基于齊套零件策略的人為失誤及其質(zhì)量問題分析

葛 文，韓文民，李夢新

（江蘇科技大學 經(jīng)濟管理學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

1 引言

受到消費者需求日趨多樣化和市場競爭激烈等因素的綜合影響，制造型企業(yè)正面臨著嚴峻挑戰(zhàn)，如何降低生產(chǎn)成本、提高運行效率成為工業(yè)企業(yè)面臨的重要課題。有研究表明，在許多汽車制造企業(yè)，物料在車間內(nèi)的搬運成本就達到了產(chǎn)品總成本的15%-30%[1]。因此，設(shè)計合理、高效的物料配送系統(tǒng)對降低混流裝配線的運行成本具有重要的現(xiàn)實意義。

齊套配送系統(tǒng)（Kitting System）是根據(jù)準時化理念實施的一種將零件揀配與裝配線相分離的物流配送新模式[2]。齊套配送指企業(yè)內(nèi)部物流工人將組裝單個產(chǎn)品單元所需的所有零件提前揀選成組，并按裝配順序放置于一個或多個物料箱中，再根據(jù)制造執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)布的上線進度指示將套件準時化配送至裝配線上的物料配送策略，上線過程如圖1所示。相比于批量配送和看板配送等傳統(tǒng)零部件供應(yīng)策略，齊套零件策略降低了線邊零件的庫存堆積，消除了取料過程中尋找、識別和走動等無價值的動作，使得裝配線上的員工專注于裝配作業(yè)，減少取料過程中的人為失誤。另外，齊套零件策略能夠不受零件、工位和產(chǎn)品類型的限制，裝配工只需在隨工件同步移動的料車上取出相應(yīng)的零部件裝配到工件上即可[3]。通過對零部件采取這種齊套件策略，能夠有效提高企業(yè)生產(chǎn)運行的整體效率，減少和控制庫存，達到一個流的同步供應(yīng)。

圖1 齊套配送過程示意圖

近年來，齊套零件策略引起了許多國內(nèi)外學者的關(guān)注。周健等[4]通過對時間、物料內(nèi)容和配送協(xié)同的管理，建立了以裝配執(zhí)行過程為主線、以工藝流程節(jié)點為核心和以物料需求狀態(tài)為管理對象的漸增式齊套狀態(tài)協(xié)調(diào)機制。劉軒等[5]針對齊套制造中動態(tài)性所帶來的多維度影響，分析了在“生產(chǎn)-物流”運作過程中動態(tài)性的影響范圍，在拓展物聯(lián)網(wǎng)信息架構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了面向齊套制造的三層兩階段齊套聯(lián)動機制。周炳海等[6-7]建立了成套零件策略下線邊超市中物流工人補貨任務(wù)的調(diào)度模型，并采用Kuhn-Munkres和改進型和聲搜索算法進行求解，實現(xiàn)了對物流工人的配送工位分配和周期性配送優(yōu)化。Hanson等[8]研究了復雜產(chǎn)品手工裝配生產(chǎn)中齊套工作各個部分對取料時間的影響，通過對裝配順序調(diào)整和裝配件采用的齊套比例的控制，達到縮短潛在取料距離的目的。Hanson等[9]還通過實驗證實了AR技術(shù)在齊套配送過程中傳遞揀選信息的高效作用，提高了揀選準確率和系統(tǒng)運行效率。

綜上所述，目前學者對成套零件策略的研究主要集中在內(nèi)部供應(yīng)鏈與生產(chǎn)計劃的耦合機制上，且研究大多假設(shè)套件準備過程中物流工人不會出現(xiàn)人為失誤。但是，由于齊套零件策略涉及訂單處理、套件準備、裝載、料車配送和交付檢查等多項工作，其中套件準備又包括零件揀選、計數(shù)以及放置到套件中的正確位置等內(nèi)容，且套件出現(xiàn)錯誤后的糾錯成本遠大于其他供料策略，因此人為失誤是導致齊套配送系統(tǒng)出現(xiàn)質(zhì)量問題的關(guān)鍵所在。為此，本文分析了成套零件策略下套件準備和交付過程中出現(xiàn)的人為失誤，并建立模型對裝配系統(tǒng)的質(zhì)量成本進行經(jīng)濟評估，幫助企業(yè)管理者在實施齊套零件策略時探索可行的方案并做出具有成本效益的決策。

