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[制造工艺] 基于人机作业分析的梳齿榫开榫工序优化研究 徐立城, 徐伟, 黄琼涛

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    发表于 2019-12-6 16:45:46 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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    基于人
    [size=0.8em]--机作业分析的梳齿榫开榫工序优化研究
    徐立城1,徐 伟1,2*,黄琼涛3
    (1.南京林业大学家居与工业设计学院,南京210037;2.江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心,南京210037;3.宜华生活科技股份有限公司,汕头515834)
    摘 要: 自中美贸易战打响以来,中国家具行业受关税壁垒冲击严重。本研究以梳齿榫开榫机岗位为研究对象,应用工业工程的人-机作业分析方法,对开榫工序进行了详细调研分析。运用“5W1H”“ECRS四原则”制定了两种工序优化方案以应对企业正常状态和紧急状态下的生产作业,在实际生产中均能在生产周期内减少工作所需时间,有效提高机器和人的利用率,待工现象明显减少。在家具企业亟需提高自身生产效率以应对贸易冲击的背景下,以期该优化方案具有一定参考价值。
    关键词:人-机分析;工业工程;ECRS四原则;优化

    [size=1em]2018年6月15日,美国政府发布加征关税的商品清单——将对从中国进口的约500亿美元商品加征25%的关税[1]。中国家具出口行业受关税壁垒冲击,发展形势严峻,企业亟须降低产品价格、减少生产成本来寻求利润空间。目前,较为可行的方法之一就是在现有条件的基础上优化工艺、提升产能。本研究通过对自动化程度低的梳齿榫开榫岗位进行调研,采用科学的研究方法,制定工序优化方案,以期提高生产效率,降低生产成本[2],减轻贸易战[3]对中国家具行业的冲击。

    1 人-机作业分析

    [size=1em]人-机作业分析是研究一道工序中在一个工作地点的工人使用机器或不使用机器的各个作业活动,是借助一种人机作业图应用于机械作业的分析技术,通过对某项作业的现场观察,记录操作者和机器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,使人和机器的配合更加协调,以充分发挥人和机器的效率[4]。通过调研,使用如表1所示的图表进行记录,可以清楚地显示出人的工作周期与机器的工作。表中人或机处于工作状态、非工作状态以及人和机处于同时工作状态可采用不同颜色表示。

    2 开榫岗位作业分析及优化

    [size=1em]开榫是集成材胶合工艺中的一道重要工序[5],主要作业(操作)活动包括上料—机加工—下料。如图1所示的梳齿榫开榫机,在机加工过程中,机器处于运转状态,而工人却处在等待机器的待工状态,无效时间较多,因此有必要采用作业分析的研究方法对工人的动作进行优化[6],以充分利用空闲时间,提高工效。

    [size=0.8em]表1 人-机作业分析表(样表)
    Tab.1 Man⁃machine operation analysis table

    2.1 作业分析

    [size=1em]根据集成胶合车间现场的作业情况,采用秒表计时法,记录开榫岗位工人的上、下料动作及动作所需的时间,并据此绘制人机作业图,如表2所示。

    [size=1em](1)上料:在毛料架上挑选好5~7根方材,然后抓取方材移动1.3 m至开榫机旁,并将其放至开榫机的工作台面上,整理方材使其整齐排列,平推进开榫机夹口,检查方材一段是否对齐后,再按下开关。

    [size=1em](2)机加工:按下开关后,方材被夹口夹紧,工作台带着夹紧方材缓慢移过高速旋转的刀具,然后停止在开榫机另一侧,此时方材的一端开榫已经完成,为半成品。

    [size=0.8em]图1 梳齿榫开榫机
    Fig.1 Comb tenon machine

    [size=1em]夹口松开,气压推杆将方材向后推移4 cm,夹口再将半成品夹紧,带着夹紧的半成品开始返回初始位置,工作台返回初始位置时,夹口松开,工人取出半成品,将其旋转180°,整理半成品使其未加工的一端整齐排列,再平推进开榫机夹口,检查方材一端是否对齐后,再按下开关,开榫机重复上述操作,工人等待工作台回到初始位置。

