基于新型工装的车间手工装配生产效率提升的研究

1. 朱丽丽 2.修文翠

2. 1.中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130062 2.机械与土木工程学院 吉林吉林 132101

摘要：工作研究(WorkStudy)是基础工业工程的核心内容，是企业改善生产作业系统、提高生产效率的重要方法。工作研究包括方法研究和作业测定两大技术。应用方法研究提高生产效率，可以从宏观和微观两个角度进行。从宏观角度对整个生产系统的分析中，重新规划车间布局、工作流程改善，生产线平衡、系统动力学建立仿真模型、物流规划都被用来对整个生产系统进行改善，从而提高生产效率。从微观角度对操作者动作分析中，用模特法建立标准时间、从人因工程角度改善作业姿势的方法被证明能够有效提高车间手工组装效率。

关键词：工作研究；手工装配；工装设计

引言

工业装配生产中，大量相似产品是由一线装配员工将各类相同的零部件组装而成。虽然随着机器人的引入，传统装配线部分转变为自动/半自动装配线。然而，仍有许多装配操作太过复杂，采用手工装配是最有效的解决方案。当装配线有不同任务时，手工装配具有高度的灵活性，具有更好的表现，因此会在未来装配作业中持续存在。随着多品种生产成为企业生产的主流，企业装配生产中无论是采用传统装配线，还是采用混流装配线，抑或是采用单元生产，都会使装配员工面临不同任务切换情形。员工面对装配线较快的生产节拍，需要快速反应，容易造成工作压力增大，人因失误概率增大，一些失误会影响到装配质量甚至造成生产中断。企业由此难以持续高效地进行安全生产作业。

1工装设计优化技术的现状

我国工业生产往往针对结构复杂、质量要求高、需要装配的产品。军事、航空领域的机械零件往往需要机械设计来优化。另一方面，我国工业生产技术发展不足，部分制约了军事和航空等领域的长期发展。安装主要分为两个部分，生产尺寸小于柔性安装，柔性安装的生产寿命较短，范围更广，因此当前柔性安装成为热方法之一。由于我国与西方工业生产的差距，我国大多数工业设施都是刚性的，而大多数西方国家都配备了软材料，从而减少了刚性车间的限制。随着社会网络信息技术的发展，构建单元也趋于数字化和智能化。在日本的发达国家，工业设计往往采用智能技术设计，为建筑业提供更多的资源和平台。由于航空技术的卓越表现，大多数波音飞机在英国都是用智能技术制造的。伴随着改革开放进程的加快和工业生产技术的进步，我国对软触摸式和智能组装技术进行了改进和调整，利用通用模式实现了制造业数字化，与工业制造业合作，产业建设产业发展，调整了以往建设工程的弊端和薄弱环节。技术进步在越来越大领域的设施设计中也发挥了重要作用，但总体而言，生产率仍处于低阶段，发展速度和效率尚未提高。

2新型工装的设计

为了克服上述技术缺陷，本文设计了一种新型的工装用于贴胶条的环节，工人不用瞄准即可快速贴胶条，并且更能符合工作要求。图1为显示屏导光板贴胶条的工装，包括定位本体—1及薄板—4，定位本体与薄板配套使用；定位本体整体为呈四方形的中空框架且一侧边开有缺口，定位本体包含底座—2和定位装置—6；将导光板放置在底座中间开设的凹槽—3中，导光板的顶面与底座的顶面平齐，覆盖薄板，沿着薄板内边缘粘贴胶条。

注：1—新型工装主体，2—底座，3—凹槽，4—薄板，5—缺口，6—定位装置，7—圆角

注：2—底座，6—定位装置，8—光学膜，9—硅胶胶条

图2为使用新型粘贴胶条的工装，其显著的优点是提高了工作效率。操作人员只需要将导光板放入工装底座的凹槽中，覆盖薄板与定位本体组合在一起，即可进行粘贴胶条的工作，提高了贴胶条的效率。

3实验方案

3.1被试

24名毕业生的招聘年龄为21-24岁(平均= 22.04，标准差= 0.908)，面向19名男性、女性和5岁。身体健康、视力、右手、无色弱点。试验任务在试验前应详细告知，自愿接受知识专长的签署，并给予每个试验人员一定数量的报酬。

3.2实验流程

本次实验在室内进行，实验时间为每日10:00—12:00，15:00—17:00时段。实验进行前，由实验设计者对被试者讲解实验目的及实验方案，实验对象均为自愿参与本次实验，并且经过一定时间的培训掌握基本的操作技能的健康成年人。实验中选取上肢主要受力肌肉群—左右斜方肌、左右肱二头肌和左右肱桡肌作为测试对象。电极片粘贴位置如图3～图5所示，顺着被试者颈部左右各肌肉走向粘贴电极片，两个电极中心之间的距离为2cm，另一个电极为参考电极，置于第7颈椎棘突处。电极片粘贴前主试对被试者的皮肤用磨砂膏去死皮，并用75%酒精棉片清除油脂，以降低皮肤电阻。

被试者在操作台前静坐10分钟，然后执行操作任务。为消除上一组实验对下一组实验的影响，完成一组操作，活动四肢休息10分钟，再进行下一组实验。实验过程全程采集sEMG信号并且工作人员采集影像资料。实验场景如图6所示。

3.3统计分析

采用ibmspss 19对实验数据进行了分析，采用±标准差平均值表示数据，用笛卡尔图验证异常值，用Shapiro-wilk验证数据校正，用杠杆方差确定偏差，验收数为p。0. 05。在进行统计分析之前，筛选剩馀值超过标准偏差三倍的异常值。如果收集到的数据由于检测设置方面的问题而没有遵循实验的说明，也可以认为是异常的。错误率消除了1个数据，rt消除了3个数据，平均消除了24个数据，以防止调试对任务的熟悉程度过低。

3.4生产效率统计学分析

将各组实验的时间数据分为使用工装前和使用工装后，应用SPSS20.0软件，对使用工装前后对比时间进行非参数检验，结果如表1、表2所示，使用工装后的工作时间低于使用工装前的工作时间，在95%的置信度下，实验前后差异显著(p＜0.05)。

结束语

本文从工作研究的角度出发，设计一款新型工装以解决车间手工操作生产效率低的问题。此外，从人因工程的角度出发，借助表面肌电仪测得操作人员工作过程中的肌电数据，以此反映操作人员工作过程的肌肉疲劳程度。实验结果表明，使用新型工装完成粘贴胶条的工作，能够缩短工作时间，提高生产效率(p＜0.05)，还能够有效降低肌肉疲劳程度(p＜0.05)。在解决生产效率低下问题的研究中，以往学者大多从宏观角度对生产系统进行整体分析和改善。而本文从微观角度对手工作业人员的动作入手，通过设计新型工装，无须改变工作流程和车间布局，便可实现生产效率的提升，减少了工人学习新工作流程的时间，实际应用性较强。此外，新型工装制作成本低，改变尺寸即可适用于不同型号的光学屏幕的组装，易于推广。

参考文献

[1]刘雪晶.浅析焊接生产中工装夹具的作用[J].科技经济导刊,2019,27(27):75.

[2]董海堂.采用简易定位工装提高机床生产效率[J].金属加工(冷加工),2019(02):38-39.

[3]陈元林,杜金城.基于批量生产的工艺改进及工装设计方法[J].兵工自动化,2018,37(08):25-26.