制造業(yè)備料物流工效的標準時間測定方法

張涵躍，楊世娟

（天津科技大學，天津　300222）

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制造業(yè)備料物流工效的標準時間測定方法

張涵躍，楊世娟

（天津科技大學，天津300222）

以制造業(yè)為例，專門針對備料物流工效標準時間的測定方法進行研究。并以S公司原材料備料物流為背景，通過對備料物流現(xiàn)場工作流程分解，采用生產(chǎn)流程作業(yè)分析法、現(xiàn)場時間測定法和作業(yè)均值法，將備料流程中存在的動態(tài)因素定量化，對周轉(zhuǎn)箱貨架區(qū)域、托盤貨架區(qū)域、垂直立柜區(qū)域三大區(qū)域備料作業(yè)所需時間進行測試。最后，根據(jù)實際工作情況，建立單件產(chǎn)品和多件產(chǎn)品的整個備料流程標準時間計算模型，以滿足企業(yè)的實際需求，實現(xiàn)資源的合理配置。

標準時間；工效；備料物流；制造業(yè)

1　引言

隨著當今市場競爭日益激烈多變，制造企業(yè)為了在競爭中占有絕對優(yōu)勢，不僅要擁有高效的產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，同時還需要科學的物流管理系統(tǒng)作為保障。備料物流作為制造企業(yè)物流管理的重要組成部分，其準確性和準時性直接關(guān)系到生產(chǎn)計劃能否順利進行，生產(chǎn)線能否按時生產(chǎn)，成品庫能否按期交貨等問題。

為了能夠幫助企業(yè)及時掌握物流管理信息，度量物流管理性能，發(fā)揮精確的決策功能，實現(xiàn)資源的合理配置，企業(yè)需要能夠反映實際備料物流工效的有關(guān)數(shù)據(jù)。但是，倉庫作業(yè)大部分精力都集中在庫存管理上，卻忽視了對倉庫內(nèi)部物流作業(yè)工效及標準時間的確定。制造企業(yè)產(chǎn)品的多樣化，導(dǎo)致了備料物流的復(fù)雜化，同時制造企業(yè)的備料物流自動化水平低，很大程度依賴于人工操作，這都給標準時間的測定帶來了一定的困難。針對以上情況，為了滿足企業(yè)的實際需求，計算制造業(yè)備料物流工效，建立一套完善、適用的標準時間測定方法，勢在必行。

2　工效與標準時間

工效即工作效率，就是指工作產(chǎn)出與投入之比。工效是反映企業(yè)物流管理性能的主要指標。工效的準確性將直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營和管理水平。

標準時間是在一定的生產(chǎn)技術(shù)條件和生產(chǎn)組織條件下，在充分利用生產(chǎn)工具資源、合理組織勞動力和運用先進的工作經(jīng)驗基礎(chǔ)上制定出來的，它表示完成單件產(chǎn)品生產(chǎn)或單項工序作業(yè)所要消耗的必要時間［1］。標準時間以時間為度量尺度，并且通常以工序為計算單位來制定工序工時。在國外，有時也將標準時間稱作“工時定額”，即Standard Time［2］。它是企業(yè)經(jīng)營管理的重要數(shù)據(jù)，也是衡量企業(yè)效率的重要參數(shù)基礎(chǔ)。

標準時間由兩大部分構(gòu)成，包括正常作業(yè)時間和寬放時間。

正常作業(yè)時間是指生產(chǎn)過程中普通熟練工人以正常速度完成一件產(chǎn)品或單項操作單元所消耗的時間。正常作業(yè)時間的測定需要滿足在適宜的操作環(huán)境，工人使用合適的操作方法，能夠完成標準作業(yè)的條件下進行。

寬放時間是指在正常工作過程中，操作工人由于個人自身需求和各種不可避免的因素，在完成規(guī)定作業(yè)時所耽誤的時間消耗，可以分為生理寬放、疲勞寬放、作業(yè)寬放和管理寬放等［3］。寬放率是寬放時間相對于正常作業(yè)消耗時間所占的百分比。寬放時間的確定要根據(jù)不同工作進行針對性分析，并且寬放率也隨行業(yè)的不同而異。

3　制造業(yè)備料物流現(xiàn)狀及流程分析

為了滿足測定標準時間條件，必須一切從實際出發(fā)，在全面了解制造業(yè)備料工作的情況下進行時間的計量。下面以S公司原材料倉庫備料物流作業(yè)為例進行分析。

