基于作業分析法的M 車間組裝線優化研究

王光玉， 劉俊艷

（青島科技大學經濟與管理學院， 山東 青島 266000）

0 引言

隨著科技水平的提高，電子產品的需求量越來越大，使得電子元件的需求也越來越大，大大小小的電子加工廠趁勢進入市場，競爭越來越激烈。電子加工廠作為傳統的制造企業，自動化程度低，主要依靠勞動者手工操作進行生產。操作者作業不標準就可能導致產線不平衡，在制品庫存過高，作業效率低下，無法按時交付訂單。所以通過工業工程中的作業分析方法改善工人操作對企業具有重要意義。

動作分析的發展源于美國，泰勒創立的時間研究與吉爾布雷斯創立的動作研究為工業工程的發展奠定了基礎[1]。SMITH[2]等人基于成本函數研究了人機協作系統中每個元素的性能，對工人完成裝配任務的時間和疲勞程度進行了評價。閆武豪、徐軍、劉吉慶[3]通過動作分析，對操作臺的物料擺放進行優化，提高了產線平衡率。王云柯等人[4]利用ECRS 以及5W1H等方法對某摩托車企業車間人機作業進行剖析，并通過工業工程方法進行改善。張永輝[5]利用雙手作業法對冷柜產線瓶頸工序進行分析優化，實現產線平衡優化。黃紫薇、盛益江[6]通過時間測定和作業內容分析對西裝作業流程進行調整，減少了作業時間，作業效率提高了12%。柳勝[7]采用精益生產理念對橋梁球型支座生產線動作和時間進行分析，通過去除非增值作業以及優化重組作業內容等方式，基本實現了橋梁球型支座各作業單元的產線平衡。

以某電子企業M 車間的PSS 組裝線為研究對象，以作業分析為抓手，對該車間裝配線進行改善，以期提升產線平衡率，提高該產線生產效率，減少在制品庫存。

1 M 車間組裝線生產線現狀分析

1.1 車間簡介

M 車間是某電子加工廠的生產車間，主要負責PSS（電力系統靜態穩定器）的組裝，目前有多條生產線，每條生產線有23 個操作工，自動化程度低，主要由人工進行組裝和檢查，一些簡易機器進行輔助。目前PSS 生產線上主要生產產品型號為4 913，每天工作時間為11.5 h，在制品庫存估計可達1 萬件。車間產線布局如圖1 所示，分為預裝產線和主產線。

圖1 產線布局

1.2 生產線現狀分析

該產線生產的產品是PSS，主要原料有膠殼、熱縮管、線束、海綿等。PSS 組裝線工藝流程為：壓縮電容→檢線→浸錫→折電容腳→套熱縮管→膠殼組裝→過OD→折電容腳→插膠殼→套熱縮管→絞線→貼海綿→測尺寸→全檢。

1.2.1 作業時間測定

通過秒表法測量了生產50 件產品的時間，并求取平均值，得到生產每件產品的時間。根據熟練程度水平、努力程度、工作環境以及一致性的評價標準選取評定系數為1.06，根據作業者作業現狀，選取寬放率為10%，根據PSS 組裝線各工位的作業時間可以計算出優化前各工位的標準工時。

該生產線各工位生產單件產品所用時間，如表1所示。

表1 組裝線各工序作業時間

為了能夠更加明顯的看出各工位作業時間的差距，根據表1 繪制出PSS 組裝生產線各工位作業時間的柱狀圖，如圖2 所示，可以看出各工位作業時間存在較大差距。

圖2 PSS 組裝生產線各工位作業時間柱狀圖

1.2.2 數據分析

結合上文的數據，從平均生產節拍、生產線平衡率、損失率、平滑性指數以及單日最大產能這幾個方面對PSS 組裝線現狀進行分析。

根據表1 數據，得出平均生產節拍為：

式中：N為工位個數；Ti為各工位。

生產線平衡率為：

式中：SPT 為平均生產節拍；CT 為工位最大生產節拍。

損失率為：

單日最大產能為：

經上文計算可知，PSS 組裝生產線的平衡率為48.49%，損失率為51.51%，損失率遠大于20%，根據生產線平衡的判定標準可知，該生產線平衡率相當低，因此PSS 組裝生產線還需要很大優化。

