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1、工作研究在斷路器裝配線平衡中的應(yīng)用 李沛，周秉超 （溫州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，浙江溫州 325035） 摘要: 針對民營電器企業(yè)面臨的效率與成本危機(jī)，本文以某電器公司的斷路器裝配線為研究對象，首先運(yùn)用程序分析與秒表測時等方法，分析與識別了裝配線的生產(chǎn)現(xiàn)狀與存在的問題；其次運(yùn)用作業(yè)方法分析與工序重排對裝配線進(jìn)行了平衡改善；最后的實(shí)施效果表明，工作研究方法的運(yùn)用顯著地提高了裝配線的平衡率與產(chǎn)量。 關(guān)鍵詞：斷路器裝配線；秒表測時；方法研究 中圖分類號：F270 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A The Application of Work Study on the Circuit Brea

2、ker Workshop Li Pei, Zhou Bingchao （School of Mechanical Engineering of Wenzhou University, Wenzhou University, Wenzhou, 325035,China） Abstract：By using the methods of program analysis and stopwatch measurement, the bottlenecks and problems existed in the assembly line of circuit breaker are

3、 identified and analyzed, and the improvement program is given based on the rearrangement processes and operation analysis methods, the final application results show that the line balance efficiency and yield have been greatly improved. Key words：assembly line of circuit breaker; stopwatch measure

4、ment method; method study 8 1 引言 面對金融危機(jī)、勞動法實(shí)施、土地價(jià)格飛漲等因素影響，大多數(shù)的中小民營電器企業(yè)因利潤空間急劇縮小，面臨前所未有的生存挑戰(zhàn)。如何應(yīng)對挑戰(zhàn)？創(chuàng)新是關(guān)鍵。技術(shù)創(chuàng)新無疑是企業(yè)擺脫困境的最有效方法之一，但是對于絕大多數(shù)企業(yè)來說，通過建立自己的研發(fā)中心，開發(fā)具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，既缺乏雄厚資金的支持，又無必要的人才資源依托，心有余而力不足。而通過管理創(chuàng)新，變粗放管理模式為精益生產(chǎn)模式，充分利用企業(yè)現(xiàn)有的資源，低成本(Cost)、高質(zhì)量(Quality)、短交貨期(Delivery)把產(chǎn)品交付到客戶手中，是企業(yè)擺脫困境、在激烈

5、的市場競爭中獲得生存優(yōu)勢的一個行之有效的方法。工作研究(Work Study)，集成了泰勒的時間研究(Time Study)與吉爾布雷斯夫婦的動作研究(Motion Study)，目前被公認(rèn)為是杜絕各種浪費(fèi)、挖掘內(nèi)部潛力、有效提高生產(chǎn)效率和效益、增強(qiáng)企業(yè)競爭能力的一門實(shí)用技術(shù)。 2009年2月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，溫州有電器企業(yè)2000家，從業(yè)人員20多萬，生產(chǎn)100多個系列6000多個品種以及2萬多種規(guī)格的電器產(chǎn)品，低壓電器產(chǎn)品占全國總量的60%[1]。通過調(diào)研某民營電器公司的斷路器組裝車間，發(fā)現(xiàn)裝配線上存在明顯的在制品堆積，操作工人有的緊張忙碌，有的不時等待，而且經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品交貨不及時、產(chǎn)量不

6、能滿足生產(chǎn)要求等問題。因此本文以提高生產(chǎn)率和產(chǎn)量為目標(biāo)，運(yùn)用工作研究的原理和方法對裝配線進(jìn)行了一系列分析與改善。首先運(yùn)用程序分析方法界定了斷路器的生產(chǎn)工藝；其次運(yùn)用秒表測時技術(shù)測定了裝配線7個主要工位的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間，識別出了瓶頸工序的位置；最后運(yùn)用作業(yè)方法分析與工序重排實(shí)現(xiàn)了持續(xù)的二次改善，縮短了裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍，提高了裝配線平衡率和產(chǎn)量。 2 斷路器裝配線生產(chǎn)現(xiàn)狀調(diào)查 2.1 生產(chǎn)布局 本研究選擇了占斷路器生產(chǎn)車間80%產(chǎn)量的塑料外殼式斷路器生產(chǎn)線作為研究對象。該生產(chǎn)線全長20米，共有員工10人，其中負(fù)責(zé)斷路器整體裝配的6人，檢驗(yàn)的1人，其余3人負(fù)責(zé)最后的封裝打包。生產(chǎn)線核定產(chǎn)量為每天