2 方法

為了建立齊套配送系統(tǒng)的質(zhì)量成本模型，采用了Schuller 等提出的基于人為失誤分析技術(shù)的一般性方法[10]，該方法包括以下六個步驟：

（1）任務(wù)描述。首先對齊套配送過程的各項工作任務(wù)進行描述。

（2）人為失誤的分類。假設(shè)一組具有代表性的人為失誤類別，以檢查它們在任務(wù)執(zhí)行期間是否有可能發(fā)生。本文參考Schuller等的研究，將工人在齊套配送過程中可能出現(xiàn)的人為失誤分為遺漏、偏離、選擇錯誤、排序錯誤、時間錯誤和數(shù)量錯誤六類。

（3）任務(wù)與人為失誤的關(guān)聯(lián)。通過對任務(wù)列表和所采用的人為失誤類別進行匹配，得到每個任務(wù)執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)的人為失誤的矩陣，然后評估每種人為失誤的結(jié)果，以確定其對整個齊套配送過程可能帶來的物流錯誤。由此得到一個物流錯誤的詳盡列表，每個物流錯誤都與其人為失誤集相關(guān)。

（4）質(zhì)量問題與物流錯誤的關(guān)聯(lián)。通過分析物流錯誤的來源，識別出可能產(chǎn)生的質(zhì)量問題，并且針對性的提出消除質(zhì)量問題的方法措施。

（5）質(zhì)量問題發(fā)生概率的確定。采用THERP 法計算執(zhí)行齊套配送過程各項任務(wù)的人為失誤率，根據(jù)人為失誤率運用事件樹方法計算每種質(zhì)量問題的發(fā)生概率。

（6）質(zhì)量問題成本估算。如果在步驟（4）中定義了某種質(zhì)量問題，則確定其相應(yīng)的糾錯成本。因此，借助于在步驟（5）中得到的每種質(zhì)量問題的發(fā)生概率來計算總的預期糾錯成本。

其中，THERP 法（即人的失誤預測技術(shù)）是一種系統(tǒng)性較強的人因可靠性分析方法，目前在復雜系統(tǒng)分析常規(guī)試驗、執(zhí)行任務(wù)的人因可靠性量化分析等方面應(yīng)用廣泛[11]。該方法包含了HRA 事件樹、人員行為形成因子PSFs、動作相關(guān)性分析等方面，并結(jié)合人誤數(shù)據(jù)庫進行定量計算。

3 齊套配送系統(tǒng)質(zhì)量成本模型

3.1 套件準備過程中人為失誤分析

基于Pelagagge等對套件準備過程中各項任務(wù)的描述，本文分析探討了物流工人在套件準備過程的各項任務(wù)中可能出現(xiàn)的各種人為失誤，并且評估了每種人為失誤可能給整個套件準備過程帶來的物流錯誤，對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 套件準備過程中的錯誤列表

根據(jù)表1分析，套件準備過程中有五類潛在的物流錯誤，即（Ⅰ）套件中缺失一種或幾種零件；（Ⅱ）套件中存在著錯誤的零件類型；（Ⅲ）零件無法使用；（Ⅳ）零件數(shù)量有誤；（Ⅴ）零件在套件中的放置順序有誤。

