動作分析

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動作分析(Motion Analysis)

目錄

動作分析概述

  動作分析是方法研究的另外一個內容,主要研究分析人在進行各種操作時的身體動作,以消除多餘的動作,減輕勞動強度,使操作簡便更有效,從而制定出最佳的動作程式。

  程式分析是從大處著眼,根據程式圖分析生產過程的種種浪費,從合理安排程式中去尋求提高工作效率的方法。而動作研究則是在程式決定後,研究人體各種操作動作之浪費,以尋求省力、省時、安全的最經濟的方法。

  動作分析的實質是研究分析人在進行各種工作操作時之細微動作,刪除無效動作,使操作簡便有效,以提高工作效率。其內容為:發現操作人員的無效動作或浪費現象,簡化操作方法,減少工人疲勞,在此基礎上制定出標準的操作方法,為制定動作時間標準作技術準備。它包括:動素分析影象分析動作經濟原則等內容。

  動作分析是按操作者實施的動作順序觀察動作,用特定的記號記錄以手、眼為中心的人體各部位的動作內容,把握實際情況,並將上述記錄圖表化,以此為基礎,判斷動作的好壞,找出改善著眼點的一套分析方法。

  什麼是動作

  工藝流程和作業的具體實施方法,如為尋找、握取、移動、裝配必要的目的物,操作者身體各個部位的每一個活動。動作可大致分為下麵四類:

  加工—改變目的物形狀和裝配目的物的動作

  移動—改變目的物位置的動作

  握持—保持目的物形態的動作

  等待—無作業手空閑著的動作

動作分析方法

  (1)目視動作觀察法:分析者直接觀測實際的作業過程,並將觀察到的情況直接記錄到專用表格上的一種分析方法。

  (2)影像動作觀察法:通過錄像和攝影,用膠卷和錄音帶記錄作業的實施過程,再通過放影、放像的方法觀察和分析作業動作的方法。

  • 高速攝影分析法(細微動作影像分析)
  • 常速攝影分析法
  • 慢速攝影分析法

動作分析的用途

  • 為減輕作業疲勞,提高工作效率而找出動作存在的問題
  • 探討最適當的動作順序、方法和人體各部位動作的同時實施
  • 探討最適合於動作的工夾具和作業範圍內的佈置
  • 比較動作順序、方法改進前後的情況,預測和確認改善的效果
  • 用記號和圖表一目瞭然地說明動作順序和方法
  • 改善動作順序和方法,制定最適當的標準作業方法
  • 提高能細微分析動作和判斷動作好壞的動作意識

動作分析的目的

  生產活動實際上是由人和機械設備對材料或零部件進行加工或檢驗組成的,而所有的檢驗或加工又都有是由一系列的動作所組成,這些動作的快慢、多少、有效與否,直接影響了生產效率的高低。

  許多工廠對工序動作的安排,往往是在產品剛開始生產時安排一次,此後除非出現重大問題很少進行變更。效率的提高一般視作業者的動作熟練程度而定,隨著動作的逐漸熟練,作業者對作業動作習以為常,完全在無意識中進行操作。實際上,這樣的作法潛藏著極大的效率損失。

  許多人們認為理所當然的動作組合,其實都存在:

  • 停滯
  • 無效動作
  • 次序不合理
  • 不均衡(如:太忙碌、太清閑等)
  • 浪費

  等不合理現象。這些動作對產品的性能和結構沒有任何改變,自然也不可能創造附加價值,使生產效率因之降低。吉爾佈雷斯曾說過:“世界上最大的浪費,莫過於動作的浪費。”

  以日常生活中的動作為例:一個熟練的廚師,可以同時用兩個甚至更多的爐子炒菜,快速而且不會出差錯。而平常人則可能用一個爐子炒菜都會出現在中途發現某一種材料還未準備好的狀況,所耗費的時間也更長。究其原因,就是因為動作安排合理與否造成的。

  動作分析就是對作業動作進行細緻的分解研究,消除上述不合理現象,使動作更為簡化,更為合理,從而提升生產效率的方法

動作分析要素

  從操作者手動作之研究,吉爾勃斯夫婦發現,所有操作是由一連貫之基本動作(Fundamental motion)所組成,經研究結果,統計人體動作之基本要素(或基本動作)可細分為十七種動素,為使讀者對這些動素之定義,範圍及其特性有所瞭解,故將此 十七種動素歸成三大類:

  第一類:進行工作之要素。(1~8)

  第二類:阻礙第一類工作要素之進行(9~13)

