廣州SH家具公司生產(chǎn)車間的現(xiàn)場改善研究

潘潔怡　梅明字　張建文　岑耀東　文伊　曹詠

摘要：隨著新工業(yè)智能制造時代的來臨，為適應(yīng)家具市場需求個性化與多元化，家具制造企業(yè)面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)。以廣州SH家具公司的板式家具生產(chǎn)線為案例，應(yīng)用人因工程學(xué)中的人體測量基礎(chǔ)、作業(yè)空間設(shè)計5大原則和工業(yè)工程的動作經(jīng)濟原則等科學(xué)理論依據(jù)，充分利用現(xiàn)場拍攝圖片視頻、問卷調(diào)查等方式收集車間各類尺寸與數(shù)據(jù)，以提高車間的生產(chǎn)效率、減少工人疲勞為目標(biāo)，運用文獻(xiàn)檢索、實驗法、圖示模型法等方法對生產(chǎn)現(xiàn)場展開全面改善研究，著重于作業(yè)空間的改造、輔助器具的優(yōu)化、貨品存儲的改善等。通過剖析人體尺寸以調(diào)整封邊區(qū)的物料擺放，結(jié)合MOD法等優(yōu)化組裝區(qū)工作臺布置，采用SLP法使B產(chǎn)品物流線距離同比減少20.1%，C、D線分別同比減少22.9%和7.3%，同時開發(fā)倉庫信息系統(tǒng)以解決長期困擾工人的出入庫紙質(zhì)單據(jù)保存困難、廢料處理不當(dāng)、成品布置混亂等問題，最終構(gòu)建出了一個滿足實際生產(chǎn)需求且安全、舒適、高效的生產(chǎn)車間。

關(guān)鍵詞：人因工程;作業(yè)空間;系統(tǒng)化設(shè)施布置規(guī)劃;現(xiàn)場改善;工業(yè)工程

中圖分類號：F273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009—9492（2021）03—0022—07

0引言

隨著21世紀(jì)中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提升，人們對家具的要求越來越高，近年來，板式家具憑借著其造型富于變化、外觀時尚、質(zhì)量穩(wěn)定等特點在國內(nèi)外的家具市場上站穩(wěn)了腳跟，如何在當(dāng)今科技發(fā)達(dá)的工業(yè)新時代脫穎而出，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率成為家具生產(chǎn)商一直苦苦研究的課題。許多先進(jìn)的設(shè)備被投入到板式家具生產(chǎn)制造之中，這無疑大大提升了生產(chǎn)的效率，但機械化水平的提升并不意味著工人的作用被削弱，工人仍然是家具生產(chǎn)作業(yè)流程中的執(zhí)行者，極大影響生產(chǎn)車間作業(yè)的效率。而大多中小家具企業(yè)都存在作業(yè)空間布置不合理，工人生產(chǎn)環(huán)境不友善等影響工作效率的問題。

我國科學(xué)發(fā)展觀戰(zhàn)略思想正全速推進(jìn)，以人為本的設(shè)計理念和管理思想逐漸成為主流，如何將家具的生產(chǎn)工藝進(jìn)行智能化、自動化升級改造，以實現(xiàn)在降低成本的同時提高產(chǎn)品質(zhì)量，除了機器的升級改造可以提升生產(chǎn)率之外，對工人的動作、工位布局等進(jìn)行人因工程分析也成為板式家具生產(chǎn)領(lǐng)域中一個高度關(guān)注的話題。尚永貴等提出了優(yōu)化工廠人-機-環(huán)境體系的方法及措施以改善車間員工的工作效率;張冰通過對家具產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線的升級及改造方案進(jìn)行企業(yè)體制改革的深入分析。然而，國內(nèi)關(guān)于人因工程在家具生產(chǎn)現(xiàn)場中的應(yīng)用研究仍很缺乏，因此，本文針對廣州SH家具公司中的板式家具生產(chǎn)線，利用工業(yè)工程和人因工程的專業(yè)方法破解工人舒適度低、車間現(xiàn)場無序等痛點，以優(yōu)化SH家具公司板式家具制造車間的現(xiàn)場管理。

