面向大批量定制的MTM在裝配線上的應(yīng)用研究*

郭 晨,魯玉軍,賈江鳴(浙江理工大學(xué) 機械與自動控制學(xué)院，浙江 杭州 310018)

0 引 言

隨著低成本、高質(zhì)量、定制的產(chǎn)品和服務(wù)越來越成為客戶關(guān)心的重點，原有的大批量生產(chǎn)低成本、穩(wěn)定的質(zhì)量、標準化的產(chǎn)品和服務(wù)已無法滿足客戶的個性化需求[1]。企業(yè)根據(jù)客戶提出的個性化需求，分析出客戶需求產(chǎn)品的共性部分和個性部分，利用企業(yè)已有的設(shè)計資源進行產(chǎn)品設(shè)計，設(shè)計產(chǎn)品的同時也要考慮到生產(chǎn)和裝配的效率問題，這就要求企業(yè)既要滿足客戶的個性化需求，又要提高生產(chǎn)率，而制約產(chǎn)品生產(chǎn)效率的一個重要因素是標準工時的制定。

本研究通過使用“方法-時間-測量-通用系統(tǒng)”(method-time-measurement universal analysis system，MTM-UAS)方法對大批量定制的產(chǎn)品進行動作分析，對時間進行模塊化劃分，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、響應(yīng)速度。

1 MTM研究背景與現(xiàn)狀

1.1 動作時間分析

19世紀80～90年代，泰勒和吉爾布雷斯夫婦[2]發(fā)起動作和時間研究,將人的動作劃分為17個動作單元，形成了MTM基本動作的前身；美國人西格[3]將時間研究和動作研究相結(jié)合提出了動作時間分析法；美國學(xué)者H.B梅那德等人[4]開發(fā)了MTM基本方法(MTM-1)，對MTM方法基本原理進行了總結(jié)；1957年MTM標準成為國際標準，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用[5]；1962年德國MTM協(xié)會成立并致力于MTM的推廣應(yīng)用和研究，協(xié)助企業(yè)培訓(xùn)專業(yè)人才并提供咨詢服務(wù)[6]；1970年以后，預(yù)定時間標準系統(tǒng)結(jié)合計算機使用，走向了另一個歷史里程碑。

國內(nèi)也對MTM進行了研究。張明應(yīng)用MTM方法計算F-Zeit,并根據(jù)F-Zeit進行節(jié)拍平衡，制定了標準化作業(yè)；陳平等人[7]提出將MTM-USA法和虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，利用該方法對人機、工藝流程、設(shè)備及工位場地布置等三方面進行標準化，投產(chǎn)前評估出理論標準工時；嚴駿[8]則提出時間數(shù)據(jù)壓縮方法,建立了一套基于MTM-UAS預(yù)定時間系統(tǒng)；邱駕云[9]運用MTM理論對不必要的動作進行優(yōu)化，消除動作瓶頸，提高了生產(chǎn)效率；周振綱[10]用MTM-1方法對噴油器裝配線瓶頸工位進行改善，降低節(jié)拍時間，提高生產(chǎn)線的效率?，F(xiàn)在MTM-UAS方法在企業(yè)中常用的預(yù)訂時間法包括工作因素法、方法時間測量和模特法。

時間分析法的類別如圖1所示。

圖1 時間分析法的類別

1.2 大批量定制原理及應(yīng)用

大批量定制是一種集企業(yè)、客戶、供應(yīng)商和環(huán)境等于一體，以大批量生產(chǎn)的成本、高質(zhì)量和高效率提供定制產(chǎn)品和服務(wù)的生產(chǎn)方式。裝配工時模塊的重用性是提高生產(chǎn)效率的必然要求[11]，利用大批量定制的重用性原理可以幫助企業(yè)合理的重復(fù)利用已有裝配工時數(shù)據(jù)以及工時模塊[12]，從而不必再利用MTM-UAS重復(fù)分析操作工的相似或相同的動作單元。

1.3 MTM-UAS的概念及發(fā)展

在實施標準化作業(yè)過程中，MTM是對操作動作內(nèi)容時間評估的一個重要工具。MTM法是一種將動作流程分解成基本動作的方法。每個基本動作都有規(guī)定的時間值，時間值的大小是通過所考慮的影響因素來預(yù)先確定[13]。

UAS通用分析系統(tǒng)是用于組織、計劃和描述人工可影響的操作流程的工具，并根據(jù)完成操作所需要方法確定時間。

UAS方法包括7個基本操作：夠取和放置、放置、使用輔助工具、啟動操作、動作循環(huán)、身體動作，視力控制。

MTM-UAS時值卡如表1所示。

2 某公司裝配生產(chǎn)線現(xiàn)狀

某公司主要產(chǎn)品是電動工具，采用大批量生產(chǎn)的方式進行生產(chǎn)，根據(jù)市場預(yù)測提前對各類產(chǎn)品進行備貨，工業(yè)工程師運用MTM-UAS方法對操作動作進行分析，然后對工人動作及工位環(huán)境進行改善。

運用MTM-UAS法對產(chǎn)品A的工位2進行動作分析，分析結(jié)果如表2所示。

不同的產(chǎn)品在不同裝配線上進行裝配時，使用MTM-UAS方法對工序進行動作時間研究，但該方法會對相似或者相同的零部件重復(fù)分析，并且操作過程動作的劃分過細，以致該方法使用過于繁瑣、分析效率太低，既加大了規(guī)劃員和工業(yè)工程師的工作量，也增加了在實際使用中由于判斷量過多造成的分析失誤的可能。

