摘 要：豐田佐吉通過(guò)對(duì)織布機(jī)的自動(dòng)停止功能的改進(jìn)，使一個(gè)紡織工人操作多臺(tái)織布機(jī)，提高了生產(chǎn)效率。人機(jī)分離技術(shù)起源于豐田織布機(jī)的自動(dòng)化技術(shù)，是低成本提高生產(chǎn)效率的有效途徑。

關(guān)鍵詞：人機(jī)分離、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)組合、成本、重復(fù)利用率

1引言

蘇州華旃地處長(zhǎng)三角，其人力資源形勢(shì)的日趨緊張。設(shè)備代人已成為必然選擇。我司前期進(jìn)行了大量的自動(dòng)化投入，產(chǎn)品多品種、小批量、短周期生產(chǎn)的特點(diǎn)導(dǎo)致部分設(shè)備投入成本無(wú)法收回。本文是基于成本研究不同分離度的設(shè)備在單元線設(shè)計(jì)上的應(yīng)用問(wèn)題。

2人機(jī)分離

精益生產(chǎn)有兩大支柱，即：準(zhǔn)時(shí)化和自動(dòng)化。其中，自動(dòng)化起源于1890年豐田佐吉對(duì)織布機(jī)的斷絲自動(dòng)停機(jī)技術(shù)改進(jìn)，逐步演化而來(lái)。人機(jī)分離則是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要方式。

2.1什么是人機(jī)分離

當(dāng)設(shè)備在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，人可以離開，去操作另一設(shè)備或做其他工作，即人機(jī)分離。

2.2人機(jī)分離程度

人機(jī)分離程度劃分為A、B、C、D 4個(gè)等級(jí)，其中A等級(jí)分離程度最高，B至D依次降低：

①機(jī)器自身不能停止，需要人將機(jī)器停在恰當(dāng)?shù)奈恢?，不?shí)行分離;

②機(jī)器可以自動(dòng)停在恰當(dāng)?shù)奈恢茫蛛x程度最低;

③機(jī)器完成一個(gè)循環(huán)后停止，屬于D等級(jí)，為豐田常用等級(jí);

④機(jī)器完成一個(gè)循環(huán)并由機(jī)器取下工件后停止，屬于C等級(jí);

⑤機(jī)器完成一個(gè)循環(huán)、機(jī)器取下工件、安裝工件、啟動(dòng)后停止，屬于B等級(jí);

⑥機(jī)器完成一個(gè)循環(huán)、機(jī)器取下工件、安裝工件、起動(dòng)機(jī)器并可以投料、搬運(yùn)，屬于A等級(jí)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作。

2.3人機(jī)分離成本

在進(jìn)行工序動(dòng)作設(shè)計(jì)時(shí)，如不注重分離度與單元線節(jié)拍、作業(yè)組合的銜接，僅追求較高的人機(jī)分離程度（或水平），會(huì)導(dǎo)致設(shè)備投入成本提供、利用率減低。比如幾道工序一起實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，看似生產(chǎn)效率提升，實(shí)則設(shè)備做成了專用設(shè)備。專用設(shè)備有兩大缺陷：一是成本投入高，二是生產(chǎn)柔性低，設(shè)備的重復(fù)利用率低。基于多品種、小批量、短周期的生產(chǎn)要求，大部分產(chǎn)品在未收回設(shè)備投入成本時(shí)生命周期就可能結(jié)束。比如：5M半自動(dòng)生產(chǎn)線因人機(jī)分離度相對(duì)較低，設(shè)備經(jīng)改造后已可用于其他產(chǎn)品生產(chǎn)，重復(fù)利用率相對(duì)較高。如圖1所示，為設(shè)備人機(jī)分離度與成本（重復(fù)利用率）關(guān)系。

2.4人機(jī)分離方式

1）為實(shí)現(xiàn)人機(jī)工作的分離，重點(diǎn)考慮：

a.按節(jié)拍策劃分離改進(jìn)，不過(guò)度提高分離度;

b.監(jiān)視和保持不增值動(dòng)作盡量自動(dòng)化，釋放人工。

2）在實(shí)現(xiàn)人機(jī)工作分離時(shí)要權(quán)衡投資和效果的關(guān)系，為控制成本，須考慮：

a.優(yōu)先采用人機(jī)分離程度D等級(jí);

b.只對(duì)有問(wèn)題的部分實(shí)施自動(dòng)化。

3單元線設(shè)計(jì)