因此，為了在套件中正確準備某類型零件，物流工人需要正確執(zhí)行以下步驟：

（S1）確保套件中不缺失該類型零件；

（S2）確保所有零件都屬于該類型零件；

（S3）確保零件未損壞；

（S4）確保零件數(shù)量正確；

（S5）確保零件裝入套件中的正確位置；

（S6）確保有效的檢查。

上述每一個步驟都可能存在物流錯誤，每一個物流錯誤又存在著一種或多種原因，從表1中人為失誤與物流錯誤的對應(yīng)關(guān)系可得到物流錯誤的成因如下：

（E11）由于在編制料單時出錯，零件類型未包含在料單中；

（E12）零件類型已包含在料單中，但物流工人未讀取到料單的相應(yīng)欄目；

（E13）物流工人讀取與零件類型對應(yīng)的欄目，但忘記揀配零件；

（E14）零件從線邊超市中丟失，但物流工人忘記上報缺貨并繼續(xù)準備套件；

（E15）物流工人正確地從線邊超市中揀配零件，但在配套區(qū)域忘記將揀配好的零件裝入套件中；

（E21）由于在編制料單時出錯，揀貨單中包含了錯誤的零件類型；

（E22）物流工人在讀取料單時出錯；

（E23）零件放置在線邊超市中的位置有誤，導致錯誤的零件類型存儲在該零件的位置（存放錯誤）；

（E24）物流工人從錯誤的存儲位置揀配零件；

（E25）物流工人未能根據(jù)零件的特征正確識別零件類型，選擇相似但不正確的零件；

（E26）物流工人在加工零件時出錯（如切割長度有誤、未清潔等）；

（E31）物流工人忘記驗證所選零件的完整性；

（E32）物流工人在加工零件時造成損壞；

（E41）物流工人忘記對零件進行計數(shù)；

（E42）物流工人計數(shù)錯誤；

（E51）物流工人將正確的零件裝入套件中的錯誤位置（順序錯誤）；

（E61）物流工人忘記進行最終質(zhì)量檢查；

（E62）物流工人執(zhí)行檢查，但未能識別和糾正被檢查零件可能存在的錯誤。

除了對套件進行最終的質(zhì)量檢查外，物流工人可能在中間步驟的執(zhí)行過程中糾正一些錯誤。例如，在加工零件時，操作員可能會發(fā)現(xiàn)零件已損壞，并可能在完成任務(wù)前糾正此錯誤。其中，E11和E21為不可糾正型錯誤。

3.2 計算套件錯誤率

基于THERP 方法和上一節(jié)中分析的錯誤來源，得到了如圖2所示的錯誤樹。在樹中，左箭頭序列表示在套件中正確準備某類型零件的所有步驟Sj（j=1,…,6）。從第j步驟節(jié)點出發(fā)的右箭頭表示第j步驟中可能出現(xiàn)的錯誤事件，每個右箭頭記為Eji，表示在執(zhí)行第j步驟時發(fā)生第i個錯誤。在每個步驟中物流工人都可以糾正其所犯的人為失誤，這由指向左的虛線箭頭表示，該箭頭按正確的執(zhí)行順序返回到主路徑。

圖2 在套件中正確準備某類型零件的錯誤事件樹

設(shè)pji為物流工人執(zhí)行j步驟時發(fā)生第i種人為失誤的概率，Nj為j步驟可能發(fā)生的錯誤類型數(shù)，則物流工人不能正確執(zhí)行第j步驟的概率Fj為：

就E25而言，假設(shè)每種零件都具有F個能夠?qū)⒃摿慵c類似零件區(qū)分開來的不同特征。典型特征包括外形、顏色、對稱性、特殊的幾何特征（如槽、孔等）、識別碼等。一種零件被正確識別的前提是物流工人至少識別了其中的一個特征，則未能正確識別零件類型的概率p25為：

其中，pFIf為物流工人未能識別第f個零件特征的概率。因此，F(xiàn)值越大，即區(qū)別零件的特征數(shù)越多，則將正確零件與相似的其他零件相混淆的概率就越低。本文假設(shè)，對于形狀、顏色和識別碼特征，pFIf=0.01，而對于對稱或其他幾何特征，pFIf=0.03。

