动作分析
动作分析（Motion Analysis）
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动作分析是方法研究的另外一个内容，主要研究分析人在进行各种操作时的身体动作，以消除多余的动作，减轻劳动强度，使操作简便更有效，从而制定出最佳的动作程序。
程序分析是从大处着眼，根据程序图分析生产过程的种种浪费，从合理安排程序中去寻求提高工作效率的方法。而动作研究则是在程序决定后，研究人体各种操作动作之浪费，以寻求省力、省时、安全的最经济的方法。
动作分析的实质是研究分析人在进行各种工作操作时之细微动作，删除无效动作，使操作简便有效，以提高工作效率。其内容为：发现操作人员的无效动作或浪费现象，简化操作方法，减少工人疲劳，在此基础上制定出标准的操作方法，为制定动作时间标准作技术准备。它包括：动素分析、影象分析、动作经济原则等内容。
动作分析是按操作者实施的动作顺序观察动作，用特定的记号记录以手、眼为中心的人体各部位的动作内容，把握实际情况，并将上述记录图表化，以此为基础，判断动作的好坏，找出改善着眼点的一套分析方法。
- 什么是动作
工艺流程和作业的具体实施方法，如为寻找、握取、移动、装配必要的目的物，操作者身体各个部位的每一个活动。动作可大致分为下面四类：
加工—改变目的物形状和装配目的物的动作
移动—改变目的物位置的动作
握持—保持目的物形态的动作
等待—无作业手空闲着的动作
（1）目视动作观察法：分析者直接观测实际的作业过程，并将观察到的情况直接记录到专用表格上的一种分析方法。
（2）影像动作观察法：通过录像和摄影，用胶卷和录音带记录作业的实施过程，再通过放影、放像的方法观察和分析作业动作的方法。
- 高速摄影分析法（细微动作影像分析）
- 常速摄影分析法
- 慢速摄影分析法
- 为减轻作业疲劳，提高工作效率而找出动作存在的问题
- 探讨最适当的动作顺序、方法和人体各部位动作的同时实施
- 探讨最适合于动作的工夹具和作业范围内的布置
- 比较动作顺序、方法改进前后的情况，预测和确认改善的效果
- 用记号和图表一目了然地说明动作顺序和方法
- 改善动作顺序和方法，制定最适当的标准作业方法
- 提高能细微分析动作和判断动作好坏的动作意识
生产活动实际上是由人和机械设备对材料或零部件进行加工或检验组成的，而所有的检验或加工又都有是由一系列的动作所组成，这些动作的快慢、多少、有效与否，直接影响了生产效率的高低。
许多工厂对工序动作的安排，往往是在产品刚开始生产时安排一次，此后除非出现重大问题很少进行变更。效率的提高一般视作业者的动作熟练程度而定，随着动作的逐渐熟练，作业者对作业动作习以为常，完全在无意识中进行操作。实际上，这样的作法潜藏着极大的效率损失。
许多人们认为理所当然的动作组合，其实都存在:
- 停滞
- 无效动作
- 次序不合理
- 不均衡（如：太忙碌、太清闲等）
- 浪费
等不合理现象。这些动作对产品的性能和结构没有任何改变，自然也不可能创造附加价值，使生产效率因之降低。吉尔布雷斯曾说过：“世界上最大的浪费，莫过于动作的浪费。”
以日常生活中的动作为例：一个熟练的厨师，可以同时用两个甚至更多的炉子炒菜，快速而且不会出差错。而平常人则可能用一个炉子炒菜都会出现在中途发现某一种材料还未准备好的状况，所耗费的时间也更长。究其原因，就是因为动作安排合理与否造成的。
动作分析就是对作业动作进行细致的分解研究，消除上述不合理现象，使动作更为简化，更为合理，从而提升生产效率的方法
从操作者手动作之研究,吉尔勃斯夫妇发现,所有操作是由一连贯之基本动作(Fundamental motion)所组成,经研究结果,统计人体动作之基本要素(或基本动作)可细分为十七种动素,为使读者对这些动素之定义,范围及其特性有所了解,故将此 十七种动素归成三大类:
第一类:进行工作之要素。(1～8)
第二类:阻碍第一类工作要素之进行(9～13)
第三类:对工作无益之要素(14～17)
1.伸手(Reach-RE)
- 定义:空手移动,或称[运空](Transport empty)。
- 起点:当手开始朝向目的物之瞬间。
- 终点:当手抵达目的物之瞬间。
- 特性:
- 当手朝向目的物或某一动素完成,手须伸回时发生[伸手]动素。
- [伸手]途中常有[预对]伴生。
- [伸手]常在[放手]之后,而在[握取]之前发生。
- 改善:
- 缩短距离。距离之测量应实际路径为准,而非两端之直线距离。
- 减少[伸手]时之方向意识(sence of orientation)。