  第三類:對工作無益之要素(14~17)

  1.伸手(Reach-RE)

  • 定義:空手移動,或稱[運空](Transport empty)。
  • 起點:當手開始朝向目的物之瞬間。
  • 終點:當手抵達目的物之瞬間。
  • 特性:
    • 當手朝向目的物或某一動素完成,手須伸回時發生[伸手]動素。
    • [伸手]途中常有[預對]伴生。
    • [伸手]常在[放手]之後,而在[握取]之前發生。
  • 改善:
    • 縮短距離。距離之測量應實際路徑為準,而非兩端之直線距離。
    • 減少[伸手]時之方向意識(sence of orientation)。
  • [伸手]依難易可分為下列數類:
    • 伸手至一固定位置。
    • 伸手至每次位置略有變動之目的物。
    • 伸手至一堆中之目的。
    • 伸手至一甚小物手而須精確握取者。

  2.移物(Move-M)

  • 定義:手或身體之某一部位將物件由一地點移至另一地點。或稱運實(Transport loaded)
  • 起點:手有所負荷開始朝向目的地點之瞬間。
  • 終點:有所負荷之手抵達目的地點之瞬間。
  • 特性:
    • [移物]有空間之移動,推動,拉動,滑動,拖動,旋轉移動等。
    • [移物]途中突然停止即為[持住]。
    • [移物]途中常有[預對]伴生。
    • [移物]常在[握取}之後,而在[放手]或[對準]之前發生。
  • 改善:
    • 縮短移動距離。
    • 減少每次移動之重量。
    • 分析移動之方法,檢討有無其它工具可代替。
    • 減少移物時之方向意識。
  • [移物]依其困難程度可分類如下:
    • 移物至固定停靠處。
    • 移物至大概位置。
    • 移物至精確位置。
    • 移物至不定位置。

動作分析改善的次序

  動作分析改善的步驟,如果用PDCA的方法進行分析的話,可以作成圖2.1那樣的流程圖,遵循這樣的步驟進行動作分析改善,可以使動作的效率不斷得到提升。

動作分析改善的步驟:

  1.問題的發生/發現

  在生產製造的現場,每天都有新的問題在發生。有些人可能視若無睹,覺得一切都很正常,因而也就缺少改善的動因,效率也就日復一日地停留在同一水平上。改善往往源於問題的發生和發現,管理者如果能帶著疑問審視現場所發生的一切,特別對細節的地方加以留意,就更容易找到改善的對象。表2.2和2.3可以啟發管理人員發現現場的問題點。

  Image:动作分析0.jpg Image:动作分析1.jpg

  2.現狀分析

  問題了現以後,就應該針對問題發生的現場,展開細緻的調查,掌握翔實的數據,使問題進一步明確。然後根據掌握的事實,展開分析。這個步驟中,應堅持以下原則:

  ①現實主義的原則

  對問題把握,一定要以現場發生的事實為依據,運用5W1H的方法反覆弄清事實的真相。切忌主觀猜測,脫離事實。

  ②數據化的原則

  文字性的描述往往難於區分具體的差異,會使事實的把握處於模糊狀態,這樣的結果,一則會導致問題分析的難度加大,而且改善的效果也難於衡量。因此,只要能數據華的地方一定要掌握具體的數據。

  ③記號化、圖表化的原則

  如果能把動作進行分解,再使用記號進行表示,並且把掌握的數據用圖表表示出來,對事實的描述將會大簡化,而且理解分析的難度也會降低很多。

  ④客觀分析的原則

  分析者有時會因為立場差異,導致分析方向的偏離,常常把問題歸咎於其他部門或其他人,這樣就容易導致扯皮現象的產生,給問題的解決設置了人為的障礙。所以進行問題分析時一定要先已後人,保持客觀的立場。

  3.找出問題的真因

  通過現狀的分析以後,可以得到一些問題的可能原因。這時,應該逐一加以驗證,把一些似是而非的原因排除掉,找到真正導致問題的原因。排除的過程應該堅持先簡單後複雜,先成本低後成本高的原則。

