“基礎(chǔ)工業(yè)工程”課程中人機(jī)作業(yè)閑余能力計算的分析改進(jìn)

王曉燕，宋 辭，毛子薦

（沈陽航空航天大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，遼寧 沈陽 110136）

0 引言

人機(jī)作業(yè)分析是應(yīng)用于機(jī)械作業(yè)中人機(jī)配合關(guān)系的一種分析技術(shù)，通過對某一項作業(yè)的現(xiàn)場觀測，記錄作業(yè)者和機(jī)器在同一時間內(nèi)的工作情況并加以分析，尋求合理的操作方法，使人和機(jī)器的配合更加協(xié)調(diào)，以充分發(fā)揮人和機(jī)器的效率[1]。通過作業(yè)分析可以了解人機(jī)配合關(guān)系，找出影響人機(jī)配合效率的原因，挖掘人的閑余能力，同時從提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周程的角度，可以實現(xiàn)機(jī)器改造、自動化生產(chǎn)線設(shè)計及作業(yè)空間改善。韓超[2]對Y公司裝配車間的生產(chǎn)線進(jìn)行人機(jī)分析及優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)而發(fā)揮其整體的最佳效能；徐立誠，等[3]以梳齒榫開榫機(jī)崗位為研究對象，應(yīng)用工業(yè)工程的人機(jī)作業(yè)分析方法，對開榫工序進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研分析，制定了兩種工序優(yōu)化方案以應(yīng)對企業(yè)正常狀態(tài)和緊急狀態(tài)下的生產(chǎn)作業(yè)，在實際生產(chǎn)中均能在生產(chǎn)周期內(nèi)減少工作所需時間，有效提高機(jī)器和人的利用率，待工現(xiàn)象明顯減少；鄭敬地[4]對某企業(yè)鏈條裝配生產(chǎn)線裝軸承工序進(jìn)行測量，并計算標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時間，針對壓裝軸承工序中存在的問題，應(yīng)用人機(jī)作業(yè)分析的方法進(jìn)行優(yōu)化改善，得到更為合理的操作工序，使人-機(jī)關(guān)系相互協(xié)調(diào)，改善了該工序的人員配置情況，提高了作業(yè)效率。

人機(jī)作業(yè)通常利用人機(jī)作業(yè)分析圖作為分析依據(jù)和改善工具。主要繪圖過程分為以下三個步驟：（1）記錄作業(yè)者與機(jī)器在一個生產(chǎn)周程內(nèi)各自的操作步驟和操作內(nèi)容；（2）確定人與機(jī)器的配合關(guān)系，畫出人機(jī)作業(yè)分析圖；（3）提出改善方案并繪制圖表。

在作業(yè)者操作一臺機(jī)器存在大量空閑時間的情況下，需要對閑余能力進(jìn)行分析，計算求得一人能夠同時操作幾臺機(jī)器，以期提高人的利用率。本文利用一生產(chǎn)實例，通過逐步改善，充分利用作業(yè)者的閑余能力，并分析探討現(xiàn)有一人多機(jī)計算公式的不足之處，對公式進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的計算方式更符合生產(chǎn)實踐需求，同時體現(xiàn)了“以人為本”的思想。

1 人-機(jī)作業(yè)實例描述

某企業(yè)1個工人開動數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，具體操作程序如下：清洗機(jī)床0.5min，進(jìn)料0.5min，機(jī)床自動滾齒5min，退料0.5min，檢測產(chǎn)品質(zhì)量1min。對此項作業(yè)進(jìn)行人機(jī)分析，通過前述工藝流程及操作內(nèi)容可以繪制出人機(jī)作業(yè)分析圖，如圖1所示。

圖1 機(jī)床加工人機(jī)作業(yè)圖

由圖1可見，人機(jī)利用率都未達(dá)到理想工作狀態(tài)，尤其是人的利用率只有33.3%，出現(xiàn)了人機(jī)互相等待的狀態(tài)。

2 人機(jī)作業(yè)分析與改進(jìn)

