基于作业分析法的M 车间组装线优化研究

王光玉， 刘俊艳

（青岛科技大学经济与管理学院， 山东 青岛 266000）

0 引言

随着科技水平的提高，电子产品的需求量越来越大，使得电子元件的需求也越来越大，大大小小的电子加工厂趁势进入市场，竞争越来越激烈。电子加工厂作为传统的制造企业，自动化程度低，主要依靠劳动者手工操作进行生产。操作者作业不标准就可能导致产线不平衡，在制品库存过高，作业效率低下，无法按时交付订单。所以通过工业工程中的作业分析方法改善工人操作对企业具有重要意义。

动作分析的发展源于美国，泰勒创立的时间研究与吉尔布雷斯创立的动作研究为工业工程的发展奠定了基础[1]。SMITH[2]等人基于成本函数研究了人机协作系统中每个元素的性能，对工人完成装配任务的时间和疲劳程度进行了评价。闫武豪、徐军、刘吉庆[3]通过动作分析，对操作台的物料摆放进行优化，提高了产线平衡率。王云柯等人[4]利用ECRS 以及5W1H等方法对某摩托车企业车间人机作业进行剖析，并通过工业工程方法进行改善。张永辉[5]利用双手作业法对冷柜产线瓶颈工序进行分析优化，实现产线平衡优化。黄紫薇、盛益江[6]通过时间测定和作业内容分析对西装作业流程进行调整，减少了作业时间，作业效率提高了12%。柳胜[7]采用精益生产理念对桥梁球型支座生产线动作和时间进行分析，通过去除非增值作业以及优化重组作业内容等方式，基本实现了桥梁球型支座各作业单元的产线平衡。

以某电子企业M 车间的PSS 组装线为研究对象，以作业分析为抓手，对该车间装配线进行改善，以期提升产线平衡率，提高该产线生产效率，减少在制品库存。

1 M 车间组装线生产线现状分析

1.1 车间简介

M 车间是某电子加工厂的生产车间，主要负责PSS（电力系统静态稳定器）的组装，目前有多条生产线，每条生产线有23 个操作工，自动化程度低，主要由人工进行组装和检查，一些简易机器进行辅助。目前PSS 生产线上主要生产产品型号为4 913，每天工作时间为11.5 h，在制品库存估计可达1 万件。车间产线布局如图1 所示，分为预装产线和主产线。

图1 产线布局

1.2 生产线现状分析

该产线生产的产品是PSS，主要原料有胶壳、热缩管、线束、海绵等。PSS 组装线工艺流程为：压缩电容→检线→浸锡→折电容脚→套热缩管→胶壳组装→过OD→折电容脚→插胶壳→套热缩管→绞线→贴海绵→测尺寸→全检。

1.2.1 作业时间测定

通过秒表法测量了生产50 件产品的时间，并求取平均值，得到生产每件产品的时间。根据熟练程度水平、努力程度、工作环境以及一致性的评价标准选取评定系数为1.06，根据作业者作业现状，选取宽放率为10%，根据PSS 组装线各工位的作业时间可以计算出优化前各工位的标准工时。

该生产线各工位生产单件产品所用时间，如表1所示。

表1 组装线各工序作业时间

为了能够更加明显的看出各工位作业时间的差距，根据表1 绘制出PSS 组装生产线各工位作业时间的柱状图，如图2 所示，可以看出各工位作业时间存在较大差距。

图2 PSS 组装生产线各工位作业时间柱状图

1.2.2 数据分析

结合上文的数据，从平均生产节拍、生产线平衡率、损失率、平滑性指数以及单日最大产能这几个方面对PSS 组装线现状进行分析。

根据表1 数据，得出平均生产节拍为：

式中：N为工位个数；Ti为各工位。

生产线平衡率为：

式中：SPT 为平均生产节拍；CT 为工位最大生产节拍。

损失率为：

单日最大产能为：

经上文计算可知，PSS 组装生产线的平衡率为48.49%，损失率为51.51%，损失率远大于20%，根据生产线平衡的判定标准可知，该生产线平衡率相当低，因此PSS 组装生产线还需要很大优化。

