基于標準工時的汽車半軸生產線優化研究

趙凱莉 （山西工程職業技術學院，山西 太原 030009）

0 引言

隨著現代化科學技術的進步，制造業競爭日益激烈。而標準工時則是衡量企業生產能力的關鍵數據。工時研究能夠對作業進行改善，提高人機利用率和生產線平衡率[1]。預定時間標準系統（Predetermined Time System，PTS）是目前國際上公認的制定標準操作的先進手段[2]。削減人工工時、減少浪費一直是車間管理中的核心工作[3]。如何運用標準化作業方法來確定標準工時，借此發現生產線中存在的問題，并進行優化改進，使生產線平衡率顯著提高為本文研究的關鍵。

1 標準工時理論基礎

標準工時是在標準工作環境下，進行一道加工工序所需的人工時間。它來源于精益生產理論，精益生產的思想最早是由美國泰勒提出的，他被稱為“科學管理之父”，最先提出了精細化管理思想。后續吉爾布雷斯夫婦、魁克等也為此作出了巨大的貢獻。其共同點都是通過分析各種作業動作，以及考慮動作距離、難易程度、負荷大小，制定相應時間標準。標準工時的確定對于改進效果，提高生產率，降低浪費，為企業提供決策的數據依據。

標準工時的制定方法常用的有秒表測量法、模特法、簡明工作因素法，還有預定動作時間標準法（MTM）、工作因素法（WF）等，除了這幾種以外，在實際中制定方法可以靈活應用。主要運用于效率管理、設備能力、人員及負荷計算、標準產能計算的依據、生產線平衡計算、工作方法的改善以及人工成本的計算等方面。

本文采用秒表測時法，大致步驟為：獲取資料，劃分操作單元，確定觀測次數，觀測，刪除異常值，計算正常時間，確定寬放時間，確定標準時間[4]。需要事先與被觀察者做好溝通，有針對性地解決問題[5]，以保證結果精準。在觀測的同時，對操作者的工作效率和工作態度進行詳細的評定[6]。

2 汽車半軸生產線的優化

2.1 生產線工藝現狀簡介

本文以某汽車半軸生產線為例，半軸也叫驅動橋，半軸是差速器與驅動輪之間傳遞扭矩的實心軸，其內端一般通過花鍵與半軸齒輪連接，外端與輪轂連接，如圖1。

通過現場觀測，半軸生產線的標準工時現狀見表1。

半軸生產線有五個工位組成，現場生產線分布狀況如圖2。工位一工人進行半軸上線段部鉆孔，工位二工人進行人工校直，工位三工人操作3臺車床進行車削，工位四工人進行端面鉆孔，工位五工人進行滾齒檢驗。各工位工人操作的具體內容見表2。

圖1 汽車半軸

表1 半軸生產線標準工時現狀

圖2 半軸生產線分布圖

表2 各工位操作內容統計表

2.2 生產線標準工時現狀分析

通過現場觀察和與工人溝通，將五個工位的操作分解為動作單元，并通過秒表計時法得到各動作單元操作時間表3。

表3 各工位動作單元現場秒表計時記錄表

表4是對安裝工作平臺的操作測時，首先應計算各個單元的平均值，但在求平均值之前，需要檢查分析并剔除觀測值內的異常值。以工位一為例，五個測量值為24.6、24.9、25.6、23.9、24.6，單位（s），可求其平均值：

標準差為：σ=0.61

上限為：x+3σ=24.7+3×0.61=26.53

下限為：x-3σ=24.7-3×0.61=22.87

確定測量數值在區間 ｛22.87,26.53｝的范圍內均為正常值。如果有異常，需要剔除異常值，重新計算平均值。工位一數據無異常值。用同樣的辦法判斷其他四個工位，都無異常值。