因此，在套件中正確準備某類型零件的概率Sp為：

THERP法還通過行為形成因子（PSF）來描述工人在工作過程中的內(nèi)外部環(huán)境及壓力對人為失誤率的影響。假設(shè)物流工人在工作過程中受K個行為形成因子的影響，以此對標定的人為失誤概率進行修訂：

其中，pNji為標定的人為失誤率，PSFcji為復合行為形成因子。結(jié)合蔣英杰等[12]對不同行為形成因子的歸納總結(jié)，本文選取了9個對物流工人揀料作業(yè)人為失誤率產(chǎn)生影響的行為形成因子，其對應(yīng)的PSF等級和取值見表2。

根據(jù)在套件中正確準備某類型零件的概率Sp，得到物流工人正確準備包含P種類型零件的套件的正確率ε以及套件中的預期不合格零件類型數(shù)NPNC為：

3.3 套件配送和使用過程中的人為失誤分析

套件配送和使用中的人為失誤分析過程與套件準備中的人為失誤分析過程相一致，錯誤列表見表3。

根據(jù)表3分析，套件配送和使用過程中有三類潛在的物流錯誤，即：

（Ⅵ）套件配送錯誤；

（Ⅶ）套件準備有誤（包含了物流錯誤類型Ⅰ-Ⅴ）；

（Ⅷ）裝配錯誤。

表2 行為形成因子列表

表3 齊套配送過程中的錯誤列表

3.4 齊套配送系統(tǒng)中的質(zhì)量問題分析

上節(jié)分析的物流錯誤確定了齊套零件策略中的質(zhì)量問題。然而，在工位檢查到的所有錯誤都可以通過產(chǎn)生糾錯成本來及時糾正，而未檢查到的錯誤則決定了不合格產(chǎn)品的質(zhì)量成本，并且可能需要單獨的線端糾正措施?？傮w而言，從套件準備區(qū)域流出的套件可以是無差錯的，也可以包含一個或多個人為失誤。如果出現(xiàn)正確準備的套件被配送至錯誤工位的情況，裝配工人也可能檢查到錯誤并及時更換套件，否則將會裝配出不合格產(chǎn)品。如果將正確準備的套件配送至正確的工位，裝配工人也可能出現(xiàn)裝配錯誤?；谝陨戏治?，得到齊套零件策略可能出現(xiàn)的五種質(zhì)量問題：

QP1:由于配送錯誤而使用錯誤套件產(chǎn)生不合格產(chǎn)品（來源于物流錯誤Ⅵ）。

QP2:檢測出配送錯誤并及時更換套件（來源于物流錯誤Ⅵ）。

QP3:使用未檢查到的包含錯誤零件的套件裝配而產(chǎn)生的線端糾正（來源于物流錯誤Ⅶ，即Ⅰ-Ⅴ）。

QP4:檢測出套件中存在的錯誤并及時更換零件（來源于物流錯誤Ⅶ，即Ⅰ-Ⅴ）。

QP5:裝配錯誤而產(chǎn)生不合格產(chǎn)品（來源于物流錯誤Ⅷ）。

3.5 計算套件配送和使用錯誤率

為了對套件配送和使用過程中的錯誤進行建模，采用了二叉事件樹來跟蹤從下達套件訂單開始，到套件準備區(qū)域揀配零件，再到料車配送至工位和裝配使用的整個物流過程中的任務(wù)和可能發(fā)生的錯誤，套件配送和使用過程中的錯誤樹如圖3所示。

圖3 齊套配送過程錯誤事件樹

對于每個事件節(jié)點，只考慮正確和錯誤兩種結(jié)果。其中α為正確下達套件訂單的概率，β為正確選擇套件的概率，γ為正確配送套件的概率，δ為裝配工檢測到配送錯誤的概率，ε為正確準備套件的概率，ζ為裝配工檢測到套件中所有錯誤的概率，η為正確裝配所有零件的概率。令pDE為檢測到套件中單個錯誤的概率，pEA為正確裝配某類型零件的概率，則可得到ζ和η的表達式為：