蘇州華旃推進(jìn)精益生產(chǎn)以來(lái)，一直將生產(chǎn)線單元化改造作為提升生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，改善過(guò)程良率的主要途徑。

3.1單元線定義

精益單元線是將生產(chǎn)全過(guò)程的設(shè)備、工位納入到一個(gè)生產(chǎn)單元，以生產(chǎn)節(jié)拍為前提，基于 “50s黃金法則”，通過(guò)提升線平衡率來(lái)實(shí)現(xiàn)單元線內(nèi)部單件流的快速流動(dòng)[1]。

3.2單元線設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)少人化，提升生產(chǎn)效率，基于“50s黃金法則”將產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間拉長(zhǎng)。在50s作業(yè)周期內(nèi)進(jìn)行工序動(dòng)作和人機(jī)分離的工裝、設(shè)備聯(lián)合設(shè)計(jì)。

1）作業(yè)組合設(shè)計(jì)

如圖1，D等級(jí)分離度成本相對(duì)較低，重復(fù)利用率較高。因此，可在單元線工序設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。具體應(yīng)用方式：人工卸料（上一循環(huán)周期）、上料起動(dòng)設(shè)備后，做其他工作，設(shè)備自動(dòng)完成一個(gè)循環(huán)動(dòng)作后停止。

依人機(jī)分離原理，對(duì)加工裝配工序的工裝、設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)手扳沖床等低分離度的工裝、設(shè)備，按需進(jìn)行改造。同時(shí)，基于工裝設(shè)計(jì)思路，評(píng)估每一個(gè)作業(yè)動(dòng)作的時(shí)間和工裝、設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的時(shí)間的匹配度（如圖2）。當(dāng)人工成本高于設(shè)備成本時(shí)，設(shè)備等人;當(dāng)人工成本低于設(shè)備成本時(shí)，需人等設(shè)備。

2）線平衡優(yōu)化

人機(jī)分離設(shè)計(jì)的過(guò)程，特別是在決定給現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造前，必須充分評(píng)估線平衡。即：需要考慮整條線的綜合作業(yè)時(shí)間。設(shè)備作業(yè)時(shí)間不是越快越好（快了浪費(fèi)，慢了成為瓶頸），同時(shí)，在工序動(dòng)作、工裝設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮整體工序間的平衡。每個(gè)工站的作業(yè)時(shí)間應(yīng)當(dāng)小于且無(wú)限接近節(jié)拍時(shí)間。線平衡改善的過(guò)程中除“取消、合并、簡(jiǎn)化、重排（ECRS）”等IE經(jīng)典技術(shù)的應(yīng)用外，在考慮線平衡基礎(chǔ)上，充分運(yùn)用人機(jī)分離技術(shù)，利用盡量少的成本投入，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升。

4人機(jī)分離技術(shù)推廣

人機(jī)分離技術(shù)不僅能在單元線的設(shè)計(jì)上有所應(yīng)用，在其他通用工序也能起到提升效率的作用，可以廣泛應(yīng)用。

4.1人機(jī)分離的優(yōu)勢(shì)

在產(chǎn)品單元化改進(jìn)中應(yīng)用了人機(jī)分離技術(shù)，UPPH提升了70%以上，其中人機(jī)分離貢獻(xiàn)度超30%。具體原因是：未經(jīng)過(guò)動(dòng)作設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線，作業(yè)人員既使操作設(shè)備有一點(diǎn)空閑時(shí)間，因沒有系統(tǒng)地策劃、未規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，未被充分利用，導(dǎo)致等待浪費(fèi)。比如，絕緣耐壓測(cè)試期間，作業(yè)人員的等待浪費(fèi);手扳沖床壓配產(chǎn)品時(shí)，作業(yè)員的一只手需要不停地操作手板沖床手柄，停頓時(shí)間均自5s以內(nèi)。

人機(jī)分離技術(shù)，就是通過(guò)針對(duì)作業(yè)人員的碎片化時(shí)間通過(guò)各種小的改進(jìn)，使人員作業(yè)與設(shè)備作業(yè)相分離，使碎片化的時(shí)間得以整合，并安排其他作業(yè)動(dòng)作。進(jìn)而減少等待浪費(fèi)，提高人員利用率，提升生產(chǎn)效率。

