王思淇 高宇 叶洪旭

摘 要：为规范动作标准及改善生产线作业绩效的问题，文章以圣加伦公司汽车换挡器装配线为研究对象，研究零件装配工位中“人—机—环”工效学，通过测定流水线各工位的作业时间，运用动作与人因分析的研究方法对装配线各工序操作人员的动作过程进行分析，找出瓶颈工序，然后根据动作经济原则对其进行了优化，降低了作业时间，提高了生产效率，从而提升了企业效益。

关键词：动作分析;动作经济原则;软件仿真

0 引言

如今，精益生产在制造业中的应用已日益广泛，特别是在劳动力密集的手工装配线和对人的依赖程度很大的企业。由于在生产中，操作者的体力是不能储存起来的[1]，为此应多加引进省力的机械化设备，减少操作中产生的浪費，同时要更加注重利用装配过程中的工效学对生产现场进行改善。

本文主要对圣加伦公司换挡器装配线上操作人员的作业活动进行观察，分析其中存在的问题，运用动作分析以及人因工程的相关理论对存在的问题进行优化并提出合理的解决方案，使装配线获取最大的产能。

1 公司装配线现状

1.1 装配线总体布局

该公司目前的装配线总共有19个工位，其中工位14与工位19为检测工位，工位4与工位18为装配线的瓶颈工序，装配线总体为直线型布局。

1.2 装配线动作与人因分析

通过对该公司装配线上装配人员的动作观察发现以下几个问题：

（1）操作台间距较大，导致装配人员从上道工序取货时作业跨度大使得手部作业的距离超出了正常作业范围。

（2）大部分操作台都需要按压或转动手柄控制设备进行装配加工，这些动作通常需要站立操作，易使人产生疲劳，且疲劳恢复期较长。

（3）有些工序零件需要人们经常一手持物另一只手对其进行精准装配，从而导致手部疲劳。

（4）大部分生产看板模糊不清。通过实地考察发现装配线旁边或者各工序之间缺乏生产看板管理，还有生产标注的不规范，容易对操作员产生误导，尤其是新上岗的员工，容易造成工人操作不规范，严重影响工作的效率，进而对生产线产生影响。

2 装配线动作与人因改善

动作经济原则是一种分析和研究生产现场作业动作的有效方法[2]，以寻求疲劳度最低、最合理的作业方法。动作的4项基本原则：减少动作的数量、双手同时进行工作、缩短动作的距离、轻松舒适动作。

通过动作经济原则对以上问题进行改善：

（1）由于工位分配不均匀，导致一些工位动作少工作时间快，将工位2和3、工位12和13合并，减少不必要的拿取动作，就可避免因过快完成动作造成半成品堆积的情况，从而减少时间上的浪费。此举不仅减少了工位数，还加快了装配线的生产效率。

（2）在工位2中，用一手持物一手安装，容易造成时间上的浪费，进而降低作业效率。此时应考虑用固定工具将工件固定在桌面上，解放持物手，以便两手同时安装。这样，既能保证产品质量，也便于作业，减轻操作者的疲劳程度。

（3）对需要力量的作业，如工位4和工位8中的“压入零件”“铆接”直线运动且需要一定力量的作业，改为用足进行操作的装置，比用手操作更有效，同时还能使得装配人员由站姿作业变为坐姿作业，从而减轻手的疲劳。

（4）由于各工位的操作台之间有一定的距离，导致操作者作业跨度较大，拿取零件时走动过多。在各工位之间加入传送带，通过传送带将零件传送到下一工序。

（5）实际观察发现，装配线上基本都是女性工人且几乎是站立作业的，很容易产生疲劳。从人体力学的角度来看，作业者小臂接近水平或稍微下倾放在工作面上而上臂处于自然悬垂状态，是最适宜的操作姿势。根据女性坐着工作时的推荐高度，我们把操作平台的高度调整在720 cm左右，同时更换原来的老旧座椅，变成可调节高度的低靠背式椅子，把身体的一部分重力压在靠背上，以减轻脊柱尤其是腰椎部的负荷，不仅能使脊柱保持自然的状态，产生轻松省力的感觉，还可以扩大操作者的双手活动范围。

（6）通过对生产看板的笼统勘察，制定了统一的标准。在生产看板上制定了严格的生产计划，对于不同的工序，制定出相应的操作规范，要求员工严格按照要求执行生产。同时对于有安全隐患的操作应该特别注明，安全提示的地方改成红色标志，其他的按照操作的安全等级，依次标示出来。经过分析考察，将看板归为以下几类：产线生产管理看板、物料生产管理看板、设备生产管理看板、人员生产管理看板、工位生产管理看板、品质生产管理看板。

