基于產(chǎn)品批量生產(chǎn)的標準工時測量

張 峰, 殷秀清

(山東理工大學 商學院， 山東 淄博 255012)

在經(jīng)濟全球化背景下，市場對產(chǎn)品的需求更加趨向于高質(zhì)量、個性化，致使制造業(yè)向多品種、小批量式生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變.國內(nèi)的制造業(yè)水平與國外相比，在成本與效率管理、產(chǎn)品附加值、產(chǎn)品經(jīng)濟效益等方面都存在著較大的差異.同時，面臨人力成本與原材料價格不斷提升的困境.為強化企業(yè)資源利用，提升企業(yè)市場競爭力，越來越多的企業(yè)學習精益生產(chǎn)模式，以導入工業(yè)工程的渠道實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的作業(yè)優(yōu)化.IE(industrial engineering)的作業(yè)模式是以對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工時測量與標準化為基礎，進而發(fā)現(xiàn)改善空間，消除瓶頸.在實際作業(yè)中，通過計算機輔助工藝規(guī)劃系統(tǒng)可有效測得機械加工時間，而人工操作受到人的主觀因素影響，存在較大隨機性，其測量方法有模特法、工作因素法等，測量方法和修正誤差制定不良時，易導致企業(yè)生產(chǎn)能力與生產(chǎn)成本無法正確核算，進而影響生產(chǎn)技術(shù)改進等，難以做到精益化作業(yè).

目前國內(nèi)外部分學者對標準時間進行了研究，但主要集中在原有方法的理論層面，缺乏結(jié)合具體企業(yè)實際作業(yè)情況，采取靈活的制定方式.Philip Bohle等[1]利用調(diào)查問卷的形式，對不同人員的就業(yè)種類、作業(yè)時間和健康狀況進行了統(tǒng)計分析，對標準作業(yè)時間做出了闡述；Rafael Sánchez[2]論述了企業(yè)標準時間的制定與就業(yè)率增減之間的關系，并提出通過有效的相關政策可提升就業(yè)率；Ronald B. Davies等[3]運用面板數(shù)據(jù)對多個國家的企業(yè)進行分析，發(fā)現(xiàn)眾多企業(yè)利用放寬標準工時的策略以吸引員工.國內(nèi)的羅文德等[4]通過研究工時數(shù)據(jù)，構(gòu)建了聚類分析模型和統(tǒng)計分析模型，將工時進行分布統(tǒng)計，確定出標準工時；王疆等[5]利用秒表測試法統(tǒng)計各生產(chǎn)線的作業(yè)時間，分析瓶頸環(huán)節(jié)，使用ECRS等方法進行作業(yè)改善；董艾丹等[6]構(gòu)建各加工工序的標準時間數(shù)據(jù)庫，提出加工工序管理信息模型，解決了生產(chǎn)成本控制問題.標準時間是進行現(xiàn)場改善的依據(jù)，但均未突破時間測量與標準時間制定的原有方法，在此，通過對現(xiàn)有理論及方法進行分析，構(gòu)建基于產(chǎn)品批量生產(chǎn)的標準工時測定模型，為標準工時的測定與應用提供理論依據(jù).

1 傳統(tǒng)標準工時量測方法

標準工時是指標準的作業(yè)條件下，用合適的操作方式，以普通熟練工人的正常速度完成測定工序所需要的人工時間，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[7].傳統(tǒng)標準工時的測定方法有秒表時間測定、標準資料法和預定動作時間標準法等，國內(nèi)以秒表測時法應用較廣，部分企業(yè)使用MTM(Methods Time Measurement)法和MOST(Maynard Operation Sequence Technique)法等.

圖1 標準工時構(gòu)成

1.1 秒表測時法

通常秒表測時適用于重復作業(yè)的環(huán)節(jié)時間測定，采用密集性抽樣的方式，對生產(chǎn)過程中的工序進行研究[8].如圖2所示，使用秒表測時方法制定標準工時需要按照科學的操作程序，在觀測者與被觀測者間建立良好的合作關系，確保數(shù)據(jù)的準確性.

圖2 秒表測時法制定標準工時流程

秒表測時法是以對作業(yè)資料的充分獲取為前提，進而劃分出界限清晰、長短適宜的操作單元.由于秒表測時采取抽樣觀測，依據(jù)所需樣本容量確定觀測次數(shù)，其中在測時時，必然會有異常值影響計算結(jié)果，須踢出異常值后計算正常工時.各企業(yè)結(jié)合自身實際情況，確定作業(yè)人員的寬放率，得到寬放時間，最終依據(jù)相關計算方法獲取標準工時.標準工時計算公式如下：

(1)

SLT=NH+WRH=ST·α·(1+β)

(2)

式中：β表示寬放率；zi包括一般寬放和特殊寬放，該指標需依據(jù)各企業(yè)實際情況而定；SLT指標準工時；NH指正常工時；WRH指寬放時間；ST表示規(guī)測時間；α表示評定系數(shù).