- [伸手]依难易可分为下列数类:
- 伸手至一固定位置。
- 伸手至每次位置略有变动之目的物。
- 伸手至一堆中之目的。
- 伸手至一甚小物手而须精确握取者。
2.移物(Move-M)
- 定义:手或身体之某一部位将物件由一地点移至另一地点。或称运实(Transport loaded)
- 起点:手有所负荷开始朝向目的地点之瞬间。
- 终点:有所负荷之手抵达目的地点之瞬间。
- 特性:
- [移物]有空间之移动,推动,拉动,滑动,拖动,旋转移动等。
- [移物]途中突然停止即为[持住]。
- [移物]途中常有[预对]伴生。
- [移物]常在[握取}之后,而在[放手]或[对准]之前发生。
- 改善:
- 缩短移动距离。
- 减少每次移动之重量。
- 分析移动之方法,检讨有无其它工具可代替。
- 减少移物时之方向意识。
- [移物]依其困难程度可分类如下:
- 移物至固定停靠处。
- 移物至大概位置。
- 移物至精确位置。
- 移物至不定位置。
动作分析改善的步骤，如果用PDCA的方法进行分析的话，可以作成图2.1那样的流程图，遵循这样的步骤进行动作分析改善，可以使动作的效率不断得到提升。
动作分析改善的步骤:
1．问题的发生/发现
在生产制造的现场，每天都有新的问题在发生。有些人可能视若无睹，觉得一切都很正常，因而也就缺少改善的动因，效率也就日复一日地停留在同一水平上。改善往往源于问题的发生和发现，管理者如果能带着疑问审视现场所发生的一切，特别对细节的地方加以留意，就更容易找到改善的对象。表2.2和2.3可以启发管理人员发现现场的问题点。
2.现状分析
问题了现以后，就应该针对问题发生的现场，展开细致的调查，掌握翔实的数据，使问题进一步明确。然后根据掌握的事实，展开分析。这个步骤中，应坚持以下原则：
①现实主义的原则
对问题把握，一定要以现场发生的事实为依据，运用5W1H的方法反复弄清事实的真相。切忌主观猜测，脱离事实。
②数据化的原则
文字性的描述往往难于区分具体的差异，会使事实的把握处于模糊状态，这样的结果，一则会导致问题分析的难度加大，而且改善的效果也难于衡量。因此，只要能数据华的地方一定要掌握具体的数据。
③记号化、图表化的原则
如果能把动作进行分解，再使用记号进行表示，并且把掌握的数据用图表表示出来，对事实的描述将会大简化，而且理解分析的难度也会降低很多。
④客观分析的原则
分析者有时会因为立场差异，导致分析方向的偏离，常常把问题归咎于其他部门或其他人，这样就容易导致扯皮现象的产生，给问题的解决设置了人为的障碍。所以进行问题分析时一定要先已后人，保持客观的立场。
3.找出问题的真因
通过现状的分析以后，可以得到一些问题的可能原因。这时，应该逐一加以验证，把一些似是而非的原因排除掉，找到真正导致问题的原因。排除的过程应该坚持先简单后复杂，先成本低后成本高的原则。
4.拟定改善方案
问题的真因找到之后，就应该拟定改善方案，以消除产生问题的原因使问题不再复发。对于动作改善，可以参考动作改善四原则（见表2.4），帮助拟定改善方案。
改善方案拟定之后，应该与相关人员检查其中是否有缺失遗漏，进一步使之完善，避免产生负作用。
5.改善方案的实施
改善方案确定以后，就该集中相关人员进行说明训练，将任务分派下去，并对改善过程进行追踪监控。一旦有不理想的地方，还应及时进行调整。
6.改善效果确认
改善方案实施完成后，应收集各方面数据，与改善之前的数据进行比较，确认改善是否达成了预想的目标。由于生产现场的目标离不开PQCDSM（效率、品质、成本、交期、安全、士气）几个方面，所以以下数据收集比较也就顺理成章了：
- 产量、稼动率、能率、作业时间
- 不良率、合格率、客户抱怨件数
- 材料损耗率、人工成本、间接人员比例
- 按时交货率、平均延误天数
- 安全事故件数、安全检查结果
- 违纪个件数、改善提案件数、员工离职率、员工抱怨件数
7.标准化
倘若效果较为明显，就应通过标准化加以维持。制订新的作业标准书、现场整理布置规范、安全操作规程、工程巡视要点等文件并正式发布实施。这样也就完成了一个工作改善的循环，进入下一个循环。
案例一:动作分析法在减速器装配流水线设计教学分析[1]
工业工程的核心是降低成本、提高质量和生产率,工作研究是工业工程体系中最重要的基础技术,起源于泰勒提倡的“时间研究”和吉尔布雷斯提出的“动作研究”。随着动作研究技术不断发展,进一步延伸到对操作和作业流程的研究,逐步形成了“方法研究”(Method Study)的完整体系[2]。
