1. 引言

1.1 研究背景

钢针梳作为一种高效梳理工具，在纺织业、宠物美容业等多个领域具有广泛应用。其钢针的精准排列和高效梳理能力，能够有效提升梳理效果和产品质量。然而，在钢针梳的生产过程中，钢针插针作业环节一直是制约生产效率和安全性的瓶颈。由于钢针尺寸微小且零件孔径狭窄，人工插针不仅难度大、效率低下，还容易导致操作人员疲劳和受伤。此外，传统的人工插针方式难以保证装配精度，容易出现质量问题，影响产品的整体性能。

1.2 研究目的和意义

本研究旨在通过创新设计优化钢针插针作业的工艺流程，解决人工插针效率低、安全隐患大以及装配精度不足的问题。具体目标包括：提高生产效率，通过自动化或半自动化技术，减少人工操作时间，提升插针速度；提升安全性，避免操作人员直接接触微小零件，降低因疲劳或操作不当导致的工伤风险；提高装配精度，利用机械或自动化设备实现精准插针，减少人为因素导致的装配误差；推动产业升级，为钢针梳生产行业提供新的技术解决方案，助力企业降低生产成本、提高产品质量，增强市场竞争力。

1.3 研究范围和问题

本研究将重点聚焦于钢针梳生产中的插针作业环节，具体研究范围包括：插针工艺的优化，分析现有插针工艺的不足，探索适合钢针梳生产的自动化插针技术；设备设计与选型，研究适用于钢针插针作业的自动化设备或工装夹具，包括送料、定位、插针等关键机构；安全性提升措施，评估现有生产环境中的安全隐患，提出针对性的安全防护方案；质量控制与检测，建立插针作业的质量检测标准，确保装配精度和产品质量。

2. 国内中小型企业钢针梳生产现状

2.1 钢针梳的制作流程

钢针梳由多排钢针组成，规格多样，在纺织与宠物美容业应用广泛。纺织业中，它用于织物整理定型，能打造多样织物；宠物美容业里，是长毛犬猫护理的得力工具，可解缠结、除寄生虫，且坚固耐用。但其生产存在资源浪费，改进生产方法很有必要。经调研，中小企业制作流程为：切割金属合金、打孔、手工插针压实、最终成型。其中钢针精准插入与固定是制约效率的瓶颈。

2.2 钢针装配工序

通过实地走访多家企业，全面收集生产数据与现场操作信息发现，钢针梳的插针作业及压实作业是制约产品制造效率与质量的核心瓶颈。钢针梳的生产流程中，钢针装配工序尤为复杂且低效。工人需要手动将钢针一根一根插入模具孔中，这一过程不仅耗时费力，还容易因操作不当导致钢针浪费或工伤事故。此外，现有装配流程中左手闲置、右手高负荷作业的不合理分工，进一步加剧了生产效率的低下和工人的疲劳感。这些问题不仅增加了企业的生产成本，还影响了产品的市场竞争力。因此，如何通过精益改善优化钢针梳的钢针装配流程，成为亟待解决的关键问题。

具体而言，钢针插针装配工序涉及多环节的作业项目，其操作流程已通过表1进行标准化梳理。

操作名称	操作介绍
预置模具	准备两个各有两排孔的模具，准备插入钢针
握取钢针	左手从料盒里握取一把钢针
转移钢针	将部分钢针转移至右手
齐平钢针	右手在工作台上将钢针齐平，便于放入模具
放置钢针	左手扶稳模具防止模具随意移动，右手对准模具孔后放入钢针
手工敲稳	右手持一块板，敲打模具中钢针露在外面的一头，确保模具与钢针间没有间隙
移动模具	将装满钢针的模具从工作台上移动至机器附近
放入机器	左手打开机器门，右手将模具放入加工机器，准备下一步加工
启动机器	左手关闭机器门，右手按下按钮启动机器

