基于Jack軟件的裝配線動作分析與仿真設計研究

王思淇 高宇 葉洪旭

摘 要：為規范動作標準及改善生產線作業績效的問題，文章以圣加倫公司汽車換擋器裝配線為研究對象，研究零件裝配工位中“人—機—環”工效學，通過測定流水線各工位的作業時間，運用動作與人因分析的研究方法對裝配線各工序操作人員的動作過程進行分析，找出瓶頸工序，然后根據動作經濟原則對其進行了優化，降低了作業時間，提高了生產效率，從而提升了企業效益。

關鍵詞：動作分析;動作經濟原則;軟件仿真

0 引言

如今，精益生產在制造業中的應用已日益廣泛，特別是在勞動力密集的手工裝配線和對人的依賴程度很大的企業。由于在生產中，操作者的體力是不能儲存起來的[1]，為此應多加引進省力的機械化設備，減少操作中產生的浪費，同時要更加注重利用裝配過程中的工效學對生產現場進行改善。

本文主要對圣加倫公司換擋器裝配線上操作人員的作業活動進行觀察，分析其中存在的問題，運用動作分析以及人因工程的相關理論對存在的問題進行優化并提出合理的解決方案，使裝配線獲取最大的產能。

1 公司裝配線現狀

1.1 裝配線總體布局

該公司目前的裝配線總共有19個工位，其中工位14與工位19為檢測工位，工位4與工位18為裝配線的瓶頸工序，裝配線總體為直線型布局。

1.2 裝配線動作與人因分析

通過對該公司裝配線上裝配人員的動作觀察發現以下幾個問題：

（1）操作臺間距較大，導致裝配人員從上道工序取貨時作業跨度大使得手部作業的距離超出了正常作業范圍。

（2）大部分操作臺都需要按壓或轉動手柄控制設備進行裝配加工，這些動作通常需要站立操作，易使人產生疲勞，且疲勞恢復期較長。

（3）有些工序零件需要人們經常一手持物另一只手對其進行精準裝配，從而導致手部疲勞。

（4）大部分生產看板模糊不清。通過實地考察發現裝配線旁邊或者各工序之間缺乏生產看板管理，還有生產標注的不規范，容易對操作員產生誤導，尤其是新上崗的員工，容易造成工人操作不規范，嚴重影響工作的效率，進而對生產線產生影響。

2 裝配線動作與人因改善

動作經濟原則是一種分析和研究生產現場作業動作的有效方法[2]，以尋求疲勞度最低、最合理的作業方法。動作的4項基本原則：減少動作的數量、雙手同時進行工作、縮短動作的距離、輕松舒適動作。

通過動作經濟原則對以上問題進行改善：

（1）由于工位分配不均勻，導致一些工位動作少工作時間快，將工位2和3、工位12和13合并，減少不必要的拿取動作，就可避免因過快完成動作造成半成品堆積的情況，從而減少時間上的浪費。此舉不僅減少了工位數，還加快了裝配線的生產效率。

（2）在工位2中，用一手持物一手安裝，容易造成時間上的浪費，進而降低作業效率。此時應考慮用固定工具將工件固定在桌面上，解放持物手，以便兩手同時安裝。這樣，既能保證產品質量，也便于作業，減輕操作者的疲勞程度。

（3）對需要力量的作業，如工位4和工位8中的“壓入零件”“鉚接”直線運動且需要一定力量的作業，改為用足進行操作的裝置，比用手操作更有效，同時還能使得裝配人員由站姿作業變為坐姿作業，從而減輕手的疲勞。

（4）由于各工位的操作臺之間有一定的距離，導致操作者作業跨度較大，拿取零件時走動過多。在各工位之間加入傳送帶，通過傳送帶將零件傳送到下一工序。

（5）實際觀察發現，裝配線上基本都是女性工人且幾乎是站立作業的，很容易產生疲勞。從人體力學的角度來看，作業者小臂接近水平或稍微下傾放在工作面上而上臂處于自然懸垂狀態，是最適宜的操作姿勢。根據女性坐著工作時的推薦高度，我們把操作平臺的高度調整在720 cm左右，同時更換原來的老舊座椅，變成可調節高度的低靠背式椅子，把身體的一部分重力壓在靠背上，以減輕脊柱尤其是腰椎部的負荷，不僅能使脊柱保持自然的狀態，產生輕松省力的感覺，還可以擴大操作者的雙手活動范圍。

