Table of Contents

Понимание основ исследования времени и движения в промышленной инженерии

Исследования времени и движения уже давно являются краеугольным камнем промышленного машиностроения, обеспечивая систематическую методологию анализа рабочих процессов, повышения производительности и сокращения отходов. Разбивая задачи на составляющие их элементы и измеряя требуемое время, инженеры могут выявлять неэффективность, стандартизировать процедуры и проектировать рабочие среды, которые максимизируют производительность человека. В этой статье рассматриваются основные принципы, историческое развитие, методологии, приложения и современные адаптации исследования времени и движения, предлагая всеобъемлющее руководство для практиков и студентов.

Что такое исследование времени и движения?

Исследование времени и движения - это структурированный метод наблюдения, используемый для изучения методов и продолжительности рабочих задач. Он сочетает в себе два дополнительных анализа: , которое измеряет время, затрачиваемое на выполнение каждого элемента задачи, и , которое тщательно изучает физические движения, участвующие в устранении ненужных усилий. Вместе они обеспечивают основанную на данных основу для повышения эффективности, установления стандартов производительности и проектирования эргономичных рабочих мест.

Основная цель — определить наиболее эффективный способ выполнения задачи при минимизации усталости и максимизации выхода.Такой подход основан на принципах научного управления, впервые предложенных Фредериком Уинслоу Тейлором, а затем усовершенствованных Фрэнком и Лилиан Гилбрет, которые ввели изучение движения как самостоятельную дисциплину.

Исторический контекст

Корни исследования времени и движения восходят к концу 19-го и началу 20-го веков. Исследования Фредерика Тейлора в Midvale Steel и Bethlehem Steel были сосредоточены на измерении «работы справедливого дня» и создании систем оплаты по частям. Его работа подчеркивала использование секундомеров и точных наблюдений для установления производственных стандартов. Между тем Фрэнк Гилбрет, каменщик, ставший инженером, разработал исследование движения, снимая рабочих и анализируя их движения. Он и его жена Лилиан, психолог, определили 18 фундаментальных движений рук (therbligs), которые могут быть использованы для анализа любой ручной задачи. Их сотрудничество заложило основу для современного упрощения работы и эргономики.

Сочетание исследования времени Тейлора и исследования движения Гилбрета стало известно как «исследование времени и движения» и было широко принято в производстве в начале 20-го века.Сегодня эти методы развивались с технологией, но остаются необходимыми для улучшения процессов в отраслях, начиная от здравоохранения до логистики.

Ключевые компоненты исследования времени и движения

Тщательное исследование времени и движения включает в себя несколько интегрированных компонентов, каждый из которых способствует целостному пониманию рабочих процессов.

Измерение времени

Измерение времени — это процесс записи продолжительности, необходимой для выполнения каждого элемента задачи. Традиционно это делалось с секундомером (непрерывным или моментом возврата). Современные методы включают электронный сбор данных, видеоанализ и предопределенные системы времени (PTS), такие как Методы измерения времени (MTM) и модульная настройка заранее определенных стандартов времени (MODAPTS). Эти инструменты позволяют инженерам с высокой точностью фиксировать время цикла, стандартное время и оценки производительности. Измерение времени также учитывает такие надбавки, как усталость, задержки и личные потребности.

Анализ движения

Анализ движения фокусируется на движениях человека, участвующих в задаче. Система Gilbreths терблиг, таких как поиск, выбор, захват, транспорт, удержание, освобождение и проверка, обеспечивает словарь для описания движений. Анализируя последовательности терблиг, инженеры могут идентифицировать ненужные движения (например, чрезмерную ходьбу, изгиб или достижение) и редизайн рабочих процессов, чтобы минимизировать усилия. Сегодня анализ движения часто выполняется с использованием видеозаписи и программного обеспечения, которое отслеживает шаблоны движения, позволяя эргономичные оценки и оптимизацию макета рабочего места.

Оценка метода работы

Этот компонент включает в себя критическое изучение текущих рабочих процедур. Инженеры оценивают последовательность операций, используемые инструменты и оборудование, расположение рабочего места и условия окружающей среды. Цель состоит в том, чтобы идентифицировать отходы в различных формах - движение, ожидание, транспорт, переработка и переработка. Такие методы, как схемы потока, схемы процесса работы и диаграммы многократной активности, обычно используются для документирования и оценки методов. Результат - базовая линия, по которой можно измерить улучшения.