S公司原材料倉庫備料分為三個區(qū)域，周轉(zhuǎn)箱貨架區(qū)、托盤貨架區(qū)以及垂直立柜區(qū)。

對于周轉(zhuǎn)箱貨架區(qū)，該區(qū)域儲存的物料體積較小，重量較輕。由于貨架排列較為緊湊，且貨架高度在工作人員可拿取物料范圍內(nèi)，所以該區(qū)域為人工揀取區(qū)；對于托盤貨架區(qū)，儲存的多為數(shù)量較多或體積較大的物料，其貨架高度已經(jīng)超過了人工范圍，需要借助叉車來完成揀選工作，因此屬于半人工揀取區(qū)；垂直立柜區(qū)，儲存的多為體積較小，重量較輕但價值較高的貨物，可以通過在控制面板上輸入命令來完成物料的調(diào)配工作，也屬于半人工揀取區(qū)。在原材料倉庫備料過程中，人工揀選多采用摘果式，以提高備料的準確度。

在保證標準時間測定的客觀性、適用性和可測性條件下，需要根據(jù)實際情況對整個備料流程進行分解，以規(guī)范操作流程。S公司原材料倉庫備料標準作業(yè)流程如圖1所示。

圖1　S公司原材料倉庫備料標準作業(yè)流程圖

4　制造業(yè)備料物流工效標準時間計算模型

4.1模型建立前提條件

標準時間計算模型的建立是以衡量工人平均備料水平為標準的，得出的最終數(shù)據(jù)反映的是整個備料組的工作效率，因此在選擇被觀測工作人員時，要選擇能代表整個備料組的平均水平、具有普通熟練技術(shù)的備料人員，并且盡可能地為備料人員提供一個滿足操作要求的工作環(huán)境，避免中途因其他因素對備料人員造成影響或者中斷工作。

在進行時間記錄時，采用對備料流程分步記錄，而不是對整個備料流程進行一次性計時。這樣記錄的好處是當備料操作的內(nèi)容和數(shù)量發(fā)生改變時，僅需要重新記錄發(fā)生更改作業(yè)所消耗的時間，無需重新計算整個操作流程的時間。

在統(tǒng)計備料時間中，一部分作業(yè)時間是固定的，一部分是隨作業(yè)的內(nèi)容和次數(shù)發(fā)生變化的。因此將作業(yè)時間分為兩大部分進行測試。

S公司制造的產(chǎn)品中，各族產(chǎn)品雖然型號多樣，但其需要的物料種類基本相同。對X族產(chǎn)品進行大量統(tǒng)計可知一件X族產(chǎn)品需要的物料包括周轉(zhuǎn)箱貨架區(qū)物料24種、托盤貨架區(qū)10種、垂直立柜區(qū)3種。在本模型的研究中，以單件產(chǎn)品為衡量標準，并以此推廣到多件產(chǎn)品，使原材料倉庫衡量標準同生產(chǎn)車間能夠順利銜接。

4.2建立標準時間計算模型

為了保證數(shù)據(jù)的完整性和準確性，依據(jù)標準作業(yè)流程，對整個備料操作進行分步，每一步進行分解，逐一測量計算。

4.2.1周轉(zhuǎn)箱貨架區(qū)域備料

STEP 1（制作并打印備料單）：該步作業(yè)時間可以分為兩部分測定，從打印機上拿取備料單的時間是不隨產(chǎn)品數(shù)量變化的，而其他作業(yè)時間隨產(chǎn)品數(shù)量而異。采取直接測量多組數(shù)據(jù)進行均值計算，以保證數(shù)據(jù)的精確度。測得的10次數(shù)據(jù)見表1。

表1　STEP 1流程測試數(shù)據(jù)表（單位：s）

一般情況下，時間測試人員取置信水平為95%，則所測得的數(shù)據(jù)利用公式（1），可以計算出最少需要測試的次數(shù)。其中，n'為最少需要測試的次數(shù)，n為實際測試的次數(shù)，Xi為每次測試的數(shù)據(jù)（i=1，2，3，…，10），σxˉ為測試樣本數(shù)據(jù)均值的標準差，s為總體標準差，S為樣本數(shù)據(jù)標準差。

