基于人機(jī)操作分析的沙發(fā)面料加工區(qū)域優(yōu)化研究?

楊 雪 徐 偉, 黃瓊濤

（1.南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，南京 210037； 2.南京林業(yè)大學(xué)智庫(kù)林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，南京 210037； 3.宜華生活科技股份有限公司，汕頭 515834）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的全面進(jìn)步，家具企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備不斷升級(jí)。但從整體來(lái)看，國(guó)內(nèi)沙發(fā)制造業(yè)生產(chǎn)水平較低，缺乏系統(tǒng)的理論研究以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)[1-2]。對(duì)沙發(fā)企業(yè)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)是創(chuàng)造價(jià)值的核心部門之一，與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)都有重要聯(lián)系[3]。新勞動(dòng)法的實(shí)施使家具制造企業(yè)的勞動(dòng)力成本不斷上升[4-5]，因此，提升企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的制造能力對(duì)提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義。

1 人機(jī)操作分析概述

工業(yè)工程是一門以規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)及工業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)為研究對(duì)象，以優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和綜合效益為目標(biāo)的綜合性學(xué)科[6-10]，在制造業(yè)中有廣泛應(yīng)用[11-14]。人機(jī)操作分析是工業(yè)工程中提高人機(jī)作業(yè)效率的一種分析方法，通過(guò)調(diào)查與了解操作周期內(nèi)機(jī)器與操作者之間的相互關(guān)系[15-16]，并進(jìn)行科學(xué)分析，以充分利用機(jī)器與人的工作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率[17-19]。將人機(jī)操作分析應(yīng)用于沙發(fā)制造企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)，有利于更好地平衡工人與機(jī)器之間的關(guān)系，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多效益。

2 軟體家具公司案例分析

H公司是一家軟體家具制造公司，主要生產(chǎn)與銷售各類沙發(fā)產(chǎn)品。該公司主要由倉(cāng)庫(kù)、設(shè)計(jì)部門、生產(chǎn)部門等組成，生產(chǎn)部門包括木架車間、皮革車間與組裝車間。木架車間負(fù)責(zé)沙發(fā)的木框架結(jié)構(gòu)制作，皮革車間負(fù)責(zé)沙發(fā)的面料裁剪與縫紉，組裝車間負(fù)責(zé)沙發(fā)的扶手、靠背、座墊等部位的安裝與沙發(fā)的整體組裝。本文的研究對(duì)象為皮革車間的沙發(fā)面料加工區(qū)域——鋪布機(jī)與裁布機(jī)操作區(qū)域。

2.1 人機(jī)操作平面布置圖

H公司沙發(fā)產(chǎn)品使用的面料主要有真皮、PVC皮革、針織布、拉布、酷布等，在生產(chǎn)過(guò)程中，真皮的裁剪完全依靠人力，而其余面料的裁剪依靠自動(dòng)化裁布機(jī)。目前，該車間分別有2 臺(tái)鋪布機(jī)、2 臺(tái)裁布機(jī)與4 名操作員，每位操作員負(fù)責(zé)操作1 臺(tái)機(jī)器。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，鋪布機(jī)與裁布機(jī)共同完成一批布料的裁剪工作。鋪布機(jī)的功能是將整匹布料展平并按照生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行第一次裁剪，使其滿足批量裁剪的基本要求；裁布機(jī)的功能是將初次裁剪完畢的布料按照計(jì)算機(jī)里儲(chǔ)存的裁剪方案對(duì)沙發(fā)各部位的布料進(jìn)行不同形狀與尺寸的切割。此操作區(qū)域中，操作員的主要工作是搬運(yùn)布料、調(diào)試機(jī)器參數(shù)、監(jiān)督機(jī)器運(yùn)行等難度較低的輔助性勞動(dòng)。該車間的鋪布機(jī)與裁布機(jī)操作區(qū)域主要由物料堆放處、工作臺(tái)、鋪布機(jī)、裁布機(jī)、置物架與廢料筐幾部分組成，具體平面布置與方位關(guān)系如圖1 所示，其中 “●”表示操作員。

