基于IE+IT的人機配置優(yōu)化研究

彭 寧，王淮清，石宇強，張 敏，梁春艷，李 西

（1.東方汽輪機有限公司，德陽 618200；2.西南科技大學(xué) 制造學(xué)院，綿陽 621010）

0 引言

隨著全球經(jīng)濟一體化進程的加速及市場競爭的日益激烈，裝備制造企業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，“質(zhì)量、成本、效率、交貨期”等各項指標的優(yōu)化成為提升競爭力的關(guān)鍵因素。工業(yè)工程（Industrial Engineering, 簡稱IE）是解決“質(zhì)量、成本、效率”問題的有效手法，已得到越來越多的裝備制造企業(yè)的應(yīng)用或關(guān)注。某裝備制造企業(yè)已全面推行精益生產(chǎn)，其實質(zhì)是IE，或者說推行“精益”必先做IE；因而該企業(yè)的葉片生產(chǎn)車間導(dǎo)入了IE。在IE推行過程中有一個關(guān)鍵問題是其人機配置的優(yōu)化。該葉片生產(chǎn)系統(tǒng)自動化程度較高，現(xiàn)有的人員利用率低。針對這一問題，本文提出了基于IE+IT的人機配置優(yōu)化方法，并通過該方法優(yōu)化了現(xiàn)有系統(tǒng)的人機配置，進而提高了其效率和產(chǎn)能等指標。

1 基于IE+IT的人機配置優(yōu)化方法

1.1 IE+IT的提出及其在人機配置中的應(yīng)用分析

齊二石教授等國內(nèi)專家在分析我國工業(yè)工程應(yīng)用實際及“信息化帶動工業(yè)化”的工業(yè)化發(fā)展模式的基礎(chǔ)上提出了“IE+IT”的理念與方法[1]，強調(diào)工業(yè)工程及企業(yè)信息化是制造企業(yè)提升競爭力的最有效手段。其實質(zhì)是：制造業(yè)IT化的前提是要IE化，強調(diào)IE結(jié)果的IT化，或者IT的前提條件是推行IE。

本文在IE實踐中認為，除了IE結(jié)果IT化外，IE過程也需要IT化。在做傳統(tǒng)IE改善（如工作研究、設(shè)施規(guī)劃、人因工程等方面）中，借助于相關(guān)的分析軟件及IT工具不但能提高IE推行效率，還能保證分析結(jié)果以及方案設(shè)計的準確性；對現(xiàn)代IE方法（如運籌學(xué)、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)建模與仿真等）更需要有相關(guān)的輔助決策分析軟件。所以提出了IE+IT的人機配置優(yōu)化方法。對于人機配置，主要工作有：1）測定人員標準時間、機器標準時間；2）建立人機配置模型；3）方案的可行性論證及評價；4）人機配置方案的信息化等方面。對于第1）個問題，可以運用工作研究的方法及達寶易軟件（動作分析軟件），以及相關(guān)的統(tǒng)計軟件；第2）個問題運用運籌學(xué)相關(guān)軟件；第3）個問題運用仿真軟件；第4）個問題即是將人機配置優(yōu)化方案信息化，開發(fā)人機配置優(yōu)化管理與決策系統(tǒng)。

1.2 基于IE+IT的人機配置優(yōu)化思路（步驟）

基于以上分析，根據(jù)所研究的葉片生產(chǎn)系統(tǒng)的人機配置優(yōu)化需要，提出如圖1所示的“基于IE+IT的人機配置優(yōu)化”思路（步驟）。該方法的主要特點是“IE過程的信息化，IE結(jié)果的信息化”。在動作分析等IE改善過程中，運用達寶易IT軟件以輔助確定人工標準作業(yè)，標準工時等；在人機配置優(yōu)化過程中，運用Flexsim軟件進行仿真、驗證，確定最佳的人機配置模式；最后開發(fā)人機配置管理系統(tǒng)，建立人工標準作業(yè)時間、設(shè)備加工時間的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)人機配置管理的信息化。

各步驟說明如圖1所示。

1）機群現(xiàn)狀分析。通過調(diào)查當前配置情況，運用人機操作圖及抽樣調(diào)查對人機利用率進行分析，測定（評估）當前的人機利用率。

2）確定人工作業(yè)的標準時間。通過流程分析、操作分析及動作分析，優(yōu)化人工作業(yè)；進而形成作業(yè)標準；然后運用達寶易軟件（動作研究軟件）及秒表時間研究方法確定人工作業(yè)的標準時間。

