模特分析法用于生產作業流程的再設計

張學龍，王軍進

(桂林電子科技大學商學院，廣西桂林541004)

一、引言

生產作業流程是多個生產作業活動的序列，經過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產生產線活動所構成的路線其表現形式比較復雜。對生產流程優化再設計的真正目的并不是對生產流程本身的改造，而是通過流程優化形成獨特的并與其他企業相比略勝一籌的生產技術、組織管理、市場占有率等，以達到對流程的整合與簡化。繼日本豐田公司創造著名的“豐田生產方式”［1］之后，國內外眾多學者針對不同的研究對象進行了大量的案例研究。Womack等寫了介紹“豐田生產方式”的《改造世界的機器》一書，提出了作業測定法是生產線流程優化的基本方法之一［2］。郭伏等使用作業測定技術通過案例研究制定企業標準生產時間［3］。曾敏剛等以某企業電源適配器EA1xx型號產線為研究對象，通過模特法和秒表測時法測定流水線各工位的作業時間，找出了流水線上的瓶頸工位［4］。陶鵬等運用工業工程的基本理論工作研究，對采伐聯合機作業進行程序分析和作業測定，并測定標準作業時間［5］。張學龍運用工序分析方法對GL公司核心產品的加工平面布局和生產流程進行優化和再設計［6］。

本文以模特排時法為分析工具，以LJ公司的核心產品三極管生產測試線作業流程為分析對象，針對其生產作業流程測定工時，進行優化和再設計，優化產品生產流程和提高生產線平衡率。

二、LJ公司三極管生產測試線流程現狀分析

(一)三極管生產測試線作業流程現狀

LJ公司位于G市國家高新開發區信息產業園，注冊資金3 000萬元，是廣西區信息產業局重點招商引資項目，也是G市重點支持民營控股的信息網絡智能終端產品生產基地，一期占地面積45畝，二期軟件大廈面積60畝。公司主要以稅控機、外包軟件、SMT設計加工，系統集成、電子商務貿易為主營業務。長期以來生產經營光通信、數字微波、超聲波系列和無線電半導體專用設備等。

三極管生產測試線的作業流程是在插件車間中將PCBA板指定位置插上指定元件，并把多余的元件腳剪掉，插完原件后要把4個電源接線孔短接線，通過手工焊接起來，待所有工序完成后，要對插件和焊接4處進行終檢判斷是否合格。插件前要對板面進行檢查。該生產作業線共有7個工序，分別為取板、元件卡入流焊架、插8個A元件、插6個B元件、剪腳、短接線、檢驗測試等，其生產流程如圖1所示。

圖1 三極管生產作業線流程

表1 各工序動作組合分析表

在圖1所示的三極管生產作業線流程分析中，各工序的詳細作業內容分析如下:

(1)取板。操作員左手從工作臺取板，拿到身前持住，方向以方便插件為標準，并自由調整板面傾角，便于視線定位;右手從工作臺上取元件，依次插入相應的位置(共要插6個元件)，雙手作業的范圍40cm。

(2)元件卡入流焊架。操作員首先將裝滿PCBA板的周轉箱從升降機上取下，放到工作臺上;其次從箱中取出PCBA板和檢查板面，對插錯位號、浮高、傾斜的元件進行檢查;然后檢查板底，主要檢查元件是否有折腳、未出腳等不良現象，如有不合格的則放到待修理箱待修理(物料員修理);最后將合格元件卡入流焊架。

(3)在CPBA板上插上8個A元件，插完后板放到周轉箱。

(4)在CPBA板上插上6個B元件，插完后板放到周轉箱。

(5)剪腳。把多余的零件腳剪掉，插完后板放到周轉箱。

(6)短接線。手工將相鄰的4個孔焊接起來，插完后板放到周轉箱。

(7)終檢。三極管最終檢驗測試，合格品放入周轉箱，不合格品放到不合格品處待物料員檢修。

在對該生產作業線進行實地觀察的工作抽樣中，發現整條生產加工作業節奏不穩定，生產現場混亂，具體表現為:① 各個工序任務分配不均勻，工序存在冗余例，如工序2、5、7作業時間較其他工序嚴重偏短，可以考慮進行合并;②作業缺乏標準化，通過現場觀察、分析發現操作人員操作方法不合理，多處出現單手作業和“手持住”等無效動作。原件未按動作經濟原則合理擺放，原件距離較遠(45CM)，工人取原件需要伸展上臂，造成左、右手操作不方便，延長了動作時間，容易產生疲勞。