    [size=1em](3)下料:工作台返回初始位置时,夹口松开,工人取出加工好的成品,整理整齐,抓取方材移动1.5 m至物料架。

    [size=0.8em]表2 开榫时的人-机作业图(现行方法与改进方法Ⅰ)
    Tab.2 Man⁃machine operation diagram in tenoning operation(current method and improved methodⅠ)

    2.2 作业问题分析

    [size=1em]通过对车间的实地调研,由实际测量业果可知,工人有接近56%时间没有工作,是因为当工人工作时,开榫机停止工作;而开榫机运行时,工人则处于待工状态。采用“5W1H”提问技术进行分析,可以发现其中隐藏的深层次问题[7],如表3所示。

    2.3 作业改进方案

    [size=1em]表3中前两次提问在于弄清问题的现状,第三次提问在于研究和探讨改进的可能性。改进时常遵循“ECRS原则”,即取消(Eliminate)、合并(Com⁃bine)、重排(Rearrange)以及简化(Simple)[8]。改善时一般遵循对目的进行取消,对地点、时间、人员进行合并或重排,对方法进行简化的原则,其示意图如图2所示。最后得出两种改进方案,平时正常生产中可采用方案Ⅰ,生产任务较紧急的时候可采用方案Ⅱ。

    [size=0.8em]表3 “5W1H”提问技术
    Tab.3“5W1H”questioning technique

    [size=1em]2.3.1 方案Ⅰ

    [size=1em]第一种方案调整动作顺序,在开榫机旁加一个桌子。开榫机工作时,工人预先将方材挑选好,放在桌上,机加工业束时,将成品从工作台面上卸下放至桌面,再从桌面上将未加工的方材移动到工作台面,开始机加工,如表2右侧改进方法Ⅰ所示。这种方案利用工人待工的时间去完成上料、下料等动作,一个生产周程节省了6 s,工人利用率由44%提高到53%。

    [size=0.8em]图2 ECRS原则运用示意图
    Fig.2 Schematic diagram of ECRS principle

    [size=1em]2.3.2 方案Ⅱ

    [size=1em]第二种方案增加部分动作,大幅缩短工作时间。整个作业过程中,工人需要跟着工作台走动,在夹口松开时取出成品放至物料架或取出半成品完成旋转180°的动作,待工时间基本被充分利用,如表4右侧改进方法Ⅱ所示。一个生产周程节省了15 s,工人利用率提高到98%。

    [size=0.8em]表4 开榫时的人-机作业图(现行方法与改进方法Ⅱ)
    Tab.4 Man⁃machine operation diagram in tenoning operation(current method and improved methodⅡ)

    3 改进效果评估

    [size=1em]将方案Ⅰ和方案Ⅱ应用于工作岗位,测量10个周程所需的时间,并计算出平均时间,如表5所示。具体改善效果如下:

    [size=1em](1)改善后作业时间缩短。方案Ⅰ一个周程可缩短6 s,方案Ⅱ一个周程可缩短15 s,工作效率得到提高。

    [size=1em](2)方案Ⅰ劳动强度低,作业效率较高,可应用于正常状态下的生产作业。

    [size=1em](3)方案Ⅱ劳动强度高,作业效率高,可用于紧急状态的生产作业。

    [size=1em](4)改善后,机器和人的利用率都得到了提高,待工现象减少。

    [size=0.8em]表5 时间统计表
    Tab.5 Time statistics

    4 结语

    [size=1em]虽然在很多木地板或工艺要求很高的家具企业,已经采用开榫-指接一体化的自动设备,但这样的设备更适合加工被四面刨精确加工过的硬木方材,而很多粗放式生产的家具企业,尤其是出口型的美式家具企业,加工的有很多是边角料方材(多为各向异性较明显的软木)。为了加工这些小批量的边角料而特意增加一道刨切工序并引进自动化开榫-指接设备,是不划算且不实际的。因此,在现有设备的基础上改进生产工艺虽然不是最完美的,但却是最合适的。本研究针对应用范围广、自动化程度低的梳齿榫开榫岗位进行调研,优化作业顺序,提高人和机器的利用率,降低生产成本,以期为粗放式生产的家具企业提供有益的指导和参考,为减轻贸易战对中国家具行业的冲击献一份力。