1公司概況

本文以廣州SH家具有限公司中的板式家具生產(chǎn)車間作為研究對象。該公司致力于專業(yè)辦公家具的生產(chǎn)研發(fā)。為使公司品牌被更多客戶所認(rèn)可，公司正大力投入生產(chǎn)線的優(yōu)化改善，力求成為辦公家具行業(yè)最有發(fā)展?jié)摿Φ钠髽I(yè)之一。該公司板式家具的生產(chǎn)采用流水線人機結(jié)合的加工形式，具體流程如圖1所示。

其生產(chǎn)車間設(shè)有開料區(qū)、封邊區(qū)、清潔區(qū)、試裝區(qū)等11個工作區(qū)域，具體區(qū)域分布如圖2所示，其中組裝區(qū)等深色部分為本報告分析的重點區(qū)域。

2生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場問題分析

人、機器設(shè)備、工裝以及加工物所占的空間組成作業(yè)空間，其設(shè)計必須充分考慮人體測量學(xué)中所涉及的人體尺寸，通過對SH公司現(xiàn)場的作業(yè)空間進(jìn)行實地考察，采集空間尺寸數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場存在以下需要改善的問題。

（1）車間區(qū)域劃分不合理。車間中組裝區(qū)和封邊區(qū)的工具均放在較遠(yuǎn)的區(qū)域，延長了操作距離。與生產(chǎn)流程關(guān)聯(lián)不大的文件處理區(qū)域占用了較多的生產(chǎn)面積，清潔區(qū)、試裝區(qū)面積受限，作業(yè)時出現(xiàn)占用其他區(qū)域的現(xiàn)象。

（2）工作臺、工具柜布置待改善。組裝區(qū)作業(yè)用的工作臺尺寸及布局設(shè)計不合理，空間利用率較低（圖3），導(dǎo)致工人長期站立向前彎腰作業(yè)，加劇脊椎疲勞程度。異形封邊區(qū)工具柜為不透明柜（圖4），工人無法提前獲知所需工具位置，需要多次翻找，耗費時間。

（3）物料和工具擺放無序。組裝區(qū)的物件和工具擺放雜亂且分散（圖5），工人需要花費大量的時間去找輪子配件、相應(yīng)型號的螺絲和輔助工具打釘氣槍等，作業(yè)空間中存在較多無用或閑置設(shè)備的擺放，導(dǎo)致配件遺失、不易找尋。

（4）部分器具有待改良。封邊區(qū)平板運輸推車給工人取板造成不便，工人需重復(fù)前往身后的傳送帶彎腰搬運板材到操作臺進(jìn)行封邊，作業(yè)移動涉及范圍較廣，不僅使工作周程增長，降低工效水平，還加大對員工腰部的損傷。異形封邊區(qū)使用的刮刀形狀為扁平狀，易導(dǎo)致工人手部變形。

（5）工位空間布局有隱患。半成品區(qū)易發(fā)生成品和半成品交叉堆積的事故（圖6），貨物堆積給工人心理帶來壓力，使其疲倦感和煩躁感增加，從而影響到工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)存插座的布局導(dǎo)致工人要拉較長的電線才能通電，電線散亂置于地面上，阻礙了半成品的排放，并對工人操作造成了一定的安全隱患。

（6）倉庫管理缺乏信息化、科學(xué)化。缺乏材料入庫和成品出庫信息管理系統(tǒng)，原材料的入庫和成品的出庫僅能通過人工手寫單據(jù)的形式完成（圖7），面臨著容易丟失、數(shù)據(jù)易損等問題。成品暫存位置布局無序（圖8），致使工人花費大量時間尋找貨品，一件產(chǎn)品制作完成后，工人隨意找一個位置將產(chǎn)品放好，當(dāng)出庫時工人需重新耗時找回產(chǎn)品，且經(jīng)常會遇到產(chǎn)品丟失、移動物品困難等問題。

