模塊化工時分析方法在汽車總裝標準工時測定中的應用

摘要：在整車制造企業中，標準工時數據既是企業生產管理的基礎數據，也是衡量生產能力的重要指標，它的準確與否將影響到產能估算、設備利用率和員工薪酬等方面，對標準工時的合理測定是企業科學管理的關鍵。在汽車總裝作業中存在較多的重復動作，傳統的PTS方法在標準工時測量時繁瑣費時，且難以在結果一致性上得到保證。在模特法的基礎上開發了一種適用于汽車總裝作業的模塊化工時分析工具，將汽車總裝中常見的操作內容歸納為7大類43個基礎動作，再基于此對工序中存在的重復動作模塊化處理，既提升了測量效率也降低測量難度。最后通過案例實測，發現使用新方法得到的結果與傳統方法相當，說明該方法是準確可行的，使用該方法可以更加快速準確地完成總裝標準作業工時的測定。

關鍵詞：汽車總裝；標準工時；模特法；模塊化

伴隨著我國人口紅利的逐漸消退，“招工難”“用工荒”問題凸顯，人力成本的增加無形增加了企業的經營成本。各大車企為了應對人力成本高漲的問題紛紛上馬機器換人項目，但是自動化的應用在汽車制造領域依然存在一定的局限，尤其是對于像汽車總裝這種勞動密集且高柔性化的生產現場，相當部分的勞動力依然無法完全被機器取代，即便是工業發達國家，對于汽車總裝也依然采用手工裝配這種傳統的生產方式[1]。面對當前的新經濟常態，市場需求和原材料供應時刻在變化，汽車制造企業要想在激烈的競爭中獲得優勢，必須要做好自身的產能核算和成本估計，而標準工時正是其中要用到的關鍵數據。

標準工時的測定

標準工時指的是在一定的工作方法和條件下，普通人在經過培訓后，按照正確的方法，以正常的速度能完成某項作業的時間，這與汽車總裝作業的標準工時定義相符。通常標準工時由正常作業時間和寬放時間兩部分組成，在汽車總裝行業正常作業工時指的是操作工經培訓合格后上崗以正常速度完成崗位裝配任務所花費的時間，其中不包含工人為了維持勞動所需的休息時間以及持續勞動帶來的動作延遲，因此還需要寬放時間來修正它。對于汽車總裝作業來說，單班產量通常在250～500臺，休息間隔在2h/次，綜合考慮生理，疲勞和管理因素后將總寬放率定為10%。

目前在汽車制造領域內對于標準工時的測定常采用直接時間測定法和預定動作時間標準（predetermined –time-standards）法，直接時間測定法雖然簡單易行但是耗時長，工作量大，需要多次測量結果才具有置信度。而PTS法是通過先期設定好的標準動作時間來評估各種工序操作的所需花費的時間，相對于秒表法，PTS法顯著的優點是避免了大量的觀測時間，不受操作者作業熟練程度和觀測者主觀性的影響，每個動作的預定時間值已經由前期的研究給出，其結果更為精確可靠。當前在制造行業最常用的三種PTS方法是時間衡量法（MTM）、工作因素法（Work Factors）和模特排時法（MODAPTS）[2]。

MODAPTS法

MODAPTS法簡稱“MOD法”，它以人的身體部位來代替距離，將手指運動作為最小單位，把動作符號與時間值融為一體，共有21種動作類型和8個不同的時間值，而且都是整數（見表1），分析工時便捷易用[3] 。MOD法的代碼是由字母與數字組合而成，第一個字母描述的是動作類型，后面的數字則表示完成該動作所耗費的時間值或稱為MOD數量。在MOD法中，1MOD=0.129s，代表手指移動一次所消耗的時間。

MOD法較其他PTS方法相比已經簡化了很多，但是由于汽車總裝工藝遠比一般產品組裝要復雜，其中存在眾多的重復動作[4]，例如走動、布置線束、緊固螺釘以及拍擊飾板等。如果直接采用MODAPTS源代碼來分析工藝，平均一個工位就需要80到100行源代碼，這需要工程師掌握較高的技能，加上每個人對動作的理解的偏差都會影響最終數據的可比性，因此在結合汽車總裝作業特點的基礎上提出了一種以常見動作為基礎模塊的標準工時分析方法，幫助企業更加準確高效開展標準工時測定工作。

基于MOD法的模塊化工時分析工具設計

1.汽車總裝裝配的基本動作歸納

汽車總裝是將汽車制造過程中分散加工、制造的各個總成、部件和零件，按照特定的工藝要求和技術標準，組裝起來的過程，涉及內外飾、底盤、動力單元、電氣系統、車輛調試與檢驗等多個方面。通過與企業工程師團隊的共同討論，針對汽車總裝工藝及其特點，將現有汽車總裝裝配中的所有基本動作進行了統計劃分，逐個進行分析并最終確定了總裝裝配的基本動作如表2所示。

