فهم أساسيات دراسة الزمن والحركة في الهندسة الصناعية

وقد ظلت دراسات الزمن والحركة تشكل منذ وقت طويل حجر الزاوية في الهندسة الصناعية، وتوفر منهجية منهجية لتحليل عمليات العمل، وتعزيز الإنتاجية، والحد من النفايات، وبكسر المهام في عناصرها التأسيسية وقياس الوقت اللازم، يمكن للمهندسين أن يحددوا أوجه القصور، وتوحيد الإجراءات، وتصميم بيئات العمل التي تزيد الأداء البشري إلى أقصى حد، وتستكشف هذه المادة المبادئ الأساسية، والتطوير التاريخي، والمنهجيات، والتطبيقات، والتكييفات الحديثة للطلاب والممارسين، وتقديم دليل شاملين.

ما هو دراسة الزمن والحركة؟

A time and motion study is a structured observation technique used to examine the methods and duration of work tasks. It combines two complementary analyses: time study], which measures the time taken to complete each task element, and ]motion study, which scrutinizes the physical foundation involved to eliminate unnecessary effort.

والهدف الرئيسي هو تحديد أكثر الطرق كفاءة لأداء مهمة مع التقليل إلى أدنى حد من التهاب وأكبر قدر من الناتج، وهو نهج قائم على مبادئ الإدارة العلمية التي يقودها فريدريك وينسلو تايلور، ثم صقلها لاحقا فرانك وليليا جيلبيث، الذي بدأ دراسة حركة كإنضباط في حقه.

السياق التاريخي

وقد تركزت جذور دراسة الزمن والحركة على ما كان عليه في أواخر القرن التاسع عشر وفي أوائل القرن العشرين، وقد ركزت الدراسات التي أجراها فريدريك تايلور في ستيل وبيت لحم على قياس " عمل في يوم عادل " وإنشاء نظم للدفع بالقطع، وأكد على استخدام وقود التوقف والمراقبة الدقيقة لوضع معايير الإنتاج، وفي الوقت نفسه، قام فرانك غيلبريث، وهو أحد عمال الهندسة اليدوية، بوضع دراسة عن طريق التصوير.

وقد أصبح الجمع بين دراسة تايلور الزمنية ودراسة حركة جيلبريث يعرفان باسم " دراسة الزمن والحركة " ، وقد اعتمد على نطاق واسع في مجال التصنيع خلال أوائل القرن العشرين، وقد تطورت هذه التقنيات اليوم مع التكنولوجيا، ولكنها لا تزال أساسية لتحسين العمليات في الصناعات التي تتراوح بين الرعاية الصحية والسوقيات.

العناصر الرئيسية لدراسة التوقيت والحركة

وتشمل دراسة دقيقة للوقت والحركة عدة عناصر متكاملة، يسهم كل منها في فهم شامل لعمليات العمل.

قياس الوقت

ويُعد قياس الوقت عملية تسجيل المدة اللازمة لأداء كل عنصر من عناصر المهمة، وقد جرت هذه العملية عادة بواسطة مرصد توقف (توقيت مستمر أو متقطع)، وتشمل الأساليب الحديثة أيضا جمع البيانات الإلكترونية، وتحليل الفيديو، ونظم التوقيت المحددة مسبقا مثل قياس الأساليب - قياس الوقت، والترتيبات النموذجية لاستخلاص المقاييس الزمنية، وإتاحة الوقت المناسب للأدوات الهندسية.

تحليل الحركة

ويركز تحليل الحركة على الحركات البشرية التي تنطوي على مهمة، إذ أن نظام " جيلبيث " للبحيرات - مثل البحث، والاختيار، والإمساك، والنقل، والمسك، والإفراج، والتفتيش - يوفر مفتونا لوصف الاقتراحات، ومن خلال تحليل تسلسلات التسجيلات الميسرة، يمكن للمهندسين أن يحددوا الاقتراحات غير الضرورية )مثلا، إجراء عمليات المشي المفرطة، أو الإقراض، أو الوصول إلى الحد الأدنى( وإعادة تصميم برامجيات.

تقييم طريقة العمل

ويشمل هذا العنصر دراسة دقيقة لإجراءات العمل الحالية، ويقوم المهندسون بتقييم تسلسل العمليات والأدوات والمعدات المستخدمة، والتصميم في أماكن العمل، والظروف البيئية، والهدف هو تحديد النفايات بمختلف أشكالها، والانتظار، والنقل، والتجهيز المفرط، وإعادة العمل، وتُستخدم تقنيات مثل خرائط التدفق، وخرائط العمليات، وخرائط الأنشطة المتعددة لتوثيق وتقييم الأساليب.