將置信水平為95%代入可得：

即：

經(jīng)計算最少需要測試的次數(shù)是3。實際測試的次數(shù)符合要求。

利用式（2）、（3），計算平均數(shù)和標準差。

計算得到拿取作業(yè)的平均時間為6.82s，標準差為0.38。其他操作的平均時間為51.83s，標準差為0.56。該操作流程所需的總時間為58.65s。

為了將測得數(shù)據(jù)中的異常值剔除掉，采用三倍標準差法利用式（4）可以得到所測得數(shù)據(jù)的管制上限和管制下限。

UCL為管制上限，LCL為管制下限。

計算得出拿取作業(yè)的管制限為（5.68，7.96），其他操作的管制限為（50.15，53.51），則以上所測得的數(shù)據(jù)不存在異常值，完全符合要求，最終數(shù)據(jù)有效。

STEP 2（打印工步單）：打印工步單的時間是隨產(chǎn)品件數(shù)變化的，但單件產(chǎn)品作業(yè)所需的時間是固定的。利用式（1）、（2）、（3）、（4）可以求出該作業(yè)需要的時間為35.00s。

STEP 3（轉(zhuǎn)交）、STEP 4（將訂單和工步單核對后一一對應(yīng)放置）同以上操作，轉(zhuǎn)交的時間不隨產(chǎn)品數(shù)量變化，但STEP 4的時間會隨產(chǎn)品數(shù)量發(fā)生改變。求得轉(zhuǎn)交需要的時間為30.44s，STEP 4需要的時間為84.25s。

STEP 5（取大型備料車和周轉(zhuǎn)盒）：X族產(chǎn)品是需要分工步備料的產(chǎn)品，放置單件產(chǎn)品物料需要三輛大型備料車和三個小周轉(zhuǎn)盒，物料按工步分配給每輛備料車。一輛備料車有四層，同為一個工步。單件產(chǎn)品每工步只需占用一層。備料人員一次可取兩輛大型備料車，共取兩次。該作業(yè)所消耗時間受產(chǎn)品數(shù)量影響，則利用觀測時間均值法，可以得到單件產(chǎn)品該作業(yè)需要的時間為69.74s。

STEP 6（人工揀取物料）：該作業(yè)流程是整個周轉(zhuǎn)箱貨架備料區(qū)的重點工作流程，其占用了標準時間的大部分比例。該作業(yè)包含了多個單元。采用作業(yè)分析法，將人工揀取物料分解為不同單元，包括走動（工作人員推動取料車到達需揀取物料位置）、查看、拿取物料、核對，依次循環(huán)揀取所需物料直到完成備料。

如果物料上纏有包裝膜，工作人員還需將部分物料的包裝膜拆下。當取料車上的物料擺放滿后，需將取料車上的物料整齊的放置在大型備料車上。查看、核對、將物料放置在大型備料車所需的時間是固定的。走動所需的時間是根據(jù)物料儲放位置變化的，拿取、放置的時間按備料產(chǎn)品數(shù)量而定。拿取物料的順序以備料單物料順序為準。

在計算走動時間時，需要計算出人推動小車到達每種物料儲放處的平均路程。根據(jù)每種物料的庫存位置進行加和平均后，揀取單種物料的平均走動路程為5.3m，所需物料走動路程的部分數(shù)據(jù)見表2。

經(jīng)測算，人在推車情況下的平均走動速度為0.7m/s，則揀取單種物料走動需要的時間是5.3/0.7=7.57s。

表2　物料庫存位置與所走路程數(shù)據(jù)表

由于揀取周轉(zhuǎn)箱貨架區(qū)域的單種物料所需數(shù)量很少，且體積較小，重量較輕，存放貨架高度都在人力可取范圍內(nèi)，因此不同種物料的拿取時間相差無幾，可以忽略不計。利用STEP 1（制作并打印備料單）中的方法，得到拿取單種物料的平均時間為2.54s。運用相似的原理，放置單種物料需要的時間是3.25s。

據(jù)統(tǒng)計，需要拆包裝的物料種類占所有物料種類的八分之一，且多為組件，經(jīng)平均測量計算，單種物料拆包裝需要的時間為25.25s。

同理，查看單種物料消耗的時間是2.12s，核對單種物料消耗的時間是0.98s。

綜上，人工揀取單件產(chǎn)品物料作業(yè)所需時間是：

STEP 7（領(lǐng)取托盤貨架和垂直立柜物料）時間固定，所用時間為29.90s；STEP 8（二次分揀）時間隨產(chǎn)品數(shù)量變化，二次分揀單件產(chǎn)品托盤貨架和垂直立柜貨架區(qū)物料所需時間分別為110.98s、45.50s。

