連續(xù)消耗型物料的配送過程優(yōu)化

歐鑒海，何逍遙，王煒婷，倪丹琳

（北京理工大學(xué)珠海學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化學(xué)院，廣東珠海 519088）

0 引言

連續(xù)消耗型物料由于受到空間布局以及時(shí)效性等因素的約束，導(dǎo)致物料配送員的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，超負(fù)荷地勞動(dòng)會(huì)導(dǎo)致疲勞，而重度疲勞會(huì)損害工人的身心健康［1］。針對(duì)這種現(xiàn)狀，選取了某公司的樹脂配送過程進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在配送物料過程路線繁瑣且不固定、配送流程繁雜的問題，配送員勞動(dòng)負(fù)荷度過大。為此，借鑒交通綠波帶原理［2］，對(duì)該公司樹脂配送方案重新設(shè)計(jì)，結(jié)合運(yùn)籌學(xué)的線性規(guī)劃［3］，計(jì)算統(tǒng)一的耗脂時(shí)間，以降低樹脂配送員的勞動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度為目的。

1 研究背景

對(duì)該公司的產(chǎn)品生產(chǎn)過程而言，封裝是非常關(guān)鍵的一道工序。封裝是指利用樹脂在半導(dǎo)體集成電路芯片上澆灌1個(gè)封裝外殼，具有安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用。由于該公司的產(chǎn)品生產(chǎn)方式為24 h不停機(jī)生產(chǎn)，因此以輪班制調(diào)配樹脂配送員上班，8 h為1個(gè)班次。經(jīng)調(diào)查，樹脂配送員1個(gè)班次工作時(shí)間為430 min，工作負(fù)荷度達(dá)到90%。

樹脂配送員上班后，當(dāng)收到機(jī)臺(tái)員工的呼叫，前往機(jī)臺(tái)添加樹脂。根據(jù)公司要求，樹脂配送員每一次添加樹脂后，需更新缸數(shù)記錄表，記錄樹脂添加次數(shù)，更新后再回到樹脂車，前往下一機(jī)臺(tái)。樹脂配送員配送具體流程如表1所示。

表1 配送員配送樹脂流程圖

該公司的某個(gè)封裝樹脂車間內(nèi)有12個(gè)封裝機(jī)臺(tái)，1個(gè)樹脂調(diào)配室，每個(gè)機(jī)臺(tái)消耗樹脂的速率有所不同，機(jī)臺(tái)旁均有標(biāo)準(zhǔn)體積為1 000 mL的樹脂容量瓶，12個(gè)機(jī)臺(tái)共由1名樹脂配送員負(fù)責(zé)配送樹脂。圖1所示為某一時(shí)間段樹脂配送員的配送路徑。由于每次添加完樹脂后，配送員還需要更新樹脂缸數(shù)記錄，因此每次添加樹脂需在機(jī)臺(tái)和樹脂車之間往返2次。由于機(jī)臺(tái)消耗樹脂速率不同，且樹脂容量瓶體積過小，導(dǎo)致每個(gè)機(jī)臺(tái)需要添加樹脂的次數(shù)不同、時(shí)間不定；配送員配送路徑不固定，導(dǎo)致配送員勞動(dòng)強(qiáng)度過大。但仍然出現(xiàn)同時(shí)有多個(gè)機(jī)臺(tái)需要添加樹脂的情況，當(dāng)樹脂配送員配送不及時(shí)，則機(jī)臺(tái)員工需離開機(jī)臺(tái)前往樹脂車自行添加樹脂。

圖1 某一時(shí)間段配送員配送路徑

2 問題及原因

根據(jù)上述背景，目前該公司樹脂配送員勞動(dòng)強(qiáng)度過大。根據(jù)實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，配送員勞動(dòng)強(qiáng)度大的原因是樹脂消耗速率快以及配送路線不固定，行走距離長(zhǎng)。樹脂容量瓶體積小是樹脂消耗速率快的原因；配送的隨機(jī)性、修改缸數(shù)流程復(fù)雜是配送路線不固定，行走距離長(zhǎng)的原因。具體問題分析如圖2所示。

圖2 面臨問題分析圖

由于樹脂的有效時(shí)長(zhǎng)為120 min，因此樹脂容量瓶體積不宜過大，但體積過小又會(huì)造成樹脂消耗速度快。因此樹脂容量瓶體積大小應(yīng)合理化，在保證樹脂不會(huì)過期的前提下，盡可能減少添加次數(shù)，降低配送員勞動(dòng)強(qiáng)度。

通過5W1H分析法，分析修改缸數(shù)流程復(fù)雜的原因，得出根本原因?yàn)榕渌蛦T修改缸數(shù)動(dòng)作繁瑣、過程復(fù)雜，導(dǎo)致整個(gè)樹脂配送時(shí)間長(zhǎng)，增加樹脂配送員負(fù)荷度。5W1H分析表如表2所示。

