集成ECRS與MOD法的鋼筋下料作業工效優化

劉 軍，陳雁高

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都610081)

集成ECRS與MOD法的鋼筋下料作業工效優化

劉 軍，陳雁高

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都610081)

針對鋼筋下料作業線上各工序之間不平衡的現象，以動作經濟原則和“ECRS”四大原則為指導，應用預定動作時間標準中的模特法(MOD法)，對作業線上的瓶頸工序進行分析。根據瓶頸工序分析結果，設計相應的改善方案，并利用CATIA軟件進行作業方案改進前后的人因工程評價。結果表明，瓶頸工序的工時顯著降低，生產效率得到有效提高，且改進后的方案能極大改善作業人員的操作舒適性。

鋼筋下料；模特法；作業線平衡；動作經濟性原則；人因工程

0 引 言

鋼筋下料作業所用人工占整個鋼筋工程的人工比例較大，且普遍存在生產效率低、勞動強度大等問題，甚至出現安全事故。因此，如何消除瓶頸工序，提高生產效率，改善作業人員的操作舒適性，是當前亟待解決的問題[1-2]。

動作分析是對鋼筋下料作業進行工效優化的前提[3]。目前國內外基于動作分析的應用研究非常廣泛，Tinoco HA等[4]通過嵌入到虛擬環境中的運動捕捉系統，對手工作業過程進行了動作分析；Klippert，J[5]等開發了一種通過使用裝配環境下的實物模型進行工作任務動作捕捉的軟件系統，并提出了相應的人因工程評價方法；孔祥芬等[6]采用IEMS視頻動作分析軟件，分析和改善了工作過程中的動作；楊愛萍等[7]通過VICON運動捕捉系統記錄典型操作任務的實驗數據，并用JACK工效分析軟件進行相應的任務動作分析，給出了工效推薦值。高廣章[8]將達寶易軟件應用于動作研究，對作業線中的瓶頸工序進行動素分析和優化，從而降低了瓶頸工序的作業時間，提高了作業線的平衡性。

目前，動作分析的應用研究主要集中在包裝、航空、體育以及醫療等領域，建筑行業的相關研究較為少[9]，且研究目的多集中在如何提高生產效率，很少考慮到作業人員的操作舒適性問題。本文主要采用預定動作時間標準中的模特法(MOD法)，對鋼筋加工作業線上的瓶頸工序進行了動作分析[10]，并以動作經濟原則和“ECRS”(取消、合并、重排、簡化)原則為指導，提出了相應的改善方案，最后結合CATIA軟件的快速上肢評價(RULA)模塊，對作業人員的操作舒適性進行了分析[11-12]。

1 鋼筋加工作業線的分析與改善

1.1 作業線現狀分析

鋼筋加工作業線是半自動化的，普遍采用GW40型號鋼筋彎曲機，有一部分工序是由人工操作。有些作業人員的操作方法只是憑借經驗完成，沒有統一的標準化動作，從而導致出現工時增加、各工序作業時間不均勻等現象，造成作業線不平衡。根據統計，典型鋼筋下料作業線的各工序見表1，各工序的操作時間是運用MOD法對現行工序分析并記錄所得，表中各動素含義參考文獻[13-15]。由于鋼筋下料作業屬于易產生疲勞的作業，故在此取1 MOD=0.143 s，包括恢復疲勞時間的10.75%在內的動作和時間。

表1 各工序時間記錄

由表1可以看出，工序1和工序18的作業時間較長，是此鋼筋加工作業線的瓶頸工序，限制了加工效率，影響了該加工作業線的平衡性。

(1)

將表1中的數據代入式(1)，可得出作業線的平衡率為33.82%。這意味著在生產過程中，有53.17%的時間因為產線配置不平衡而損失了。由表1可以看出，導致產線平衡率低的主要原因是各工序的作業時間相差較大，相對于瓶頸工序，一些工序的能力存在過剩現象。如果能將各工序的作業時間均衡，且減少過剩的生產能力，生產效率自然會提高。

1.2 改善前各瓶頸工序的MOD分析

根據鋼筋下料作業線的實際生產現狀，運用MOD法對工序1和工序18分別進行分析。

(1)對于工序1，作業人員停留位置離鋼材較遠，需走3步才到，浪費了人的操作能力，并且作業人員在取鋼材的過程中，由于鋼筋堆放在地上且有一定的重量，需要彎腰才能取到，彎腰這一動作所消耗的時間較多，屬于改善動作。另外，當堆放的鋼筋較多時，需要伸直大臂才能取到，這也是需要改善的動作。整個操作的模特分析式見表2。

表2 改善前工序1的MOD分析

(2)對于工序18，需要改善的動作與工序1基本一致，但存在鋼筋堆放雜亂的現象，不利于二次搬運。整個操作的模特分析式見表3。

表3 改善前工序18的MOD分析

1.3 改善前各瓶頸工序的RULA分析

根據作業人員的現場作業過程，在CATIA虛擬環境下對瓶頸工序進行建模仿真，由于CATIA的人體模型庫沒有中國大陸的人群模型，故采用中國臺灣地區的模型進行虛擬仿真，但在人體模型編輯中，按照GB 10000—1988《中國成年人人體尺寸》標準所提供的數據進行編輯。圖1為改善前瓶頸工序的現場作業過程。