3現(xiàn)存問題的改善研究

3.1生產(chǎn)車間的作業(yè)空間布局調(diào)整

車間作業(yè)空間合理布局能有效提高工序間物流的速率，根據(jù)實地考察可得半成品區(qū)尺寸分布現(xiàn)狀圖（圖9）及生產(chǎn)區(qū)域流程圖（圖10），采用工業(yè)設(shè)施系統(tǒng)規(guī)劃之父——繆瑟提出的基于流程導(dǎo)向的調(diào)整型系統(tǒng)布局設(shè)計法（SLP法），根據(jù)SH家具公司生產(chǎn)車間的大量圖表建立模型，展開以下分析。

該車間的產(chǎn)品主要分為大件家具部件A、普通安裝小型家具B、打釘安裝小型家具C及試裝家具D四種類型，結(jié)合工廠提供的日常訂單數(shù)據(jù)、工藝路線和各工位距離間隔表，由各產(chǎn)品合并后的運量從至表分析后得出作業(yè)相關(guān)圖（圖11），推算過程如圖12所示。

由于工廠內(nèi)固定的運輸帶以及原材料堆放難以調(diào)整，故根據(jù)以下調(diào)整方案，主要提高了B、C、D三條產(chǎn)品運輸線路的效率，優(yōu)化后如圖13所示。

（1）將清潔區(qū)調(diào)整至組裝區(qū)和包裝區(qū)的中間，發(fā)揮其調(diào)節(jié)中樞的作用，并合理擴大清潔區(qū)的范圍。

（2）增設(shè)工具柜，解決了原先試裝區(qū)面積冗余、清潔工具隨處擺放的問題。

（3）將組裝區(qū)調(diào)整到資料區(qū)旁，減少了組裝區(qū)工具柜和組裝區(qū)的距離，使加工線路達(dá)到最經(jīng)濟的要求。

（4）縮減了辦公區(qū)域面積，只保留必要的區(qū)域。

改善后構(gòu)建了科學(xué)有效的人-機-環(huán)境相關(guān)聯(lián)的有機整體，大大提高了閑置空間的利用率，避免了多余的原材料和半成品的搬運，經(jīng)實地測量數(shù)據(jù)（表1），B線同比減少20.1%，C、D線同比減少了22.9%和7.3%。

3.2車間現(xiàn)場的改善研究

人是人-機-環(huán)境系統(tǒng)中處于主體地位的操縱者，經(jīng)過對SH公司操作人員的實地調(diào)研，采用調(diào)查法、實驗法、MOD法、感覺評價法等方法，對人手操作頻率較高的封邊區(qū)、組裝區(qū)、成品區(qū)展開重點改善研究。

3.2.1封邊區(qū)的改善

3.2.1.1工作面的改善

收集工人對操作臺的意見問卷，結(jié)合實地測量的尺寸數(shù)據(jù)整理后分析得出，目前現(xiàn)場問題集中在操作平面面積與常處理的貨物尺寸不匹配、找尋工具存在難度等方面。改善前板材由開料機處理后，開料工人需要將板材平放在推車上推往封邊區(qū)，再將其搬運至傳輸帶，隨后封邊工人需轉(zhuǎn)身前往傳輸帶彎腰辨認(rèn)板材信息后拾起板材（圖14），將其搬至封邊機左側(cè)進(jìn)行封邊，來回折返如圖15所示。

工人取板過程中腰部前彎以辨識信息后搬運板材，根據(jù)OWAS法可知該動作分析等級為AC2，由表2可知此動作有輕微危害，長期工作會使工人容易疲勞，且易對其腰部造成損傷。為此，將原本用作運輸?shù)钠桨逋栖嚫臑閹Эú鄹叨葹?0cm的立式推車（圖16）。

利用模特法以優(yōu)化各動作的時間值，優(yōu)化后立式推車將板材隔開，開料工人無需費時將板料于傳送帶上分開擺放，工人可直接從推車上取板，使一個搬運周期內(nèi)MOD總值減少86，緩解了封邊工人的腰部勞損程度，節(jié)省了11.094 s，如表3所示。