STEP 9（書寫標識并粘貼）、STEP10（核對物料）需要時間只隨產(chǎn)品件數(shù)變化，可以直接求得平均值。所需時間分別為16.03s、78.99s；STEP 11（放置待放區(qū)）的原理同STEP 5（取大型備料車和周轉(zhuǎn)盒），需要時間為75.00s

據(jù)以上測試計算，單件產(chǎn)品在周轉(zhuǎn)箱貨架區(qū)備料所消耗的時間為：

4.2.2托盤貨架區(qū)域備料。托盤貨架區(qū)域備料操作流程較為簡便，但需要備料人員駕駛叉車從托盤貨架上取下所需物料，再進行人工揀取。托盤貨架區(qū)域備料操作流程如圖2所示。

圖2　托盤貨架區(qū)域備料操作流程圖

在實際工作中，托盤貨架區(qū)域備料單上的明細為該類所有產(chǎn)品需要的托盤貨架區(qū)物料數(shù)量的總和，可以分為兩部分作業(yè)時間，即拿取備料單以及打印操作時間和其他操作時間。其他操作時間會隨產(chǎn)品的數(shù)量發(fā)生變化。拿取備料單及打印操作時間其計算原理同周轉(zhuǎn)箱貨架區(qū)域STEP 1（制作并打印備料單），則拿取及打印所需的平均時間為28.82s，其他操作的平均時間為79.72s。該部分作業(yè)所需的總時間為107.00s。

準備大型備料車時，根據(jù)現(xiàn)場業(yè)務(wù)量的觀測記錄，一般取兩輛大型備料車即可。并且，根據(jù)工作現(xiàn)場實際操作情況，準備大型備料車、取叉車以及備料完成后放置指定區(qū)域的操作所消耗的時間都是固定的，則準備大型備料車和取叉車所需的時間為134.73s，備料完成后放置指定區(qū)域所需的時間為20.17s。

叉車揀取物料是托盤貨架備料區(qū)操作流程中的核心作業(yè)，分為兩大部分，即使用叉車將物料取下并放回和人工揀取物料，包括內(nèi)容如圖3所示。

圖3　托盤貨架區(qū)叉車揀取物料操作流程圖

行駛1代表工作人員駕駛叉車，行駛到所需物料的儲放位置，行駛2代表駕駛叉車將取下的物料放置備料區(qū)，行駛3代表叉車攜帶物料，從備料區(qū)行駛到物料的原儲放位置。在叉車作業(yè)中，叉取物料的時間是隨物料的儲放位置高度變化的。行駛1的時間根據(jù)儲放位置的不同而異。根據(jù)現(xiàn)場物料的儲放情況，可計算出揀取單種物料行駛1的平均路程為13.6m，現(xiàn)場測算叉車行駛的平均速度為2.1m/s，則揀取單種物料行駛1需要的時間為13.6/2.1=6.48s。

儲放物料的托盤貨架共分為五層，每層高1.3m。叉車取下每層物料的時間同貨架層數(shù)的關(guān)系見表3。

表3　叉車叉取單種物料時間與貨架層數(shù)關(guān)系表

由此，可以計算得到貨架層數(shù)與叉車取下物料時間的函數(shù)關(guān)系式是：y=-0.75x2+11.95x-3.2。樣本容量n= 5，取顯著性水平σ=0.05，查相關(guān)系數(shù)檢驗表Rσ=0.05（5-2）=0.88，利用式（5），可以求出相關(guān)系數(shù)r=0.986 3＞0.88，上述函數(shù)關(guān)系式成立。

據(jù)X族產(chǎn)品物料在托盤貨架上的儲放層數(shù)，可計算得出叉車取下單種物料的平均時間為16.00s，則將物料放回原儲存位置需要的時間為16.00s。

查看、行駛2、回轉(zhuǎn)、下車走到備料處的時間固定，利用測量均值，可得所需時間分別為3.25s、2.15s、3.10s、 4.20s。行駛3同行駛2消耗時間相同，則單件產(chǎn)品叉車作業(yè)消耗時間為：

人工揀取物料的時間同產(chǎn)品數(shù)量有關(guān)，依據(jù)周轉(zhuǎn)箱貨架區(qū)備料時間計算原理，求出托盤貨架區(qū)單種物料拿取、擺放及核對作業(yè)的總消耗時間為7.51s，則單件產(chǎn)品的人工揀取時間為7.51×10（種）=75.10s。當揀取多件產(chǎn)品時，由于該操作是產(chǎn)品所需物料合并的結(jié)果，根據(jù)實際工作情況，揀取一件產(chǎn)品和三件產(chǎn)品需要的時間相差無幾，因此人工揀取多件產(chǎn)品與時間的關(guān)系式是t=[N/3]×75.10（N/3向上取整）。