早在1981年路特(Reuter)对美国企业应用工业工程情况进行抽样调查表明,94.2%的企业应用了方法研究。在我国,由于工业工程的引进晚,起步晚,更应该从基础工业工程起步;同时我国正在成为全世界的制造基地,据数字统计,我国企业装配线的平衡率通常都很低。很多装配线经过进一步的平衡,一般可以将生产率提高30%。所以,装配线的平衡是一个比较迫切要解决的问题。特别是在资源日益缺乏的今天,其对于有效利用资源、缓和资源不足问题也有深远的意义[3]。
动作分析在企业提高生产线工作效率方面具有很大的优势。同时工作人员是在一种更为省力的规范动作体系中完成工作,完全遵守动作经济性原则,这样就做到了工作效率提高和员工疲劳程度反而降低的双赢效果。甚至有些时候企业单单是为了提高产能也可以运用动作分析方法,不引进新的生产线,在原有生产线的基础上进行改进,无意中也是进行了生产线平衡,进而完成了自己提高产能的目的[4]。
动作分析的含义:按操作者实施的动作顺序观察动作,用特定的记号记录以手、眼为中心的人体各部位的动作内容,并将记录图表化,以此为基础,判断动作的好坏,找出改善点的一套分析方法[2]。其实质是研究分析人在进行各种操作时的细微动作,删除无效动作,使操作更加简便有效,提高工作效率。动作分析法是从动素的基础上寻求改善空间,它常常能为工业工程师提供最根本的改善点,进而提升整条生产线的平衡性[5]。
制造企业对工业工程人才的创新能力要求不断提高,建立与制造企业需求相适应的具有创新特色的专业教学体系是人才培养的重要保证[6]。工程教学和实践环节是工业工程人才培养极其重要的必修环节[7]。本文结合我校本科学生的科技创新,同时考虑到学生的工科背景,选择了比较典型的工业产品——减速器为实验对象,设计一条减速器装配线,而装配线要解决生产线的平衡问题。所以通过实现对各工位工作分析,找出瓶颈,运用动作分析等方法,借助工业时效分析软件,将瓶颈所消耗的时间尽可能缩短,理想状态是消除瓶颈,最终设计出一条平衡的减速器装配线,使学生从工作环境和动作分析的研究中找到提高工效的方法[8]。
一、分析减速器的装配过程
操作步骤:
1)将轴承Z2插入大齿轮L2内；
2)将上述联合体放入箱体T内；
3)将轴承Z1插入高速齿轮L2内；
4)将上述联合体放入箱体T内；
5)将箱盖G放在箱体T上；
6)放入定位销J1、J2；
7)安装观察孔盖板(需要4个紧固螺钉)；
8)将箱盖G安装在箱体T上(需要6个螺钉S1-S6)；
9)安装起盖螺钉；
10)安装轴承盖G11(需要4个紧固螺钉)；
11)安装轴承盖G12(需要4个紧固螺钉)；
12)安装轴承盖G21(需要4个紧固螺钉)；
13)安装轴承盖G22(需要4个紧固螺钉)。要将产品的装配过程设计成为均衡的流水线,首先粗略地划分出流水线的工位,然后测量每个工位工作的时间。针对瓶颈工序,进而提出改善的方案,直至消除瓶颈。对于不同复杂程度的零件,这个分析过程需要1-4个循环。
二、工序分析
1.流水线工位的初始划分。
初始分为4个工位,每个工位的任务如下。
工位1:完成步骤1-7,用时106s;工位2:完成步骤8和9,用时92s;工位3:完成步骤10和11,用时98s;工位4:完成步骤12和13,用时96s。
正如人们所熟知的最短板理论,最慢的步骤将会决定整个流水线的最终时间,最慢的步骤也就是瓶颈。由上可见,工位1的用时最长,是瓶颈工序。
对工位1的操作分析。
1)操作对象多,包括轴承、齿轮、箱盖、定位销等,需要事先对其分类按序摆放,以提高操作者的工作效率。
2)在不影响装配精度的情况下,将轴承盖上用于安装螺丝的孔扩大一些。
根据上述分析,再次进行测量。
工位1:完成步骤1-7,用时95s;工位2:完成步骤8和9,用时89s;工位3:完成步骤10和12,用时86s;工位4:完成步骤11和13,用时85s。
由上可见,工位1虽然有了很大改进,但仍是整个作业过程的瓶颈。通过流程分析和操作分析已经不能再找出什么可以改善的地方;而动作分析常常能为工业工程师提供最根本的改善点,进而提升整条生产线的平衡性。
动作分析是对操作的进一步细分。动作分析在方法研究中属于第3层次,它是在程序分析、操作分析的基础上,从微观角度对人的细微工作进行分析研究[9],发现作业者无效的和不经济的动作,寻求省力、省时、安全和最经济的动作,使操作更加简便有效,减轻工作疲劳,降低劳动强度,提高工作效率[10]。
2.对瓶颈工位的动作分析以出现瓶颈的工位1为例,通过工业时效分析软件,对瓶颈工位1的现场录像可任意调速进行反复播放,认为是多余或无效的动作均可进行删除编辑,可进行改进前后的对比,最后得出改进后较科学的流水线装配过程。