等待浪費(fèi)是精益管理中八大浪費(fèi)之一，改善的原則是人不待機(jī)，機(jī)不待人，人機(jī)最好同時工作。針對以上問題，可以將非機(jī)器參與的作業(yè)者工作放在機(jī)器工作期間完成，即把生產(chǎn)周程中最后一道工序檢測放在機(jī)床滾齒過程中完成，這樣改善后的人機(jī)作業(yè)方案如圖2所示。

圖2 改善后的機(jī)床加工人機(jī)作業(yè)圖

由圖2可見，通過優(yōu)化，人的利用率提升了5.2%，機(jī)器利用率提升了10.2%，生產(chǎn)效率提升了：

從圖2的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知人的利用率只有38.5%，說明作業(yè)者存在大部分空閑時間，在分析閑余能力時，可采用公式（1）計算一人同時操作機(jī)器的數(shù)量

式（1）中，N為一人同時操作相同的機(jī)器數(shù)量，t為作業(yè)者操作一臺機(jī)器所需要的全部時間，M為機(jī)器完成作業(yè)需要的有效時間[1]。在本案例中，t的時間構(gòu)成為作業(yè)者清洗機(jī)床時間t1、進(jìn)料時間t2、退料時間t3、檢測時間t4四部分，機(jī)器的有效作業(yè)時間僅為滾齒時間。由此計算得到：

改善后一人三機(jī)的人機(jī)作業(yè)分析圖如圖3所示。

從圖3中可以看出，生產(chǎn)周程增加1min，一人可同時操作三臺機(jī)器。此時人的利用率為100%，機(jī)器的利用率由原來的75%下降到66.7%，生產(chǎn)效率提升了160%

圖3 改善后一人三機(jī)的人機(jī)作業(yè)分析圖

單臺機(jī)器的生產(chǎn)效率下降了13.3%

改善后生產(chǎn)效率提高了很多，而機(jī)器卻出現(xiàn)了更多的空閑時間，單臺生產(chǎn)效率下降13.3%。機(jī)器空閑狀態(tài)可以分為兩種情況：一種是處于被操作的狀態(tài)，如自動加工前作業(yè)者進(jìn)行的清洗、進(jìn)料、退料等準(zhǔn)備工作；另一種情況是因為作業(yè)者在進(jìn)行其它操作而出現(xiàn)的等待，如每臺機(jī)器在完成自動加工后都要等待作業(yè)者1min后才能進(jìn)入下一循環(huán)周期。

根據(jù)上述分析，一人三機(jī)的生產(chǎn)模式會導(dǎo)致兩種結(jié)果：（1）機(jī)器的生產(chǎn)效率不升反降。如果減少人工成本的經(jīng)濟(jì)增長能夠覆蓋機(jī)器效率下降引起的損失，此結(jié)果在理論上可行。但目前企業(yè)實際生產(chǎn)情況中，一人多機(jī)操作模式下機(jī)器多為成本昂貴的自動化機(jī)器，因此生產(chǎn)中應(yīng)優(yōu)先考慮提高機(jī)器利用率，因為有限的機(jī)器效率決定了企業(yè)生產(chǎn)效率，根據(jù)公式的計算后，雖然單個作業(yè)者操作機(jī)器數(shù)量增加了，但是單臺機(jī)器的生產(chǎn)效率不升反降，未達(dá)到改善的目的；（2）整個生產(chǎn)過程中作業(yè)者沒有休息時間。從人因工程學(xué)的角度來說，這是違背人體生理規(guī)律的。作業(yè)者在工作過程中體能消耗及腦力疲勞需要通過適當(dāng)?shù)男菹⒌靡匝a(bǔ)償，同時一定的空閑時間可以讓作業(yè)者在較輕松的狀態(tài)下完成作業(yè)，以減少誤操作[5]。