表1 MTM-UAS時值卡

注：表頭中數(shù)字1-動作長度小于或等于20 cm；數(shù)字2-動作長度范圍20 cm～50 cm(含)；數(shù)字3-50 cm～80 cm(含)

表2 STO2工時分析

3 大批量定制的MTM在裝配生產(chǎn)線上的應(yīng)用

本研究針對以上問題，提出改善措施，將企業(yè)原有的大批量生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變成按訂單裝配的生產(chǎn)方式。按訂單裝配的定制產(chǎn)品通常具有通用或相似零部件，不同的作業(yè)實際上都是由一些基本操作按一定順序組合而成的。根據(jù)這個特點，將這些順序組合成基本模塊，存儲在模塊庫中。

大批量定制與MTM在制定裝配工時上的應(yīng)用思路如圖2所示。

圖2 大批量定制與MTM在裝配工時上的應(yīng)用思路

如圖2所示，接到新訂單后，分析出產(chǎn)品的共性部分和個性部分，共性部分查看模塊庫，個性部分重新進行動作分析，從而計算出每個產(chǎn)品的欲裝配時間，從而提高產(chǎn)品的響應(yīng)速度。

本研究對表2中的動作重新分析，將表2中序號6、7項進行合并，并命名為固定鋁頭。

固定鋁頭工時分析如表3所示。

本研究將序號11、12、13、14、15、16、17項進行合并，并命名為安裝風(fēng)扇、軸承、小齒；這兩個動作組合模塊經(jīng)常出現(xiàn)在其他產(chǎn)品中，因此將這兩個組合模塊放入模塊庫中。

安裝風(fēng)扇、軸承、小齒工時分析如表4所示。

表3 固定鋁頭工時分析

表4 安裝風(fēng)扇、軸承、小齒工時分析

現(xiàn)公司生產(chǎn)產(chǎn)品A批量100個，產(chǎn)線14個工位，節(jié)拍時間25 s；產(chǎn)品B批量300個，產(chǎn)線8個工位，節(jié)拍時間20 s；產(chǎn)品C批量400個，產(chǎn)線10個工位，節(jié)拍時間28 s；產(chǎn)品D批量600個，產(chǎn)線12個工位，節(jié)拍時間30 s；產(chǎn)品E批量1 000個，產(chǎn)線15個工位，節(jié)拍時間36 s。MTM工程師拍攝視頻時使每個工位延遲2 min，期間開早會10 min，工作前準備20 min，吃飯40 min，其他中斷時間30 min。

按照原來方法分析產(chǎn)品的種類、產(chǎn)量、節(jié)拍時間、產(chǎn)線工位個數(shù)和MTM工程師導(dǎo)致的延遲時間，各類產(chǎn)品對應(yīng)的工位、產(chǎn)量等情況如表5所示。

表5 各類產(chǎn)品對應(yīng)的工位、產(chǎn)量等情況

生產(chǎn)效率為：

(1)

式中：P—生產(chǎn)效率；nj—產(chǎn)品的產(chǎn)量，i=A,B,C,D……；CTi—節(jié)拍時間，i=1,2,3……；Tk—寬放時間。

將上述表5內(nèi)的數(shù)據(jù)代入公式(1)得到：

P=(25×100+20×300+28×400+30×600+36×1 000)÷(14×2×60+8×2×60+10×2×60+12×2×60+15×2×60+10×60+20×60+40×60+25×100+20×300+28×400+30×600+36×1 000)×100%=73 700÷(11 280+73 700)=86.73%

本研究利用面向大批量定制的MTM方法對以上情況進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，該方法減少了MTM工程師的重復(fù)分析，產(chǎn)品A減少了6次，產(chǎn)品B減少了4次，產(chǎn)品C減少了3次，產(chǎn)品D減少了5次，產(chǎn)品E減少了6次，有效提高了工作效率。

各類產(chǎn)品對應(yīng)的工位、產(chǎn)量等情況分析結(jié)果，如表6所示。

表6 各類產(chǎn)品對應(yīng)的工位、產(chǎn)量等情況

本研究將上述表6內(nèi)的數(shù)據(jù)代入式(1)，可以得

到改善后生產(chǎn)效率：

P=(25×100+20×300+28×400+30×600+36×1 000)÷(8×2×60+4×2×60+7×2×60+7×2×60+9×2×60+10×60+20×60+40×60+25×100+20×300+28×400+30×600+36×1 000)×100%=73 700÷(4 200+73 700)×100%=94.61%

由此可見，通過改善節(jié)約了MTM工程師時間48 min，提高了其工作效率，裝配線的生產(chǎn)效率由原來的86.73%提高到94.61%。具體改善前、后MTM工程師導(dǎo)致的延誤時間和生產(chǎn)效率的對比結(jié)果，如表7所示。

表7 改善前、后MTM工程師導(dǎo)致的延誤時間和生產(chǎn)效率的對比

4 結(jié)束語

本研究在原有的MTM-UAS法在裝配線上應(yīng)用的基礎(chǔ)上進行改善，利用大批量定制的模塊化原理，從大批量定制的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中選擇出相似或者相同的零部件，筆者利用MTM-UAS方法對該零部件進行動作時間分析，將其分析結(jié)果作為模塊存儲在模塊庫中。

研究結(jié)果表明：該方法可節(jié)約工程師對其他產(chǎn)品中相似或者相同零部件的分析時間達48 min，生產(chǎn)效率可提升8.12%。

由于分析效率較低、不同熟練程度的動作時間不同，本研究結(jié)果存在一定誤差。在下一階段，本研究將對所有產(chǎn)品進行模塊化分析，分析出工時模塊，建立完整的模塊庫并加以進一步完善，將其作為一個分析工時的平臺。

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