實木家具斷料工序工時分析

陳美業(yè) 孫德林

實木家具以其材質(zhì)天然環(huán)保、紋理清新自然以及板式家具不可比擬的優(yōu)美造型廣受人們的喜愛[1]。但其加工工序復(fù)雜，它的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)也不及板式家具零部件的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)普及，所以實木家具生產(chǎn)改進(jìn)較慢，正因如此有必要對其生產(chǎn)效率進(jìn)行研究。工時研究是行業(yè)內(nèi)有效提高生產(chǎn)效率的方法[2]，對實木家具各加工工序的工時測定，有助于全面了解生產(chǎn)過程，并發(fā)現(xiàn)可以減少浪費的環(huán)節(jié)或步驟，對提高機器設(shè)備的利用率和操作者的工作效率提供一定的改進(jìn)依據(jù)。斷料是實木家具部件進(jìn)行生產(chǎn)加工的第一道工序，對其工時的研究和控制，能從源頭上把控加工時長，提高生產(chǎn)效率[3]。

1 斷料工時的測定與分析

1.1 測定對象

以中山某沙發(fā)廠為研究案例，對斷料工序進(jìn)行觀測。選用的材料為樺木，長度（2 000 ±50）mm。操作者基本信息：身高165 cm，體重65 kg，工作經(jīng)驗3年以上，技能良好，被工廠評定為B級員工。

1.2 加工設(shè)備

截料鋸（MJ276，正銳機械），外形尺寸：4 250 mm×1 150 mm×1 300 mm；最大截料寬度為520 mm， 最大截料厚度為200 mm。

1.3 工時測定方法及測量工具

1）測定方法：連續(xù)測時法和歸零測試法[4]。

2）測量工具：秒表、時間研究表格、計算器、卷尺、攝像機（索尼 HDR-CX405）等。

1.4 測定說明

斷料過程的一個周期為一塊鋸材被切割完。切頭包括了鋸切以及鋸切完對所切除廢料的處理，由于處理廢料時間過短，沒有單獨列出；給料時間包括將鋸材放置好并啟動鋸切按鈕；下料是指將斷好的木料搬至工件架并擺放整齊；最后一次下料包括了將斷料剩余的木料放進(jìn)拼料箱或廢料箱的時間。

1.5 測定過程

1）d2值法

當(dāng)觀測次數(shù)比較少時，用樣本標(biāo)準(zhǔn)差代替總體標(biāo)準(zhǔn)差：

式中：R——極差，即觀測單元時間最大值與最小值之差；

d2——以觀測次數(shù)為基礎(chǔ)的一個系數(shù)，可查d2值系數(shù)表取得。

通常取可靠度為95%，精確度為5%，則應(yīng)觀測的樣本數(shù)，按以下公式計算為[5]：

其中：S——樣本標(biāo)準(zhǔn)差；

2）觀測次數(shù)的確定

先對斷料工序進(jìn)行了16次的預(yù)觀測，得出斷料時間的極差R=21.43（s），平均數(shù)=58.86（s），查d2值系數(shù)表得d2=3.532，代入（1）式中得σ=6.067，再代入（2）式得應(yīng)進(jìn)行的觀測次數(shù)n′=17。

3）通過對樺木的斷料觀測，測出數(shù)據(jù)見表1所示，單位s。

2 結(jié)果與分析

2.1 斷料時間分析

從表1中可見，將長2 000 mm、厚50 mm鋸材截斷成（800+800+350）mm的木料平均時長為88.11 s , 其中上料平均時間為12.85 s , 由于需要選料，導(dǎo)致上料時間出現(xiàn)波動；給料時間隨著木料的減少而減少，由第一次給料的10.48 s到第二次給料的3.46 s , 木料質(zhì)量越小，給料越省力省時；鋸切時間為機器工作時間，鋸片上升速度為調(diào)試速度，在統(tǒng)一加工周期內(nèi)恒定，平均為7.09 s ; 下料平均時間為8.24 s , 波動主要是由木料的擺放調(diào)整以及適時測量擺放尺寸是否規(guī)范造成。

2.2 各加工動作占總加工周期比重

圖1為各加工動作占加工周期的比重，其中上料時間占總周期的14.58%；給料時間占23.66%；鋸切時間占33.65%；下料時間占28.10%；人工耗時占到了總加工時間的66.35%。