圖1 人機(jī)操作平面布置圖（優(yōu)化前）Fig. 1 Layout of man-machine operation (before improvement)

2.2 人機(jī)操作活動(dòng)分析

2.2.1 人的操作活動(dòng)

本次操作活動(dòng)中，操作員A與操作員B分別負(fù)責(zé)自動(dòng)鋪布機(jī)與自動(dòng)裁布機(jī)的運(yùn)作。操作員A在一個(gè)周期內(nèi)要完成6 項(xiàng)操作：1）將布料放進(jìn)機(jī)器；2）調(diào)整布料，使其適應(yīng)滾筒；3）設(shè)置機(jī)器參數(shù)；4）中止機(jī)器運(yùn)行；5）核對(duì)層數(shù)；6）記錄數(shù)據(jù)。操作員B在一個(gè)周期內(nèi)要完成8 項(xiàng)操作：1）運(yùn)輸布料；2）覆蓋塑料薄膜于機(jī)床上；3）設(shè)置裁切參數(shù)；4）卷起塑料薄膜并扔至廢料筐；5）移動(dòng)置物架；6）打開傳送帶；7）將布料按部位分類并置于置物架；8）將邊角料回收至廢料筐。

人機(jī)作業(yè)活動(dòng)分析中可將操作員的操作分為兩類：停機(jī)操作與非停機(jī)操作[20]。停機(jī)操作即人機(jī)聯(lián)合操作，在操作員需要在機(jī)器處于非工作狀態(tài)時(shí)方可進(jìn)行，在機(jī)器工作時(shí)間內(nèi)無(wú)法進(jìn)行；而非停機(jī)操作即為人的獨(dú)立操作，操作員不受機(jī)器工作狀態(tài)的影響進(jìn)行作業(yè)，可在機(jī)器工作時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。在操作員A的6 項(xiàng)操作中，第1、2、3、4 項(xiàng)為停機(jī)操作，而第5、6 則為非停機(jī)操作；在操作員B的8 項(xiàng)操作中，第2、3、4、6、7、8 項(xiàng)為停機(jī)操作，而第1、5 項(xiàng)為非停機(jī)操作。

2.2.2 機(jī)器作業(yè)活動(dòng)

本次操作活動(dòng)中，自動(dòng)鋪布機(jī)在一個(gè)工作周期內(nèi)分別經(jīng)歷自動(dòng)走刀與機(jī)器復(fù)位兩個(gè)環(huán)節(jié)，而自動(dòng)裁布機(jī)在一個(gè)工作周期內(nèi)則分別經(jīng)歷吸氣與自動(dòng)走刀兩個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2.3 人機(jī)閑置時(shí)間分析

表1 自動(dòng)鋪布機(jī)的人機(jī)程序圖（優(yōu)化前）Tab.1 Man-machine diagram of automatic paver (before improvement)

對(duì)一個(gè)工作周期的人機(jī)活動(dòng)現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)與分析，測(cè)試對(duì)象為操作員A（負(fù)責(zé)自動(dòng)鋪布機(jī)的運(yùn)行）與操作員B（負(fù)責(zé)自動(dòng)裁布機(jī)的運(yùn)行），測(cè)量工具為秒表、相機(jī)、筆記本與筆。測(cè)試結(jié)果如人機(jī)程序圖表1、2所示；其中表1 記錄了操作員A與自動(dòng)鋪布機(jī)的人機(jī)操作流程及相關(guān)數(shù)據(jù)，表2 記錄了操作員B與自動(dòng)裁布機(jī)的人機(jī)操作流程及相關(guān)數(shù)據(jù)。此次測(cè)試活動(dòng)采用連續(xù)測(cè)時(shí)法，自動(dòng)鋪布機(jī)與自動(dòng)裁布機(jī)的運(yùn)行在操作流程上具有時(shí)間的先后連續(xù)性，兩種機(jī)器加工的為同一批布料。