3）確定設(shè)備加工時間。對工件在數(shù)控機床上的加工時間進行統(tǒng)計，運用MATLAB軟件進行分析并最終確定設(shè)備加工時間。

4）人機配置優(yōu)化。在確定人工作業(yè)標準時間與設(shè)備加工時間的基礎(chǔ)上，對人機配置方案進行設(shè)計。運用Flexsim仿真軟件對方案的可行性進行驗證，從而完成整個方案的設(shè)計。

5）基于優(yōu)化的人機配置方案，對設(shè)備布局進行優(yōu)化。

6）開發(fā)人機配置管理系統(tǒng)。運用“IE+IT”的方法，建立人工標準作業(yè)時間、設(shè)備加工時間的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)人機配置管理的信息化；最終設(shè)計出人機配置優(yōu)化管理與決策分析系統(tǒng)。

圖1 人機配置優(yōu)化思路圖

圖2 當前人機利用率評估值

2 實例研究

下面以某公司的葉片生產(chǎn)系統(tǒng)中的人機配置問題為研究對象，對所提出的“基于IE+IT的人機配置優(yōu)化方法”進行實證分析。

2.1 對葉片分廠人機利用率評估

針對葉片分廠13個機群進行抽樣調(diào)查，評估結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，機床平均利用率為79%，操作人員的平均利用率僅為40%。這表明在當前“一人一機”的配置模式下，操作員工存在著大量的空閑時間；人員的利用率有待于進一步提高。

2.2 確定人工標準作業(yè)及標準工時

通過劃分作業(yè)單元，運用5W1H、ECRS對流程進行優(yōu)化，再對優(yōu)化后的各個作業(yè)單元通過秒表測時，由達寶易軟件（如圖3所示）對其動作進行分析改善并確定作業(yè)時間，通過平準化法確定評價系數(shù)1.05，結(jié)合該廠實際情況確定操作的疲勞寬放、偶發(fā)寬放、操作寬放最終確定寬放率為25%，從而得到人工標準作業(yè)。形成標準作業(yè)指導(dǎo)書（SOP）（如圖3所示），并形成作業(yè)標準時間庫。

圖3 達寶易軟件分析及標準作業(yè)指導(dǎo)書（示例）

2.3 確定設(shè)備加工標準時間

通過對數(shù)控機床加工零件的運行時間統(tǒng)計，并運用Matlab軟件進行統(tǒng)計分析，確定設(shè)備加工的標準時間。如圖為某機群的加工時間統(tǒng)計表及其最終的標準時間。

圖4 某機群的加工時間統(tǒng)計表及其最終的標準時間

2.4 人機配置優(yōu)化

根據(jù)當前生產(chǎn)系統(tǒng)的人機配置需求，按式（1）確定人機配置數(shù)量（n2表示該機群所需的人數(shù)）。

其中： T1為喝水，上廁所等私事所需時間；

T2為開早會，5S，查看交接班記錄所需時間；

X為額定上班時間；

T為所需的人工輔助時間。

某機群優(yōu)化后的人機配置模式如圖5所示。

運用Flexsim仿真軟件對該機群優(yōu)化后的人機配置方案評估，仿真模型如圖6所示。

仿真結(jié)果表明：操作工的平均利用率為改善前相比提高了13%；機床利用率由原來的79%提高至90%；效果明顯。

2.5 人機配置管理系統(tǒng)的開發(fā)

在已完成的所有機群的人機配置方案的基礎(chǔ)上，開發(fā)了人機配置管理信息系統(tǒng)（其功能模塊如圖7所示）；通過該系統(tǒng)（如圖7所示為軟件的部分界面），建立了操作工人作業(yè)標準時間及機器加工標準時間的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了人機配置管理及決策的信息化，從而提高了效率。

圖5 某機群優(yōu)化后人配置定置圖

圖6 Flexsim仿真布局圖

3 結(jié)論

本文運用達寶易（動作分析軟件）輔助工作研究、Flexsim計算機仿真軟件對人機配置進行仿真優(yōu)化及評估，并開發(fā)人機配置管理系統(tǒng)實現(xiàn)標準化人機配置方案的信息化，最終有效提高人的利用率，降低成本的同時降低了人的勞動強度及管理人員的工作復(fù)雜性。實踐表明：IE+IT是一種切實有效的工業(yè)工程與信息化方法，有助于企業(yè)提升競爭力。然而，這僅是IE+IT應(yīng)用實踐的開始，關(guān)于IE+IT的內(nèi)涵與外延還有待于進一步研究與實踐。

圖7 人機配置管理系統(tǒng)功能模塊及部分界面圖

[1] 齊二石. 工業(yè)工程與制造業(yè)信息化—IE+IT[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2011.

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