劉 軍，陳雁高

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都610081)

摘 要：針對鋼筋下料作業(yè)線上各工序之間不平衡的現(xiàn)象，以動作經(jīng)濟原則和“ECRS”四大原則為指導，應用預定動作時間標準中的模特法(MOD法)，對作業(yè)線上的瓶頸工序進行分析。根據(jù)瓶頸工序分析結果，設計相應的改善方案，并利用CATIA軟件進行作業(yè)方案改進前后的人因工程評價。結果表明，瓶頸工序的工時顯著降低，生產(chǎn)效率得到有效提高，且改進后的方案能極大改善作業(yè)人員的操作舒適性。

關鍵詞：鋼筋下料；模特法；作業(yè)線平衡；動作經(jīng)濟性原則；人因工程

0 引 言

鋼筋下料作業(yè)所用人工占整個鋼筋工程的人工比例較大，且普遍存在生產(chǎn)效率低、勞動強度大等問題，甚至出現(xiàn)安全事故。因此，如何消除瓶頸工序，提高生產(chǎn)效率，改善作業(yè)人員的操作舒適性，是當前亟待解決的問題[1-2]。

動作分析是對鋼筋下料作業(yè)進行工效優(yōu)化的前提[3]。目前國內(nèi)外基于動作分析的應用研究非常廣泛，Tinoco HA等[4]通過嵌入到虛擬環(huán)境中的運動捕捉系統(tǒng)，對手工作業(yè)過程進行了動作分析；Klippert，J[5]等開發(fā)了一種通過使用裝配環(huán)境下的實物模型進行工作任務動作捕捉的軟件系統(tǒng)，并提出了相應的人因工程評價方法；孔祥芬等[6]采用IEMS視頻動作分析軟件，分析和改善了工作過程中的動作；楊愛萍等[7]通過VICON運動捕捉系統(tǒng)記錄典型操作任務的實驗數(shù)據(jù)，并用JACK工效分析軟件進行相應的任務動作分析，給出了工效推薦值。高廣章[8]將達寶易軟件應用于動作研究，對作業(yè)線中的瓶頸工序進行動素分析和優(yōu)化，從而降低了瓶頸工序的作業(yè)時間，提高了作業(yè)線的平衡性。

目前，動作分析的應用研究主要集中在包裝、航空、體育以及醫(yī)療等領域，建筑行業(yè)的相關研究較為少[9]，且研究目的多集中在如何提高生產(chǎn)效率，很少考慮到作業(yè)人員的操作舒適性問題。本文主要采用預定動作時間標準中的模特法(MOD法)，對鋼筋加工作業(yè)線上的瓶頸工序進行了動作分析[10]，并以動作經(jīng)濟原則和“ECRS”(取消、合并、重排、簡化)原則為指導，提出了相應的改善方案，最后結合CATIA軟件的快速上肢評價(RULA)模塊，對作業(yè)人員的操作舒適性進行了分析[11-12]。

1 鋼筋加工作業(yè)線的分析與改善

1.1 作業(yè)線現(xiàn)狀分析

鋼筋加工作業(yè)線是半自動化的，普遍采用GW40型號鋼筋彎曲機，有一部分工序是由人工操作。有些作業(yè)人員的操作方法只是憑借經(jīng)驗完成，沒有統(tǒng)一的標準化動作，從而導致出現(xiàn)工時增加、各工序作業(yè)時間不均勻等現(xiàn)象，造成作業(yè)線不平衡。根據(jù)統(tǒng)計，典型鋼筋下料作業(yè)線的各工序見表1，各工序的操作時間是運用MOD法對現(xiàn)行工序分析并記錄所得，表中各動素含義參考文獻[13-15]。由于鋼筋下料作業(yè)屬于易產(chǎn)生疲勞的作業(yè)，故在此取1 MOD=0.143 s，包括恢復疲勞時間的10.75%在內(nèi)的動作和時間。

表1 各工序時間記錄

工序號作業(yè)名稱分析式時間/s定員1鋼筋取料W5?3B17M5G1W5?37 5812鋼筋上料B17M5P53 8613踩踏板W5F31 1414機械加工UT3 0015調(diào)整鋼筋位置M5P51 4316踩踏板W5F31 1417機械加工UT3 0018更換鋼筋方向M5G1M5P52 2919踩踏板W5F31 14110機械加工UT3 00111調(diào)整鋼筋位置M5P51 43112踩踏板W5F31 14113機械加工UT3 00114調(diào)整鋼筋位置M5G1M5P52 29115踩踏板W5F31 14116機械加工UT3 00117移取成品M2G1M51 14118放至成品堆放處W5?3B17M5P25 431