綜上，單件產(chǎn)品在托盤貨架區(qū)備料的總時間為：

4.2.3垂直立柜區(qū)域備料。該區(qū)域備料流程與托盤貨架備料流程相似，只不過不需要叉車的運作。一般情況下，產(chǎn)品對該區(qū)域物料的需求種類較少，因此可以使用小型備料車進行備料。依據(jù)托盤貨架區(qū)域備料時間計算的原理，垂直立柜備料區(qū)各作業(yè)所需時間見表4。

表4　垂直立柜備料區(qū)各作業(yè)消耗時間表（單位：s）

4.2.4確定寬放率。根據(jù)作業(yè)要求、作業(yè)環(huán)境等影響因素，寬放率一般都可查詢［4-5］?？紤]該公司自身的情況，咨詢相關(guān)的管理人員，寬放率取10%。

綜上所述，每件X族產(chǎn)品備料所用總時間為：

約為0.73h，即X族類產(chǎn)品備料人員工效為1/（0.73h/臺）= 1.37件/h。

在實際工作中，揀選多件產(chǎn)品物料所需要的時間并不是單件產(chǎn)品時間與產(chǎn)品件數(shù)的簡單相乘，而是通過實際分析工作形式和內(nèi)容得到的。多件產(chǎn)品備料所需時間為：

當N為奇數(shù)時，

當N為偶數(shù)時，

即：

N—產(chǎn)品臺數(shù)；T—總的備料時間；其中■ ■N/3表示向上取整。在托盤貨架備料區(qū)和垂直立柜備料區(qū)，人工揀選一件產(chǎn)品和三件產(chǎn)品所需時間相差甚微，可以忽略不計。

其他類產(chǎn)品工效計算與上述類似。

5　結(jié)論

根據(jù)制造業(yè)的實際需求，經(jīng)現(xiàn)場測試及分析研究，本文建立了一套完善的備料物流標準時間測定數(shù)學模型，解決了備料工效難以定量化的問題。該模型遵從操作流程的完整性，包含了備料流程的所有部分及細節(jié)，保證了數(shù)據(jù)的完整性和準確性。并且找到了單件產(chǎn)品與多件產(chǎn)品備料的時間關(guān)系，解決了實際備料工作中備料時間并不同產(chǎn)品數(shù)量成簡單線性關(guān)系的問題。同時還規(guī)范了原材料倉庫備料流程，完成了備料操作流程規(guī)范化。該數(shù)學模型的用途也非常廣泛，企業(yè)可以根據(jù)備料作業(yè)量和標準時間制定相關(guān)勞動定員，合理地分配人力物力，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置。同時也可以從人力資源角度出發(fā)，進行員工培訓，建立基礎(chǔ)備料物流時間標準，為標準作業(yè)修訂、優(yōu)化效率、績效考核等提供數(shù)據(jù)支持，從而提升備料物流工效，節(jié)約人力成本。本文的研究成果也對物流其它環(huán)節(jié)有一定的參考價值。

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Standard Timing Method for Material Preparation Logistics Process of Manufacturing Enterprises

Zhang Hanyue，Yang Shijuan
（Tianjin University of Science Technology， Tianjin 300222， China）

In this paper， we specifically studied the method for the measurement of the standard working time of the materialpreparation logistics process of a manufacturing enterprise. With the company S as the subject， we decomposed its material preparationlogistics process， quantified the dynamic factors in the process and then on such basis， tested the necessary working time for the turnovercarton rack area， pallet rack area and standing cabinet area. At the end， in view of the practical situation of the working areas， we establishedthe standard time calculation model respectively for the material preparation processing involving a single product and multiple products soas to satisfy the practical demand of the company.

standard time； working efficiency； material preparation logistics； manufacturing industry

F253

A

1005-152X（2016）07-0157-06

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.07.034

2016-06-04

張涵躍（1958-），男，江蘇人，教授，物流工程系主任，碩士生導(dǎo)師，研究方向：物流技術(shù)裝備、物流工程規(guī)劃設(shè)計及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；楊世娟（1990-），女，山西人，物流工程專業(yè)研究生，研究方向：物流技術(shù)裝備及工藝設(shè)計。