基于“一個(gè)流“ 模式的車間生產(chǎn)線改善設(shè)計(jì)(案例車橋生產(chǎn))

1、基于“一個(gè)流“ 模式的車間生產(chǎn)線改善設(shè)計(jì)通過對(duì)車間生產(chǎn)線布局傳統(tǒng)模式與精益生產(chǎn)模式的對(duì)比分析，闡述了“U”型布置布局的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合某車橋公司應(yīng)用實(shí)例，通過生產(chǎn)能力調(diào)查、工藝流程分析、人員的組合搭配等步驟實(shí)現(xiàn)了“一個(gè)流”生產(chǎn)線改善設(shè)計(jì)，應(yīng)用結(jié)果證實(shí)新的生產(chǎn)線改善設(shè)計(jì)對(duì)解決傳統(tǒng)模式中存在的設(shè)備能力和人力平衡等問題有明顯的效果，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。0 引言 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇。傳統(tǒng)管理理念、經(jīng)營(yíng)方式、設(shè)備布局和操作方式已不能滿足現(xiàn)代化企業(yè)的要求。在這種需求中精益生產(chǎn)理論和方法應(yīng)運(yùn)而生。美國(guó)麻省理工學(xué)院的Daniel TJones教授于1992年出版了改造世界的機(jī)器一書，把豐田生產(chǎn)方式定名為精益生產(chǎn)。而

2、“一個(gè)流”生產(chǎn)方式是精益生產(chǎn)中最大限度地減少在制品數(shù)量的最好方法，是消除生產(chǎn)線浪費(fèi)的秘方，國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了大量研究。如：Suzaki教授很早就分析了“一個(gè)流”生產(chǎn)模式在精益生產(chǎn)中的作用和地位1。美國(guó)White、Pearson等人詳述了“一個(gè)流”生產(chǎn)模式中10項(xiàng)實(shí)踐管理經(jīng)驗(yàn)2。浙江大學(xué)管理學(xué)院具體研究了“一個(gè)流”生產(chǎn)模式與流程再設(shè)計(jì)(BPR)的區(qū)別和聯(lián)系3。天津大學(xué)管理學(xué)院和機(jī)械學(xué)院共同研究了如何運(yùn)用精益生產(chǎn)思想對(duì)車間設(shè)施和生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行改善，其中就暗含了“一個(gè)流”的思想4。以上研究大多局限于理論研究階段，和實(shí)際的聯(lián)系較少。鑒于此，本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，詳細(xì)分析了精益生產(chǎn)中“一個(gè)流”U型生產(chǎn)線布局及布

3、局中人員優(yōu)化組合等問題。1 精益生產(chǎn)布局 生產(chǎn)系統(tǒng)中的布局問題包括在整個(gè)工廠中車間的布局，車間中生產(chǎn)單元的布局，以及生產(chǎn)單元中的每臺(tái)設(shè)備的具體布局問題等。本文主要在生產(chǎn)單元的層次上進(jìn)行設(shè)備布局問題的研究。1.1 傳統(tǒng)布局優(yōu)化的模型 所有的空間布局問題都是由需要決定位置的布局物體所需的擺放空間和放置這些設(shè)備的布局容器的可用空間組成。根據(jù)追求的目標(biāo)不同，具有不同的數(shù)學(xué)模型。在傳統(tǒng)的車間布局中，需同時(shí)考慮總物流搬運(yùn)最少和車間面積利用率最大化的布局目標(biāo)”。 (1)最小化物流搬運(yùn)費(fèi)用的目標(biāo)甬?dāng)?shù) 假定布局空間和需要放置的設(shè)備為矩形塊狀結(jié)構(gòu)(圖1中用M表示)，其長(zhǎng)和寬已知，忽略它們的不規(guī)則細(xì)節(jié)形狀。需要指出

4、的是：這里的設(shè)備布局是按在制造單元設(shè)計(jì)以后的情況進(jìn)行的，因此在布局中的設(shè)備不一定是單臺(tái)的設(shè)備，也有可能是幾臺(tái)設(shè)備的組合，并都用矩形塊狀結(jié)構(gòu)來表示，只是在長(zhǎng)寬上有所差別。圖1 設(shè)備布局的拓?fù)淠Ｐ?如圖1，各設(shè)備分行排列，并與x軸平行，設(shè)備間的X軸向和Y軸向間距，由已知布局容器和設(shè)備的拓?fù)淠Ｐ偷贸觥和H分別表示工作地的長(zhǎng)和寬，這樣工作地設(shè)備布局問題就簡(jiǎn)化為滿足約束條件下的多行設(shè)備布局問題。 基于上述對(duì)問題的分析，工作地中的多行設(shè)備布局的目標(biāo)就是滿足各設(shè)備間總的物料搬運(yùn)成本最小化，其目標(biāo)函數(shù)模型可表達(dá)為： 1.2 “一個(gè)流”生產(chǎn)線布局 按精益生產(chǎn)的理念，除了以上的兩個(gè)方面，還有更重要的因素需要考慮