(二)生產測試線MOD法工時測定

在實地觀察過程中，針對各工序的作業內容，使用模特排時法，對三極管生產測試線各個工序的工時進行量測，動作組合分析結果如表1所示。

根據表1所示，可得改善前的三極管各工序MOD值，如表2所示。

根據對當前各工序MOD值進行分析，從以下幾方面進行改善實現生產線平整，具體思路如下:

(1)將插件過程中的單手作業改進為雙手作業;

表2 改善前的各工序MOD值

(2)重新劃分工作任務，將任務較重的工序進行重新分配，增加工序操作人員，或減少次要的操作;

(3)對時間較短，作業相似或者不會相互干擾的的操作進行合并;

(4)通過適用雙層物料架把雙手的操作范圍由M4，調整到M3;

(5)去掉多余的動作。

三、生產作業線優化方案設計

根據生產作業線工時測定的數據，將工號位1，3，4中查元件的單手操作，改成雙手操作，板持手中改為放到桌子上。通過雙層元件架子，把元件分兩層將雙手操作距離由M4改變為M3。同時1～7工序號的待加工PCBA板放置位置由M4改變為M3，由于周轉箱體積較大占空間大，不宜放在工作臺上，以免影響雙手的操作。改善后各工序的MOD值如表3所示。

表3 雙手操作改善后的各工序MOD值

從表3中可以看出，經過改善后仍存在頸瓶工序5和冗余工序2。首先平整頸瓶工序5，經計算可知工序5的時間為具體措施為在工序5增加1個工人，把單工序變成雙工序，工序5改進后的操作流程圖和各工序MOD值分別入表4和表5所示。

從表5所示，該生產作業線仍不平整，存在頸瓶工序3和冗余工序2，所以要進一步改進。改進的措施為工序2的工人幫助工序3的工人把板放好在桌子上，減輕工序3工人的工作量，因此工序2和3的雙手操作流程如表6和表7所示。

改進工序2和工序3后，得到各工序MOD值如表8所示。

表4 工序5改進后的操作流程

表5 改善工序5后的各工序MOD值

從表8可以看出，經過連續改善，各工序的標準時間基本較為接近，因此可認為該生產作業線較為平衡，計算的結果對比(按企業實際情況選擇寬放率值為29%)如表9所示。

表6 工序2雙手操作流程

表7 工序3雙手操作流程

表8 改善工序2和3后的各工序MOD值

表9 改善前后的結果對比

從表9可以看出，改善后的效果比較明顯，周程時間和標準工時縮短，生產線平衡率大幅提升，日產量提升較大，同時人員利用率也得到了提高。

四、標準工時測定的應用分析

(一)標準工時測定

在以上重新設計生產作業線的基礎上，運用工時測定方法分析LJ公司核心產品三極管生產作業流程，可制定合理可行的生產計劃方案。工時測定的對象是電路板三級管的切底邊工序，電路板中的三級管元器件是在生產中最基本且需求量的元件。運用MOD分析法和工時測定方法對當前LJ公司三級管元器件的標準工時進行實地測定，只是依靠經驗估算。由于經驗的不確定性估算出來的數據和實際操作不一定相吻合，所以要通過實地測定制定標準工時。

三極管中切底邊工序的主要任務是把電鍍好的塑封排管切去底邊成為單粒三極管，使用的主要工具有切底刀、細紗手套、塑料盒。該工序工藝的規范要求:①引線底邊切割整齊和平整，長度符合要求;②切割后的三極管腳不能有明顯的毛刺和彎勾。

該工序的基本操作步驟如下:

(1)將某批次的排管倒入工作臺上;

(2)將一片排管整齊平放在切邊刀規定的位置上;

(3)將刀平整均勻壓下，檢查斷口是否平整無誤，不平整時要調節平整;

(4)檢查切底后三極管質量，將塑封、切崩、切邊等質量不合格管選出，放入廢品盒中;

(5)重復(2)～(4)步驟，將整批排管切完;

(6)將分開成單只的三極管按品種和批次裝入塑料盒，并做好標識。

根據該工序的基本操作步驟可知，在測量工序時間時，只要將步驟(1)～(4)和(6)所用時間加總，即可得到每件排管切底邊的時間，其工藝流程如圖2所示。

圖2 三極管切底邊工藝流程圖

在圖2所示的三級管切底邊工藝流程圖中，工序周期時間即將排管放入切邊刀規定的位置上，均勻壓下刀，檢查切口是否平整無誤，檢查切底后的三極管質量并將廢品放入廢品盒，再將單個三極管放入塑料盒中并做好標識最后加上準備時間。在時間測定時，由于均勻壓下刀具和檢查切口是否平整無誤這兩個要素聯系緊密時間間隔短，可以合并成一個時間測量要素。雖然倉庫離生產車間很近(直線距離約50米)，但是領料過程中要辦理領料登記手續且每次的批量不大常在1 500個以下，若一次領料過多，會造成切底邊工作臺待加工品等待時間過長，同時影響工人的正常操作，原料保管也不方便。因此，在該工序工時測定時，領料時間也需計算在內。三極管切底邊各工序流程的工時測定記錄如表10所示。