表2 5W1H分析表

每個(gè)機(jī)臺(tái)消耗樹脂的速率不同，樹脂配送員不了解機(jī)臺(tái)消耗樹脂具體情況，前往機(jī)臺(tái)添加樹脂依賴于機(jī)臺(tái)員工的呼叫，導(dǎo)致配送過程具有隨機(jī)性，配送員每次從樹脂調(diào)配室出來(lái)后的配送路線不固定。若同時(shí)有2位機(jī)臺(tái)員工呼叫配送員，配送員無(wú)法同時(shí)為2個(gè)機(jī)臺(tái)添加樹脂，則會(huì)出現(xiàn)機(jī)臺(tái)員工離開機(jī)臺(tái)自行拿取樹脂的情況。

3 解決方案

3.1 樹脂容量瓶的改善

根據(jù)不同產(chǎn)品中的最快耗脂速率，統(tǒng)一將1 000 mL的容量瓶更換為容量為2 000 mL的多刻度樹脂容量瓶，并添加固定的警戒下限標(biāo)識(shí)以及可調(diào)節(jié)的上限標(biāo)識(shí)架，如圖3所示?？筛鶕?jù)不同產(chǎn)品的耗脂速率，調(diào)節(jié)上限標(biāo)識(shí)架到容量瓶制定刻度線上，配送員添加樹脂只需添加至上限標(biāo)識(shí)處即可。這實(shí)現(xiàn)了不同產(chǎn)品的耗脂時(shí)間相同，配送員配送樹脂時(shí)間及路徑固定。

圖3 容量瓶模型圖

防止配送員在配送過程中因受其他因素影響，如疲勞程度、運(yùn)輸車故障等狀況，導(dǎo)致機(jī)臺(tái)斷脂。本次研究對(duì)于容量瓶的下限采取了2個(gè)安全措施，設(shè)置理論下限Vdown（無(wú)標(biāo)識(shí)）及警戒下限Valert（有標(biāo)識(shí)）。

安全措施一。Vdown與Valert之間留有至少3min的安全余量。倘若配送員因配送過程中發(fā)生突發(fā)狀況，也可保證在無(wú)需補(bǔ)救的情況下，機(jī)臺(tái)不發(fā)生斷脂情況。

安全措施二。樹脂在到達(dá)警戒下限后，距離斷脂留有至少4min的可控調(diào)整時(shí)間。倘若樹脂體積耗至L警戒下限，無(wú)配送員前來(lái)添加樹脂，機(jī)臺(tái)工作人員即可撥打緊急電話至車間人員調(diào)配室，調(diào)動(dòng)人手幫助配送員配送樹脂。

最快的樹脂消耗速Vmax=16.31 mL/min，則：

L警戒下限≥Vmax× 4=16.31× 4=65.24（mL）；

L理論下限≥Vmax× 7=16.31× 7=114.17（mL）。

在充分保證使用過程中樹脂有效且留有發(fā)生突發(fā)狀況的安全余量下，取Vdown=120 mL，Valert=70 mL；即Vdown與Valert之間留有3.12 min的安全余量，Valert與機(jī)臺(tái)斷脂之間留有4.29 min。

3.2 修改缸數(shù)記錄

由上述的分析可以看出，原始修改缸數(shù)的步驟過于復(fù)雜。

本次研究通過運(yùn)用5W1H分析法和“ECRS”四大原則的分析，以及動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則中的減少動(dòng)作數(shù)，避免不必要?jiǎng)幼鳎?］。在原有基礎(chǔ)上取消了擦拭舊字跡操作，在改善后的基礎(chǔ)上再進(jìn)行簡(jiǎn)化，取消了寫字操作，最后確定為利用電子記錄器記錄缸數(shù)。

改善后，樹脂配送員只需要1個(gè)按動(dòng)按鈕的動(dòng)作，即可完成原來(lái)的返回樹脂車拿酒精布和筆，再過去修改缸數(shù)記錄的工作。改善過程如圖4所示。

圖4 修改缸數(shù)步驟改善過程圖

通過逐漸簡(jiǎn)化修改缸數(shù)的過程，在滿足功能下取消無(wú)用的動(dòng)作，使得修改缸數(shù)的動(dòng)作及步驟減少。且經(jīng)過連續(xù)測(cè)時(shí)法測(cè)時(shí)，循環(huán)修改缸數(shù)動(dòng)作用時(shí)由0.38 min降低到0.09 min。

3.3 統(tǒng)一耗脂時(shí)間

本次研究通過調(diào)整不同機(jī)臺(tái)的容量瓶上限Vup，使得耗脂速率不同的產(chǎn)品耗脂時(shí)間相等，統(tǒng)一的耗脂時(shí)間為C0，配送員便可以在固定的最優(yōu)配送路線上按照固定的時(shí)間進(jìn)行樹脂配送，即按照機(jī)臺(tái)排列順序，依據(jù)行走路程最近原則，依次進(jìn)行添加樹脂。配送員循環(huán)1圈的固定最優(yōu)路線如圖5所示。