5、，精益生產(chǎn)布局追求的目標(biāo)主要有以下幾方面： (1)使物料搬運(yùn)成本最小化； (2)空間的有效利用； (3)勞動(dòng)力的有效利用； (4)便于員工之間、員工與管理者之間、員工與用戶之間的信息溝通。 為了實(shí)現(xiàn)上面的目標(biāo)，最好的方法就是要將設(shè)備布局成“U”型，實(shí)現(xiàn)“一個(gè)流”的生產(chǎn)?！耙粋€(gè)流(OnePiece Flow)”生產(chǎn)方式是指產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中盡量實(shí)現(xiàn)小批量的輪轉(zhuǎn)，最好是單件的流動(dòng)。它是減少在制品數(shù)量的最好方法，是消除生產(chǎn)線浪費(fèi)的良策。它的基礎(chǔ)是要使加工生產(chǎn)線像流水裝配線一樣流水化，但要犧牲非瓶頸工序設(shè)備的利用率，因此要盡量平衡生產(chǎn)線，減少設(shè)備的產(chǎn)能損失。1.3 “U”型布置 生產(chǎn)線布置一般歸納為如下

6、兩種：傳統(tǒng)“一”字型生產(chǎn)線布置(即按加工順序排列設(shè)備)和u型布置。隨著精益生產(chǎn)思想的推廣，傳統(tǒng)生產(chǎn)線越來越多地被U型生產(chǎn)線所代替，因?yàn)閭鹘y(tǒng)生產(chǎn)線布置有如下缺點(diǎn)：一個(gè)人操作多臺(tái)設(shè)備時(shí)將存在“步行的浪費(fèi)”，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也不能實(shí)現(xiàn)人員的柔性化調(diào)整。而在U型布置中，生產(chǎn)線擺放如U型，一條流水線的出口和人口在相同位置，一個(gè)加工位置中可能同時(shí)包含幾個(gè)工藝，所以U型布置需要培養(yǎng)多能工。它減少了步行浪費(fèi)和工位數(shù)，從而縮短周期、提高效率，同時(shí)也減少了操作工，降低了成本等。圖2分別表示了傳統(tǒng)和U型布置(其中圖中小圓及其里面的數(shù)字代表一個(gè)工藝，圓右上角數(shù)字表示本道工藝時(shí)間)。u型生產(chǎn)線布置的優(yōu)化目標(biāo)如下：

7、其中P=l，P，|P|代表規(guī)則的成對(duì)工藝數(shù)，它反映了工藝加工順序，如P=(a，b)表示與b緊連的前道工藝數(shù)為口。上面條件1保證所有工藝都被安排到工作站且每個(gè)工藝都被安排一次，2、3保證每個(gè)工作站容量不超過生產(chǎn)節(jié)拍，4、5保證前一工作站不影響限制后一工作站。滿足這些條件后，工作站數(shù)量將實(shí)現(xiàn)最少化。圖2 “一”字型和“U”型生產(chǎn)線布置示意圖2“一個(gè)流”生產(chǎn)線布局應(yīng)用實(shí)例 下面結(jié)合某車橋公司精益改善項(xiàng)目的樣板線：“N系列橋殼加工線的一個(gè)流改善”的實(shí)例進(jìn)行說明“一個(gè)流”的實(shí)施步驟。經(jīng)分析改造前該生產(chǎn)線主要有以下問題：生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)混亂；在制品堆積如山；生產(chǎn)周期長(zhǎng)；人員的利用率低，產(chǎn)品常成批出現(xiàn)質(zhì)量問題。2.

8、1 生產(chǎn)能力調(diào)查 生產(chǎn)能力調(diào)查是按照工藝路線對(duì)每道工序的加工時(shí)間的各個(gè)部分進(jìn)行基礎(chǔ)測(cè)算，主要包括前面介紹的上下料時(shí)問，加工時(shí)間(分手動(dòng)和自動(dòng))，后處理時(shí)間；在此基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。得出手動(dòng)總時(shí)間、自動(dòng)總時(shí)間、工序加工周期和單班工序日產(chǎn)量等，并從中找出最大的工序CT即瓶頸工序，作為以后人員組合的依據(jù)和標(biāo)尺。 在不同的時(shí)間段和不同的人員操作情況下，對(duì)各道工序進(jìn)行加工時(shí)間測(cè)算，對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備能力進(jìn)行調(diào)查記錄。對(duì)工序進(jìn)行編號(hào)，記錄每道工序的設(shè)備數(shù)，自動(dòng)加工時(shí)間和手動(dòng)加工時(shí)間，計(jì)算工序的日產(chǎn)量。由此可以得出生產(chǎn)線的瓶頸工序?yàn)榈?0號(hào)：鉆法蘭孔(如表1)。表1 裝配線各個(gè)工序的生產(chǎn)能力表 對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行說