7、500～600個之間，員工統(tǒng)一以計(jì)件形式結(jié)算工資。因此，如何提高生產(chǎn)率以增加工資是管理人員和員工都迫切想解決的問題。調(diào)研得到的裝配線平面布局示意圖如圖1所示。 圖1斷路器裝配線布局示意圖 ⑩←—⑨←—⑧←—⑦←—⑥←—⑤←—④←—③←—②←—①← 底座貼標(biāo)簽等 杠桿組裝等 負(fù)責(zé)最后的貼牌封裝，運(yùn)輸 平板安裝 主體等安裝 組裝主體 校驗(yàn) 安裝牽引桿等 N S

8、 2.2 生產(chǎn)工藝流程圖 為了對裝配線進(jìn)行改善，必須明確裝配線上各個工位的作業(yè)單元，作業(yè)內(nèi)容及作業(yè)的先后次序，于是運(yùn)用工藝程序分析方法對斷路器的裝配工藝進(jìn)行分析。首先調(diào)研斷路器的裝配程序，然后采用規(guī)范的作圖方法繪制斷路器的生產(chǎn)工藝程序圖[2]，如圖2所示。 圖中符號“○”表示“作業(yè)”，“□”表示“檢查，檢驗(yàn)”，符號中的阿拉伯?dāng)?shù)字表示整個裝配程序中相應(yīng)的作業(yè)次數(shù)或檢驗(yàn)次數(shù)。從圖2 可以很清晰地看出，斷路器的裝配過程中，共有21次作業(yè)，3次檢驗(yàn)，是典型的勞動密集型作業(yè)。 2.3 運(yùn)用秒表測時法確定裝配線各工位工時 在明確裝配線上產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和相應(yīng)的工位之后，將各個工位的作業(yè)分解成可測

9、量的作業(yè)單元，對作業(yè)單元按照秒表測時的規(guī)范方法進(jìn)行測時。本研究采用了連續(xù)秒表測時法[3]，首先對裝配線7個主要工位（暫未考慮工位⑧，⑨和⑩的貼牌封裝，運(yùn)輸環(huán)節(jié)）的作業(yè)試觀測10次。然后根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，運(yùn)用d2值法計(jì)算每個作業(yè)單元的觀測次數(shù)，取最大作業(yè)單元的觀測次數(shù)進(jìn)行觀測。再次運(yùn)用三倍標(biāo)準(zhǔn)差法剔除觀測數(shù)據(jù)中的異常值，得到各作業(yè)單元的平均值。最后考慮評比和寬放，按照ST=平均作業(yè)時間*評比系數(shù)*（1+寬放率）計(jì)算得到各個工位的總工時，如表1所示。根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，確定評比系數(shù)為8%，寬放率為10%。 表1 生產(chǎn)線各工位測定單元與作業(yè)

10、時間測定表 工位 作業(yè)單元 單元工時（S) 工位總工時（S) 工位 作業(yè)單元 單元工時（S) 工位總工時（S) 1號工位 ①底座貼標(biāo)簽 5.89 38.55 2號工位 ①杠桿安裝 6.42 48.25 ②連桿組裝 7.19 ②底座部件安裝 32.66 ③右夾板組裝 8.92 ④左夾板組裝 7.26 ⑤機(jī)芯裝配 18.4 3號工位 ①繞銅絲 1.64 33.44 4號工位 ①安裝主體與隔層 9.29 47.69 ②動機(jī)架與銅絲安裝 24.10 ②旋地面螺釘 34.54 ③動機(jī)架與機(jī)芯裝配成主體 7.70 ③調(diào)整鐵芯

