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(yè)工效優(yōu)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(yè)線上各工序之間不平衡的現(xiàn)象，以動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則和“ECRS”四大原則為指導(dǎo)，應(yīng)用預(yù)定動(dòng)作時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)中的模特法(MOD法)，對作業(yè)線上的瓶頸工序進(jìn)行分析。根據(jù)瓶頸工序分析結(jié)果，設(shè)計(jì)相應(yīng)的改善方案，并利用CATIA軟件進(jìn)行作業(yè)方案改進(jìn)前后的人因工程評價(jià)。結(jié)果表明，瓶頸工序的工時(shí)顯著降低，生產(chǎn)效率得到有效提高，且改進(jìn)后的方案能極大改善作業(yè)人員的操作舒適性。

鋼筋下料；模特法；作業(yè)線平衡；動(dòng)作經(jīng)濟(jì)性原則；人因工程

0 引 言

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

動(dòng)作分析是對鋼筋下料作業(yè)進(jìn)行工效優(yōu)化的前提[3]。目前國內(nèi)外基于動(dòng)作分析的應(yīng)用研究非常廣泛，Tinoco HA等[4]通過嵌入到虛擬環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，對手工作業(yè)過程進(jìn)行了動(dòng)作分析；Klippert，J[5]等開發(fā)了一種通過使用裝配環(huán)境下的實(shí)物模型進(jìn)行工作任務(wù)動(dòng)作捕捉的軟件系統(tǒng)，并提出了相應(yīng)的人因工程評價(jià)方法；孔祥芬等[6]采用IEMS視頻動(dòng)作分析軟件，分析和改善了工作過程中的動(dòng)作；楊愛萍等[7]通過VICON運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)記錄典型操作任務(wù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并用JACK工效分析軟件進(jìn)行相應(yīng)的任務(wù)動(dòng)作分析，給出了工效推薦值。高廣章[8]將達(dá)寶易軟件應(yīng)用于動(dòng)作研究，對作業(yè)線中的瓶頸工序進(jìn)行動(dòng)素分析和優(yōu)化，從而降低了瓶頸工序的作業(yè)時(shí)間，提高了作業(yè)線的平衡性。

目前，動(dòng)作分析的應(yīng)用研究主要集中在包裝、航空、體育以及醫(yī)療等領(lǐng)域，建筑行業(yè)的相關(guān)研究較為少[9]，且研究目的多集中在如何提高生產(chǎn)效率，很少考慮到作業(yè)人員的操作舒適性問題。本文主要采用預(yù)定動(dòng)作時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)中的模特法(MOD法)，對鋼筋加工作業(yè)線上的瓶頸工序進(jìn)行了動(dòng)作分析[10]，并以動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則和“ECRS”(取消、合并、重排、簡化)原則為指導(dǎo)，提出了相應(yīng)的改善方案，最后結(jié)合CATIA軟件的快速上肢評價(jià)(RULA)模塊，對作業(yè)人員的操作舒適性進(jìn)行了分析[11-12]。

1 鋼筋加工作業(yè)線的分析與改善

1.1 作業(yè)線現(xiàn)狀分析

鋼筋加工作業(yè)線是半自動(dòng)化的，普遍采用GW40型號鋼筋彎曲機(jī)，有一部分工序是由人工操作。有些作業(yè)人員的操作方法只是憑借經(jīng)驗(yàn)完成，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)作，從而導(dǎo)致出現(xiàn)工時(shí)增加、各工序作業(yè)時(shí)間不均勻等現(xiàn)象，造成作業(yè)線不平衡。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，典型鋼筋下料作業(yè)線的各工序見表1，各工序的操作時(shí)間是運(yùn)用MOD法對現(xiàn)行工序分析并記錄所得，表中各動(dòng)素含義參考文獻(xiàn)[13-15]。由于鋼筋下料作業(yè)屬于易產(chǎn)生疲勞的作業(yè)，故在此取1 MOD=0.143 s，包括恢復(fù)疲勞時(shí)間的10.75%在內(nèi)的動(dòng)作和時(shí)間。