تنفيذ التحسينات

ويتمثل العنصر النهائي في تنفيذ التغييرات المستمدة من نتائج الدراسة، وقد يشمل ذلك إعادة تصميم محطات العمل، وتغيير وضع الأدوات، وإدخال النوافذ أو التجهيزات، ومراجعة الإجراءات، أو إعادة تدريب العمال، ويتطلب التنفيذ الناجح التعاون مع المشغلين والمشرفين والإدارة لضمان أن تكون التغييرات عملية ومقبولة، وتؤكد دراسات المتابعة أثر التحسينات وتحدد أي نتائج غير مقصودة.

المنهجية: دراسة الوقت ضد دراسة الحركة

وفي حين أن الدراسة الزمنية والدراسة الاستباقية كثيرا ما تستخدمان معا، يمكن أن تجرى بصورة منفصلة حسب الأهداف، وتنتج الدراسة الزمنية في المقام الأول بيانات كمية عن المدة ومعدلات الإنتاج، وتركز دراسة الحركة على كفاءة التحركات والحد من الإرهاق، وتعتمد كلتا المنهجيتين على المراقبة الدقيقة والتسجيل المنهجي.

تقنيات دراسة الوقت

  • Continuous Timing:] The stopwatch runs continuously, and the engineer records the cumulative time at the end of each element. This method is simple but can introduce human error in reading split times.
  • Snapback Timing:] The stopwatch is reset at the end of each element, yielding direct element times. This requires more skills but reduces calculation errors.
  • (ب) بدلاً من القياس المباشر، تستخدم أوقات قياسية للحركة الأساسية. فعلى سبيل المثال، تخصص آلية الرصد المتعددة المؤشرات قيماً زمنية للوصول إلى قاعدة بيانات، وفهمها، والتحرك، واقتراحات المواقف، مما يسمح للمهندسين ببناء أوقات عمل، وتقضي على الحاجة إلى إجراء دراسات رصد توقف، وتخفض من التقلبات المستحقة للمشغلين.
  • Video-Based Time Study:] Recording operations on video allows engineers to review and time elements offline, improving accuracy and enabling detailed motion analysis concur.

تقنيات دراسة الحركة

  • Therblig Analysis:] Identifying and labeling each motion in terms of the 18 therbligs. Uncessary therbligs (e.g., “search” due to poor layout) are targeted for elimination.
  • Flow Diagrams and String Diagrams:] Mapping worker or material movement on a floor plan to identify travel distances and backtracking.
  • Simo Charts (Simultaneous Motion Charts):] Charts that record the movements of both hands concur, revealing idle time or unbalanced workloads between limbs.
  • Ergonomic checklists:] Assessing posture, force, repetition, and reach to reduce musculoskeletal strain.

تطبيقات الصناعات عبر الحدود

ولا تقتصر دراسات الزمن والحركة على التصنيع، إذ تطبق مبادئها حيثما يتم أداء العمل الإنساني، وفيما يلي أمثلة من القطاعات الرئيسية:

التصنيع

وفي المصانع، تستخدم دراسات الوقت والحركة لوضع معدلات إنتاج موحدة، وخطوط تجميع التصميم، وعبء العمل في التوازن، وتخفيض الوقت في الدورة، مثلا، يمكن لمصنع تجميع السيارات أن يستخدم دراسة طلبية لإعادة ترتيب وضع الأدوات وتخفيض وقت المشي مع تشغيل المشغل، وتحسين النواتج بصورة مباشرة، كما تدعم هذه الدراسات مبادرات تصنيع الجذام مثل أحداث كويزن ورسم خرائط لجداول القيمة.

الرعاية الصحية

وفي المستشفيات والعيادات، تساعد الدراسات المتعلقة بالزمن والحركة على تحقيق الحد الأمثل لتدفقات العمل السريري، وقد تحلل الدراسة الوقت الذي يقضيه الممرضون على الوثائق مقابل رعاية المرضى، مما يؤدي إلى تحسين تخصيص المهام أو إدخال أدوات رقمية، ويمكن لتحليل إجراءات الجراحة أن يقلل من التحركات غير الضرورية، ويقلل من فترات التشغيل ويحسن النتائج، ويستخدم النهج أيضا في إدارات الطوارئ للحد من فترات الانتظار وتحسين تدفق المرضى.