11、 3.86 5號工位 ①安裝平板 2.72 61.52 6號工位 ①安裝牽引桿 16.83 34.89 ②安裝雙金 20.28 ③旋螺釘 18.53 ②檢查靈活性 8.10 ④安裝行體 8.14 ③旋接觸螺釘 9.96 ⑤安裝彈簧 11.85 7號工位 ①瞬時校驗(yàn) 13.28 33.39 ②延時校驗(yàn) 17.11 纏繞銅絲 銅絲 底座貼標(biāo)簽 底座部件安裝 動機(jī)架與銅絲安裝 銅片，連桿等 動機(jī)架， 彈簧等 底座，標(biāo)簽等 鐵芯，螺釘，金屬觸頭等 10 9 7 6 4 紙箱，包裝，封條

12、等 21 接觸螺母 安放雙金 彈簧 安裝彈簧 17 14 16 18 安裝行體 旋螺釘 行體 大號螺釘 雙金 安放平板 15 安裝牽引桿 牽引桿 延時校驗(yàn) 瞬時校驗(yàn) 旋接觸螺釘 檢查靈活性 20 19 安裝主體與隔層 旋底面螺釘 隔層 調(diào)整鐵芯 底面小螺釘 平板 13 12 11 彈簧，螺柱 杠桿組裝 機(jī)芯與動機(jī)架組裝成主體 左夾板組裝 連桿組裝 左夾板，彈簧圈 彈簧，杠桿等 跳扣，彈簧等 右夾板 組裝 機(jī)芯裝配 1 2 8 5 3 2 3 1 最后的打包運(yùn)輸 圖2 100A型斷路器的工

13、藝流程圖 代表 1號工作人員 代表 2號工作人員 代表 3號工作人員 代表 4號工作人員 代表 5號工作人員 代表 6號工作人員 代表 7號工作人員 鎖扣，彈簧，右夾板 2.4 生產(chǎn)線平衡現(xiàn)狀 根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，計(jì)算裝配線的平衡率為[4]： 式中，指各個工位的工時，指工位的個數(shù)，CT (Cycle Time) 指生產(chǎn)線上最長的作業(yè)時間。 根據(jù)平衡率，可計(jì)算得到： 平衡損失率=1-平衡率=1-68.4%=31.6%，大于30%。 生產(chǎn)不平衡的損失時間： 計(jì)算每日的產(chǎn)量為： P1= =468個，小于企業(yè)核定產(chǎn)量

14、的最小值500。 根據(jù)生產(chǎn)線各工位工時繪制山積圖，如圖3所示，可以很直觀地發(fā)現(xiàn)工位工時極不均衡，如工位5的工時幾乎是工位7的兩倍。由此可以認(rèn)為該生產(chǎn)線“存在人為平衡生產(chǎn)線的因素，但并沒有解決一些深層次問題”。 圖3斷路器裝配線作業(yè)工時山積圖（改善前） 單位：S（秒） 3 改善方案設(shè)計(jì)與實(shí)施 根據(jù)約束理論和生產(chǎn)線平衡理論，生產(chǎn)線平衡的關(guān)鍵是縮短瓶頸工位的工時或者平衡生產(chǎn)線各工位工時使其趨于一致。針對斷路器裝配線的平衡現(xiàn)狀，提出改善方向?yàn)椋孩僭跐M足裝配線各工位作業(yè)順序約束條件下，重排各工位的作業(yè)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)各工位作業(yè)工時的基本一致，消除瓶頸，如可考慮將工位5的作業(yè)內(nèi)容分擔(dān)一些給工

15、位3或者工位6；②對瓶頸工位進(jìn)行作業(yè)方法改善，提高作業(yè)效率，縮短工時；③結(jié)合作業(yè)方法改善與工序重排，提高生產(chǎn)線平衡率。 3.1 作業(yè)方法改善 本研究按照方向3進(jìn)行初步改善，首先進(jìn)行作業(yè)方法改善。根據(jù)圖3的山積圖，提出作業(yè)方法改善的重點(diǎn)為工時較長的5號、2號與4號三個工位。 通過作業(yè)現(xiàn)場的細(xì)致觀察，發(fā)現(xiàn)裝配線上這三個工位都不同程度地存在動作不規(guī)范，浪費(fèi)等現(xiàn)象，但4號工位的旋底面螺釘作業(yè)單元和5號工位的安裝雙金及螺釘作業(yè)單元的問題比較突出，因此運(yùn)用雙手作業(yè)分析和動作經(jīng)濟(jì)原則分析尋求改善方案。 3.1.1 4號工位分析和改善 4號工位的旋底面螺釘工序作業(yè)單元目前的工時為34.54S，作業(yè)周