由表1可以看出，工序1和工序18的作業(yè)時間較長，是此鋼筋加工作業(yè)線的瓶頸工序，限制了加工效率，影響了該加工作業(yè)線的平衡性。

作業(yè)線平衡率=×100%

(1)

將表1中的數(shù)據(jù)代入式(1)，可得出作業(yè)線的平衡率為33.82%。這意味著在生產(chǎn)過程中，有53.17%的時間因為產(chǎn)線配置不平衡而損失了。由表1可以看出，導致產(chǎn)線平衡率低的主要原因是各工序的作業(yè)時間相差較大，相對于瓶頸工序，一些工序的能力存在過?，F(xiàn)象。如果能將各工序的作業(yè)時間均衡，且減少過剩的生產(chǎn)能力，生產(chǎn)效率自然會提高。

1.2 改善前各瓶頸工序的MOD分析

根據(jù)鋼筋下料作業(yè)線的實際生產(chǎn)現(xiàn)狀，運用MOD法對工序1和工序18分別進行分析。

(1)對于工序1，作業(yè)人員停留位置離鋼材較遠，需走3步才到，浪費了人的操作能力，并且作業(yè)人員在取鋼材的過程中，由于鋼筋堆放在地上且有一定的重量，需要彎腰才能取到，彎腰這一動作所消耗的時間較多，屬于改善動作。另外，當堆放的鋼筋較多時，需要伸直大臂才能取到，這也是需要改善的動作。整個操作的模特分析式見表2。

表2 改善前工序1的MOD分析

左手動作動作敘述分析式時間MOD值右手動作分析式動作敘述等待BD15W5?3走向鋼筋堆放處彎腰取鋼筋B17M5G123B17M5G1同左手返回W5?315W5?3同左手

(2)對于工序18，需要改善的動作與工序1基本一致，但存在鋼筋堆放雜亂的現(xiàn)象，不利于二次搬運。整個操作的模特分析式見表3。

表3 改善前工序18的MOD分析

左手動作動作敘述分析式時間MOD值右手動作分析式動作敘述走向鋼筋堆放處W5?315W5?3同左手彎腰放鋼筋B17M5P224B17M5P2同左手

1.3 改善前各瓶頸工序的RULA分析

根據(jù)作業(yè)人員的現(xiàn)場作業(yè)過程，在CATIA虛擬環(huán)境下對瓶頸工序進行建模仿真，由于CATIA的人體模型庫沒有中國大陸的人群模型，故采用中國臺灣地區(qū)的模型進行虛擬仿真，但在人體模型編輯中，按照GB 10000—1988《中國成年人人體尺寸》標準所提供的數(shù)據(jù)進行編輯。圖1為改善前瓶頸工序的現(xiàn)場作業(yè)過程。

圖1 改善前瓶頸工序的現(xiàn)場作業(yè)過程

RULA是分析在一定負荷下，上肢(包括肩部、手臂、手腕、頸、軀干)運動的某個姿態(tài)是否可以接受，并給出該狀態(tài)下有關人因工程的評價[16]。RULA中的最終得分(Final Score)即經(jīng)過人因分析后的最后得分。表4為RULA的評價標準。利用CATIA軟件的RULA分析模塊，對改善前后的瓶頸工序進行了人因工程評價，圖2為改善前瓶頸工序的RULA結果。

表4 RULA評價標準

分數(shù)評價建議可接受程度1～2非長期維持或重復此姿勢可以接受3～4需進一步研究，姿勢需改變該姿勢可能需要改變5～6盡快研究和改變姿勢盡快改變7立即研究并改變姿勢立即改變姿勢

圖2 改善前瓶頸工序的RULA結果

從圖2可以看出，改善前作業(yè)人員的前臂、上臂、手腕、軀干得分較高，說明需要盡快改進。

2 改善方案設計及實施

針對以上問題分析結果，利用“ECRS”四大原則，結合動作經(jīng)濟性原則和作業(yè)線平衡理論，運用MOD分析技術對作業(yè)線的瓶頸工序進行改善，以減少閑余時間，提高生產(chǎn)能力。