1.2 MOST法

MOST法是通過對MTM法的修改，把動作分為一般動作、控制動作和使用工具動作三個大類，并進一步細分為手的動作、手指動作、裝配動作等，得到比較可靠準確的科學時間分析法[9].應用MOST法進行制定標準工時，以TMU(Time Measurement Unit)作為基本單位，其基本換算為1TMU=0.00001h=0.0006min=0.036s

定義1 普通動作包括拿、取、放，無運動軌跡無限制.

(3)

式中：A為動作距離；B為身體動作；G為控制；P為定位

定義2 控制動作指物體的移動受到一定的約束，且該約束至少來自一個方向.

(4)

式中：M為受控移動；X為工時；I為對準，移動且控制方向.

定義3 使用工具動作是前兩者的組合，指一般動作與受控動作的特定組合.

(5)

工具使用參數(shù)U：F為擰緊；L為松開；C為切；S為表面處理；M為檢測；R為記錄；T為思考.

綜上，傳統(tǒng)的標準工時測定方法需遵循規(guī)定的程序?qū)ιa(chǎn)系統(tǒng)各工序進行時間測量，考慮到現(xiàn)階段制造型企業(yè)人員流動性強，市場產(chǎn)品需求變化率高的特點，按照原有的工時測量難以快速響應市場需求，且測時成本較高.分析批量生產(chǎn)的狀態(tài)下，通過對標準工時的有效測定，提升生產(chǎn)系統(tǒng)運作效率.

1.3 學習曲線

美國學者T. P. Wright等[10]提出了描述生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)熟練性的學習曲線，即隨著產(chǎn)品累計產(chǎn)量的不斷增加，所需時間和成本逐漸降低，最終產(chǎn)品數(shù)量達到一定值時，時間和成本趨于穩(wěn)定.眾多學者利用學習曲線對動態(tài)工時定額進行研究，例如周占峰等[11]利用學習曲線設計了計算機輔助動態(tài)工時定額系統(tǒng).學習曲線數(shù)學模型為

y=ax-b

(6)

式中:y指需求工時;x指產(chǎn)品產(chǎn)量;a為第一件產(chǎn)品生產(chǎn)所需時間;b員工操作熟練度系數(shù).

單件小批量生產(chǎn)模式下，可抽取工時數(shù)據(jù)(x1,y1)與(x2,y2)，利用公式(6)可計算

(7)

批量生產(chǎn)時，假設批量為m，則第一次批量生產(chǎn)平均工時為

(8)

同理可求出第二次批量生產(chǎn)平均工時，以此類推，第次批量生產(chǎn)時平均工時為：

(n=2,3,…)

(9)

標準工時的制定有多種方法，但是秒表測時法、MOST法多以單件產(chǎn)品生產(chǎn)標準工時測定為主，在此基礎上推算批量生產(chǎn)標準工時.學習曲線是批量生產(chǎn)下測定標準工時的有效方法，被廣泛應用到制造型企業(yè)，但是該方法需要統(tǒng)計并分析大量數(shù)據(jù)，操作較為繁瑣.為此本文在考慮批量因素的基礎上，提出了便于操作的測定批量生產(chǎn)標準工時測定方法.

2 批量生產(chǎn)標準工時測定建模

2.1 概念界定

對于批量生產(chǎn)條件下的工時測定，需要將整個生產(chǎn)線視為一個系統(tǒng)，考慮該系統(tǒng)的整體作業(yè)時間，其易造成與生產(chǎn)節(jié)拍的混淆.生產(chǎn)節(jié)拍指先后出產(chǎn)兩件制品的時間間隔，節(jié)拍值大小反映流水作業(yè)效率或者生產(chǎn)率的高低，同時也表明生產(chǎn)中每件產(chǎn)品的加工時間上限，計算公式如下：

(10)

(11)

依據(jù)上述分析，節(jié)拍屬于計劃值，即無法單純通過測量時間而測定，其值大小由計劃產(chǎn)出產(chǎn)品數(shù)量Q和計劃期內(nèi)有效生產(chǎn)時間T決定，在產(chǎn)品生產(chǎn)之前可依據(jù)原有數(shù)據(jù)及經(jīng)驗取得.而批量生產(chǎn)標準時間屬于標準時間范疇，雖需要統(tǒng)計數(shù)據(jù)后運用公式計算而得，但數(shù)據(jù)須來源于現(xiàn)場作業(yè)測定.因此，本文定義批量生產(chǎn)標準工時為：在標準作業(yè)環(huán)境下，每批產(chǎn)品加工完畢所需要的時間標準.