表1 各工序時(shí)間記錄

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

(1)

將表1中的數(shù)據(jù)代入式(1)，可得出作業(yè)線的平衡率為33.82%。這意味著在生產(chǎn)過程中，有53.17%的時(shí)間因?yàn)楫a(chǎn)線配置不平衡而損失了。由表1可以看出，導(dǎo)致產(chǎn)線平衡率低的主要原因是各工序的作業(yè)時(shí)間相差較大，相對于瓶頸工序，一些工序的能力存在過?，F(xiàn)象。如果能將各工序的作業(yè)時(shí)間均衡，且減少過剩的生產(chǎn)能力，生產(chǎn)效率自然會(huì)提高。

1.2 改善前各瓶頸工序的MOD分析

根據(jù)鋼筋下料作業(yè)線的實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)狀，運(yùn)用MOD法對工序1和工序18分別進(jìn)行分析。

(1)對于工序1，作業(yè)人員停留位置離鋼材較遠(yuǎn)，需走3步才到，浪費(fèi)了人的操作能力，并且作業(yè)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(dòng)作所消耗的時(shí)間較多，屬于改善動(dòng)作。另外，當(dāng)堆放的鋼筋較多時(shí)，需要伸直大臂才能取到，這也是需要改善的動(dòng)作。整個(gè)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(dòng)作與工序1基本一致，但存在鋼筋堆放雜亂的現(xiàn)象，不利于二次搬運(yùn)。整個(gè)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(jù)作業(yè)人員的現(xiàn)場作業(yè)過程，在CATIA虛擬環(huán)境下對瓶頸工序進(jìn)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(tái)灣地區(qū)的模型進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。圖1為改善前瓶頸工序的現(xiàn)場作業(yè)過程。

圖1 改善前瓶頸工序的現(xiàn)場作業(yè)過程

RULA是分析在一定負(fù)荷下，上肢(包括肩部、手臂、手腕、頸、軀干)運(yùn)動(dòng)的某個(gè)姿態(tài)是否可以接受，并給出該狀態(tài)下有關(guān)人因工程的評價(jià)[16]。RULA中的最終得分(Final Score)即經(jīng)過人因分析后的最后得分。表4為RULA的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。利用CATIA軟件的RULA分析模塊，對改善前后的瓶頸工序進(jìn)行了人因工程評價(jià)，圖2為改善前瓶頸工序的RULA結(jié)果。

表4 RULA評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖2 改善前瓶頸工序的RULA結(jié)果

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

2 改善方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

針對以上問題分析結(jié)果，利用“ECRS”四大原則，結(jié)合動(dòng)作經(jīng)濟(jì)性原則和作業(yè)線平衡理論，運(yùn)用MOD分析技術(shù)對作業(yè)線的瓶頸工序進(jìn)行改善，以減少閑余時(shí)間，提高生產(chǎn)能力。

2.1 工序1的改善方案設(shè)計(jì)

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

取消步行至成品鋼筋存放點(diǎn)并彎腰放置的動(dòng)作，改為設(shè)置一周轉(zhuǎn)箱，靠近作業(yè)人員的操作位置，且周轉(zhuǎn)箱的高度與GW40型號鋼筋彎曲機(jī)的加工平臺(tái)一致，從而節(jié)約了走路、彎腰所消耗的工時(shí)。改善后整個(gè)操作的模特分析式見表6。實(shí)施效果表明，完成這一操作所消耗的時(shí)間由原來的39 MOD值降低到現(xiàn)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(jià)

經(jīng)過改善，作業(yè)線的工位數(shù)沒有改變，各工序的操作人員人數(shù)也沒有改變，但是瓶頸工序的工時(shí)以及平衡率都有了明顯的變化，瓶頸工序的工時(shí)降低了7.30 s，平衡率增加了22.33%。改善前后該作業(yè)線的性能參數(shù)見表7。圖3為改善后瓶頸工序的現(xiàn)場作業(yè)過程，圖4為改善后瓶頸工序的RULA結(jié)果。