3.2.1.2工具柜的改善

目前異形封邊區(qū)工具柜與工作臺中間隔有一條固定的滾筒運輸帶，工人需挪動運輸帶上待處理的板料、跨過運輸帶才能靠近工具柜（圖17），且由于工具柜內(nèi)部不可視，工人尋找工具時常常需要開關(guān)多個柜門才能找到所需要的工具，造成大量時間浪費。

依據(jù)工具放置的場所、方向和位置一般應(yīng)相對固定，方便拿取，避免因?qū)ふ叶a(chǎn)生走路、彎腰等多余動作的工件器具擺放原理，工具柜的設(shè)計應(yīng)以方便尋找、獲取工具快速為目的，現(xiàn)將工具柜柜門由原來的不透明木柜門改裝成透明柜門，如圖18所示。透明柜門可以讓工人對柜子內(nèi)部工具一覽無余，幫助工人獲知工具位置，節(jié)省大量的尋找時間。

3.2.1.3器具的改善

通過現(xiàn)場觀察及詢問工人手部現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，由于工人現(xiàn)僅能使用扁平狀的刻刀作為輔助工具，如圖19所示，在刮封邊條時需手指頂在刀片背面，掌心和手指局部受力如圖20所示，長期工作導(dǎo)致了損掌心和指部組織受損。

依據(jù)動作經(jīng)濟性原則，擬使用雙面刮刀來替代單面刻刀，刀把直徑改為30～40mm，改善后的刮刀如圖21所示，減少了工人掌心局部的負(fù)荷能力，且可同時刮板材上下兩個板面，避免了改善前刮完上邊后需翻轉(zhuǎn)板材再刮下邊的時間損耗，節(jié)省了刮邊工序約50%的用時。

3.2.2組裝區(qū)的改善研究

3.2.2.1組裝區(qū)工作面的改善研究

經(jīng)實地考察，組裝區(qū)由組裝工作臺1和工作臺2組成。組裝工作臺2由4個長2000mm、寬1000 mm、高800mm的工作臺拼接而成，下方配有存放工具零件的夾層，如圖22所示，由于組裝工作時工人需長時間保持立姿狀態(tài)，且還需連續(xù)不斷地進(jìn)行打釘、安裝滾輪等操作，對工人的耐力消耗較大，致使其出現(xiàn)注意力不集中、工作節(jié)奏變緩、工作失誤率高等現(xiàn)象，因此對該工作臺進(jìn)行了科學(xué)地優(yōu)化。

該組裝工序?qū)儆谳p作業(yè)，工人大致是30～40歲的男性，根據(jù)Grandjean給出的推薦工作臺高度（圖23），可得組裝工作臺2的最適宜尺寸應(yīng)調(diào)整至接近肘高處，限于現(xiàn)有工作臺固定，因此利用墊板加在工作臺面上以達(dá)到理想高度，改善后的工作臺如圖24所示。

3.2.2.2組裝區(qū)工作臺的改善研究

由組裝工作臺2的現(xiàn)狀圖和組裝工作臺l的模擬圖（圖25）可知，目前組裝工作臺的布置較為隨意，配件無序擺放于桌面或夾層中，工人需花費不必要的時間翻找配件;工人每次打釘都需彎腰拉開抽屜取出氣槍等輔助工件，氣槍連接線也散亂排在地面上，造成了絆腳的安全隱患。

針對以上問題，組裝區(qū)工作臺2的布置改善主要依據(jù)重要性原則、使用頻率原則、使用順序原則，利用記號筆劃分試裝組、組裝組、清潔組等區(qū)域，將夾層中的物件按序排放，以保障操作工人與他們接觸的設(shè)備、物體和環(huán)境保持和諧狀態(tài)，改善后如圖26所示。