進行分析并最終確定了總裝裝配的基本動作見表2。

（1）安裝零件" 汽車的總裝過程，其實就是將各類零部件安裝到車殼或總成上的過程，但是這里僅僅指的是零件到達理想位置，并不包含固定。跟據裝配的難易程度分為4個級別，動作說明見表3。

（2）緊固零件" 汽車總裝的主要工藝就是通過擰緊螺栓獲得夾持力，但是一些特殊的點位需要提前用手預帶緊固件，防止使用電動工具直接緊固時發生滑牙。因此將緊固動作分為只預帶，緊固預帶好的螺釘，無預帶直接緊固以及使用大型設備緊固4個大類，部分動作及說明見表4。

（3）黏貼/連接/潤滑" 在總裝工藝中除了緊固這樣的常規操作外，還有貼膠布、連接插頭/管路、卡卡子、刷膠及噴潤滑水這幾種典型動作，有些動作需要借助工具才能完成，部分動作及說明見表5。

（4）去除保護物" 有的零件是有包裝袋、堵蓋或保護膜的，在裝配前需要將零件上的保護物去除。為了保證水管連接的牢固，還需要在完成安裝后使用卡箍鉗釋放卡箍抱緊水管，分動作及說明見表6。

（5）質量檢查" 為了保證裝配質量，對于一些關鍵工藝，操作者需要對已完成的作業進行質量確認，確保車輛的功能和外觀符合用戶要求，部分動作及說明見表7。

（6）單獨移動" 有時候為了夠著裝配點或拿取待裝配零件，需要作業人員移動腳步來配合手部動作來完成空間跨越。例如進出車輛、走動、旋轉托盤等。部分動作及說明見表8。

（7）輔助動作" 車輛裝配環節中還包含著一些輔助裝配的動作，例如物料車的上下線、物料盒的投放，零件的上線掃描，鈑金件的開合等。部分動作和說明見表9。

2.標準工時數據表的編制

在完成汽車總裝基本動作的梳理后，需要對這些動作逐個進行MOD法工時分析，為標準工時數據庫提供底層數據，后期對具體操作的工時進行分析時只需從該庫中調用命令，將大大減小標準工時分析的復雜度，同時提升統計效率。工時數據表中將包含動作的類型、描述、MOD編碼及耗時等數據，供工程師查詢，且可隨著生產工藝的更新而刪減內容。

（1）安裝動作" 在整車總裝中零件大多都是以徒手裝配的方式固定到車身的，以常規的單手安裝動作為例，需要先伸出小臂去抓取需要安裝的零件（M3G1），考慮到零件的堆疊狀態需要調整后拿出（M2P0），再移動手臂帶動零件到它的安裝位置（M3P5），手部微調完成安裝（M2P0）所以該動作的模特法編碼為M3G1M2P0，M3P5M2P0。

（2）緊固動作" 大多數零件在完成安裝后還需要由標準件進行固定，這就需要使用到電動工具，以使用工具緊固一顆未經預帶的螺栓為例，MOD法編碼為M3G3M2G1，M3P2，M3P5，M1P0，M3P2，指的是移動小臂拿取工具（M3G3），并從料盒里拿取一個標件（M2G1），將標件裝于套筒上（M3P2），移動工具到工作位置（M3P5），扣動扳機（M1P0），放回工具（M3P2）。但是需要注意的是，因為不同工具的擰緊時間差異較大，所以在最終計算時需要跟據實際加上機器時間。

（3）黏貼/連接和潤滑" 黏貼和連接工藝是汽車總裝中的常見作業，主要為手指范圍的精細操作，而潤滑則是使用噴壺對零件進行濕潤，這和使用電動工具進行緊固的操作類似。這里以黏貼膠布為例，MOD法編碼為M3G1，M3G3M3P0，M3P2M2P5M2PO，將小臂移向料框拿取一片膠布（M3G1），找到膠貼的起頭（M3G3），撕下膠貼（M3P0），將其膠布邊沿貼先上（M3P2），移動手腕將膠布壓平（M2P5），最后用手指再次確認效果（M2P0）。

（4）去除保護物動作" 一些零件在送達工位時仍保持著初級包裝，需要作業人員在裝配前手動去除，例如產品的包裝盒、保護膜、堵蓋等。這里以常見的拆塑料包裝袋為例，MOD法編碼為M3G1，4M3P0，M3P0M3P0，先伸手連帶包裝拿起一個零件（M3G1），因拆除包裝有一定復雜性，這里取拆包裝動作的平均值為揮動4次小臂（4M3P0），接著伸手丟棄包裝（M3P0），并按壓垃圾桶表面壓縮垃圾體積（M3P0）。