4.2人機(jī)分離的選擇

豐田為什么常用D等級(jí)的人機(jī)分離？而不是導(dǎo)入全自動(dòng)化的生產(chǎn)線？原因是豐田需要柔性化的生產(chǎn)線。全自動(dòng)生產(chǎn)線雖然人機(jī)分離等級(jí)高，生產(chǎn)效率高，但無(wú)法適應(yīng)多品種、小批量、短周期的產(chǎn)品生產(chǎn)需求。隨著市場(chǎng)的變化，不論是汽車還是其他工業(yè)產(chǎn)品，其生命周期越來(lái)越短、種類越來(lái)越多、批量越來(lái)越小。因此，豐田選擇D等級(jí)的人機(jī)分離。這既是改善成本的需要，也是鍛煉改善團(tuán)隊(duì)的需要。

一名合格的工程師，如果把改善的任務(wù)寄托在購(gòu)買一臺(tái)設(shè)備，或請(qǐng)自動(dòng)化部門投入一臺(tái)全自動(dòng)化的專用設(shè)備上。那該工程師就不是一名合格的工程師。他把思考的過(guò)程丟給了別人，只想動(dòng)“口袋”，不想動(dòng)“腦袋”解決問(wèn)題。這對(duì)工程師自身而言，能力得不到提高，對(duì)企業(yè)而言，工程師團(tuán)隊(duì)也沒得到較好的鍛煉。只是投入了無(wú)法回收的成本，而專用設(shè)備使用一段時(shí)間后也因無(wú)法重復(fù)利用而閑置（如圖13）。

4.3人機(jī)分離的實(shí)施

人機(jī)分離技術(shù)既能運(yùn)用于新產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)，也可應(yīng)用于對(duì)現(xiàn)有工藝過(guò)程的改進(jìn)。

1）設(shè)備微改造

對(duì)現(xiàn)有裝配加工設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)停止功能改造：以人手為動(dòng)力源的手扳沖床等需組織更換成氣缸或電缸式壓鉚設(shè)備，熱縮管熱縮替代等（如圖14-15）。同時(shí)，以民品車間為對(duì)象，針對(duì)所有非單元線產(chǎn)品，將單線生產(chǎn)節(jié)拍拉長(zhǎng)2-4倍（依據(jù)產(chǎn)品復(fù)雜程度，多能工培養(yǎng)條件定），進(jìn)行簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)組合，充分利用作業(yè)人員操作設(shè)備的等待時(shí)間。

2）設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化

在進(jìn)行舊通用設(shè)備改造的同時(shí)，結(jié)合設(shè)備分類進(jìn)行模塊化、柔性化設(shè)計(jì)。比如：激光標(biāo)刻、CCD檢測(cè)、壓配工裝、點(diǎn)膠工裝、性能測(cè)試等。人機(jī)分離的柔性化需依托工裝設(shè)備的模塊化、柔性化。即：設(shè)計(jì)好通用化的模架，電控裝置的同時(shí)，對(duì)于不通用的上下模部分，制定標(biāo)準(zhǔn)化接口。產(chǎn)品換型時(shí)，更換上下模具，調(diào)試電控程序即可。

3）人機(jī)作業(yè)組合

隨著分離度的提高，人員空閑時(shí)間隨之增加?？煽紤]一人多機(jī)，機(jī)臺(tái)數(shù)量測(cè)算依據(jù)公式（1）：

N：工人可操作的機(jī)器數(shù)量

L：人工有效工作時(shí)間

M：機(jī)器工作時(shí)間

W：工人從一臺(tái)機(jī)器走到另一臺(tái)機(jī)器的時(shí)間

5結(jié)論

人機(jī)分離技術(shù)起源于豐田佐吉的織布機(jī)斷絲自動(dòng)停機(jī)技術(shù)。其中D等級(jí)的分離度因投入成本低，改善收益明顯。我司前期經(jīng)過(guò)單元改進(jìn)的生產(chǎn)線，運(yùn)用了人機(jī)分離技術(shù)后，在成本投入較小的情況下，生產(chǎn)效率取得了30%以上的提升。然而高度全自動(dòng)化仍是工藝人員的首選，因此，低成本的人機(jī)分離技術(shù)應(yīng)當(dāng)成為多品種、小批量、短周期產(chǎn)品效率提升的關(guān)鍵技術(shù)加以推廣運(yùn)用。以期在低成本投入的前提下，配合設(shè)備（工裝）標(biāo)準(zhǔn)化，在充分進(jìn)行動(dòng)作設(shè)計(jì)，人機(jī)作業(yè)組合分析，節(jié)拍優(yōu)化的基礎(chǔ)上，快速提升生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]王東喬 著，《連接器單元線改造研究》，中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)出版社，2020。