表7 改善前后作業(yè)線的性能參數(shù)

圖3 改善后瓶頸工序的現(xiàn)場作業(yè)過程

圖4 改善后瓶頸工序的RULA結(jié)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(jìn)后的方案是可接受的。

4 結(jié) 論

通過對人員作業(yè)進(jìn)行定性的動(dòng)作分析、優(yōu)化，來提高生產(chǎn)效率、滿足人員作業(yè)的舒適度是比較容易實(shí)現(xiàn)的。針對難以通過定量的動(dòng)作分析和優(yōu)化來提高生產(chǎn)效率和作業(yè)舒適度的問題，以及鋼筋下料作業(yè)線不均衡的現(xiàn)象，運(yùn)用預(yù)定動(dòng)作時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)中的MOD法分析加工作業(yè)線上各瓶頸工序，結(jié)合ECRS和動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則對其瓶頸工序進(jìn)行改善，并利用CATIA軟件對改進(jìn)前后的作業(yè)過程進(jìn)行人因工程分析。結(jié)果表明，瓶頸工序的工時(shí)顯著降低，工序作業(yè)線平衡性有極大提高，且改進(jìn)后的方案能極大改善作業(yè)人員的操作舒適性，具有很好的實(shí)用性。

[1]柏才行, 孟遂民, 何嬌嬌. 一種多功能鋼筋彎曲機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 三峽大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版, 2012, 34(4)： 72- 76．

[2]藍(lán)溢昌. 金屬結(jié)構(gòu)線性材料的一種合理下料法[J]. 水利水電技術(shù), 1980(5)： 53- 55．

[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．

[4]TINOCO H A, OVALLE A M, VARGAS C A, et al. An automated time and hand motion analysis based on planar motion capture extended to a virtual environment[J]. Journal of Industrial Engineering International, 2015, 11(3): 391- 402．

[5]KLIPPERT J, GUDEHUS T, ZICK J. A software-based method for ergonomic posture assessment in automotive preproduction planning: Concordance and difference in using software and personal observation for assessments[J]. Human Factors & Ergonomics in Manufacturing & Service Industries, 2012, 22(2): 156- 175.

[6]孔祥芬, 王曉貝, 陸佳愷. 動(dòng)作分析方法在民航值機(jī)中的應(yīng)用[J]. 工業(yè)工程, 2015, 18(2)： 115- 120．

[7]楊愛萍, 張欣, 程光, 等. 基于VICON和JACK的家具結(jié)構(gòu)工效仿真[J]. 工業(yè)工程與管理, 2013, 18(2)： 136- 140．

[8]高廣章. 達(dá)寶易軟件在生產(chǎn)線平衡中的應(yīng)用[J]. 工業(yè)工程與管理, 2009, 14(3): 123- 126．

[9]楊德欽. 施工與管理研究的拓展——初論施工工效學(xué)[J]. 建筑經(jīng)濟(jì), 2006(10): 54- 57．

[10]郭伏, 張國民. 工作研究在流水線平整中的應(yīng)用[J]. 工業(yè)工程與管理, 2005, 10(2): 120- 124．

[11]李希龍, 李水生, 王正清, 等. 水電工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)仿真探討[J]. 水利水電技術(shù), 2013, 44(8): 63- 66．

[12]陳勇, 吳國獻(xiàn), 趙忠明. 基于CATIA的人員作業(yè)仿真建模、人因分析與優(yōu)化[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2009, 21(14): 4540- 4545, 4553．

[13]羅振壁, 朱立強(qiáng). 工業(yè)工程導(dǎo)論[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005．

[14]白東哲. 生產(chǎn)系統(tǒng)工業(yè)研究[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004．

[15]賈大龍. 應(yīng)用工業(yè)工程[M]. 北京: 兵器工業(yè)出版社, 1993．

[16]張立博, 袁修干. 飛機(jī)維修活動(dòng)中的快速上肢評價(jià)[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 14(7): 34- 37．

(責(zé)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