表4 各工位操作時間記錄表

通過前期現場考察，確定出該生產線的熟練程度為比較熟練A2（熟練系數=0.13）、努力程度為B1（努力系數=0.1）、環境為良好C（環境系數=0.02）、一致性為平均D（一致性系數=0）。

根據公式可以計算出：評比系數=0.13+0.10+0.02+0=0.25。

正常工時計算方法為：正常工時=觀測時間×（1+評比系數）。

通過計算，可以獲得四個工位的正常工時，如表5所示：

表5 各工位正常工時統計表

在制定標準工時的過程中除了需要加入評定系數，同時還要考慮到寬放時間的影響。本生產線的1、2、4、5四個工位，耗費大量的人力和時間，人工較為繁重。根據現場觀察以及查取資料，得出了以下的評定系數以及工位所占權重。

根據表6，計算得到整體寬放率為27%。

表6 各工位評定系數表 單位：%

標準工時為正常工時與寬放時間之和，由此得到半軸上產線目前的標準工時，見表7。

表7 各工位標準時間表

裝配線平衡是衡量生產線工序水平的重要指標之一，裝配生產線平衡率越高，則生產線發揮的效能越大[7]。

根據表7，通過標準時間進行平衡率計算，計算公式為：

其中：Si為工位個數；CT指瓶頸工序的時間；Ti指每個工位的時間；m為工位次序。

通過現場觀測，第三道工序是3臺機床同時工作，第5道工序是6臺機床同時工作，最終得到第四道工序為瓶頸工序耗時103.38秒。

根據公式計算：平衡率=（39.24+29.21+210.19/3+103.38+249.30/6）/5×103.38=54.84%

同樣也可以計算出該生產線的損失率=1-平衡率=1-54.85%=45.16%

該生產線的平衡率為54.84%，處在50%～70%之間，平衡率較低，改進的空間較大。

2.3 瓶頸工序的分析與改善

（1） 初步改善

采用ECRS四大原則對半軸生產線進行分析。ECRS分析即取消（Eliminate）、合并（Combine）、重排（Rearrange） 和簡化（Simplify）分析，它常用于生產工序優化，以減少不必要的工序、達到更高的生產效率。

取消（Eliminate）——必要性原則，考慮作業要素能完成什么，完成的有否價值？是否必要動作或作業？為什么要完成它？該作業取消對其它作業或動作有否影響。

合并（Combine）——可能性原則，如果工作或動作不能取消，則考慮能否可與其他工作合并，或部分動作或工作合并到其它可合并的動作或作業中。

重排（Rearrange）——重新排列原則，對工作的順序進行重新排列。

簡化（Simplify）——簡化原則，指工作內容和步驟的簡化，亦指動作的簡化，能量的節省。

根據上述表格發現工位四為整條生產線的瓶頸工位，需要對其進行改善，通過計算處理后得到第四道工位應該增加一臺機床，計算得新標準工時為51.67秒。結合ECRS四項原則分析后發現，改進后生產線的平衡率=66.15%仍然很低，需進一步進行優化改進。

（2） 進一步改善

進一步分析，對工位五進行改善研究，通過對工位五的機床數目由原先的6臺依次往下減一臺，得出表8。

表8 工位五改善研究數據變化統計表

最后發現當工位五的機床數目穩定在4臺的時候平衡率最高為72.09%，由54.84%提高至72.09%，提高了17.25%。

（3） 改善結果分析

對改善的結果進行分析得到表9。

表9 改善結果表

3 結束語

隨著各種先進技術的出現，傳統制造業正面臨著越來越大的挑戰。削減浪費，降低成本，提高生產率稱為企業最為關注的問題。本文通過對某汽車半軸生產線現場觀測，制定標準工時，從而發現生產線中的問題，并進行了優化改進，為其他企業的優化提供了參考。而對于生產線的改善是無止境的，下一步應從其他方面入手更深一步進行優化，特別是各道工序之間如何縮短物料搬運時間值得很好的研究，使企業的利潤得到最大化。