السوقيات والمستودعات

وتعتمد مراكز التوزيع على دراسات التوقيت والحركية لتصميم طرق فعالة للاختيار، وتحديد أعلى مستويات الأداء الأمثل لملتقطي الطلبات، ومن خلال تحليل المسافات الممتدة وممرات السفر، يمكن للمهندسين أن يقللوا من وقت الانتقاء بنسبة 10 إلى 30 في المائة، ويخفضون مباشرة تكاليف العمل، وتستخدم شركات مثل الأمازون دراسات متطورة لتنقيح مخططات المستودعات ونظم الروبوتات.

الخدمات والبيئات المكتبية

وفي حين أن مبدأي الوقت والحركة أقل شيوعا في البيئات البيضاء يمكن تكييفهما لعمليات الخدمة، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يقوم مركز الاتصال بتحليل متوسط وقت المناولة والانتقال بين تطبيقات البرامجيات، وفي مكتب ما، يمكن أن تؤدي دراسة إجراءات الإيداع ودخول البيانات إلى تحسينات خاطئة وإلى تقليص الوقت اللازم لتجهيزها، غير أنه يجب توخي الحذر لتجنب تقويض الاستقلالية والترضية الوظيفيين.

فوائد إجراء دراسات الوقت والانتقال

وتستفيد المنظمات التي تستثمر في دراسات الزمن والحركة عادة من فوائد تشغيلية وبشرية محورية كبيرة.

  • Enhanced Efficiency and Output:] By eliminating wasted motions and balancing workloads, the same input of labor yields higher output. Standard times provide a benchmarks for continuous improvement.
  • أفضل استخدام للموارد: ] Studies reveal underused equipment or over Staffing, enabling resource reallocation. This reduces capital costs and improves return on investment.
  • Reduced Fatigue and Strain for Workers:] Ergonomic improvements from motion analysis decrease physical stress, leading to fewer injuries and higher morale. Workers are less likely to experience repetitive strain injuries when unnecessary motions are removed.
  • Increasing Safety in the Workplace:] Identifying forest postures and high-risk movements allows engineers to redesign work elements to prevent accidents. Safety improvements also reduce compensation costs and downtime.
  • Standardized Work Procedures:] Consistent methods ensure quality and make training easier. New employees can learn standardized best practices quickly, reducing the learning curve.
  • Data-Driven Decision Making: Time study data provide objective evidence for pay plans, staff levels, and process changes, reducing reliance on intuition or guesswork.

القيود والنزعات العنصرية

ورغم فعالية هذه الدراسات والوقت والحركية، فإن لها قيوداً وقد واجهت انتقادات على مدى العقود.

  • Worker Resistance:] Studies can be perceived as surveillance or as a tool to speed up work without corresponding compensation. Without proper communication and involvement, employees may resist or manipulate timing data.
  • Variability in Human Performance:] Human performance varies due to fatigue, skills, and motivation. Studies may not capture this variability without large sample sizes and careful allowances calculations.
  • Focus on Repetitive Tasks:] The approach is most effective for short- cycle, repetitive tasks. Complex or cognitive work with high variability is difficult to time and analyze with traditional methods.
  • Potential for Dehumanization:] Critics argue that treating workers as machine-like components can demoralize the workforce.
  • Implementation Challenges:] Improvements identified in a study may require significant capital investment or organizational change that is not always feasible.

ولمعالجة هذه القيود، تشمل الممارسة الحديثة المشاركة في التقلبات، والاتصال الشفاف، واستخدام الوقت ودراسة التقدم في إطار برامج التحسين المستمر الأوسع نطاقاً بدلاً من أن تكون آلية مستقلة للمراقبة.

أحدث الأدوات والتكنولوجيات

وقد حولت التكنولوجيا كيفية إجراء دراسات عن الوقت والحركة، وأفسحت المواضع التقليدية واللوحات المشبكية المجال أمام أدوات متقدمة تحسن الدقة، وتخفض الأخطاء البشرية، وتسمح بإجراء تحليلات في الوقت الحقيقي.

برامج تحليل الفيديو

ويسمح التسجيل الرقمي للفيديو، مقترناً ببرامج التحليل (مثلاً، مراقِب نودلتس، أوليد، ونمائط تحليل الحركة) للمهندسين بتلقي تحركات إطارية، ويمكن لهذه البرامج أن تتعقب تلقائياً الأثقال، وحساب أوقات الدورات، وتوليد إحصاءات، كما أنها تيسر عمليات المحاكاة " ما إذا " وذلك بالسماح للمستخدم بإعادة ترتيب الطلبات أو تغيير المسافات.