    [size=1em]参考文献:

    [size=1em][1]李计广.美国越来越像是个“不负责任的大国”[N].北京日报,2018-06-01(003).

    [size=1em][2]侯晓林,申黎明,于娜.基于仿真技术的沙发打底工序能量消耗研究[J].家具,2016,37(3):48-54.

    [size=1em][3]于世高.中美关系发展及其应对探讨[J].新东方,2018,25(2):63-69.

    [size=1em][4]易树平.基础工业工程[M].北京:机械工业出版社,2013.

    [size=1em][5]吴智慧.木家具制造工艺学[M].北京:中国林业出版社,2012.

    [size=1em][6]郭婧,于娜.家具生产重复性弯腰上料作业中的上臂肌肉肌电研究[J].家具,2018,39(2):90-92.

    [size=1em][7]刘永溪,于娜,申黎明,等.人体仿真技术在精密推台锯作业中的应用[J].家具,2014,35(4):11-14,19.

    [size=1em][8]刘磊,申黎明,于娜.基于流程程序分析的软床钉架作业改善[J].家具,2018,39(3):84-88,103.


    [size=1.8em]Research on the Optimization of Comb Tenoning Process Based on Man⁃Machine Operation Analysis
    [size=1em]XU Licheng1,XU Wei1,2*,HUANG Qiongtao3
    (1.College of Furnishings and Industrial Design,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;2.Jiangsu Co⁃Innovation Center of Efficient Processing and Utilization of Forest Resources,Nanjing 210037,China;3.Yihua Life Technology Co.,Ltd.,Shantou 515834,China)

    [size=1em]Abstract:Since the start of the China⁃US trade friction,the Chinese furniture industry has been seriously affected by tariff barriers.In order to improve the production efficiency of furniture enterprises in reaction to the impact,the operation of comb tenoning machine was taken as the research object.The detailed in⁃vestigation and analysis on the tenoning process was conducted by applying the man⁃machine operation analysis method of industrial engineering.Two kinds of process optimization schemes followed“5W1H”and“four principles of ECRS”have been developed and applied to the practical production and the emer⁃gency.The specific improvement results showed that the cycle time can be shortened and the work effi⁃ciency can be increased,with low labor intensity and high work efficiency.After the improvement of pro⁃duction operation,the utilization ratio of machine and human has been improved,and the waiting time has been reduced.

    [size=1em]Key words:man⁃machine analysis;industrial engineering;ECRS four principles;optimization


    [size=1em]中图分类号:TS664

    [size=1em]文献标识码:A

    [size=1em]文章编号:1000-4629(2018)06-0006-05

    [size=1em]基金项目:国家重点研发计划项目资助(2017YFD0601104);美式家具关键制造工序产能提升及匹配度优化(YH-JS-JSKF-201708002-02);江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)。

    [size=1em]作者简介:徐立城(1994-),男,硕士研究生,主要从事家具制造工艺和家具产业地理方面的研究。E⁃mail:1725569757@qq.com

    [size=1em]通讯作者:徐伟(1975-),男,教授,主要从事家具设计与工程方面的研究。E⁃mail:xuwei@njfu.edu.cn

    [size=1em]引文格式:徐立城,徐伟,黄琼涛.基于人-机作业分析的梳齿榫开榫工序优化研究[J].家具,2018,39(6):6-10.



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