因是樹脂消耗速率快以及配送路線不固定，行走距離長。樹脂容量瓶體積小是樹脂消耗速率快的原因；配送的隨機性、修改缸數流程復雜是配送路線不固定，行走距離長的原因。具體問題分析如圖2所示。

圖2 面臨問題分析圖

由于樹脂的有效時長為120 min，因此樹脂容量瓶體積不宜過大，但體積過小又會造成樹脂消耗速度快。因此樹脂容量瓶體積大小應合理化，在保證樹脂不會過期的前提下，盡可能減少添加次數，降低配送員勞動強度。

通過5W1H分析法，分析修改缸數流程復雜的原因，得出根本原因為配送員修改缸數動作繁瑣、過程復雜，導致整個樹脂配送時間長，增加樹脂配送員負荷度。5W1H分析表如表2所示。

表2 5W1H分析表

每個機臺消耗樹脂的速率不同，樹脂配送員不了解機臺消耗樹脂具體情況，前往機臺添加樹脂依賴于機臺員工的呼叫，導致配送過程具有隨機性，配送員每次從樹脂調配室出來后的配送路線不固定。若同時有2位機臺員工呼叫配送員，配送員無法同時為2個機臺添加樹脂，則會出現機臺員工離開機臺自行拿取樹脂的情況。

3 解決方案

3.1 樹脂容量瓶的改善

根據不同產品中的最快耗脂速率，統一將1 000 mL的容量瓶更換為容量為2 000 mL的多刻度樹脂容量瓶，并添加固定的警戒下限標識以及可調節的上限標識架，如圖3所示。可根據不同產品的耗脂速率，調節上限標識架到容量瓶制定刻度線上，配送員添加樹脂只需添加至上限標識處即可。這實現了不同產品的耗脂時間相同，配送員配送樹脂時間及路徑固定。

圖3 容量瓶模型圖

防止配送員在配送過程中因受其他因素影響，如疲勞程度、運輸車故障等狀況，導致機臺斷脂。本次研究對于容量瓶的下限采取了2個安全措施，設置理論下限Vdown（無標識）及警戒下限Valert（有標識）。

安全措施一。Vdown與Valert之間留有至少3min的安全余量。倘若配送員因配送過程中發生突發狀況，也可保證在無需補救的情況下，機臺不發生斷脂情況。

安全措施二。樹脂在到達警戒下限后，距離斷脂留有至少4min的可控調整時間。倘若樹脂體積耗至L警戒下限，無配送員前來添加樹脂，機臺工作人員即可撥打緊急電話至車間人員調配室，調動人手幫助配送員配送樹脂。

最快的樹脂消耗速Vmax=16.31 mL/min，則：

L警戒下限≥Vmax× 4=16.31× 4=65.24（mL）；

L理論下限≥Vmax× 7=16.31× 7=114.17（mL）。

在充分保證使用過程中樹脂有效且留有發生突發狀況的安全余量下，取Vdown=120 mL，Valert=70 mL；即Vdown與Valert之間留有3.12 min的安全余量，Valert與機臺斷脂之間留有4.29 min。

3.2 修改缸數記錄

由上述的分析可以看出，原始修改缸數的步驟過于復雜。

本次研究通過運用5W1H分析法和“ECRS”四大原則的分析，以及動作經濟原則中的減少動作數，避免不必要動作［4］。在原有基礎上取消了擦拭舊字跡操作，在改善后的基礎上再進行簡化，取消了寫字操作，最后確定為利用電子記錄器記錄缸數。

改善后，樹脂配送員只需要1個按動按鈕的動作，即可完成原來的返回樹脂車拿酒精布和筆，再過去修改缸數記錄的工作。改善過程如圖4所示。

圖4 修改缸數步驟改善過程圖

通過逐漸簡化修改缸數的過程，在滿足功能下取消無用的動作，使得修改缸數的動作及步驟減少。且經過連續測時法測時，循環修改缸數動作用時由0.38 min降低到0.09 min。