根據(jù)立姿時手的垂直作業(yè)范圍（圖27），范圍3為手操作最大范圍，即工作臺面板可增加至1400～1500mm，為進(jìn)一步減少工人彎腰尋找零件，節(jié)約組裝時間，擬增高組裝工作臺1的桌面面板，在面板的左方設(shè)置2層擺放常用零件的置物架，右方設(shè)置掛鉤和可移動掛式插座，把常用的打釘氣槍、剪刀、螺絲刀等工具按功能重要程度和使用頻率依次懸掛在立式面板上，增大立體作業(yè)范圍加強空間性，保證了工件布置于可達(dá)區(qū)，改善后示意圖如圖28所示。

依據(jù)18～60歲男性的人體主要尺寸和立姿尺寸數(shù)據(jù)可得，第5個百分位的成年男性的上臂長和前臂長分別為289 mm和216mm，則臂長為505 mm，根據(jù)現(xiàn)場采集組裝工作臺1的尺寸數(shù)，該工作臺的實際寬度為1000 mm，超過了最大水平作業(yè)范圍，工人每組裝一次就需要前傾身子并踮腳才能拿到靠近桌面邊緣的螺絲、零件，一件產(chǎn)品需重復(fù)至少4次，降低了組裝效率。

對組裝臺1區(qū)域現(xiàn)狀進(jìn)行俯視圖實體模擬，如圖29所示，裝軌道和原材料的紙皮箱成為了障礙物限制了平衡，使可達(dá)范圍縮小，且存在桌子1閑置于工作臺后方，導(dǎo)致工人每次拿取軌道等原材料都需從右方繞開箱子和閑置的桌子1才能抵達(dá)，需要經(jīng)常改變體位，而且組裝成品與半成品混亂放置，致使工人難以區(qū)分成品是否已完成螺釘?shù)陌惭b，于是根據(jù)Squires推薦的較佳范圍（圖30）對該工作區(qū)域進(jìn)行調(diào)整。

將頻繁使用的螺絲、配件等豎直排放在操作工人觸手可及的地方，如圖31所示，移開閑置的桌子1和桌底柜子后，把裝放軌道的箱子按順序排放于桌底空余位置，在工人左后方劃分組裝成品暫放區(qū)，右方劃分組裝半成品暫放區(qū)。

改善后組裝工作臺1的區(qū)域總體布局如圖32所示，工人可直接從桌底拿取軌道移到工作臺，遵循可達(dá)性原則，保證工人能夠快速拿取螺釘、螺絲等配件，進(jìn)行了首次打釘?shù)慕M裝半成品可放置右后方的暫放區(qū)，當(dāng)二次打釘完成后的組裝成品將放置左后方的組裝成品暫放區(qū)，以等待下一工序工人的處理，由此可有效地減少工作活動余隙，提高閑置空間的利用率，使體位移動從改善前的6.9m降至4m，并減少重復(fù)組裝以及錯誤組裝的發(fā)生次數(shù)，提高了工作效率。

3.2.3倉庫管理的信息化與交互設(shè)計

為解決長期困擾工人的出入庫紙質(zhì)單據(jù)保存困難、廢料處理去向不明、成品布置混亂等問題，現(xiàn)本著減輕工人負(fù)擔(dān)，提高全局效率的思想，設(shè)計了基于SpringBoot與Vue框架的倉庫管理系統(tǒng)。系統(tǒng)主要分為倉位管理、貨品管理、廢品管理和出入庫管理模塊4個模塊。前端采用了Element-UI與echarts等UI庫對界面（圖33）進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化設(shè)計，以提高系統(tǒng)操作的便捷性，減少了工人使用時的記憶負(fù)擔(dān)。

入庫作業(yè)采取簡潔式界面，將基本信息錄入，減少了界面元素冗余（圖34），貨物詳情和定位信息經(jīng)過審核后完成原材料入庫。貨品管理模塊采取內(nèi)嵌表格展示，同時設(shè)計有單件操作與批量操作，提高了管理人員的可操作性。當(dāng)出庫需求發(fā)布后，工人根據(jù)系統(tǒng)中的定位取貨，產(chǎn)品的交易情況更新為已出庫，出入庫管理模塊解決了車間前期紙質(zhì)出入庫單編寫和存儲困難的問題。