2.3 动作方法问题分析

通过运用双手作业分析方法，对该工作流程展开系统性研究后发现，当前操作模式存在显著的效率瓶颈与安全隐患，具体问题如下：

2.3.1 动作分配失衡导致效率低下

（1）左手功能闲置：左手在操作周期内仅承担基础固定功能，未充分发挥辅助作用，导致资源利用率不足，产生独臂作业情况；

（2）右手过载作业：右手被迫承担全部插针任务，长期高强度独臂操作引发肌肉疲劳，生产效率受限于单手操作极限；

（3）无效倒手频繁：工人需频繁切换钢针位置以配合左右手交替作业，此非增值动作占比超20%，直接延长单件加工周期。

2.3.2 微小零件操作引发质量风险

（1）对齐精度低效：钢针直径仅0.3—0.5mm，工人需反复调整与孔位对齐，单次插针对齐耗时达2～3秒，且合格率受视觉疲劳影响波动明显；

（2）肌肉劳损加剧：持续微距操作导致腕部肌腱炎发病率达45%，直接影响操作稳定性与生产连续性。

2.3.3 安全隐患威胁职业健康

（1）钢针滑落风险：日均处理钢针超5000根，滑落概率达1.2%，滑落钢针易造成物料污染及设备损伤；

（2）工伤事故频发：近三年工伤记录显示，因钢针刺伤导致的停工事件占比达32%，单次事故平均损失工时12.5小时。

上述问题已形成“效率-质量-安全”的恶性循环，亟须通过工艺重构与工装优化实现系统性突破。

3. 研究方法

在简易自动化生产浪潮中，企业追求高效低成本生产，多产品、小批量生产对设备灵活性要求高。传统钢针插针作业效率低、换型难，制约企业能力与市场响应速度。为此，研究聚焦人机协同理念，设计出一款结构简单、成本低、功能专用的工夹具。其使用后可显著提升效率、缩短周期、极短化换型时间，快速切换生产模式，有力支持多品种生产。

3.1 钢针盒的设计

该钢针盒的多层结构设计，使其一次能够储存大量钢针，避免了工人持续向盒中添加钢针的繁琐操作，同时也无需工人用手一直捻着钢针，极大提升了生产操作的便捷性。其坡度设计更是独具匠心，能让钢针在重力作用下顺利下滑，在拉拽底部钢针槽时，钢针能够精准地进入凹槽，为后续工序的顺利开展提供了有力保障。

钢针盒的长度依据钢针长度而定，略大于钢针长度，以确保钢针在盒内能够有序排列。工厂普遍使用钢针长度为 40mm，该研究设计的钢针盒尺寸为长度 200mm、宽度 50mm、高度 350mm（如图1），这一尺寸既满足了生产需求，又兼顾了空间利用效率。

在材质选择上，选用铝合金制作钢针盒，这种材料不仅质量轻、强度高，而且具有良好的耐腐蚀性，能够有效延长钢针盒的使用寿命。同时，制作一个这样的钢针盒成本仅为218元，性价比极高，非常适合大规模推广应用。

钢针盒的左上方区域巧妙地设计为钢针投放专区，工人只需将钢针从盒体上端的开口处倒入，钢针便会依次经过1、2、3三次精心设计的“筛漏”通道。在这三次“筛漏”过程中，钢针会逐步被整理得井然有序，最终整齐排列于钢针盒的最后一层。

钢针盒的下端特别设置了出针口，每次仅允许一根钢针顺利滑落，这些钢针会精准地落入钢针盒下方的凹槽内。这一创新设计成功实现了钢针投放环节的半自动化操作，有效解决了传统手工插针过程中工人手部易受伤的问题，同时也避免了左手因等待钢针而产生的闲置时间，大幅缩减了无效工作时间。

3.2 凹槽的设计

本文对配套使用的凹槽展开了针对性设计，依据钢针的实际尺寸进行精准规划，确定凹槽长度为 310mm，宽度为 35mm。制作这样一个铝合金材质的凹槽，成本为 85 元（如图2所示）。

该刮板的使用方法是先将凹槽对准钢针盒，让钢针顺利落入凹槽（钢针槽），再将钢针槽与零件对齐，用刮板将钢针推入零件孔位。完成一排后，推回钢针槽，取出新一排钢针，继续装配另一零件。翻面后重复相同步骤，完成两件装配。最后翻转零件至水平状态，移至放置区，操作结束。此流程设计简洁、操作便捷，降低工人劳动强度，减少疲劳，提高效率，推动生产率提升。

3.3 刮板的设计

该研究设计的刮板结构简单、成本低（仅65元，如图3），在实际应用中优势显著，能有效减少操作动作和时间损耗。过去工人装配钢针需反复拍打，过程繁琐耗时；如今使用刮板，只需轻轻一刮，钢针即可牢固卡入零件。这种低成本、高效率的设计有力地支持了生产程序优化和效率提升。

3.4 整体使用理念

该研究采用了一种巧妙的方式对钢针进行整理与装配。首先，将钢针装入特制的钢针盒中，这些钢针会依次经过钢针盒内部精心设计的三次“筛漏”结构，在层层筛选与引导下，最终整齐有序地排列在钢针盒的出针口位置。

装配时，只需轻轻推动钢针槽，钢针便会顺着出针口准确无误地掉入凹槽内。随后，通过推拉凹槽，精准调节其位置，使钢针槽内的钢针与两个待装配零件的针口完美对齐。此时，只需拿起刮板，轻轻一刮，钢针便能顺利进入零件，完成一次高效的装配。

此外，在钢针梳的装配过程中，钢针盒的滑动连接是确保钢针顺利进入凹槽的关键环节。若滑动结构设计不合理，装配过程中钢针盒易晃动，影响钢针的稳定输送。基于此问题，在凹槽入口处加工一个简单的V型或U型导槽，确保钢针盒推拉时自动对齐，避免偏移。制作这一整套工具，包括所有材料费和人工费，总计仅需388元，真正实现了低成本的目标。工具的总体设计如图4所示，下面将详细介绍具体的操作步骤：