9、明：“手動(dòng)時(shí)間”是指需要人操作的時(shí)間，包括上下料，后處理，檢驗(yàn)，手動(dòng)操作設(shè)備等。實(shí)際測(cè)量時(shí)要分別連續(xù)測(cè)量一個(gè)周期的數(shù)據(jù)。在不同的時(shí)間段上，分別測(cè)量求平均值，再將其相加得出上表的數(shù)據(jù)?！白詣?dòng)加工時(shí)間”是指無需人員看管的時(shí)間，隨著數(shù)控設(shè)備的改進(jìn)，自動(dòng)加工的時(shí)間將逐漸增加。并且數(shù)控加1二的時(shí)間相對(duì)精確，波動(dòng)很小。單班工序日產(chǎn)量的計(jì)算工時(shí)是： “有效時(shí)間”按照單班7小時(shí)計(jì)算。各個(gè)工序的日產(chǎn)量的最小數(shù)就是該生產(chǎn)線的產(chǎn)量。表1可以看出此生產(chǎn)線的單班產(chǎn)量為88臺(tái)。2.2 工藝流程分析 根據(jù)上面的生產(chǎn)能力調(diào)查表和加工工藝要求做出生產(chǎn)線加工工藝的優(yōu)先圖(如圖3)。優(yōu)先圖上的數(shù)據(jù)代表的是該工序的手動(dòng)加工時(shí)間而不是

10、該工序的加工周期。其目的是更好地進(jìn)行人員的組合。圖3 橋殼加工優(yōu)先圖2.3 人員的組合搭配 在進(jìn)行人員的組合搭配時(shí)我們首先確定生產(chǎn)線的節(jié)拍。通過生產(chǎn)能力調(diào)查我們可以得出瓶頸工序的周期為287s，即為生產(chǎn)線的節(jié)拍。我們只要保證其他的工序節(jié)奏和瓶頸工序節(jié)奏一致就會(huì)形成一個(gè)流生產(chǎn)。人員的總的工作時(shí)間(包括行走時(shí)間)不超過287s，并盡量使各個(gè)工序的人員利用率達(dá)到最大的平衡。理論的最少人員數(shù)N為： 所以如果人員的平均利用率是75則實(shí)際的人數(shù)為13人。我們根據(jù)工序的優(yōu)先圖和行走距離最近原則進(jìn)行人員組合，其組合示意圖如圖4。每個(gè)人員的工作內(nèi)容和實(shí)際人員利用率統(tǒng)計(jì)如表2。得出實(shí)際的平均人員利用率為65。圖4

11、 橋殼加工線人員組合圖表2 橋殼機(jī)加工線人員組合統(tǒng)計(jì)2.4 改善結(jié)果分析 通過以上的精益生產(chǎn)的“一個(gè)流”U型生產(chǎn)線的改善，使本條生產(chǎn)線的效果得到了很大的改觀(如表3)。表3 橋殼機(jī)加工線改善前后對(duì)比 從表中可以看出，除日產(chǎn)量之外，其他的指標(biāo)都達(dá)到很好的改進(jìn)。在精益生產(chǎn)的方式下生產(chǎn)的日產(chǎn)量是很難提高的，除非要分解瓶頸工序，相反在實(shí)施之初產(chǎn)量反而降低。其原因是由于按照一個(gè)流生產(chǎn)很多的設(shè)備都需要斷續(xù)生產(chǎn)，一臺(tái)設(shè)備出了問題就會(huì)耽誤整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)，所以產(chǎn)量會(huì)降低。而這正是我們以后繼續(xù)改善的目標(biāo)。3 結(jié)束語 由于傳統(tǒng)生產(chǎn)模式在空間、時(shí)間和人員利用率上存在很多浪費(fèi)現(xiàn)象，而精益生產(chǎn)追求的目標(biāo)之一就是消除浪費(fèi)

12、，“一個(gè)流”生產(chǎn)模式中生產(chǎn)線“U”型布置能夠很好地解決傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中存在的問題，本文介紹了采用“一個(gè)流”模式對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)線布局進(jìn)行了改善設(shè)計(jì)的實(shí)例，事實(shí)證明對(duì)解決傳統(tǒng)生產(chǎn)線中存在的問題有很好的效果，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：縮短了生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率；在制品堆積數(shù)量得到明顯減少，降低了生產(chǎn)等待時(shí)間；減少了人員數(shù)、生產(chǎn)工位等，人員利用率得到明顯提高。參考文獻(xiàn)1Suzaki KThe new manufacturing challenge techniques for continuous improvementMNewYork，NY：The Free Press，19872Richard EWhi

13、te，John NPearson，JIT system integration and customer serviceJInternational Journal of Physical Distribution&Logistics Management2001：3XBWu，JHuangBusiness Process Redesign Based on“One Piece Flow”：Concept Methodology ApplicationCInternationai Engineering Management Conforenee20044馬彤兵，馬可基于精益生產(chǎn)的車間設(shè)施規(guī)劃改善設(shè)計(jì)J組合機(jī)床與自動(dòng)化加