  4.擬定改善方案

  問題的真因找到之後,就應該擬定改善方案,以消除產生問題的原因使問題不再複發。對於動作改善,可以參考動作改善四原則(見表2.4),幫助擬定改善方案。

  Image:动作分析2.jpg

  改善方案擬定之後,應該與相關人員檢查其中是否有缺失遺漏,進一步使之完善,避免產生負作用。

  5.改善方案的實施

  改善方案確定以後,就該集中相關人員進行說明訓練,將任務分派下去,並對改善過程進行追蹤監控。一旦有不理想的地方,還應及時進行調整。

  6.改善效果確認

  改善方案實施完成後,應收集各方面數據,與改善之前的數據進行比較,確認改善是否達成了預想的目標。由於生產現場的目標離不開PQCDSM(效率、品質、成本交期、安全、士氣)幾個方面,所以以下數據收集比較也就順理成章了:

     7.標準化

  倘若效果較為明顯,就應通過標準化加以維持。制訂新的作業標準書、現場整理佈置規範、安全操作規程、工程巡視要點等文件並正式發佈實施。這樣也就完成了一個工作改善的迴圈,進入下一個迴圈。

動作分析法案例分析

案例一:動作分析法在減速器裝配流水線設計教學分析[1]

  工業工程的核心是降低成本、提高質量和生產率,工作研究工業工程體系中最重要的基礎技術,起源於泰勒提倡的“時間研究”和吉爾佈雷斯提出的“動作研究”。隨著動作研究技術不斷發展,進一步延伸到對操作和作業流程的研究,逐步形成了“方法研究”(Method Study)的完整體系[2]

  早在1981年路特(Reuter)對美國企業應用工業工程情況進行抽樣調查表明,94.2%的企業應用了方法研究。在我國,由於工業工程的引進晚,起步晚,更應該從基礎工業工程起步;同時我國正在成為全世界的製造基地,據數字統計,我國企業裝配線的平衡率通常都很低。很多裝配線經過進一步的平衡,一般可以將生產率提高30%。所以,裝配線的平衡是一個比較迫切要解決的問題。特別是在資源日益缺乏的今天,其對於有效利用資源、緩和資源不足問題也有深遠的意義[3]

  動作分析在企業提高生產線工作效率方面具有很大的優勢。同時工作人員是在一種更為省力的規範動作體系中完成工作,完全遵守動作經濟性原則,這樣就做到了工作效率提高和員工疲勞程度反而降低的雙贏效果。甚至有些時候企業單單是為了提高產能也可以運用動作分析方法,不引進新的生產線,在原有生產線的基礎上進行改進,無意中也是進行了生產線平衡,進而完成了自己提高產能的目的[4]

  動作分析的含義:按操作者實施的動作順序觀察動作,用特定的記號記錄以手、眼為中心的人體各部位的動作內容,並將記錄圖表化,以此為基礎,判斷動作的好壞,找出改善點的一套分析方法[2]。其實質是研究分析人在進行各種操作時的細微動作,刪除無效動作,使操作更加簡便有效,提高工作效率。動作分析法是從動素的基礎上尋求改善空間,它常常能為工業工程師提供最根本的改善點,進而提升整條生產線的平衡性[5]

  製造企業對工業工程人才的創新能力要求不斷提高,建立與製造企業需求相適應的具有創新特色的專業教學體系是人才培養的重要保證[6]。工程教學和實踐環節是工業工程人才培養極其重要的必修環節[7]。本文結合我校本科學生的科技創新,同時考慮到學生的工科背景,選擇了比較典型的工業產品——減速器為實驗對象,設計一條減速器裝配線,而裝配線要解決生產線的平衡問題。所以通過實現對各工位工作分析,找出瓶頸,運用動作分析等方法,藉助工業時效分析軟體,將瓶頸所消耗的時間儘可能縮短,理想狀態是消除瓶頸,最終設計出一條平衡的減速器裝配線,使學生從工作環境和動作分析的研究中找到提高工效的方法[8]

  一、分析減速器的裝配過程

  操作步驟:

  1)將軸承Z2插入大齒輪L2內;

  2)將上述聯合體放入箱體T內;

  3)將軸承Z1插入高速齒輪L2內;

  4)將上述聯合體放入箱體T內;

  5)將箱蓋G放在箱體T上;

  6)放入定位銷J1、J2;

  7)安裝觀察孔蓋板(需要4個緊固螺釘);

  8)將箱蓋G安裝在箱體T上(需要6個螺釘S1-S6);

  9)安裝起蓋螺釘;

  10)安裝軸承蓋G11(需要4個緊固螺釘);

  11)安裝軸承蓋G12(需要4個緊固螺釘);

  12)安裝軸承蓋G21(需要4個緊固螺釘);