2 PSS 組裝過程分析及優化

2.1 組裝過程作業分析

2.1.1 組裝過程作業調整

產線優化前部分工位的作業內容見表2。為提高生產效率，識別各崗位中的非增值作業，通過ECRS原則進行優化。

表2 作業調整前的作業內容

對作業內容進行調整如下：

1）將熱縮前的折電容腳崗位與套小的熱縮管進行合并。

2）將過OD 崗位取消。

此工位前后都存在檢查作業，故將此崗位取消。

3）將電測和測尺寸兩個崗位合并。

電測和測尺寸崗位的節拍都非常短，電測的作業時間為3 s，測尺寸的時間為2 s，兩個崗位的時間總和接近平均生產節拍。

4）對絞線崗位進行調整。

絞線人員右手作業，左手只起到機器剎車作用，雙手利用率很低，改善后用腳進行剎車作業，雙手同時進行絞線。

2.1.2 作業調整效果分析

各工位作業調整后的作業時間見圖3。

圖3 調整后工位作業時間

初步調整后各指標數據見表3。

表3 初步調整后各指標數據

平衡率由48.49%提升到52.11%，平衡率改善結果不理想，平衡率與85%的合格水平還有很大差距。

2.2 雙手作業分析及優化

2.2.1 雙手作業分析

通過對作業者組裝過程的調查研究，發現占用時間最多或者存在問題的工位主要是膠殼組裝、浸錫、貼海綿等，貼海綿工序為瓶頸工序，由于篇幅問題，本文以瓶頸工序的操作過程為主要研究對象進行介紹。

貼海綿是PSS 組裝過程中的重要工序，也是瓶頸工序。此工序很容易出現故障，容易把海綿貼歪。作業者從身下拿取帶有膠條的海綿放到工裝器具上，再拿取旁邊物料箱中的電容放到海綿上對準，利用器具進行黏貼。加工過程中，作業者需要對電容進行整理，以便對準，減少報廢。放海綿之前，還需要將海綿膠條上的膜撕掉。操作過程有很多不方便的地方，拿取和放置材料時距離過遠，且膠條容易沾手，不符合人機工程。貼海綿雙手作業見圖4。

圖4 貼海綿雙手作業分析

2.2.2 組裝過程中的動作優化

將海綿提前裁剪到標準尺寸，并放置在操作臺面上，訓練作業者在2 s 內完成撕海綿并放置在設備上確保在標準節拍內生產一件，通過測算可以優化掉一個人。對操作臺進行改善，改變物料箱位置，縮短拿取存放距離，從而減少作業時間。基于作業分析進行改善后，雖然操作工序沒有改變，但是改善后作業時間為7.3 s，作業人數為2 人。

改善后貼海綿工位布局見圖5。

圖5 改善后貼海綿工位布局圖

2.2.3 組裝過程動作優化效果分析

優化前后主要工序的作業情況見表4。

表4 主要工序優化前后作業情況對比

由表4 可知，膠殼組裝優化后工序數減少4 道，組裝時間減少了4.8 s，優化掉1 人，浸錫過程優化后工序數減少1 道，作業時間減少了1.6 s，但是可以同時進行兩個線束的浸錫，貼海綿工序數未減少，作業時間減少6.7 s，優化掉1 人，總工序減少5 道，總作業時間減少11.1 s，總人員數減少2 人。工序數優化前后對比見圖6 所示，時間對比如圖7 所示，可以明顯地看出改善的有效性。

圖6 工序數改善前后對比

圖7 作業時間改善前后對比

2.3 改善后組裝線平衡分析

在對PSS 組裝線進行分析，通過作業調整以及對存在較大問題的工序進行動作分析，對PSS 組裝生產線進行全面優化后，測量各工位生產50 件產品時的作業時間并取平均值，得到生產單件產品的作業時間，并通過計算得出工位工時和各工位的標準工時，得到改善后的各指標見表5。

表5 各指標優化前后對比

3 結論

1）在優化過程中，根據作業內容和作業時間，運用ECRS 原則對工序進行調整，首先判斷每個工位是否有必要存在，然后合并作業節拍較短的工位，對操作臺布局進行重新布置。通過作業調整，使生產節拍達到初步平衡，PSS 組裝線的生產線平衡率也得到了一定程度的提高。

2）通過作業內容對工序調整后，對貼海綿工位以及其他存在問題的工位進行動作分析，對膠殼組裝、貼海綿、浸錫操作過程進行詳細拆分，依據動作經濟原則，消除不必要動作，根據動作分析中得出的結論，還對工位器具和物料擺放進行了優化，有效動作比得到改善，提高了雙手的協同率，減少了作業時間，使生產節拍也有所降低。最終將該產線的節拍降至7.3 s，相比于一開始13 s 的生產節拍，取得了很大的成效。

3）將PSS 組裝線優化前后的生產狀況進行對比得出：生產線平衡率由之前的48.49%，提升為85.5%，損失率由之前51.51%降低至14.5%，平衡率得到很大提高，說明PSS 組裝線生產效率得到提高，生產過程更加流暢。例如生產每件產品消耗時間減少，組裝線上在制品庫存減少，使生產過程更加順暢，避免產品堵塞積壓，大大減少了在制品的成本。PSS 組裝線作業人數由之前23 人減少至17 人，作業時間明顯減少，在產量增加的同時，減少了作業人數，直接降低人工成本，間接降低管理成本，有益于企業效益的增加。