نظم الوقت المحددة سلفا

وتستخدم قواعد البيانات الحديثة لأفضل التقنيات التقنية من قبيل MTM-1 و MTM-2 و MODAPTS على نطاق واسع في جميع الصناعات، وتوفر أوقاتا قياسية للالتماسات الأساسية (مثلا الوصول إلى المعالم والأنواع) المستمدة من البحوث الواسعة النطاق، ويلغي استخدام النظام التقني المؤقت الحاجة إلى المراقبة المباشرة ويقلل من التباين بسبب سرعة تشغيله، وهي مفيدة بصفة خاصة في تصميم عمليات جديدة قبل تنفيذها.

أجهزة الاستشعار المرتجلة وأجهزة التأثير

ويمكن للأجهزة المرهقة مثل بدل الطلاءات، وأجهزة المراقبة الذكية، ومواصفات التكليل أن تجمع بيانات دقيقة مفصلة أثناء العمل، مع التعلم الآلاتي، يمكن لهذه المستشعرات أن تحدد تلقائياً حركة مبذورة أو مخاطر جماعية، ويمكن لمراكز العمل التي يمكن تشغيلها بواسطة التلويث أن تسجل أوقات الدورة وانحرافات في العلم في الوقت الحقيقي، مما يتيح الرصد المستمر دون وجود محلل.

التوائم الرقمية والحياكة

ويمكن للمهندسين أن يبنوا نماذج رقمية مزدوجة من محطات العمل ويديروا المحاكاة باستخدام برامجيات مثل FlexSim أو أن لاوغيك، وتتيح هذه الأدوات إجراء تجارب افتراضية مع مختلف الأساليب والخطط والجداول، وتغذي البيانات المتعلقة بالزمن والحركة في المحاكاة للتنبؤ بتحسينات في الأداء قبل إجراء التغييرات المادية، مما يقلل من المخاطر والتكاليف.

وهذه التكنولوجيات تجعل دراسة الوقت والحركة أكثر سهولة، ويمكن تصعيدها، وتتكامل مع مسارات البيانات الأخرى مثل نظم الإنتاج وإدارة الجودة.

إجراء دراسة عملية للوقت والتحرك: مخطط زمني تدريجي

وفيما يتعلق بالممارسين الذين يستعدون لإجراء دراسة، فإن الخطوات التالية توفر نهجا منظما:

  1. Define the Objective:] clearly state what you want to achieve-reducing cycle time, balancing a line, improving safety, or setting standards. Involve stakeholders to ensure alignment.
  2. ] اختيار مهمة متكررة ومحددة تحديداً جيداً، واختيار المشغلين ذوي الخبرة والرغبة في المشاركة، والحصول على موافقة مستنيرة وتوضيح الغرض.
  3. ]Document the Current Method:] Use flowcharts, process diagrams, and video to capture the existing procedure. Note the workplace layout, tools, and conditions.
  4. Break the Task into Elements:] Divide the task into distinct, measurable elements (e.g., “reach for part,”grasp part,” " move part to fixture " ) - ينبغي أن تكون العناصر بداية واضحة ونقاط نهائية وينبغي أن تكون قصيرة بما يكفي من الوقت بصورة فردية (الثانية 2-10 ثانية).
  5. Measure and Record Times:] Use appropriate timing equipment (stopwatch or video). Record at least 10 - 20 cycles to obtain a reliable average. Also record performance rating (pace of the worker relative to a normal pace).
  6. Analyze Motion Patterns:] Using therblig analysis or ergonomic checklists, identify inefficient motions.
  7. ]Calculate Standard Time:] Normalize observed times by applying performance rating. Add allowances for personal time, fatigue, and delays to arrive at the standard time for the task.
  8. Develop Recommendations:] Propose changes to the method, layout, tools, or sequence. estimate the expected impact on cycle time, quality, and ergonomics.
  9. Implement and Follow Up:] Work with operators and supervisors to roll out changes. Conduct a post-implementation study to verify improvements and make adjustments.

خاتمة

ولا تزال دراسة الزمن والحركة تشكل انضباطا لا غنى عنه في مجال الهندسة الصناعية، وتوفر إطارا ثابتا لفهم وتحسين العمل، كما أن المراقبة الأساسية للحركة العلمية، والقياس المنهجي، والتصميم المرتكز على الإنسان، هي مسألة ذات أهمية اليوم كما كانت عليه قبل قرن، ومن خلال الجمع بين مقياس الزمن والتحليل المتبصر للحركة، يمكن للمنظمات أن تحقق إنتاجية أعلى، وتخفض التكاليف، وتزيد من إرضاء أماكن العمل، غير أن التطبيق الناجح يتطلب مراعاة الشواغل المتعلقة بالتشغيل الحرجي.

For further reading, explore resources from the American Society of Mechanical Engineers (ASME) on work standards, the ]Lean Enterprise Institute on waste reduction, and academic journals such as the International Journal of Industrial Ergonomics