Осуществление улучшений

Заключительным компонентом является осуществление изменений, полученных из результатов исследования. Это может включать в себя редизайн рабочих станций, изменение размещения инструментов, введение джигов или приспособлений, пересмотр процедур или переподготовку работников. Успешное внедрение требует сотрудничества с операторами, руководителями и руководством, чтобы гарантировать, что изменения являются практическими и принятыми. Последующие исследования подтверждают влияние улучшений и выявляют любые непреднамеренные последствия.

Методология: исследование времени против исследования движения

Хотя часто используется вместе, исследование времени и исследование движения могут быть выполнены отдельно в зависимости от целей. Исследование времени в первую очередь количественное - оно производит данные о продолжительности и скорости выхода. Исследование движения является качественным - оно фокусируется на эффективности движений и снижении усталости. Обе методологии полагаются на тщательное наблюдение и систематическую запись.

Методы изучения времени

  • Непрерывное время:] Стоп-час работает непрерывно, и инженер записывает кумулятивное время в конце каждого элемента. Этот метод прост, но может ввести человеческую ошибку при чтении раздельного времени.
  • Snapback Timing: Стоп-часы сбрасываются в конце каждого элемента, что приводит к прямому времени элементов. Это требует большего мастерства, но уменьшает ошибки вычислений.
  • Предопределенные системы времени (PTS): Вместо прямого измерения используются стандартные времена для фундаментальных движений. MTM, например, присваивает временные значения для достижения, захвата, перемещения и перемещения положения, позволяя инженерам строить время выполнения задач из базы данных. PTS устраняет необходимость в исследованиях секундомера и снижает изменчивость из-за скорости оператора.
  • Видео-ориентированное исследование времени: Запись операций на видео позволяет инженерам просматривать и временные элементы в автономном режиме, улучшая точность и позволяя одновременно проводить детальный анализ движения.

Методы исследования движения

  • Анализ по терблигам: Идентификация и маркировка каждого движения с точки зрения 18 терблиг. Ненужные терблиг (например, «поиск» из-за плохой компоновки) нацелены на устранение.
  • Передача диаграмм и струнных диаграмм: Картирование рабочего или движения материала по плану этажа для определения расстояния до поездки и обратного отсчета.
  • Simo Charts (Simultaneous Motion Charts): Чат, которые записывают движения обеих рук одновременно, выявляя время простоя или несбалансированные нагрузки между конечностями.
  • Эргономические контрольные списки: Оценка осанки, силы, повторения и охвата для снижения напряжения опорно-двигательного аппарата.

Приложения в разных отраслях

Исследования времени и движения не ограничиваются производством. Их принципы применяются везде, где выполняется человеческая работа. Ниже приведены примеры из основных секторов:

Производство

На заводах исследования времени и движения используются для установления стандартных темпов производства, проектирования сборочных линий, балансировки рабочих нагрузок и сокращения времени цикла. Например, автомобильный сборочный завод может использовать исследование движения для перестановки размещения инструментов и сокращения времени ходьбы оператора, непосредственно улучшая пропускную способность. Эти исследования также поддерживают инициативы бережливого производства, такие как мероприятия кайдзен и отображение потока стоимости.

Здравоохранение

В больницах и клиниках исследования времени и движения помогают оптимизировать клинические рабочие процессы. Исследование может проанализировать время, которое медсестры тратят на документацию по сравнению с уходом за пациентами, что приводит к лучшему распределению задач или внедрению цифровых инструментов. Анализ движений хирургических процедур может уменьшить ненужные движения, сократить время операции и улучшить результаты. Подход также используется в отделениях неотложной помощи для сокращения времени ожидания и улучшения потока пациентов.

Логистика и складирование

Центры распределения полагаются на исследования времени и движения для разработки эффективных маршрутов отбора, определения оптимальных высот контейнеров и установления стандартов производительности для сборщиков заказов. Анализируя расстояния и пути перемещения, инженеры могут сократить время сбора на 10-30%, непосредственно снижая затраты на рабочую силу. Такие компании, как Amazon, используют сложные исследования времени для уточнения своих складских макетов и роботизированных систем.