16、期比較長。 運(yùn)用雙手作業(yè)分析、動作分析和動作經(jīng)濟(jì)原則分析，發(fā)現(xiàn)此工位目前存在的主要問題為：①裝配螺釘使用的電動起子平放在操作臺上，因操作臺上物料多，擺放位置不固定，每次使用都需要“尋找”、“發(fā)現(xiàn)”，“預(yù)置”等輔助動作，比較費(fèi)時；②裝配使用的大螺釘，鐵壓圈，鋼壓圈，短螺釘?shù)榷喾N物料直接散放在操作臺上，在裝配過程中出現(xiàn)“選擇”、“等待”等輔助、無效動作，降低效率；③物料擺放位置偏遠(yuǎn)，上道工序組裝完成的斷路器底座擺放在“最大作業(yè)范圍”[3]之外，每次拿放都很費(fèi)力，費(fèi)時。 針對這些問題，運(yùn)用5W1H（Who，When，Where，What，Why，How）提問技術(shù)和ECRS(取消、合并、重排、簡化

17、)改善原則制定相應(yīng)的改善方案為：①將電動起子用“伸縮繩”懸掛在操作員左前方30CM的地方。②采用小批量轉(zhuǎn)運(yùn)裝配使用物料，縮減其數(shù)量，然后使用頻率將不同物料箱的物料以扇形格局?jǐn)[放在“正常作業(yè)范圍之內(nèi)”[5]。 按照以上改善方法，4號工位操作人員的總作業(yè)數(shù)比原來減少，左右手實(shí)現(xiàn)了較好的平衡，作業(yè)周期時間減少。等工人操作熟練之后，運(yùn)用秒表測時法測定該工序的作業(yè)時間為25.30s，比原來的35.54s，快了28%，效果非常明顯。 3.1.2 5號工位分析和改善 通過多次觀測，發(fā)現(xiàn)5號工位的安裝雙金及螺釘作業(yè)單元需要安裝包括雙金，大螺釘，小螺釘，大鋼圈，小鋼圈，大線圈和小線圈等多種物料，裝配中存在

18、非常多的重復(fù)作業(yè)。運(yùn)用雙手作業(yè)分析和動作經(jīng)濟(jì)原則分析，發(fā)現(xiàn)存在的主要問題為：①物料擺放非常不合理，如大螺釘擺放在工人的M5范圍內(nèi)，行體等物料擺放在M4范圍；②電動起子與工位4一樣，平放在桌面上，這既不利于工人抓取，也會影響工人在抓取平板時的視野，有時甚至還會發(fā)生從桌面上滾落的現(xiàn)象；③工作臺偏高，操作人員拿取物料，裝配都比較費(fèi)力。 與工位4相似，經(jīng)過分析，提出以下改善方法：①改善物料布局，物料從左至右按平板→雙金/行體、彈簧（二層）→大螺釘→小螺釘→雙金→平板依次放置在半圓型的正常作業(yè)范圍之內(nèi)。②將電動起子用“伸縮繩”懸掛在螺絲盒的上方，實(shí)現(xiàn)預(yù)定位，降低動作級別。③調(diào)整座位的高度，使工人做在工