由上可知，根據(jù)現(xiàn)有計算公式得到的結(jié)果缺乏一定的可操作性，究其原因是一個生產(chǎn)周程的時間中包括了機(jī)器的非必要等待時間（如檢測），可將公式（1）轉(zhuǎn)化為公式（2）。

式（2）說明，作業(yè)者操作一臺機(jī)器時，閑余時間能操作機(jī)器的數(shù)量完全由機(jī)器的有效加工時間決定，這種計算方式如果一旦出現(xiàn)機(jī)器的有效加工時間M是作業(yè)者完成一臺機(jī)器操作時間t的整數(shù)倍時，人就會一直在工作；同時如果在作業(yè)者操作環(huán)節(jié)機(jī)器存在非必要等待時間（如檢測），將出現(xiàn)機(jī)器等人的現(xiàn)象，降低了機(jī)器的利用率。所以原公式（1）是“以人工作時間為主”的計算。

若將圖3中的機(jī)器非必要等待時間（如檢測）剔除，即將人操作機(jī)器時間t1（退料時間t1、清洗時間t2、上料時間t3三者之和）和機(jī)器的有效加工時間M之和作為一個生產(chǎn)周程，則改進(jìn)后的一人多機(jī)計算公式為式（3）。

其中N1為改變周程后的一個操作者可同時操作的機(jī)器數(shù)量；t1為作業(yè)者操作機(jī)器的時間總和（如圖2中的退料、清洗、上料），不包含機(jī)器的非必要等待時間（如檢測）；ti為作業(yè)者操作的第i個工序，j為作業(yè)者對機(jī)器操作的工序總數(shù)，n為作業(yè)者操作工序總數(shù)。由于t1≤t，所以有

當(dāng)且僅當(dāng)t1=t時，N1=N。根據(jù)改進(jìn)公式（3）再對實例進(jìn)行計算，畫出一人二機(jī)的作業(yè)分析圖4所示。

向下取整為一人操作2臺機(jī)器，畫出一人二機(jī)的人機(jī)分析圖如圖4。

由圖4統(tǒng)計分析可知，不存在機(jī)器非必要等待時間的浪費(fèi)，機(jī)器利用率達(dá)到了最大化76.9%，作業(yè)者的利用率提升了一倍，意味著第二次改善后，在機(jī)器利用率不變的情況下人工成本下降50%。如果要提高機(jī)器的利用率，可以在此基礎(chǔ)上通過操作分析完成對操作方法的改善，縮短作業(yè)者操作機(jī)器的時長，進(jìn)而縮短生產(chǎn)周程。

圖4 一人二機(jī)的人機(jī)作業(yè)分析圖

3 結(jié)語

（1）現(xiàn)有的一人多機(jī)計算公式采用了“以人為主”的思想，在特殊情況下，當(dāng)機(jī)器加工時間是人工操作時間整數(shù)倍時，人的利用率達(dá)到100%，但會造成單臺機(jī)器利用率的下降。鑒于企業(yè)的機(jī)器成本相對較高，數(shù)量有限，因此機(jī)器的效率決定了企業(yè)的生產(chǎn)效率，所以采用此公式計算反而達(dá)不到提升生產(chǎn)效率的目的。

（2）改進(jìn)后的一人多機(jī)計算公式“以機(jī)器為主”，以機(jī)器準(zhǔn)備時間和加工時間作為考查周程，除了機(jī)器必要等待時間外，機(jī)器的利用率達(dá)最大化，同時作業(yè)者有更多休息時間，真正體現(xiàn)了“以人為本”的改善思想。

（3）當(dāng)且僅當(dāng)t1=t時，N1=N；若存在N為整數(shù)，說明機(jī)器和人無空閑狀態(tài)，利用率都達(dá)到了最大化，此時作業(yè)者是否一定按照計算公式的數(shù)量進(jìn)行操作，要結(jié)合實際情況，如工人的勞動負(fù)荷、疲勞程度、安全性等因素，進(jìn)行數(shù)量的調(diào)整。因此改進(jìn)后的一人多機(jī)計算公式更加人性化，符合實際的要求。