(1)工业时效分析软件——达宝易。
达宝易是将现场录像转换成计算机可识别的格式后,在计算机上进行动作分析与时间研究的工具。
通过变速播放或逐帧播放可以准确地找到无效动作的起始和结束位置,而且可对每一动作进行速度评价,可以很方便快捷地制定标准时间。在播放时认为是多余的动作均可删除不播,可模拟工程改善后的效果,分析过程节选图片如下图所示。
一边看录象,一边点击鼠标精确地记录时间,被记录的时间被电子化,从而可方便地输出到MSEx-ce,l分析结果如下图所示。
通过分析,可统计出无效动作所占比例,将无效的动作进行删除;将低效的动作进行改善;可进行改善前与改善后的效果比较,从而为数理统计提供基础数据,使改善效果更加直观,数据更加可靠。利用MOD法计算器,可以边看录像边用MOD法制定标准时间。通过产品装配实现对各工位工作分析及流水线的节拍分析,发现瓶颈工序,平衡生产线,从工作环境和动作分析的研究中找到提高工效的方法。
(2)动作要素的分析。
人的动作虽有千变万化,但构成这些动作的基本动作是很有限的,这些基本动作称之为动素。按照有关国际标准,分为18种动素,这18种动素根据其作用的不同划分为3类[8]。
有效动素是指对操作有直接贡献的那些动素,包括伸手、握取、移物、放手、装配、拆卸、使用、发现,这类动素取消的不会很多,分析、改善的重点是如何缩短其持续时间;辅助动素是指对操作起辅助作用的那些动素,包括寻找、选择、检查、持住、定位、预定位,这类动素除了非用不可者外,应尽量取消;无效动素是指对操作没有任何作用的那些动素,包括计划、休息、延迟、故延,由于此类动素不进行任何工作,这是一定要设法取消的动素。
在慢放工位1的录象过程中,用动素符号将操作过程详细记录下来,通过工业时效分析软件,将记录过程进行保存并汇总,动作大类汇总见下表。
动作大类汇总
| 动素分类 | 类别名称 | 时间/s | 数据个数 | |
| 改善前 | 改善后 | |||
| 第一类动素 | 有效动素 | 72.55 | 69.02 | 20 |
| 第二类动素 | 辅助动素 | 0.00 | 0.00 | 0 |
| 第三类动素 | 无效动素 | 3.53 | 0.00 | 2 |
为了进行分析改进,要准确记录每个动作并进行动素归类,找出存在问题的动素,分析结果见下表。
动作分析表
| 编号 | 名称 | 动作时间/s | 标准时间/s | 速度评价系数 | 周期 | 类型 | 动素归类 |
| 1 | 装配轴与齿轮 | 1.83 | 1.83 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 2 | 拿取轴承 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1 | 握取 | 第一类动素 |
| 3 | 对准轴承与轴 | 1.35 | 1.35 | 1.00 | 1 | 对准 | 第一类动素 |
| 4 | (无效)安装轴承与轴 | 3.10 | 0.00 | 1.00 | 1 | 装配 | 第三类动素 |
| 5 | 安装轴承与轴 | 0.91 | 0.91 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 6 | 拿去垫圈(错误) | 0.43 | 0.00 | 1.00 | 1 | 握取 | 第三类动素 |
| 7 | 拿取垫圈 | 1.80 | 1.80 | 1.00 | 1 | 握取 | 第一类动素 |
| 8 | 对准 | 0.38 | 0.38 | 1.00 | 1 | 对准 | 第一类动素 |
| 9 | 安装垫圈 | 2.04 | 2.04 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 10 | 拿取安装轴承 | 2.86 | 2.86 | 1.00 | 1 | 握取 | 第一类动素 |
| 11 | 装配零件与底座 | 3.16 | 3.16 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 12 | 安装齿轮与轴承 | 3.40 | 3.40 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 13 | 安装另一轴承与齿轮 | 2.64 | 2.64 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 14 | 安装零件与底座 | 3.32 | 3.32 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 15 | 安装上箱盖与底座 | 2.69 | 2.69 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 16 | 拿取固定销 | 2.23 | 2.23 | 1.00 | 1 | 握取 | 第一类动素 |