4工作車間改善效果評價

4.1工作車間改善效果創(chuàng)新

針對SH家具公司生產(chǎn)車間出現(xiàn)的各類問題，依據(jù)系統(tǒng)的集合性、相關(guān)性等特性對其現(xiàn)存問題進(jìn)行改善研究，工作范圍涵蓋作業(yè)空間布置、工裝夾具優(yōu)化以及信息管理系統(tǒng)設(shè)計等，實現(xiàn)了輕松作業(yè)、流程信息化的效果。主要改善內(nèi)容及實施效果如下。

（1）基于SIP法對作業(yè)現(xiàn)場布置進(jìn)行優(yōu)化。合理調(diào)整試裝、組裝、清潔、包裝區(qū)的空間布局，減少了B線20.1%、C線22.9%和D線7.3%的移動距離。

（2）對作業(yè)空間進(jìn)行分析，明顯節(jié)約了工人的操作時間，降低了勞動強度。如將工具柜柜門換為透明柜門，在組裝工作臺劃分物件暫儲區(qū)域等，減少了工人體位移動2.9 m。

（3）對人體工作行為進(jìn)行探究，減輕工人手工操作的勞動負(fù)荷。如對普通封邊區(qū)增設(shè)立式推車，使一個搬運周期內(nèi)MOD值降為44，對異形封邊區(qū)的刮邊工具進(jìn)行改善，利用垂直空間對組裝區(qū)的工作臺結(jié)構(gòu)尺寸和物料擺放位置進(jìn)行調(diào)整，使員工對公司的滿意程度大大提高。

（4）開發(fā)的倉庫管理系統(tǒng)解決了改善前手寫訂單易丟失、倉儲無序、廢料缺乏管理的問題，實現(xiàn)對倉庫、廢料情況等的信息化管理。

4.2持續(xù)改善

回顧本次研究課題，雖然研究結(jié)果的部分方案已投入實踐，也取得了良好的實施效果，但仍存在以下問題待探討。

（1）車間部分作業(yè)空間布置有待改進(jìn)。該公司的雜物堆放間仍未達(dá)最佳利用率，后續(xù)將采用“5S”管理技術(shù)對全廠作業(yè)空間的設(shè)計與布局進(jìn)行更加具體的分解和重構(gòu)。

（2）SH公司涵蓋板式系列等6大系列產(chǎn)品，而本文僅針對板式系列進(jìn)行探究，其他系列有待日后研究拓展。同時應(yīng)投入研究聲音、顏色、溫度、光照等，以全面覆蓋車間中人的作業(yè)環(huán)境。

（3）本文針對倉庫管理混亂的現(xiàn)狀開發(fā)系統(tǒng)，暫未涉及工藝信息的管理。家具工藝過程是個性化較強的工作，其組織方式和工藝設(shè)計流程都有各自的特殊性，工藝信息的優(yōu)化管理系統(tǒng)有待開發(fā)，以完善工藝設(shè)計信息的存儲、建立工藝信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

5結(jié)束語

為降低工人的疲勞度、提升工人的工作效率。本文通過文獻(xiàn)分析法、圖示模型法等分析了廣州SH家具工廠車間的現(xiàn)存問題，并對其提出了一系列改善措施。運用SLP方法對作業(yè)空間布置進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，利用模特法以及可達(dá)性原則對工作臺的布置進(jìn)行三維建模分析，同時基于SpringBoot和Vue框架實現(xiàn)了倉庫管理系統(tǒng)的開發(fā)。

對于家具生產(chǎn)車間的設(shè)計不僅僅局限于機器或系統(tǒng)本身，還要考慮環(huán)境以及工人的舒適度，選擇正確且符合人因工程學(xué)的設(shè)計、合理的工作器具擺放、安全舒適的作業(yè)空間等。遵守這些標(biāo)準(zhǔn)不僅可以幫助工人防止由于長時間生產(chǎn)而造成的重復(fù)性勞損和其他肌肉骨骼疾病，還可以有效地提高員工的工作效率、空間利用率和貨物出入庫效率。