右手将钢针放入钢针盒整理箱，让钢针进入“筛漏”整理流程。左手同时拿出两个待装配的零件，平稳地放置在操作台上。

缓慢移动凹槽，使其与钢针盒出针口准确对接，让钢针顺利通过出针口，稳稳地落入凹槽中。

手持刮板，沿着钢针与零件针口的对齐方向，轻轻推动，将钢针精准地推入第一个零件中。

再次推拉凹槽，调整位置，使钢针通过出针口，重新落入凹槽，为下一个零件的装配做好准备。

拿起刮板，以同样的方式将钢针推入第二个零件中，完成这一轮的装配工作。

将装配好一面的零件轻轻翻面，重复操作2—5的步骤，将另一排钢针准确无误地插入零件的对应孔位中。

装配完成后，将零件缓缓翻起，平稳地推向工件放置区，为后续的检查与加工做好准备。

仔细检查零件上的钢针是否安装正确，确保每一个孔位都已准确装配，无遗漏、无偏差。

将检查无误的零件轻轻推入加工机器中，进行后续的加工处理，完成整个生产流程。

这一系列操作方法简单易懂、步骤清晰，能够有效提高生产效率，降低工人的劳动强度，为企业的生产与发展带来了显著的优势。

4. 结果与分析

在工艺改善前，通过运用秒表进行精确的时间测定，结果显示工人完成一个工件平均耗时74秒。而在实施改善措施后，再次通过秒表测时发现，完成一个工件的时间大幅缩短至5.934秒，时间减少幅度显著，工作效率得到了高达92% 的提升。

此次改善的关键在于成功实现了双手作业的优化。改善前，从双手作业分析中可以清晰地看到，左手长时间维持着单一、重复的动作姿势，右手则持续不断地进行钢针的放入操作，这使得工人的手部动作数量繁多且效率低下。

改善后，本文巧妙地设计了带有坡度的钢针盒。这一创新设计使得钢针能够借助自身的重力，沿着坡度自动下滑。在工人拉拽钢针槽的过程中，钢针可以顺畅地落入凹槽中。钢针盒的这一改进，有效减少了工人双手不必要的动作，极大地提高了作业的流畅性和效率。

为了更直观地呈现改善前后的手部动作变化，本文进行了详细的手部动作数量统计，具体数据结果如表2所示。通过这些数据，可以清晰地看到改善措施所带来的显著成效，即利用低成本的设计改进，实现了工作效率的大幅提升，为企业创造了更高的利润空间。

方法	总计
	改善前/次		改善后/次
	左手	右手	左手	右手
操作	7	9	5	7
移动	3	3	1	0
等待	4	2	3	2
检查	0	0	1	1

改善措施实施后，手部动作减少，时间缩短，减轻工人负担，提升效率，符合动作经济原则。分拣工具优化后，关键指标显著提升（详见表3）。改进带来全方位进展：效率方面，人均产出大幅提高，分拣速度和规模扩大；质量方面，分拣准确率提升，物品精准分拣；安全方面，优化设计消除工伤隐患，保障工人安全。这些变化从多维度证明了改进方案的科学性和有效性。

指标	改进前	改进后	变化率
人均产出	4000根/小时	13846根/小时	246.15%
分拣错误率	1.8%	0.4%	-77.78%
工伤率	3例/月	0例/月	-100.00%

5. 结语

经过对钢针插针作业的深入分析与研究，本次对钢针梳生产流程的优化取得了显著成效。通过创新设计多层有坡度的钢针盒、专用凹槽和刮板等工具，成功实现了钢针装配的半自动化操作。这一改进不仅大幅减少了工人的无效动作，还显著降低了作业过程中的安全隐患。具体而言，改善后的生产效率提升了92%，人均产出增长了246.15%，分拣错误率和工伤率分别下降了77.78%和100%。这些数据充分证明了改善方案的有效性和实用性，表明本次研究成功解决了钢针插针作业中的关键问题。

此外，本次改善还充分体现了精益生产的核心理念，即以低成本投入实现高效率产出。所设计的工具结构简单、成本低廉，总费用仅为388元，却能显著提升生产效率和工人作业舒适度。这一成果不仅为钢针梳生产行业提供了全新的解决方案，还为类似精细装配作业的自动化改造提供了有益的借鉴和参考，具有广泛的应用前景和推广价值。

未来，随着技术的不断进步和市场需求的持续增长，钢针梳生产行业有望进一步拓展自动化和智能化的应用范围。本次研究成果将为相关企业优化生产流程、提升竞争力提供有力支持，同时也为其他行业的精细化生产改造提供了宝贵经验。

参考文献：

1. [1] 刘铭,毛清华,王秋雨.精益生产[M].北京：机械工业出版社，2023.
2. [2] 汪元清.钢针型刺辊和预分梳板开发及使用实践[J].纺织器材,2006(S1):35-36.
3. [3] 易树平，郭伏.基础工业工程（第3卷）[M].北京：机械工业出版社，2022.
4. [4] 张召良.LF金属零件制造公司精益生产改善研究[D].华南理工大学,2021.