19、作椅上且上臂自然放松時肘關(guān)節(jié)的高度與工作臺的高度相等。 改善的作業(yè)方法，降低了原來的動作級別，減輕了操作工人的疲勞度。測量操作工人在熟練之后的工時，安裝雙金和螺釘工序工時分別減少了4.39s。改善后的4號工位和5號工位分別用“4′”和“5′”表示，則改善后各個工位的工時山積圖如圖4所示。 圖4 作業(yè)方法改善后的工位工時山積圖 單位：S（秒） 從圖4可以看出，由于工位4與工位5的方法改善，生產(chǎn)周期發(fā)生了變化，改進(jìn)后的生產(chǎn)線平衡率和不平衡率分別為： 生產(chǎn)不平衡率=1-平衡率=1-80.4%=19.6% 生產(chǎn)不平衡損失時間為： 通過作業(yè)方法改善，該生產(chǎn)線的

20、生產(chǎn)平衡率由原來的69.13%提高到80.4%，有了相當(dāng)大的提高，基本實(shí)現(xiàn)了“一個流”生產(chǎn)。 但從圖4可以看出，盡管作業(yè)方法改進(jìn)使得各工位工時差異變小，但是依然存在差異，于是提出通過對工序內(nèi)容進(jìn)行重排實(shí)現(xiàn)改善。工序重排作為生產(chǎn)線平衡的一種方式，關(guān)鍵是明確各個作業(yè)單元之間的順序約束。根據(jù)前文提出的生產(chǎn)工藝圖，考慮現(xiàn)實(shí)的約束，提出以下重排方案： （1）將2號工位的連桿組裝作業(yè)單元調(diào)整到1號工位。 （2）將4′號工位的第一個作業(yè)安裝主體與隔層1重新分配給3號工位。 （3）將5′號工位的平板安裝以及安裝行體作業(yè)單元重新分配給4′號工位。 這樣，作業(yè)方法改善至上的工序重排后裝配線平衡率和不平衡

21、率如下： 生產(chǎn)不平衡率=1-平衡率=1-85%=15% 生產(chǎn)不平衡損失時間為： 對應(yīng)的裝配線各工序工時山積圖如圖5所示。 圖5 作業(yè)方法改善與工序重排后的工序工時山積圖 單位：S（秒） 這次改善之后，1′號工位成了整條裝配線的瓶頸工序，而7號工位的閑余時間最多。7號工位為檢查工序，不適合與其他工序合并，所以后續(xù)改善應(yīng)該考慮縮減裝配生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍，通過重新設(shè)置工位數(shù)量等提高裝配線的平衡率。 二次改善之后，斷路器裝配線的產(chǎn)量為： 與之前相比，平衡率由原來的68.4%提高到85%，提高了16.6%；日產(chǎn)量由原來的468增加到630，提高了34.6%，已

22、經(jīng)超出了車間核定產(chǎn)量的上限。 以上分析應(yīng)用過程說明裝配線平衡的改善是一個持續(xù)的過程。如本研究中，裝配線目前的平衡率為85%，還可以繼續(xù)通過工位重新設(shè)置，工作研究的更深入應(yīng)用等進(jìn)一步改善。 4 結(jié)論 本文以溫州某電器企業(yè)的斷路器組裝車間生產(chǎn)線為研究對象，運(yùn)用工作研究的方法對生產(chǎn)線進(jìn)行了分析改善，實(shí)施效果為平衡率提高了16.6%，產(chǎn)量提高了34.6%。但實(shí)際所運(yùn)用的方法非常簡單，很容易在其他企業(yè)分享，進(jìn)行類似的改善。工作研究在民營電器企業(yè)的應(yīng)用，必將推動電器企業(yè)的發(fā)展壯大。 參考文獻(xiàn) [1] [2] 易樹平,郭伏主編.《基礎(chǔ)工業(yè)工程》[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005. [3] 馬欽海,關(guān)志民,何志明.工作研究方法在生產(chǎn)作業(yè)過程優(yōu)化中的應(yīng)用[J].人類工效學(xué),2003(2):26-28. [4] 蘭秀菊,陳勇,湯洪濤.SMT生產(chǎn)線平衡的持續(xù)改善分析[J].《工業(yè)工程與管理》.2006(2):109-111. [5] 薛偉,蔣祖華主編.《工業(yè)工程概論》[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2009:119-125. 基金項(xiàng)目：浙江省新世紀(jì)高等教育教學(xué)改革研究資助項(xiàng)目（yb08056）