2.2 批量生產(chǎn)標準工時測定模型

不同的系統(tǒng)在不同的約束條件下，需選取合適的標準工時測定模型，依據(jù)統(tǒng)計時間求解最終值.現(xiàn)階段企業(yè)為節(jié)省換線時間，減少換線次數(shù)，即在一定時間段內(nèi)生產(chǎn)同種類產(chǎn)品，本文結(jié)合現(xiàn)階段企業(yè)標準工時應用情況，提出無產(chǎn)品種類約束、有約束條件批量生產(chǎn)標準工時測定模型：

模型1(無產(chǎn)品種類約束)：假設批量生產(chǎn)前提下，通過作業(yè)流程分析等可查找出生產(chǎn)線瓶頸，則此時可利用模型為

(12)

由假設條件可知，此模型適用于產(chǎn)品批量生產(chǎn)、瓶頸工序明顯、且易測得標準工時的情況.模型1的執(zhí)行中，如果配料容易，可縮短生產(chǎn)線的長度，實行以小線換大線的作業(yè)模式，加快生產(chǎn)速率；瓶頸工站的人員配置需要經(jīng)常輪替，盡量避免因為人工作業(yè)疲勞度上升而導致的效率低下問題.此外，該模型的實施必須以批為單位，準確測時，同時可實施團體激勵制度，提升作業(yè)人員的積極性，保障作業(yè)準確度及效率.

模型2(有種類條件約束)：同為批量生產(chǎn)前提下，生產(chǎn)線生產(chǎn)同種產(chǎn)品，且期間無換線需求，此時可利用模型為

(13)

3 批量生產(chǎn)標準工時測定應用

標準工時的準確度直接影響到生產(chǎn)系統(tǒng)的各個運行環(huán)節(jié)，其合理的測定方法是制造業(yè)進行科學管理的基礎性工作，同時也是最重要的工作.利用測算的有效工時可客觀而準確的實施其它工作，應用范圍廣泛[10]，例如：制定生產(chǎn)計劃；計算人工工時，制定人員計劃；對工作績效和作業(yè)方法進行評價；制定計件工資標準，對生產(chǎn)制造與人力成本進行控制管理；設備及工裝的需求計劃；對顧客的估價與報價；改善績效評價.

在上述應用中，標準工時的并不是固定化的，需要針對作業(yè)模式及人員流動等進行適當變更，做到適時調(diào)整，以符合生產(chǎn)運營的需要.

4 結(jié)束語

本文在論述現(xiàn)階段測定標準工時的秒表法、MOST法、學習曲線等基礎上，考慮批量因素對標準工時測定的影響，提出了無產(chǎn)品種類約束與有種類條件約束的標準工時測定模型.綜合制造業(yè)的整體現(xiàn)狀，對多品種、小批量生產(chǎn)模式下的標準工時測定標準更加嚴格，雖對該問題進行了建模分析，但缺乏實證分析.以上標準工時測定方法已在相關企業(yè)實施應用.企業(yè)可結(jié)合該模型進行融合應用，以實現(xiàn)在批量生產(chǎn)環(huán)境下制定標準工時準確化、快速化，加強企業(yè)的實施精益生產(chǎn)的深度.

[1] Bohle P,Willaby H,Quinlan M,etal.Flexible work in call centres: working hours, work-life conflict & health [J]. Applied Ergonomics,2011, 42(2):219-224.

[2] Sánchez R.Do reductions of standard hours affect employment transitions: evidence from chile [J].Labour Economics,2013,20:24-37.

[3] Davies R B,Vadlamannati K C.A race to the bottom in labor standards an empirical investigation [J]. Journal of Development Economics,2013, 103:1-14.

[4] 羅文德,陳慶新,毛寧，等.基于聚類和統(tǒng)計分析的模具工序標準工時制定方法[J].工業(yè)工程,2013,16(4):126-131.

[5] 王疆,張彥如,王旭.運用IE技術(shù)降低轉(zhuǎn)向節(jié)的標準工時[J]. 機械工程師,2013(5):222-223.

[6] 董艾丹,張健.基于標準工時的產(chǎn)品加工工序管理研究及應用[J].工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育,2011,9(3):18-20.

[7]劉光達.汽車總裝線標準工時制定方法的應用研究[D].北京：北京交通大學, 2012:17-20.

[8] 易樹平,郭伏.基礎工業(yè)工程[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2007.

[9] 馬力,王福林,王奕嬌，等.工作因素法及MOST法在制定標準時間中的應用對比[J].工業(yè)工程,2009,12(3):51-53.

[10] Wright T P. Factors affecting the cost of airplanes[J].Journal of the Aeronautical Sciences,1936,3:122-128.

[11] 周占峰，李濤，閆莉，等.基于學習曲線的計算機輔助動態(tài)工時定額系統(tǒng)研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2006(10)：28-29.