表2 自動(dòng)裁布機(jī)的人機(jī)程序圖（優(yōu)化前）Tab.2 Man-machine programme diagram of automatic cloth cutting machine (before improvement)

在自動(dòng)鋪布工序中，工作周期為334.31 s，人的操作時(shí)間為131.64 s，閑置時(shí)間為202.67 s，而鋪布機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期為203.77 s，閑置時(shí)間為130.54 s。其中，人的時(shí)間利用率=人的操作時(shí)間/工作周期時(shí)間=131.64 s/ 334.31 s=39.38%，機(jī)器的時(shí)間利用率=機(jī)器的工作時(shí)間/工作周期時(shí)間=203.77 s/ 334.31 s=60.95%。在自動(dòng)裁布工序中，工作周期為808.38 s，人的操作時(shí)間為336.94 s，閑置時(shí)間為471.44 s，而裁布機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期為471.44 s，閑置時(shí)間為336.94 s。其中，人的時(shí)間利用率=人的操作時(shí)間/工作周期時(shí)間=336.94 s/808.38 s=41.68%，機(jī)器的時(shí)間利用率=機(jī)器的工作時(shí)間/工作周期時(shí)間=471.44 s/ 808.38 s=58.32%。由此可見(jiàn)，操作員與機(jī)器的時(shí)間利用率都不夠高，一定程度上造成了人員浪費(fèi)與機(jī)器消耗。

3 問(wèn)題分析與優(yōu)化

3.1 問(wèn)題分析

根據(jù)H公司目前的人機(jī)作業(yè)活動(dòng)現(xiàn)狀，針對(duì)人與機(jī)器利用率低和人機(jī)操作不同時(shí)進(jìn)行重點(diǎn)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1）對(duì)于同一批加工對(duì)象即規(guī)格為RS-10641、配置為1.25EL1V的PVC皮革，自動(dòng)鋪布機(jī)將其鋪成30 層1 620 mm尺寸并進(jìn)行裁剪的工作周期為334.31 s，自動(dòng)裁布機(jī)將其裁剪為適用于沙發(fā)各部位的零部件的工作周期為808.38 s，時(shí)間差為474.07 s。自動(dòng)鋪布機(jī)與自動(dòng)裁布機(jī)共用同一個(gè)工作臺(tái)，兩臺(tái)機(jī)器在使用時(shí)間上具有前后連續(xù)性而非同時(shí)性，導(dǎo)致操作員A與自動(dòng)鋪布機(jī)需要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的等待活動(dòng)，才能保證兩臺(tái)機(jī)器加工的是同一批布料。

2）操作人員缺乏充分利用非停機(jī)時(shí)間的意識(shí)，導(dǎo)致人機(jī)操作在時(shí)間上缺乏一致性。

3）操作區(qū)域平面布置不夠合理。例如兩個(gè)物料堆放處之間距離較遠(yuǎn)，兩個(gè)閑置的工作臺(tái)尚未得到利用，置物架放在操作員背后導(dǎo)致操作員轉(zhuǎn)身次數(shù)過(guò)多而易引起疲勞，廢料筐與操作人員相距較遠(yuǎn)，操作人員用于處理廢料的時(shí)間較長(zhǎng)，造成時(shí)間與人力的浪費(fèi)。

4）據(jù)了解，操作人員在參加工作時(shí)并未接受系統(tǒng)性培訓(xùn)，而只是通過(guò)對(duì)在崗人員的操作進(jìn)行觀察學(xué)習(xí)，操作無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依。操作人員經(jīng)常根據(jù)任務(wù)量調(diào)整機(jī)器運(yùn)行速度與操作細(xì)致程度，同時(shí)工作時(shí)還有閑聊等現(xiàn)象，導(dǎo)致效率低下，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。