2.1 工序1的改善方案設計

將鋼筋原材存放在物料搬運小車上，靠近作業(yè)人員的操作位置，且物料搬運小車的高度在作業(yè)人員的腰部以上，這樣可以避免作業(yè)人員彎腰去拿取鋼筋原材，也可以減少走路時間，從而節(jié)約了彎腰、等待所消耗的工時。同時將物料搬運小車的容器設計成“V”形，取料后后面鋼筋自動滑到容器底部，從而使鋼筋原材設置在M4可觸及的范圍內(nèi)(人體上肢動作分為5級:M1～M5)。改善后整個操作的模特分析式見表5。實施效果表明，完成這一操作所消耗的時間由原來的53 MOD值降低到現(xiàn)在的25 MOD值。

表5 改善后工序1的MOD分析

左手動作動作敘述分析式時間(MOD值)右手動作分析式動作敘述等待BD10W5?2走向鋼筋堆放處伸手取鋼筋M4G15M4G1同左手返回W5?210W5?2同左手

2.2 工序18的改善方案設計

取消步行至成品鋼筋存放點并彎腰放置的動作，改為設置一周轉箱，靠近作業(yè)人員的操作位置，且周轉箱的高度與GW40型號鋼筋彎曲機的加工平臺一致，從而節(jié)約了走路、彎腰所消耗的工時。改善后整個操作的模特分析式見表6。實施效果表明，完成這一操作所消耗的時間由原來的39 MOD值降低到現(xiàn)在的16 MOD值。

表6 改善后工序18的MOD分析

左手動作動作敘述分析式時間(MOD值)右手動作分析式動作敘述走向成品堆放處W5?210W5?2同左手放置成品鋼筋M4P26M4P2同左手

3 改善效果分析與評價

經(jīng)過改善，作業(yè)線的工位數(shù)沒有改變，各工序的操作人員人數(shù)也沒有改變，但是瓶頸工序的工時以及平衡率都有了明顯的變化，瓶頸工序的工時降低了7.30 s，平衡率增加了22.33%。改善前后該作業(yè)線的性能參數(shù)見表7。圖3為改善后瓶頸工序的現(xiàn)場作業(yè)過程，圖4為改善后瓶頸工序的RULA結果。

表7 改善前后作業(yè)線的性能參數(shù)

項目瓶頸工序工時/s平衡率/%人員數(shù)量改善前13 1633 821改善后5 8656 151變化量7 3022 330

圖3 改善后瓶頸工序的現(xiàn)場作業(yè)過程

圖4 改善后瓶頸工序的RULA結果

由圖4可知，改善后身體各部位的最終得分均在1～2分，說明改進后的方案是可接受的。

4 結 論

通過對人員作業(yè)進行定性的動作分析、優(yōu)化，來提高生產(chǎn)效率、滿足人員作業(yè)的舒適度是比較容易實現(xiàn)的。針對難以通過定量的動作分析和優(yōu)化來提高生產(chǎn)效率和作業(yè)舒適度的問題，以及鋼筋下料作業(yè)線不均衡的現(xiàn)象，運用預定動作時間標準中的MOD法分析加工作業(yè)線上各瓶頸工序，結合ECRS和動作經(jīng)濟原則對其瓶頸工序進行改善，并利用CATIA軟件對改進前后的作業(yè)過程進行人因工程分析。結果表明，瓶頸工序的工時顯著降低，工序作業(yè)線平衡性有極大提高，且改進后的方案能極大改善作業(yè)人員的操作舒適性，具有很好的實用性。

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(責任編輯 焦雪梅)

Motion Study on Preparation of Reinforcement and Its Ergonomics Optimization Based on ECRS and MOD

LIU Jun, CHEN Yangao
(Sinohydro Bureau 7 Co., Ltd., Chengdu 610081, Sichuan, China)

Abstract：In view of process imbalance in the preparation line of reinforcement, the bottleneck processes in production line are analyzed with the guidance of Motion Economy and ECRS principles and by using MODAPTS method (MOD). According to the outcome of bottleneck process analysis, corresponding improvement plans are designed and the ergonomic assessment for improvement plans is conducted by using CATIA software. The results show that the working hours of bottleneck process are significantly reduced with an improved productivity, and the improved plan can significantly improve workers’ operation comfort．

Key Words：preparation of reinforcement; MOD; balance of production line; principle of motion economy; ergonomics

收稿日期：2016- 11- 22

作者簡介：劉軍(1968—)，男，四川射洪人，高級工程師,主要從事水電工程施工管理工作．

中圖分類號：TU755.3

文獻標識碼：B

文章編號：0559- 9342(2017)08- 0071- 05