  13)安裝軸承蓋G22(需要4個緊固螺釘)。要將產品的裝配過程設計成為均衡的流水線,首先粗略地劃分出流水線的工位,然後測量每個工位工作的時間。針對瓶頸工序,進而提出改善的方案,直至消除瓶頸。對於不同複雜程度的零件,這個分析過程需要1-4個迴圈。

  二、工序分析

  1.流水線工位的初始劃分。

  初始分為4個工位,每個工位的任務如下。

  工位1:完成步驟1-7,用時106s;工位2:完成步驟8和9,用時92s;工位3:完成步驟10和11,用時98s;工位4:完成步驟12和13,用時96s。

  正如人們所熟知的最短板理論,最慢的步驟將會決定整個流水線的最終時間,最慢的步驟也就是瓶頸。由上可見,工位1的用時最長,是瓶頸工序。

  對工位1的操作分析

  1)操作對象多,包括軸承、齒輪、箱蓋、定位銷等,需要事先對其分類按序擺放,以提高操作者的工作效率。

  2)在不影響裝配精度的情況下,將軸承蓋上用於安裝螺絲的孔擴大一些。

  根據上述分析,再次進行測量。

  工位1:完成步驟1-7,用時95s;工位2:完成步驟8和9,用時89s;工位3:完成步驟10和12,用時86s;工位4:完成步驟11和13,用時85s。

  由上可見,工位1雖然有了很大改進,但仍是整個作業過程的瓶頸。通過流程分析和操作分析已經不能再找出什麼可以改善的地方;而動作分析常常能為工業工程師提供最根本的改善點,進而提升整條生產線的平衡性。

  動作分析是對操作的進一步細分。動作分析在方法研究中屬於第3層次,它是在程式分析、操作分析的基礎上,從微觀角度對人的細微工作進行分析研究[9],發現作業者無效的和不經濟的動作,尋求省力、省時、安全和最經濟的動作,使操作更加簡便有效,減輕工作疲勞,降低勞動強度,提高工作效率[10]

  2.對瓶頸工位的動作分析以出現瓶頸的工位1為例,通過工業時效分析軟體,對瓶頸工位1的現場錄像可任意調速進行反覆播放,認為是多餘或無效的動作均可進行刪除編輯,可進行改進前後的對比,最後得出改進後較科學的流水線裝配過程。

  (1)工業時效分析軟體——達寶易。

  達寶易是將現場錄像轉換成電腦可識別的格式後,在電腦上進行動作分析與時間研究的工具。

  通過變速播放或逐幀播放可以準確地找到無效動作的起始和結束位置,而且可對每一動作進行速度評價,可以很方便快捷地制定標準時間。在播放時認為是多餘的動作均可刪除不播,可模擬工程改善後的效果,分析過程節選圖片如下圖所示。

动作分析过程节选

  一邊看錄象,一邊點擊滑鼠精確地記錄時間,被記錄的時間被電子化,從而可方便地輸出到MSEx-ce,l分析結果如下圖所示。

分析输出结果节选

  通過分析,可統計出無效動作所占比例,將無效的動作進行刪除;將低效的動作進行改善;可進行改善前與改善後的效果比較,從而為數理統計提供基礎數據,使改善效果更加直觀,數據更加可靠。利用MOD法計算器,可以邊看錄像邊用MOD法制定標準時間。通過產品裝配實現對各工位工作分析及流水線的節拍分析,發現瓶頸工序,平衡生產線,從工作環境和動作分析的研究中找到提高工效的方法。

  (2)動作要素的分析。

  人的動作雖有千變萬化,但構成這些動作的基本動作是很有限的,這些基本動作稱之為動素。按照有關國際標準,分為18種動素,這18種動素根據其作用的不同劃分為3類[8]。

  有效動素是指對操作有直接貢獻的那些動素,包括伸手、握取、移物、放手、裝配、拆卸、使用、發現,這類動素取消的不會很多,分析、改善的重點是如何縮短其持續時間;輔助動素是指對操作起輔助作用的那些動素,包括尋找、選擇、檢查、持住、定位、預定位,這類動素除了非用不可者外,應儘量取消;無效動素是指對操作沒有任何作用的那些動素,包括計劃、休息、延遲、故延,由於此類動素不進行任何工作,這是一定要設法取消的動素。

  在慢放工位1的錄象過程中,用動素符號將操作過程詳細記錄下來,通過工業時效分析軟體,將記錄過程進行保存並彙總,動作大類彙總見下表。

  動作大類彙總

動素分類類別名稱時間/s數據個數
改善前改善後
第一類動素有效動素72.5569.0220
第二類動素輔助動素0.000.000
第三類動素無效動素3.530.002