統(tǒng)一耗脂時(shí)間C0需滿足4個(gè)約束條件：其一是滿足每個(gè)機(jī)臺(tái)所添加的樹脂在使用過程中不會(huì)失效，容量瓶上限比上對(duì)應(yīng)的耗脂速率不會(huì)超過120min；其二是留有7 min安全余量，即使在配送員發(fā)生突發(fā)狀況無(wú)法及時(shí)送達(dá)樹脂的情況下，車間也有調(diào)整的空間，保證機(jī)臺(tái)不斷樹脂；其三是保證各機(jī)臺(tái)耗脂時(shí)間相同，即每個(gè)容量瓶上限與下限的差值比上對(duì)應(yīng)的耗脂速率為一個(gè)定值C0；其四是耗脂時(shí)間必須大于配送員循環(huán)固定最優(yōu)路徑1圈的時(shí)間。

根據(jù)以上條件可得式（1）。

式中：C0為統(tǒng)一耗脂時(shí)間；Vup為容量瓶上限；Vdown為理論耗脂下限；Sj為機(jī)臺(tái)耗脂速率，j=A，B，C，…，K，L；li為添加完樹脂后前往下一個(gè)機(jī)臺(tái)的路程，l1為從樹脂調(diào)配室前往A機(jī)臺(tái)的路程，l13為從l機(jī)臺(tái)回去樹脂調(diào)配室的路程；i=1,2,3,…,13；S走為配送員配送過程中的行走速度；t0為配送員在機(jī)臺(tái)添加樹脂的時(shí)間以及修改缸數(shù)記錄的時(shí)間之和。

圖5 配送員循環(huán)固定最優(yōu)路徑一圈

已知若要降低配送員的勞動(dòng)負(fù)荷度，則滿足條件下，耗脂時(shí)間需越長(zhǎng)越好。由式（1）得

C0max=120-7=113(min)

改善后的配送員循環(huán)固定最優(yōu)路徑1圈的時(shí)間CT如式（2）所示。

式中：為配送員循環(huán)固定最優(yōu)路徑一圈的路程，如圖5所示，取值為207 m；S走為配送員配送過程中的行走速度，取值60m min；t0為配送員在機(jī)臺(tái)添加樹脂時(shí)間7min及修改缸數(shù)記錄的時(shí)間0.09 min之和，取值為7.09min。

解得CT為88.58min。

機(jī)臺(tái)的統(tǒng)一耗脂C0max與配送員循環(huán)固定最優(yōu)路徑1圈的時(shí)間CT的差值，便是配送員可調(diào)整的最大休息時(shí)間，即113-88.58=24.42（min）；即1個(gè)班次循環(huán)4圈的休息時(shí)間為4× 24.42=97.68（min）。

配送員負(fù)荷度為（480-50-97.68）÷ 480=69.23%。

以該公司目前12個(gè)機(jī)臺(tái)的樹脂使用情況為例，根據(jù)測(cè)得的樹脂消耗速率Si及耗脂時(shí)間C0，即可推算配送員每次每個(gè)機(jī)臺(tái)添加的樹脂上限，如表3所示。

表3 改善后數(shù)據(jù)表

4 實(shí)施效果

從表4可以明顯看出，改善后的效果是尤其顯著。

表4 改善前后對(duì)比表

（1）通過改善，配送員循環(huán)固定最優(yōu)路徑1圈的路程減少了259 m，修改缸數(shù)的用時(shí)減少了3.48min，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則以及12臺(tái)機(jī)器的不斷配送樹脂，這大大減輕了員工的工作緊張程度及壓力。

（2）負(fù)荷度降低至69.23%。減輕了配送員的工作勞累程度。據(jù)相關(guān)研究表示，負(fù)荷與疲勞一直是人機(jī)工程學(xué)研究中非常重要的領(lǐng)域之一，超負(fù)荷的勞動(dòng)可導(dǎo)致疲勞，重度疲勞可損害工人的身心健康，以及會(huì)降低員工對(duì)公司的親和感。有效減低員工工作負(fù)荷，有利于公司的凝聚力及親和力的培養(yǎng)。減少的時(shí)間及勞動(dòng)力可在人員安排上提供更多的決策空間。

5 總結(jié)

針對(duì)某公司樹脂配送員工作負(fù)荷過大的問題進(jìn)行分析研究。通過動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則、5W1H分析法等分析方法，提出使用電子缸數(shù)記錄器的方案，減少動(dòng)作浪費(fèi)，減少配送員行走距離；提出為配送員制定固定的最優(yōu)配送路線，為樹脂容量瓶添加警戒下限標(biāo)識(shí)以及可調(diào)節(jié)的上限標(biāo)識(shí)架，使不同機(jī)臺(tái)的樹脂消耗時(shí)間相等，固定配送員配送路線。大大減少配送員配送過程的隨機(jī)性，降低配送員勞動(dòng)負(fù)荷度，使該公司的產(chǎn)品生產(chǎn)過程得到優(yōu)化。

該方法還可為其他物料配送及路徑優(yōu)化提供參考的思路，解決其他消耗型物料的配送問題。