3.2 優(yōu)化途徑

為了提高生產(chǎn)活動(dòng)中的人機(jī)利用率，針對(duì)上述問(wèn)題，提出如下優(yōu)化方案：

1）如條件允許，企業(yè)可以再購(gòu)入一臺(tái)自動(dòng)裁布機(jī)，并調(diào)整機(jī)器之間的位置關(guān)系，以更好地適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際需要。還可以將搬運(yùn)布料的工作交予操作自動(dòng)鋪布機(jī)的操作員A完成，操作員A應(yīng)在等待裁布機(jī)工作的時(shí)間里進(jìn)行布料搬運(yùn)，以減少其閑置時(shí)間，縮短操作員B的工作周期。

2）操作人員充分利用非停機(jī)時(shí)間，盡可能地將非停機(jī)操作在機(jī)器運(yùn)行的時(shí)間內(nèi)完成，降低人員與機(jī)器的閑置率，從而提高人機(jī)利用率。在本例中，操作員A可以在非停機(jī)時(shí)間內(nèi)完成核對(duì)布料層數(shù)與記錄數(shù)據(jù)這兩項(xiàng)操作，操作員B可以在非停機(jī)時(shí)間內(nèi)搬運(yùn)布料與移動(dòng)置物架這兩項(xiàng)操作。

3）合理調(diào)整操作區(qū)域的平面布局，是降低生產(chǎn)成本的有效手段[21]?？s短物料堆的距離，便于操作員A拿取物料；將閑置的工作臺(tái)與新的自動(dòng)裁布機(jī)相結(jié)合；將置物架放置于操作員B右手邊，以減小其身體轉(zhuǎn)動(dòng)幅度；將廢料筐移動(dòng)至操作員的手邊，減少操作員的行走距離，節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間。

4）制定統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化的操作細(xì)則，在上崗前對(duì)每位操作員進(jìn)行培訓(xùn)與考核，確保操作規(guī)范性，加強(qiáng)生產(chǎn)質(zhì)量管理。

3.3 優(yōu)化效果評(píng)估

圖2 人機(jī)操作平面布置圖（優(yōu)化后）Fig. 2 Layout of man-machine operation (after improvement)

表3 自動(dòng)鋪布機(jī)的人機(jī)程序圖（優(yōu)化后）Tab.3 Man-machine diagram of automatic paver (after improvement)

表4 自動(dòng)裁布機(jī)的人機(jī)程序圖（優(yōu)化后）Tab.4 Man-machine programme diagram of automatic cloth cutting machine (after improvement)

對(duì)該操作區(qū)域的平面布置作出上述改進(jìn)后，該區(qū)域的人機(jī)操作平面布置圖如圖2 所示，工人與機(jī)器的工作流程與具體數(shù)據(jù)如人機(jī)程序圖表3、4 所示。

從表3、4 的數(shù)據(jù)中可以看出，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，自動(dòng)鋪布機(jī)的工作周期由334.31 s縮短為297.91 s，比改進(jìn)前減少了10.89%；人的利用率從39.38%提高至44.19%，機(jī)器的利用率從60.95%提高至68.40%。同時(shí)，自動(dòng)裁布機(jī)的工作周期由808.38 s縮短為713.42 s，比改進(jìn)前減少了11.75%；人的利用率從41.68%降低至36.80%，機(jī)器的利用率由58.32%提高至66.08%。一批布料的總生產(chǎn)周期由1 142.69 s縮短為1 011.33 s ，比改進(jìn)前減少了11.50%。由此可見(jiàn)，一系列的改進(jìn)措施在不增加設(shè)備與人員的情況下，通過(guò)優(yōu)化區(qū)域布置與人機(jī)操作，達(dá)到了縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率的目的。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)H公司皮革車間的面料加工區(qū)域進(jìn)行人機(jī)操作分析，提出改善方案，并在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)施，驗(yàn)證了人機(jī)操作分析對(duì)沙發(fā)面料加工工序優(yōu)化具有一定效果，可以將其推廣到更多的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，以提高家具生產(chǎn)線的整體生產(chǎn)效率。本次改善方案還存在不足之處，將在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中進(jìn)一步優(yōu)化完善。工序的持續(xù)改善將促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高，企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中只有不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，并解決問(wèn)題，才能取得長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)步，從而增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。