在事件樹中，每個結(jié)果發(fā)生的概率是從樹根到所考慮結(jié)果的路徑分支相關(guān)所有概率的乘積。當不同路徑導致相同結(jié)果時，該結(jié)果的總概率是導致該結(jié)果的每條路徑的概率之和，以此得到齊套配送系統(tǒng)中五種質(zhì)量問題發(fā)生的概率。

3.6 計算糾錯成本

如果某質(zhì)量問題在裝配線工人執(zhí)行裝配任務(wù)之前被檢測，則通過更換套件中錯誤或損壞的零件或更換整個套件等方式進行糾正，這意味著必須有工人或運輸機往返套件準備區(qū)域并揀選替代零件或套件；如果質(zhì)量問題未在裝配之前被檢測，則產(chǎn)出不合格產(chǎn)品，這需要有單獨的線端進行返工。令CD 和CU 分別為糾正兩類質(zhì)量問題時產(chǎn)生的單位錯誤成本，計算如下：

其中，Tp(h)為在線邊超市揀選替代零件或套件所需時間，davg為工位至套件準備區(qū)域的平均距離，vtp為工人或運輸機的行走速度，Co為單位時間成本，Td(h)為拆卸不合格品所需時間，Ti(h)為識別不合格品質(zhì)量問題的檢查時間，Ta(h)為重新裝配時間。另外，由于配送錯誤而使用錯誤套件裝配產(chǎn)生不合格品需承擔固定成本NC，由此得到上述五種質(zhì)量問題的糾錯成本。

假設(shè)某裝配線每年生產(chǎn)A 件產(chǎn)品，則其在齊套零件策略下由于人為失誤而引起的總質(zhì)量成本TQC為：

4 建議

為了有效減少由于人為失誤而引起的質(zhì)量成本，可以從以下幾個方面入手：

（1）嚴格控制訂單下達過程。需要保證套件準備區(qū)域所配送的零件與生產(chǎn)線上的產(chǎn)品類型和配置相對應(yīng)，這就需要完善的物流信息系統(tǒng)提供技術(shù)支和信息保障。MES系統(tǒng)可以實現(xiàn)套件準備區(qū)域的作業(yè)指示和產(chǎn)品序列的及時供應(yīng)，套件準備區(qū)域?qū)α慵嵤?，并按照一定的次序?qū)⒘宪囁椭辆€邊，保持與裝配線生產(chǎn)產(chǎn)品類型的一致性。

（2）合理安排混流裝配線排序。揀選作業(yè)物流工人在極短時間內(nèi)識別零件，若合理安排產(chǎn)品上線排程，采取集中輪番生產(chǎn)方式，能夠使物流工人避免頻繁更換揀選零件，有效降低物流作業(yè)中零件揀選的錯配率和漏配率。

（3）合理布置線邊超市。套件準備區(qū)域應(yīng)設(shè)置在各裝配線邊，使料車的行運距離盡量短。對于線邊超市中料架的布局設(shè)計，應(yīng)采用按零件種類和按產(chǎn)品種類混合布局的方式，使用頻率高的零件和產(chǎn)品生產(chǎn)比例高的零件應(yīng)放置在易找易取的地方，并做好標簽、看板等工作，使用色別、位差等方法有效降低人為失誤率。

（4）加強員工培訓。企業(yè)應(yīng)加強對工人工作技能的培訓，提高物流工人的揀配技能和線上工人的裝配技能，提升工人在工作過程中及時檢測錯誤并糾正的能力。另外，還可以通過一些輪崗和排班計劃幫助工人更好的熟知工作內(nèi)容。

（5）重視對非任務(wù)型因素的管理。企業(yè)還應(yīng)該加強對工作場所工效學質(zhì)量、組織和社會層面的工作環(huán)境、工人身體素質(zhì)、心理應(yīng)激因素和環(huán)境條件等非任務(wù)型因素的管理。