圖1 改善前瓶頸工序的現場作業過程

RULA是分析在一定負荷下，上肢(包括肩部、手臂、手腕、頸、軀干)運動的某個姿態是否可以接受，并給出該狀態下有關人因工程的評價[16]。RULA中的最終得分(Final Score)即經過人因分析后的最后得分。表4為RULA的評價標準。利用CATIA軟件的RULA分析模塊，對改善前后的瓶頸工序進行了人因工程評價，圖2為改善前瓶頸工序的RULA結果。

表4 RULA評價標準

圖2 改善前瓶頸工序的RULA結果

從圖2可以看出，改善前作業人員的前臂、上臂、手腕、軀干得分較高，說明需要盡快改進。

2 改善方案設計及實施

針對以上問題分析結果，利用“ECRS”四大原則，結合動作經濟性原則和作業線平衡理論，運用MOD分析技術對作業線的瓶頸工序進行改善，以減少閑余時間，提高生產能力。

2.1 工序1的改善方案設計

將鋼筋原材存放在物料搬運小車上，靠近作業人員的操作位置，且物料搬運小車的高度在作業人員的腰部以上，這樣可以避免作業人員彎腰去拿取鋼筋原材，也可以減少走路時間，從而節約了彎腰、等待所消耗的工時。同時將物料搬運小車的容器設計成“V”形，取料后后面鋼筋自動滑到容器底部，從而使鋼筋原材設置在M4可觸及的范圍內(人體上肢動作分為5級:M1～M5)。改善后整個操作的模特分析式見表5。實施效果表明，完成這一操作所消耗的時間由原來的53 MOD值降低到現在的25 MOD值。

表5 改善后工序1的MOD分析

2.2 工序18的改善方案設計

取消步行至成品鋼筋存放點并彎腰放置的動作，改為設置一周轉箱，靠近作業人員的操作位置，且周轉箱的高度與GW40型號鋼筋彎曲機的加工平臺一致，從而節約了走路、彎腰所消耗的工時。改善后整個操作的模特分析式見表6。實施效果表明，完成這一操作所消耗的時間由原來的39 MOD值降低到現在的16 MOD值。

表6 改善后工序18的MOD分析

3 改善效果分析與評價

經過改善，作業線的工位數沒有改變，各工序的操作人員人數也沒有改變，但是瓶頸工序的工時以及平衡率都有了明顯的變化，瓶頸工序的工時降低了7.30 s，平衡率增加了22.33%。改善前后該作業線的性能參數見表7。圖3為改善后瓶頸工序的現場作業過程，圖4為改善后瓶頸工序的RULA結果。

表7 改善前后作業線的性能參數

圖3 改善后瓶頸工序的現場作業過程

圖4 改善后瓶頸工序的RULA結果

由圖4可知，改善后身體各部位的最終得分均在1～2分，說明改進后的方案是可接受的。

4 結 論

通過對人員作業進行定性的動作分析、優化，來提高生產效率、滿足人員作業的舒適度是比較容易實現的。針對難以通過定量的動作分析和優化來提高生產效率和作業舒適度的問題，以及鋼筋下料作業線不均衡的現象，運用預定動作時間標準中的MOD法分析加工作業線上各瓶頸工序，結合ECRS和動作經濟原則對其瓶頸工序進行改善，并利用CATIA軟件對改進前后的作業過程進行人因工程分析。結果表明，瓶頸工序的工時顯著降低，工序作業線平衡性有極大提高，且改進后的方案能極大改善作業人員的操作舒適性，具有很好的實用性。

[1]柏才行, 孟遂民, 何嬌嬌. 一種多功能鋼筋彎曲機的結構設計[J]. 三峽大學學報： 自然科學版, 2012, 34(4)： 72- 76．

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[3]VINCENT M, DENIS D, IMBEAU D. Work factors affecting manuals material handing in a warehouse superstore[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2005, 35(1): 33- 36．

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[13]羅振壁, 朱立強. 工業工程導論[M]. 北京: 機械工業出版社, 2005．

[14]白東哲. 生產系統工業研究[M]. 北京: 機械工業出版社, 2004．

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[16]張立博, 袁修干. 飛機維修活動中的快速上肢評價[J]. 中國安全科學學報, 2004, 14(7): 34- 37．

(責任編輯 焦雪梅)

Motion Study on Preparation of Reinforcement and Its Ergonomics Optimization Based on ECRS and MOD

LIU Jun, CHEN Yangao
(Sinohydro Bureau 7 Co., Ltd., Chengdu 610081, Sichuan, China)

In view of process imbalance in the preparation line of reinforcement, the bottleneck processes in production line are analyzed with the guidance of Motion Economy and ECRS principles and by using MODAPTS method (MOD). According to the outcome of bottleneck process analysis, corresponding improvement plans are designed and the ergonomic assessment for improvement plans is conducted by using CATIA software. The results show that the working hours of bottleneck process are significantly reduced with an improved productivity, and the improved plan can significantly improve workers’ operation comfort．

preparation of reinforcement; MOD; balance of production line; principle of motion economy; ergonomics

2016- 11- 22

劉軍(1968—)，男，四川射洪人，高級工程師,主要從事水電工程施工管理工作．

TU755.3

B

0559- 9342(2017)08- 0071- 05