Сервисная и офисная среда

Хотя в настройках белого воротника менее распространены принципы времени и движения, они могут быть адаптированы для сервисных операций. Например, колл-центр может анализировать среднее время обработки и движение переключения между программными приложениями. В офисе изучение процедур подачи и ввода данных может привести к эргономическим улучшениям и сокращению времени обработки. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы не подорвать автономию и удовлетворенность работой.

Преимущества проведения исследований времени и движения

Организации, которые инвестируют в исследования времени и движения, обычно получают значительные операционные и ориентированные на человека преимущества.

  • Повышение эффективности и производительности: Устранение растраченных движений и балансирование рабочих нагрузок приводит к увеличению производительности. Стандартное время обеспечивает ориентир для непрерывного улучшения.
  • Улучшение использования ресурсов: Исследования показывают недостаточное использование оборудования или перенасыщение персонала, что позволяет перераспределять ресурсы. Это снижает капитальные затраты и улучшает отдачу от инвестиций.
  • Снижение усталости и напряжения для работников: Эргономические улучшения от анализа движения снижают физическое напряжение, приводя к меньшему количеству травм и более высокому моральному духу. Рабочие с меньшей вероятностью испытывают повторяющиеся травмы напряжения при удалении ненужных движений.
  • Повышение безопасности на рабочем месте: Выявление неудобных поз и движений с высоким риском позволяет инженерам перепроектировать рабочие элементы для предотвращения несчастных случаев. Улучшения безопасности также снижают затраты на компенсацию и простои.
  • Стандартизированные рабочие процедуры: Последовательно применяемые методы обеспечивают качество и облегчают обучение. Новые сотрудники могут быстро изучать стандартизированные передовые методы, снижая кривую обучения.
  • Данные по исследованию времени дают объективные доказательства планов оплаты, уровня укомплектования штатов и изменений процесса, уменьшая зависимость от интуиции или догадок.

Ограничения и критика

Несмотря на свою эффективность, исследования времени и движения имеют ограничения и подвергались критике в течение десятилетий.

  • Сопротивление рабочих: Исследования могут восприниматься как наблюдение или как инструмент для ускорения работы без соответствующей компенсации. Без надлежащего общения и участия сотрудники могут сопротивляться или манипулировать данными о сроках.
  • Переменность в показателях деятельности человека:] Производительность человека изменяется из-за усталости, навыков и мотивации.Исследования не могут выявить эту изменчивость без больших размеров выборки и тщательных расчетов надбавок.
  • Сосредоточение на повторяющихся задачах: Подход наиболее эффективен для задач короткого цикла, повторяющихся.Сложная или когнитивная работа с высокой изменчивостью трудно поддается анализу традиционными методами.
  • Критики утверждают, что обращение с рабочими как с машиноподобными компонентами может деморализовать рабочую силу. Акцент должен быть на улучшении трудовой жизни, а не просто на извлечении большего объема продукции.
  • Проблемы реализации: Улучшения, выявленные в исследовании, могут потребовать значительных капитальных вложений или организационных изменений, которые не всегда осуществимы.

Для устранения этих ограничений современная практика включает в себя эргономику участия, прозрачную связь и использование времени и движения в рамках более широких программ непрерывного совершенствования, а не в качестве автономного механизма управления.

Современные инструменты и технологии

Технологии изменили методы исследования времени и движения. Традиционные секундомеры и буферы обмена уступили место передовым инструментам, которые улучшают точность, уменьшают человеческие ошибки и позволяют анализировать в реальном времени.

Программное обеспечение Video Analysis

Цифровая видеозапись в сочетании с программным обеспечением анализа (например, Noldus Observer, Ulead, модули анализа движения) позволяет инженерам захватывать движения кадр за кадром. Эти программы могут автоматически отслеживать терблиг, вычислять время цикла и генерировать статистику. Они также облегчают моделирование «что-если», позволяя пользователю переупорядочение движений или изменение расстояний.

Предопределенные системы времени (PTS)

Современные базы данных ПТС, такие как МТМ-1, МТМ-2 и МОДАПТС, широко используются в различных отраслях промышленности. Они обеспечивают стандартное время для основных движений (например, для достижения длины, типов захвата), полученных в результате обширных исследований. Использование ПТС устраняет необходимость в прямом наблюдении и снижает изменчивость из-за скорости оператора. Они особенно полезны для проектирования новых процессов до их реализации.