| 17 | 安装固定销 | 2.44 | 2.44 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 18 | 拿取视孔窗 | 3.48 | 3.48 | 1.00 | 1 | 握取 | 第一类动素 |
| 19 | 安装视孔窗 | 3.28 | 3.28 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 20 | 固定,拧紧螺钉1 | 6.64 | 6.64 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 21 | 固定,拧紧螺钉2 | 14.52 | 14.52 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
| 22 | 固定,拧紧螺钉3 | 9.04 | 9.04 | 1.00 | 1 | 装配 | 第一类动素 |
上表总共分成了22步,其中第4、6两步,成为了本不应存在的延长了工作时间的步骤,通过工业时效分析软件,标记出了第4、6两步,可以看出这两步总共耗费的时间为3.53s,如果删除这类动作的话,每生产1个产品就会节省3.53s,这只是流水线上其中的1个工位,并且就有效动素而言,还有效率改进的空间。
在进行动作分析后,所记录的作业时间可按作业周期、动作特征种类等单位进行时间合计等各种统计计算,动作类型统计结果见下表。
动作类型统计结果
| 动作类型 | 数据个数 | 平均值 | 中间值 | 最小值 | 最大值 | 方差 | 总时间/s | |
| 改善前 | 改善后 | |||||||
| 装配 | 14 | 4.21 | 3.00 | 0.91 | 14.00 | 13.03 | 59.01 | 55.91 |
| 握取 | 6 | 1.97 | 2.23 | 0.43 | 3.48 | 1.29 | 11.81 | 11.38 |
| 对准 | 2 | 0.86 | 1.00 | 0.38 | 1.00 | 0.47 | 1.73 | 1.7 |
由上表可以看出,装配这一项中改善前与改善后的时间相差将近4s;握取这一项中改善前与改善后的时间相差将近0.5s。由分析报告中的柱状下图可以更直观地看出。
三、改进之后较科学的流水线装配过程
无效的删除、低效的改善之后的较科学的流水线装配过程测量结果如下。
- 工位1:完成步骤1-7,用时87s;
- 工位2:完成步骤8和9,用时90s;
- 工位3:完成步骤10和12,用时86s;
- 工位4:完成步骤11和13,用时85s。
经过数次分析和改进,基本消除了流水线的瓶颈工序,各个工序在作业时间上得到了均衡,实现了生产线平衡(Streamline Balancing)。
动作分析能在其它方法无计可施时,给生产线的平衡提供一把秘密武器,它从最基本的“动素”入手,是动作标准化的基础,在此基础上寻求改进空间以提升生产线的平衡能力。当然,它与工业工程其它手法联袂使用,更能收到许多非凡的效果。
生产线的设计水平直接影响生产能力,一些生产线常常因为一个或几个瓶颈工位影响了生产线整体生产能力。因此解决瓶颈工位,提高生产线生产能力是企业重点关注的问题[11]。动作分析法通过对瓶颈工序操作的动作简化和动素优化,不仅能达到提高生产线平衡率的目的,而且还能提高操作者的综合素质,培养员工在每一个生产的细小环节进行改善的意识[12]。对于正处于发展期的新型的中国工业工程专业人才的培养,不仅需要立足于基础教学,更需要建立企业人才需求的意识,结合工业工程学科的特点,通过模拟企业生产系统的设计与运行,使学生验证所学专业理论,训练IE基本技能,提高综合分析与设计的能力。通过科技创新等实践环节,对学生进行动手能力、协同合作能力、分析和解决问题的能力、创新能力等全面素质的培养,以适应企业发展的需要。
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