人机操作分析
人机操作分析(Man-machine Analysis)
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人机操作分析是应用于机械作业的一种最常用的分析技术，通过对某一项作业的现场观察，记录操作者和机器设备在同一时间内的工作情况，并加以分析，寻求合理的操作方法，是人和机器的配合更加协调，以充分发挥人和机器的效率的技术。
人机操作分析通过人机操作图进行。人机操作图描述了在机器的工作过程中，在一个操作周期(加工完一个零件的整个过程称为一个操作周期或周程)内机器操作与工人操作的相互关系，可将生产过程中工人操作的手动时间和机器的机动时间清楚地显示出来。人机操作分析的目的是充分利用机器与操作工人的闲余时间，提高生产力，降低成本以及提高工人的收入。
(1)一般用于分析1人操作1台机器或1人操作多台机器的情况。
(2)人机作业分析借助于人机作业图进行分析。
(1)发现影响人-机作业效率的原因。人-机作业时，若人与机器的相互关系不协调，人-机分析图能一目了然，发现产生无效时间的原因。
(2)判断操作者能够同时操作机器的台数，即确定1名操作者可能操作几台机器，充分发挥闲余能力的作用。
(3)判定操作者和机器两方面哪一方对提高工效更为有利。
(4)进行安全性研究，因过分提高机器的运转速度和设备的利用率而使操作者的安全受到危害时，应如何保证操作者的安全问题。
(5)设备改造、实现自动化及改善作业区的布置。从提高人-机作业效率的观点出发，有效进行设备改造，提高设备的运转速度，重点是实现自动化及合理改善作业区的布置。
(1)观察和记录操作者与机器设备在一个作业周期(周程)内各自的操作步骤和操作内容。
(2)用作业测定法确定这些操作活动的时间，按照操作者和机器设备操作活动的时间配合关系，在作业分析图表中清晰地表示出来；
(3)运用工作简化和合并交叉的原则，研究改进操作的各种可能性，提出切实可行的改进方案。
(4)绘出新的操作分析图表。新的操作方法经过现场验证以后，即应用于生产，并对改进的效果进行评价。
改进：
案例一:基于人机操作分析的某汽车零配件生产流程分析[1]
一、引言
某汽车零配件制造有限公司是一家主要生产汽车零配件的专业零配件制造厂。该公司由建厂初期的座椅、门饰板、冲压件等产品零部件的生产制作,已发展成为集注塑、真空吸塑、一体成型等全内饰的生产结构。率先引进在国内乃至国际上都具有领先技术的一体发泡工艺,可生产不同系统的座椅、头枕与扶手。
汽车背板生产是该公司的主打产品之一,其座椅背板生产线由17道工序组成:背管架(钢管)的切管、弯管、检验(外形)、吞枕头、检验、打扁及冲孔、检验(孔位)、铆接;下横梁(铁板)的剪料、冲孔、吞型;背板(铁板)的剪料、冲孔、吞型;CNC点焊(1)、CNC点焊(2)、CO2手工焊。其中,后四道工序属于总成股流程。由于该流程两个点焊操作者闲余时间多,没有实现人机分离,使得CNC点焊周期长,导致整个总成股流程的生产效率低,已严重影响背板生产线的其他工序的正常生产,是制约该生产线的瓶颈,急需改造。
对该汽车背板生产线的CNC点焊工序从人机操作方面进行分析,通过对其工作区域进行重新设计,增加自动化的传送装置,降低操作者的劳动强度和空闲率,从而提高CNC点焊工序的生产效率。
二、人机操作分析法概述
操作分析是通过对以人为主的工序的详细研究,使操作者、操作对象、操作工具三者科学地组合、合理地布置和安排,达到工序结构合理,减轻劳动强度,减少作业的工时消耗,以提高产品的质量和产量为目的而作的分析[2]。
人机操作分析是在机器的工作过程中,调查、了解在操作周期内机器操作与工人操作的相互关系,以便于充分利用机器与工人的能量及平衡操作[3][4]。其目的在于了解工人或机器的闲余能量,设法利用以提高工效。根据工作性质的不同,闲余能量可以分为以下两种[5]:(1)机器的闲余能量。在机器加工的过程中,装、卸工件的工作是为了保证机器加工得以实现的辅助操作,对工件本身的变化不直接起作用。因此应尽量减少这部分工作所占的时间。此外就是因机器工作能力的不平衡而发生的空闲,可从平整生产线来解决。
(2)工人的闲余能量。主要考虑在机器自动加工时而产生的人工空闲,应注意把两个不同作业交叉进行。
三、CNC点焊的问题分析
1.点焊现行生产工艺
总成股是背板生产线的最后部分,背板基本形成,零件较大,不易搬运。以CNC点焊(1),CNC点焊(2)的操作员为研究对象,画出CNC点焊工作区域布置图如下图所示,操作者的操作流程为:操作者甲将铆接好的背管架、下横梁、长枕头管和短枕头管依次放置在模具的固定位置上,然后模具经运送轨道进入CNC点焊机(1)中点焊,焊接完毕后甲将背管架卸下放在台车上,送给乙;操作者乙将CNC点焊机(1)焊接的背管架,背板和固定钩依次放置在模具的固定位置上,然后模具经运送轨道进入CNC点焊机(2)中点焊,焊接好后乙将背板卸下放在成品台车上,送给下工序。