  為了進行分析改進,要準確記錄每個動作併進行動素歸類,找出存在問題的動素,分析結果見下表。

  動作分析表

編號名稱動作時間/s標準時間/s速度評價繫數周期類型動素歸類
1裝配軸與齒輪1.831.831.001裝配第一類動素
2拿取軸承1.001.001.001握取第一類動素
3對準軸承與軸1.351.351.001對準第一類動素
4(無效)安裝軸承與軸3.100.001.001裝配第三類動素
5安裝軸承與軸0.910.911.001裝配第一類動素
6拿去墊圈(錯誤)0.430.001.001握取第三類動素
7拿取墊圈1.801.801.001握取第一類動素
8對準0.380.381.001對準第一類動素
9安裝墊圈2.042.041.001裝配第一類動素
10拿取安裝軸承2.862.861.001握取第一類動素
11裝配零件與底座3.163.161.001裝配第一類動素
12安裝齒輪與軸承3.403.401.001裝配第一類動素
13安裝另一軸承與齒輪2.642.641.001裝配第一類動素
14安裝零件與底座3.323.321.001裝配第一類動素
15安裝上箱蓋與底座2.692.691.001裝配第一類動素
16拿取固定銷2.232.231.001握取第一類動素
17安裝固定銷2.442.441.001裝配第一類動素
18拿取視孔窗3.483.481.001握取第一類動素
19安裝視孔窗3.283.281.001裝配第一類動素
20固定,擰緊螺釘16.646.641.001裝配第一類動素
21固定,擰緊螺釘214.5214.521.001裝配第一類動素
22固定,擰緊螺釘39.049.041.001裝配第一類動素

  上表總共分成了22步,其中第4、6兩步,成為了本不應存在的延長了工作時間的步驟,通過工業時效分析軟體,標記出了第4、6兩步,可以看出這兩步總共耗費的時間為3.53s,如果刪除這類動作的話,每生產1個產品就會節省3.53s,這隻是流水線上其中的1個工位,並且就有效動素而言,還有效率改進的空間。

  在進行動作分析後,所記錄的作業時間可按作業周期、動作特征種類等單位進行時間合計等各種統計計算,動作類型統計結果見下表。

  動作類型統計結果

動作類型數據個數平均值中間值最小值最大值方差總時間/s
改善前改善後
裝配144.213.000.9114.0013.0359.0155.91
握取61.972.230.433.481.2911.8111.38
對準20.861.000.381.000.471.731.7

  由上表可以看出,裝配這一項中改善前與改善後的時間相差將近4s;握取這一項中改善前與改善後的時間相差將近0.5s。由分析報告中的柱狀下圖可以更直觀地看出。

改善前后动作时间对比柱状图

  三、改進之後較科學的流水線裝配過程

  無效的刪除、低效的改善之後的較科學的流水線裝配過程測量結果如下。

  • 工位1:完成步驟1-7,用時87s;
  • 工位2:完成步驟8和9,用時90s;
  • 工位3:完成步驟10和12,用時86s;
  • 工位4:完成步驟11和13,用時85s。

  經過數次分析和改進,基本消除了流水線的瓶頸工序,各個工序在作業時間上得到了均衡,實現了生產線平衡(Streamline Balancing)。

  動作分析能在其它方法無計可施時,給生產線的平衡提供一把秘密武器,它從最基本的“動素”入手,是動作標準化的基礎,在此基礎上尋求改進空間以提升生產線的平衡能力。當然,它與工業工程其它手法聯袂使用,更能收到許多非凡的效果。

  生產線的設計水平直接影響生產能力,一些生產線常常因為一個或幾個瓶頸工位影響了生產線整體生產能力。因此解決瓶頸工位,提高生產線生產能力是企業重點關註的問題[11]。動作分析法通過對瓶頸工序操作的動作簡化和動素優化,不僅能達到提高生產線平衡率的目的,而且還能提高操作者的綜合素質,培養員工在每一個生產的細小環節進行改善的意識[12]。對於正處於發展期的新型的中國工業工程專業人才的培養,不僅需要立足於基礎教學,更需要建立企業人才需求的意識,結合工業工程學科的特點,通過模擬企業生產系統的設計與運行,使學生驗證所學專業理論,訓練IE基本技能,提高綜合分析與設計的能力。通過科技創新等實踐環節,對學生進行動手能力、協同合作能力、分析和解決問題的能力、創新能力等全面素質的培養,以適應企業發展的需要。

參考文獻

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