根據表10中的工時測定數據，三極管切底邊的標準時間計算過程如下:

Step1:計算準備時間T準，領料員從車間到倉庫領料整個過程的時間為5min，領料總個數為1200個，分配到單件的準備時間 T準=10×60/1200=0.5s。

Step2:計算操作員的工作周期時間 T周=36.23+0.5=36.73s。

Step3:設定操作員的績效評價系數A%=105%。

Step4:計算操作員的正常作業時間T正=T周×A%=36.73 ×105%=38．57s。

Step5:考慮操作員的生理需要、工作疲勞、意外機器故障、停工待料等因素，確定寬放比率B%=15%。

表10 三極管切底邊工時測定記錄表

Step6:計算標準工時，T標=T周×(1+B%)=38.57 ×1．15=44．36s。

根據計算得到的標準工時時間，制定車間作業生產計劃，當兩個操作員為一組，每班組工作時間為8h，則每組日產量(個)

(二)生產計劃改善分析

LJ公司在2014年M月的三極管訂單的總需求量為161 800個，需要切底邊的排管個數Np=161800/4=40 450(個)(單個排管上共有4個三極管)。當前LJ公司現有XS－QB001切邊機兩臺，操作員共4名，兩組日產量 NT=649×2=1 298(個)，以現有生產能力生產所需三極管花費總時間T總=40 450/1 298=31(天)，公司每月工作時間22天，M月前公司累計三極管庫存量6 000個，即剩余量N剩=6 000/4=1 500(個)。該份需要完成切底邊任務量N=Np－N剩=40 450－1 500=35 450(個)，需要生產時間1 298=28(天)。

為不影響插件生產車間的生產任務，切底邊組的生產計劃須在M月前把生產任務安排好，根據現有條件進行分析，提出以下三種解決方案。

(1)業務外包，將超出生產車間任務的部分業務外包出去，初步估算外包成本為2 000元。

(2)切底邊組4名操作員M月份加班48小時，時間安排在下午下班后，非節假日加班要按照工人工資的1.5倍支付。切底邊組工人日平均工資為50元，加班增加的工資R=50×6×4×1.5=1 800(元)，此時成本的增量為1 800元。

(3)切底邊組4名操作員M月份調假6天，然后根據公司具體生產情況并結合職工個人意愿選擇適當的補假時間，此時成本增量為0元。

由以上分析看出，工時測定方法進一步優化了LJ公司的生產作業流程，根據標準工時可以優化公司的生產計劃。

五、結論

運用MOD分析方法對LJ公司的產品三極管生產測試線作業流程進行優化和再設計，在雙手操作和人員利用率兩個方面提出了新的設計方案。新設計內容主要包括:①運用MOD分析分析方法計算核心產品生產作業線平衡率，指出需要改善的問題點;②運用雙手操作分析、人員增加和提升人員利用率等措施，制定優化方案;③優化設計的新方案使得生產線平衡率提升了30%，日產能提升了267件;④標準工時測定優化了企業生產計劃的制定。因此，應用模特分析法優化設計企業產品生產作業線是企業流程優化的重要方法之一，而生產作業線的設計水平直接影響生產能力，解決瓶頸工序進而提高生產線生產能力是企業重點關注的問題。

［1］大野耐一．豐田生產方式［M］．謝克儉，李穎秋，譯．北京:中國鐵道出版社，2006．

［2］James P Womack，Daniel T Jones，Daniel Roos．The Machine that Changed the World［M］．New York:Simon ＆ Schuster Inc．，1990．

［3］郭伏，李森．作業測定技術應用中的問題研究［J］．工業工程，2003，6(3):58－60．

［4］曾敏剛，李雙．電源適配器生產現場改善與裝配線平衡［J］．工業工程，2010，13(4):117－122．

［5］陶鵬，葛安華，張玉巧．采伐聯合機作業效率研究［J］．工業工程，2010，13(5):117 －120．

［6］張學龍．基于工序分析方法的企業生產流程優化研究［J］．工業工程與管理，2012，17(1):41－45．