2 PSS 组装过程分析及优化

2.1 组装过程作业分析

2.1.1 组装过程作业调整

产线优化前部分工位的作业内容见表2。为提高生产效率，识别各岗位中的非增值作业，通过ECRS原则进行优化。

表2 作业调整前的作业内容

对作业内容进行调整如下：

1）将热缩前的折电容脚岗位与套小的热缩管进行合并。

2）将过OD 岗位取消。

此工位前后都存在检查作业，故将此岗位取消。

3）将电测和测尺寸两个岗位合并。

电测和测尺寸岗位的节拍都非常短，电测的作业时间为3 s，测尺寸的时间为2 s，两个岗位的时间总和接近平均生产节拍。

4）对绞线岗位进行调整。

绞线人员右手作业，左手只起到机器刹车作用，双手利用率很低，改善后用脚进行刹车作业，双手同时进行绞线。

2.1.2 作业调整效果分析

各工位作业调整后的作业时间见图3。

图3 调整后工位作业时间

初步调整后各指标数据见表3。

表3 初步调整后各指标数据

平衡率由48.49%提升到52.11%，平衡率改善结果不理想，平衡率与85%的合格水平还有很大差距。

2.2 双手作业分析及优化

2.2.1 双手作业分析

通过对作业者组装过程的调查研究，发现占用时间最多或者存在问题的工位主要是胶壳组装、浸锡、贴海绵等，贴海绵工序为瓶颈工序，由于篇幅问题，本文以瓶颈工序的操作过程为主要研究对象进行介绍。

贴海绵是PSS 组装过程中的重要工序，也是瓶颈工序。此工序很容易出现故障，容易把海绵贴歪。作业者从身下拿取带有胶条的海绵放到工装器具上，再拿取旁边物料箱中的电容放到海绵上对准，利用器具进行黏贴。加工过程中，作业者需要对电容进行整理，以便对准，减少报废。放海绵之前，还需要将海绵胶条上的膜撕掉。操作过程有很多不方便的地方，拿取和放置材料时距离过远，且胶条容易沾手，不符合人机工程。贴海绵双手作业见图4。

图4 贴海绵双手作业分析

2.2.2 组装过程中的动作优化

将海绵提前裁剪到标准尺寸，并放置在操作台面上，训练作业者在2 s 内完成撕海绵并放置在设备上确保在标准节拍内生产一件，通过测算可以优化掉一个人。对操作台进行改善，改变物料箱位置，缩短拿取存放距离，从而减少作业时间。基于作业分析进行改善后，虽然操作工序没有改变，但是改善后作业时间为7.3 s，作业人数为2 人。

改善后贴海绵工位布局见图5。

图5 改善后贴海绵工位布局图

2.2.3 组装过程动作优化效果分析

优化前后主要工序的作业情况见表4。

表4 主要工序优化前后作业情况对比

由表4 可知，胶壳组装优化后工序数减少4 道，组装时间减少了4.8 s，优化掉1 人，浸锡过程优化后工序数减少1 道，作业时间减少了1.6 s，但是可以同时进行两个线束的浸锡，贴海绵工序数未减少，作业时间减少6.7 s，优化掉1 人，总工序减少5 道，总作业时间减少11.1 s，总人员数减少2 人。工序数优化前后对比见图6 所示，时间对比如图7 所示，可以明显地看出改善的有效性。

图6 工序数改善前后对比

图7 作业时间改善前后对比

2.3 改善后组装线平衡分析

在对PSS 组装线进行分析，通过作业调整以及对存在较大问题的工序进行动作分析，对PSS 组装生产线进行全面优化后，测量各工位生产50 件产品时的作业时间并取平均值，得到生产单件产品的作业时间，并通过计算得出工位工时和各工位的标准工时，得到改善后的各指标见表5。

表5 各指标优化前后对比

3 结论

1）在优化过程中，根据作业内容和作业时间，运用ECRS 原则对工序进行调整，首先判断每个工位是否有必要存在，然后合并作业节拍较短的工位，对操作台布局进行重新布置。通过作业调整，使生产节拍达到初步平衡，PSS 组装线的生产线平衡率也得到了一定程度的提高。

2）通过作业内容对工序调整后，对贴海绵工位以及其他存在问题的工位进行动作分析，对胶壳组装、贴海绵、浸锡操作过程进行详细拆分，依据动作经济原则，消除不必要动作，根据动作分析中得出的结论，还对工位器具和物料摆放进行了优化，有效动作比得到改善，提高了双手的协同率，减少了作业时间，使生产节拍也有所降低。最终将该产线的节拍降至7.3 s，相比于一开始13 s 的生产节拍，取得了很大的成效。

3）将PSS 组装线优化前后的生产状况进行对比得出：生产线平衡率由之前的48.49%，提升为85.5%，损失率由之前51.51%降低至14.5%，平衡率得到很大提高，说明PSS 组装线生产效率得到提高，生产过程更加流畅。例如生产每件产品消耗时间减少，组装线上在制品库存减少，使生产过程更加顺畅，避免产品堵塞积压，大大减少了在制品的成本。PSS 组装线作业人数由之前23 人减少至17 人，作业时间明显减少，在产量增加的同时，减少了作业人数，直接降低人工成本，间接降低管理成本，有益于企业效益的增加。