3 基于Jack的分析仿真

Jack软件是一个可以建造人体模型、定义人体的各个动作、完成人体操作流程以及仿真测定人机功效评价的软件，其在各个行业中都发挥了巨大的作用。使用Jack可以创建虚拟环境，定义人身体的各个参数与肢体的行为，为虚拟环境中的人员分配任务，控制其作业时间，并定义其作业方式，评价其虚拟活动的有效性与疲劳指数。与其他的软件相比，Jack可更加真实地还原作业环境，并且可以导入其他软件模型，这也使得虚拟的界面更加符合实际，得出的结果也符合事实的规律。总之，Jack软件更能方便地还原作业环境，使得结果更加符合事实，更能指出作业中的待改善点。

3.1 仿真动作分析

3.1.1 改善前的动作仿真

将各个零部件摆放到各自的位置，开始还原工人的操作动作，并将工人的每个动作都用Jack中的虚拟人物模型来还原，将其储存为单独命名的动作，为下一步制成流畅的动画做准备。制定好全部所需的动作以后，还要记录每个动作的操作时间，动画制作不仅设置动作的时间，还要设置物品处于某个位置的持续时间，将所有的动作和物品的摆放位置都设置时间后，就可以组成一个连续动画，通过动画的播放可以看出与实际中的工人操作吻合度很高，展现出工人的实际操作情形。

3.1.2 改善后的动作仿真

将人体从原来的站姿改善为坐姿以及部分动作的改变，需将之前的作业单元删除，然后重新调整动作设定时间，最后组合形成新的动作仿真。

通过下背分析可知动作前后的改善是合理的。下背部分析工具可以分析特定环境下人体脊柱受力对下背部的影响。通过该工具判断仿真任务中的作业对工人下背部的伤害程度是否符合标准，分析需要进行改善的作業单元，从而对工厂车间的规划与工序进行重新安排。由于下背部分析是随着动画进度的实时分析，所以本文选取改善前后仿真中的第一单元展示。随着动画的进度分析，会有某些动作对下背部损伤大，有些损伤小，选取改善前后分析中损伤最大时刻的记录。

由上述改善前后工人下背部的分析可知，改善前后的下背部分析都符合标准，但是改善之后人体由站姿改为坐姿，对下背部的损伤是更小的，这就使得工人能够更加轻松地作业。

3.2  新陈代谢分析

新陈代谢分析工具可以对工人生理和任务进行描述，然后分析动作共需消耗的能量[5]，明确是否超过[NIOSH]的限定值，并且还可以了解是否会使得疲劳损伤的风险提高。首先，本文选用第二工序“将线束总成和铆钉安装到上序工件的主支架”这一部分动作进行新陈代谢分析，可以得出改善后的作业单元比改善前的作业单元托举消耗能量少了0.024 kcals，胳膊减少0.028 kcals，手部消耗减少         0.028 kcals，总消耗能量共减少0.06 kcals。

改善前后的能量消耗都符合限定值，并且改善后的动作比以前的动作消耗更少的能量，消耗能量降低了36.5%。这就说明改善后的人员消耗更少的能量，由之前的一手持物一手安装改为把物体固定在桌面上，两手同时安装，可以更加节省时间。由此可见，改善的方案是十分有效的，可以提高作业效率。

4 结语

通过对原换挡器装配线分析找出了瓶颈工序，运用动作经济原则对瓶颈工序和一些存在不合理操作的工序进行了动作与人因分析与改善，缩短了瓶颈工序的时间，平衡了各工序的装配时间，减少操作人员的疲劳程度，使得操作人员的动作更轻松舒适，从而提高企业的生产效率和效益。此次课题的研究，充分证明了动作与人因分析对产线平衡以及企业精益改善的有效性，也让笔者体会到IE对制造业的重要性。

[参考文献]

[1]易树平，郭伏.基础工业工程[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]王有远.基础工业工程[M].北京：清华大学出版社，2014.

[3]熊永家，娄文忠.工业工程方法从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4]郭伏，钱省三.人因工程学[M].北京：机械工业出版社，2013.

[5]钮建伟，张乐.Jack人因工程基础及应用实例[M].北京：电子工业出版社，2012.

（编辑 王雪芬）