（5）檢查動作" 為了保證裝配質量，對于一些容易錯漏裝的位置或有裝配要求的地方，會安排自檢或互檢，較為常見的檢查方式有目視、觸摸，畫色標，以畫色標為例，模特法編碼為M3G1M3P0，M4P2M2P0，M3P2M2P0，M3P2，伸右手拿取色標筆左手拔下筆帽（M3G1M2P0），調整手臂到需要點檢的位置畫下色標（M4P2M2P0），收回手臂將筆頭對準筆帽蓋緊（M3P2M2P0），放回色標筆（M3P2）。

（6）移動動作" 車間內最為常見的移動類型為步行，直接采用代碼W5即可，此外還有一類操作普遍存在于分裝區域，總成處于托盤上組裝，工人需要轉動托盤找到適合裝配的角度，以托盤旋轉90度為例，代碼為M4G1M3P0，M5PO，代表伸手夠著托盤旋轉球頭后回拉（M4G1M3P0），再向預定方向推出（M5P0）。

（7）輔助類動作" 除了往車上裝零件外，還需要一些操作來輔助裝配，例如物料的上線和投放，零件的上線掃描，設備開關的控制等，有些固定的復雜動作，為避免源代碼過長，可以采用秒表法計時，例如打包車上線耗時30s，從打包車中拿取料盒投放到車內則采用MOD法編碼M3G1，M4P0，指的是從包車中抓取料盒并投放到車內，需要注意的是這里不包含走動，要完成該動作需要和移動動作配合使用。

3.動作價值評價

在一個工人看似忙碌的工作循環中，其實其中包含著合理動作和不合理動作，有些動作對產品的最終形成并無意義。為了衡量裝配中的動作浪費，將標準裝配動作的內容分為増值動作（VA），非增值但必要動作（NVABN）與非増值非必要動作（NVA）三類[5]，見表10。其中非增值非必要動作是后期優化的重點，通常是由于工藝或現場布局不合理導致的，是一種浪費行為，可通過一定的手段去除。通過增加該內容可幫助工程師識別動作浪費，并為不同使用者提供統一標準，用來衡量生產過程以及工藝布局的合理性。

4.用戶界面設計

為了降低工時統計人員的作業難度，提升標準工時測算效率，利用普及率廣的EXCEL表格開發了應用界面，取名為“模塊化工時計算板”，見表11。使用者無需去比對各動作所對應模特法代碼的含義，只需要輸入完成每個零件裝配所匹配的次數、個數及步數，即可經表格自動計算得到該工序對應的標準工時，同時引入動作價值評價，在工時測定的同時完成動作分析，以識別出生產過程中存在浪費并且以定量的數據去衡量這些浪費為后續的工藝改善打好基礎。

模塊化工時分析法與傳統模特法的對比

以“安裝前門碰撞傳感器”工序為例，分別使用模塊化工時分析工具和傳統MOD法進行標準工時分析，表12為傳統MOD法分析過程，經過18行動作分析，將MOD代碼求和得到104MOD，對應最終總用時17.416s，考慮10%的寬泛率后得到標準工時為19.16s。而使用模塊化工時分析工具來處理此問題，只需要將操作分為兩塊內容，分別是拿取傳感器安裝（包含簡單安裝1次，走動4步）和使用工具將其固定（包含緊固數量2，走動6步），合計用時19.39s。兩者誤差僅為0.2s，但是在投入上卻相差甚遠，可見所提出的模塊化工時分析工具在大幅提升工作效率的同時具有較高的可信度。

結語

本文針對汽車總裝裝配內容多，重復動作多的特點，基于MODAPTS法開發了一種模塊化工時分析工具用于汽車裝配標準工時的測定。使用時只需要輸入完成每個零件裝配所匹配的次數、個數及步數，即可自動計算得到工序對應的標準工時，通過使用該工具可幫助技術人員更加高效準確的完成標準工時測定工作，依賴分析結果中的動作價值評價，可幫助企業識別生產中的浪費情況，為優化工藝和生產布局提供參考。

參考文獻：

[1] 閔俊超. 基于MODAPTS的Y公司整椅總裝業務標準工時體系改善[D]. 上海：華東理工大學， 2017.

[2] 鄒樹梁，余瀟韌，向虹，等. 制造業標準工時制定方法研究現狀及展望 [J]. 南華大學學報（社會科學版），2014，15（4）： 61-65.

[3] 戴琳琳.基于裝配動素相似性的汽車總裝混流生產線平衡研究[J].機械設計與制造工程，2023，52（8）：103-106.

[4] 張麗珍，邵祺，楊加慶，等.汽車裝配標準工時設計中模塊化設計方法的研究[J].現代制造工程，2017，（5）：120-125.

[5] 安樂，劉星，鄧浩，等.基于MODAPTS法的汽車座椅標準工時測算研究[J].價值工程，2018，37（24）：151-154.