其中部分時間由于人工操作的不規(guī)范性和不確定性造成時間的浪費，所以減少人為的時間浪費、提高人工的效率能大大提升整個工序的效率。斷料工序人工和機器基本是相對獨立的，人工操作時機器處于待加工狀態(tài)，而機器作業(yè)時，人工是閑置的，所以要充分利用人工閑置的時間，如在機器鋸切的時候做好上料準(zhǔn)備；將通常在下料時測量尺寸的動作提前到鋸切時；將截料鋸上料導(dǎo)軌加長，可以利用切割時間上更多的料，這樣可以大大節(jié)省上料時間。

表1 斷料工時觀測表Tab.1 Time observation table of cutting material

圖1 各動作工時占加工周期比重Fig.1 The proportion of each process action

2.3 工序布局優(yōu)化

在托盤下方添置升降臺，將下料動作均衡化。從現(xiàn)場觀測來看，下料時間先逐漸減少，擺放至一定高度后基本穩(wěn)定，然后再隨木料擺放高度的增高而逐漸增加。放置低處和高處的木料都耗費更多的時間，分別加上了彎腰和抬手臂的動作，操作者的工作難度和強度都加重。升降臺的加入能由操作者控制擺放高度，將高度相對固定在同一水平上。根據(jù)人機工程學(xué)原理，直立姿勢手臂彎曲操作時，前臂在自豎直朝上位置繞肘關(guān)節(jié)向下方在轉(zhuǎn)動大約70°位置上產(chǎn)生最大操作力[6]。因此木料擺放高度應(yīng)大致為操作者直立時手臂繞肘關(guān)節(jié)向下彎曲70°時的高度位置。同樣的，在鋸切好的木料工件架下也增加升降臺，保證下料高度維持在相同的高度上，這樣有利于持續(xù)工作，降低連續(xù)工作的疲勞度[7]。

2.4 加工動作調(diào)整

1）將上料動作提前。機器每鋸切一次的時間平均約7 s，這段時間人工空閑，等待機器完成鋸切才進(jìn)行下料動作，因此可以在機器工作的同時人工進(jìn)行上料準(zhǔn)備，這樣上料時間與機器鋸切時間部分重疊，上料絕對時間不變，但相對時間大大縮短，由原來的12.85 s縮短為5.56 s，減少了56.73%。

2）將截料鋸導(dǎo)軌加長。兩端導(dǎo)軌加長后有更多的空間進(jìn)行上料，同時，可以將下料動作推遲到第二次鋸切或第三次鋸切時間進(jìn)行，下料動作和給料的時間也可以進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。表2為斷料工序人機作業(yè)原始圖，表3為加工動作調(diào)整后的人機作業(yè)圖。通過利用機器加工時的等待時間，人工利用率由66.35%提高到87.67%，機器利用率由33.65%提高到37.45%，總周期提高了10.15%。

表2 斷料工序人機作業(yè)圖Tab.2 Human-machine operation chart of cutting material process(primary)

表3 改善后的人機作業(yè)分析圖（1人1機）Tab.3 Human-machine operation chart of cutting material process(1 labor/1 equipment)

3 結(jié)論

1）斷料工序工時分為人工耗時和機器耗時，其中機器鋸切時間占33.65%，人工耗時占到加工周期的66.35%，有很大的改進(jìn)空間。通過加長鋸臺導(dǎo)軌，調(diào)整加工動作，平均加工時間由原來的88.11 s減少到了79.17 s，縮短了10.15%。

2）升降臺的增加會減輕操作者的工作負(fù)荷，也會因此減少加工時間，具體改進(jìn)情況有待進(jìn)一步的觀測研究。

3）鋸材質(zhì)量對斷料工時有很大的影響，有待于進(jìn)一步量化分析。對木材的缺陷和形變的處理會增加加工動作，浪費加工時間，因此要保證木材的質(zhì)量。

[1]劉曉紅, 高新和. 封邊工序的工時測定[J]. 林產(chǎn)工業(yè), 2003, 30(4):45-48.

[2]郝景新, 劉文金, 黃曉南. 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直線封邊機的工時研究[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報, 2011, (12):150-153, 158.

[3]宣曉志. 家具生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)工時的研究與應(yīng)用[J]. 林業(yè)機械與木工設(shè)備, 2011(3):55-57.

[4]王金玉. 美式家具零部件鉆孔工藝與工時的研究[D]. 南京:南京林業(yè)大學(xué), 2008.

[5]易樹平, 郭伏. 基礎(chǔ)工業(yè)工程[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2013.

[6]趙京, 宋春雨, 杜濱. 基于人體工程學(xué)的仿人機械臂構(gòu)型[J]. 機械工程學(xué)報, 2013 (11):16- 21.

[7]陳銘. 20世紀(jì)中國家具加工技術(shù)與設(shè)備發(fā)展研究[D]. 南京:南京林業(yè)大學(xué), 2011.