（6）通過對生產看板的籠統勘察，制定了統一的標準。在生產看板上制定了嚴格的生產計劃，對于不同的工序，制定出相應的操作規范，要求員工嚴格按照要求執行生產。同時對于有安全隱患的操作應該特別注明，安全提示的地方改成紅色標志，其他的按照操作的安全等級，依次標示出來。經過分析考察，將看板歸為以下幾類：產線生產管理看板、物料生產管理看板、設備生產管理看板、人員生產管理看板、工位生產管理看板、品質生產管理看板。

3 基于Jack的分析仿真

Jack軟件是一個可以建造人體模型、定義人體的各個動作、完成人體操作流程以及仿真測定人機功效評價的軟件，其在各個行業中都發揮了巨大的作用。使用Jack可以創建虛擬環境，定義人身體的各個參數與肢體的行為，為虛擬環境中的人員分配任務，控制其作業時間，并定義其作業方式，評價其虛擬活動的有效性與疲勞指數。與其他的軟件相比，Jack可更加真實地還原作業環境，并且可以導入其他軟件模型，這也使得虛擬的界面更加符合實際，得出的結果也符合事實的規律。總之，Jack軟件更能方便地還原作業環境，使得結果更加符合事實，更能指出作業中的待改善點。

3.1 仿真動作分析

3.1.1 改善前的動作仿真

將各個零部件擺放到各自的位置，開始還原工人的操作動作，并將工人的每個動作都用Jack中的虛擬人物模型來還原，將其儲存為單獨命名的動作，為下一步制成流暢的動畫做準備。制定好全部所需的動作以后，還要記錄每個動作的操作時間，動畫制作不僅設置動作的時間，還要設置物品處于某個位置的持續時間，將所有的動作和物品的擺放位置都設置時間后，就可以組成一個連續動畫，通過動畫的播放可以看出與實際中的工人操作吻合度很高，展現出工人的實際操作情形。

3.1.2 改善后的動作仿真

將人體從原來的站姿改善為坐姿以及部分動作的改變，需將之前的作業單元刪除，然后重新調整動作設定時間，最后組合形成新的動作仿真。

通過下背分析可知動作前后的改善是合理的。下背部分析工具可以分析特定環境下人體脊柱受力對下背部的影響。通過該工具判斷仿真任務中的作業對工人下背部的傷害程度是否符合標準，分析需要進行改善的作業單元，從而對工廠車間的規劃與工序進行重新安排。由于下背部分析是隨著動畫進度的實時分析，所以本文選取改善前后仿真中的第一單元展示。隨著動畫的進度分析，會有某些動作對下背部損傷大，有些損傷小，選取改善前后分析中損傷最大時刻的記錄。

由上述改善前后工人下背部的分析可知，改善前后的下背部分析都符合標準，但是改善之后人體由站姿改為坐姿，對下背部的損傷是更小的，這就使得工人能夠更加輕松地作業。

3.2? 新陳代謝分析

新陳代謝分析工具可以對工人生理和任務進行描述，然后分析動作共需消耗的能量[5]，明確是否超過[NIOSH]的限定值，并且還可以了解是否會使得疲勞損傷的風險提高。首先，本文選用第二工序“將線束總成和鉚釘安裝到上序工件的主支架”這一部分動作進行新陳代謝分析，可以得出改善后的作業單元比改善前的作業單元托舉消耗能量少了0.024 kcals，胳膊減少0.028 kcals，手部消耗減少? ? ? ? ?0.028 kcals，總消耗能量共減少0.06 kcals。

改善前后的能量消耗都符合限定值，并且改善后的動作比以前的動作消耗更少的能量，消耗能量降低了36.5%。這就說明改善后的人員消耗更少的能量，由之前的一手持物一手安裝改為把物體固定在桌面上，兩手同時安裝，可以更加節省時間。由此可見，改善的方案是十分有效的，可以提高作業效率。

4 結語

通過對原換擋器裝配線分析找出了瓶頸工序，運用動作經濟原則對瓶頸工序和一些存在不合理操作的工序進行了動作與人因分析與改善，縮短了瓶頸工序的時間，平衡了各工序的裝配時間，減少操作人員的疲勞程度，使得操作人員的動作更輕松舒適，從而提高企業的生產效率和效益。此次課題的研究，充分證明了動作與人因分析對產線平衡以及企業精益改善的有效性，也讓筆者體會到IE對制造業的重要性。

[參考文獻]

[1]易樹平，郭伏.基礎工業工程[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]王有遠.基礎工業工程[M].北京：清華大學出版社，2014.

[3]熊永家，婁文忠.工業工程方法從入門到精通[M].北京：機械工業出版社，2009.

[4]郭伏，錢省三.人因工程學[M].北京：機械工業出版社，2013.

[5]鈕建偉，張樂.Jack人因工程基礎及應用實例[M].北京：電子工業出版社，2012.

（編輯 王雪芬）