3.3 統一耗脂時間

本次研究通過調整不同機臺的容量瓶上限Vup，使得耗脂速率不同的產品耗脂時間相等，統一的耗脂時間為C0，配送員便可以在固定的最優配送路線上按照固定的時間進行樹脂配送，即按照機臺排列順序，依據行走路程最近原則，依次進行添加樹脂。配送員循環1圈的固定最優路線如圖5所示。

統一耗脂時間C0需滿足4個約束條件：其一是滿足每個機臺所添加的樹脂在使用過程中不會失效，容量瓶上限比上對應的耗脂速率不會超過120min；其二是留有7 min安全余量，即使在配送員發生突發狀況無法及時送達樹脂的情況下，車間也有調整的空間，保證機臺不斷樹脂；其三是保證各機臺耗脂時間相同，即每個容量瓶上限與下限的差值比上對應的耗脂速率為一個定值C0；其四是耗脂時間必須大于配送員循環固定最優路徑1圈的時間。

根據以上條件可得式（1）。

式中：C0為統一耗脂時間；Vup為容量瓶上限；Vdown為理論耗脂下限；Sj為機臺耗脂速率，j=A，B，C，…，K，L；li為添加完樹脂后前往下一個機臺的路程，l1為從樹脂調配室前往A機臺的路程，l13為從l機臺回去樹脂調配室的路程；i=1,2,3,…,13；S走為配送員配送過程中的行走速度；t0為配送員在機臺添加樹脂的時間以及修改缸數記錄的時間之和。

圖5 配送員循環固定最優路徑一圈

已知若要降低配送員的勞動負荷度，則滿足條件下，耗脂時間需越長越好。由式（1）得

C0max=120-7=113(min)

改善后的配送員循環固定最優路徑1圈的時間CT如式（2）所示。

式中：為配送員循環固定最優路徑一圈的路程，如圖5所示，取值為207 m；S走為配送員配送過程中的行走速度，取值60m min；t0為配送員在機臺添加樹脂時間7min及修改缸數記錄的時間0.09 min之和，取值為7.09min。

解得CT為88.58min。

機臺的統一耗脂C0max與配送員循環固定最優路徑1圈的時間CT的差值，便是配送員可調整的最大休息時間，即113-88.58=24.42（min）；即1個班次循環4圈的休息時間為4× 24.42=97.68（min）。

配送員負荷度為（480-50-97.68）÷ 480=69.23%。

以該公司目前12個機臺的樹脂使用情況為例，根據測得的樹脂消耗速率Si及耗脂時間C0，即可推算配送員每次每個機臺添加的樹脂上限，如表3所示。

表3 改善后數據表

4 實施效果

從表4可以明顯看出，改善后的效果是尤其顯著。

表4 改善前后對比表

（1）通過改善，配送員循環固定最優路徑1圈的路程減少了259 m，修改缸數的用時減少了3.48min，實現了動作經濟原則以及12臺機器的不斷配送樹脂，這大大減輕了員工的工作緊張程度及壓力。

（2）負荷度降低至69.23%。減輕了配送員的工作勞累程度。據相關研究表示，負荷與疲勞一直是人機工程學研究中非常重要的領域之一，超負荷的勞動可導致疲勞，重度疲勞可損害工人的身心健康，以及會降低員工對公司的親和感。有效減低員工工作負荷，有利于公司的凝聚力及親和力的培養。減少的時間及勞動力可在人員安排上提供更多的決策空間。

5 總結

針對某公司樹脂配送員工作負荷過大的問題進行分析研究。通過動作經濟原則、5W1H分析法等分析方法，提出使用電子缸數記錄器的方案，減少動作浪費，減少配送員行走距離；提出為配送員制定固定的最優配送路線，為樹脂容量瓶添加警戒下限標識以及可調節的上限標識架，使不同機臺的樹脂消耗時間相等，固定配送員配送路線。大大減少配送員配送過程的隨機性，降低配送員勞動負荷度，使該公司的產品生產過程得到優化。

該方法還可為其他物料配送及路徑優化提供參考的思路，解決其他消耗型物料的配送問題。