2.分析存在问题
CNC点焊过程是由人和机器协同完成的,因此,这个过程是一个人机操作的过程。对上述问题的分析就是人机操作分析的过程。对CNC点焊工序现行的操作进行分析和研究,可以发现以下问题:
(1)工序间搬运浪费和拆卸模具时间的浪费。
在CNC点焊(1)中加工好的背管架要先进行模具拆卸,再人工搬到CNC点焊(2)工作台,出现了工序间搬运浪费和拆卸模具时间的浪费,操作者的劳动强度高,没有实现工序的人机分离。
(2)操作者空余时间多。
为了分析方便,将甲、乙操作者在一个生产周期的每一次操作及等待时间分别填入下面两表中。点焊流程生产周期(节拍)一般用流程中最大工序的时间来表示;空闲时间是指工作时间内没有执行有效工作任务的那段时间,可以指设备或人的时间。当流程中各个工序的节拍不一致时,瓶颈工序以外的工序就产生空闲时间。从表1和表2可看出:CNC点焊机(2)加工工作时间最长,因而此时间126s即为CNC点焊周期。操作者甲完成打开CNC点焊机(2)加工好的背板的夹具、将背板放置在台车上、拿起背管架放在模具架上、拿起下横梁放在模具架上、拿起4个枕头管放在模具架上、用夹具固定,打开开关等规定动作所需总时间为52s,其余74s(126-52)为空闲时间;同样操作者乙完成打开CNC点焊机⑴加工好背管架的夹具、拿两个固定钩放在模具上、拿起背板放在模具架上、用夹具固定,打开开关等规定动作仅需40s,空闲时间为86s(126-40),由此可计算出:
甲的空闲率
甲的空闲率
注释：A——t_甲；
B——t_乙。
其中:A、B分别为甲、乙操作者的空闲时间;T为生产周期。由于点焊机操作的时间过长(126s),两位操作者空闲率高,人力资源浪费严重,需要从人机操作角度进行改进。
四、T11生产线流程的人机操作改进
由上述的分析可以知道,操作人员的利用率较低。因此,运用工业工程的基本方法E(取消)C(合并)R(重排)s(简化)原则来对CNC点焊操作进行分析。
(1)工序间采用自动化的传输工具,实现人机分离。
针对操作者搬运和拆卸模具的时间浪费,对CNC点焊机的工作区域进行重新设计,将两台CNC点焊机用导轨连接起来,实现将CNC点焊(1)加工好的背管架自动传到CNC点焊(2)工作台,减少了工序间搬运浪费和拆卸模具时间的浪费,降低了操作者的劳动强度,实现工序的人机分离,改善后,在CNC点焊机工作的同时,工人可对另一个模具进行装配,减低了工序的标准时间。
(2)减少工位,降低操作者空闲率。
由于背板较大,而且只有背架管支撑,因此点焊机需要在背管架上焊接68次,才能保证背板在正常受力的情况下,不出现脱焊。要提高工人的利用率,可以减少一个工位,将甲、乙两个人的工作由一个人来完成。
因此,通过对CNC点焊工作区域进行上述重新布置,改进后的CNC点焊工作区域布置图如下图所示。
根据改进后工作区域布置图,得到改进后操作者的操作流程为:操作者打开CNC点焊机(2)加工好的背板、将背板放置在台车上、拿起背管架放在模具架上、拿起下横梁放在模具架上、拿起4个枕头管放在模具架上、用夹具固定,打开开关;然后转身到操作平台2,打开CNC点焊机(1)加工好的背管架、拿两个固定钩放置在模具上、拿起背板放在模具架上、用夹具固定,打开开关,完成整套动作操作者用去95s,操作者的工作时间饱满多了,可计算出:
操作者的空闲率
(3)
将式(3)与式(1)、式(2)比较不难得出:操作者的数量有两个减少为一个的同时,空闲率也降低了。
生产线的流程改善是一个发现问题、分析问题、改善问题的过程。
只有通过不断改进不断完善,才能不断提高企业生产率。运用解决此类问题的有效方法!人机操作分析方法,对某汽车后排座椅背板生产线的CNC点焊工序进行了分析改进,经过CNC点焊工作区域重新布置,改进了人机操作,使CNC点焊操作员由2个减少为1个,提高了工人的利用率,减低了工序的标准时间。
- ↑ 王贤琳,张华,宋佳佳.基于人机操作分析的某汽车零配件生产流程改进研究[J].科技信息(科学·教研),2007,(36)
- ↑ 郭伏,李森,戴春风.流程程序分析方法在印染生产线改进中的应用[J].工业工程,2002,5(3):62-64
- ↑ 应琴,朱伏平.合理规划作业场所提高企业物流效率[J].机电工程技术,2005,3:81-85
- ↑ Coleman L,Casselman R M.What You Don t Know Can HurtYou:Towards an Integrated Theory of Knowledge and Corporate Risk[R].Department of Management Working Paper Series.2004,10011:1-34
- ↑ 范中志.基础工业工程[M].机械工业出版社,2003