Носимые датчики и IoT

Носимые устройства, такие как костюмы захвата движения, умные часы и акселерометры, могут собирать подробные кинематические данные во время работы. В сочетании с машинным обучением эти датчики могут автоматически идентифицировать расточительные движения или эргономические риски. Рабочие станции с поддержкой IoT могут записывать время цикла и отклонения флага в режиме реального времени, что позволяет осуществлять непрерывный мониторинг без присутствия аналитика.

Цифровые близнецы и симуляция

Инженеры могут создавать цифровые двойные модели рабочих станций и запускать симуляции с использованием программного обеспечения, такого как FlexSim или AnyLogic. Эти инструменты позволяют виртуально экспериментировать с различными методами, макетами и графиками. Данные о времени и движении поступают в симуляцию, чтобы предсказать улучшение производительности до внесения физических изменений, снижая риск и стоимость.

Эти технологии делают изучение времени и движения более доступным, масштабируемым и интегрированным с другими потоками данных, такими как производственные системы и управление качеством.

Проведение практического исследования времени и движения: пошаговый план

Для практикующих, готовящихся к проведению исследования, следующие шаги обеспечивают структурированный подход:

  1. Определение цели: Четко изложите, чего вы хотите достичь — сокращение времени цикла, балансировка линии, повышение безопасности или установление стандартов.
  2. Выберите Задачу и Оператора: Выберите повторяющуюся, четко определенную задачу. Выберите операторов, которые имеют опыт и готовы участвовать. Получите информированное согласие и объясните цель.
  3. Документируйте текущий метод: Используйте блок-схемы, схемы процессов и видео для захвата существующей процедуры. Обратите внимание на макет рабочего места, инструменты и условия.
  4. Разбейте задачу на элементы: Разделите задачу на отдельные, измеримые элементы (например, «дотянуться до части», «зацепить часть», «переместить часть на фиксацию»). Элементы должны иметь четкие начальные и конечные точки и должны быть достаточно короткими, чтобы время индивидуально (обычно 2-10 секунд).
  5. Меры и рекордные времена: Используйте соответствующее оборудование для синхронизации (стоп-часы или видео). Запишите не менее 10-20 циклов, чтобы получить надежное среднее значение. Также запишите рейтинг производительности (скорость рабочего относительно нормального темпа).
  6. Анализ моделей движения: Используя анализ терблиг или эргономические контрольные списки, выявляйте неэффективные движения. Ищите возможности комбинировать, устранять или упрощать движения.
  7. Вычислить стандартное время: Нормализовать наблюдаемое время, применяя рейтинг производительности. Добавить надбавки за личное время, усталость и задержки, чтобы прийти к стандартному времени для задачи.
  8. Разработать рекомендации: Предложить изменения в методе, компоновке, инструментах или последовательности. Оценить ожидаемое влияние на время цикла, качество и эргономику.
  9. Внедрение и последующее наблюдение: Работа с операторами и руководителями для внесения изменений. Провести исследование после внедрения для проверки улучшений и внесения корректировок.

Заключение

Изучение времени и движения остается незаменимой дисциплиной в промышленной инженерии, предлагая проверенную основу для понимания и улучшения работы. Его основы - научное наблюдение, методическое измерение и ориентированный на человека дизайн - так же актуальны сегодня, как и столетие назад. Объединив строгость измерения времени с проницательным анализом движения, организации могут достичь более высокой производительности, снижения затрат и более безопасных, более удовлетворяющих рабочих мест. Однако успешное применение требует чувствительности к проблемам работников, приверженности постоянному совершенствованию и открытости современным технологиям. В эпоху автоматизации и цифровизации человеческий элемент работы остается критическим, а исследование времени и движения предоставляет инструменты для проектирования систем, которые уважают и повышают человеческие возможности.

Для дальнейшего чтения изучите ресурсы Американского общества инженеров-механиков (ASME) по стандартам работы, Института бережливого предпринимательства по сокращению отходов и академических журналов, таких как Международный журнал промышленной эргономики . Практические руководства по заранее определенным системам времени доступны от MTM Association.