價值流分析和價值工程在制造加工中的應用實例

唐穩生，安源

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266555）

價值流分析和價值工程在制造加工中的應用實例

Application examples of value stream analysis and value engineering in the manufacturing process

唐穩生，安源

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島 266555）

本文以某機械加工生產線運用價值流圖分析進行優化為例，描述了運用價值流圖分析基本使用方法以及運用價值工程理念對生產線優化，提出了價值流工具不僅能被動的發現生產中的浪費，也能主動的優化生產制造環節，降低制造成本，提高產品價值（利潤）。在制造過程中，保證產品要求下持續降低制造成本才是制造工程的中心；緊緊圍繞降企業的發展目標或生產策略下，廣泛、靈活應用價值流分析和價值工程等新方法、新工具對于實現企業 “高價值、低成本”具有很強的現實意義。

價值；制造過程價值；價值流分析；精益生產；生產線；曲軸；工藝；刀具

1984年國家經委向全國推廣包括價值工程在內的18種現代化管理方法之一，今天，各個企業已經自主追求各種先進的管理方法來推動企業的進步。

價值，對于制造過程中的產品而言，降低制造成本就是靈魂。從圖1成本利潤價格圖來理解，傳統的思想中成本+利潤=價格［1］。而現在市場經濟環境下，一個產品的價格（價值）常常已經被市場定義，也就是價格不隨制造成本的升高而升高。所以對于制造過程而言，如何降低成本就是企業增加利潤的關鍵。可以說，對于制造過程來說，降低產品制造成本就是增加產品的價值，降低成本就是制造過程價值提升的靈魂。

圖1 成本利潤價格圖

價值流圖分析是實施精益系統、消除過程浪費的基礎與關鍵點［1］。在精益生產中最基本的一條成本降低過程就是消滅浪費，概括來說存在八種浪費：過度生產浪費，過度庫存浪費，過度物料移動浪費，多余動作浪費，等待浪費，過度加工浪費，糾錯返修浪費管理浪費。

價值流圖分析來發現并消滅浪費、并不斷地減少非增值活動，以使成本不斷下降，贏取最高的利潤。

當前很多技術管理人員將價值流看成物流運作優化的一種工具，實際上價值流更應該是整個制造環節的優化工具，是價值工程在生產中運用的一種有效工具。它不僅能被動的發現生產中的浪費，也能主動的優化生產制造環節，降低制造成本，提高產品價值（利潤）。

1 價值、制造過程價值、價值流分析

價值，產品所具有的的功能與獲得該功能所發生費用之比，這里的產品可以是客戶需求的產品，也可以是加工產品的過程，或它們的組成部分。價值公式V=F/C ， V=價值；F=功能；C=成本［2］在制造車間，功能也就是客戶需求的產品要求已經被后續車間或銷售部門（內部客戶）所定義，所以成本在制造車間便是關注重點。如何減低成本就成為提高價值的方向。或者說對制造車間，產品價值的提升，就在于成本是否下降。

制造過程提高價值的基本途徑：功能不變，成本降低，價值提高。

制造過程價值的主要特點是：以降低成本為目的，要求以最低的加工成本實現產品的必要功能；以成本分析為核心；以有組織、有領導的活動為基礎；以精益生產為工具。

價值流分析也叫價值流程圖分析，是精益生產中的關鍵分析工具，它是以過程為基礎的質量管理，以客戶滿意為出發點，以流動追蹤過程中工具材料流和管理信息流在輸入和輸出中的狀態，從而消除非增值活動。運用價值流分析意味著在整體上工作，不僅僅是個別的生產過程；不只是優化局部而是提高全部［3］。

價值流圖分析可以：

（1）明確公司現狀（客戶需求，生產過程，物流，供應商，設備狀態，輸出時間等）；

（2）明確各個環節中的浪費；

（3）根據以上確認關鍵改進的地方；

（4）統一各部門對現狀、浪費、改進目標的認識。

2 機械加工生產線（示例）簡介

生產線簡介，生產1.5 L/1.2 L的4缸直列鑄鐵曲軸，3班生產，年產能23.3萬，后續可以僅增加3個工位3臺設備擴能為35萬。同時預留工位，后續對應工位增加設備即可生產增壓1.5 L直列鑄鋼曲軸。鑒于生產的實際，我們對1.5 L曲軸生產過程為例進行價值流圖分析。

3 生產線價值流現狀分析

價值流我們將其分為廣義價值流和狹義價值流兩類，廣義價值流是指當前產品從顧客需求開始到設計開發、計劃編制、配件采購、生產制造一直到產品交付的全部活動（包括增值的和不增值的），狹義價值流是指當前產品通過其基本生產過程所要求的全部活動。本文以狹義價值流分析，同時也表明說明價值流分析可以應用在制造過程中的任何區域。

生產計劃發出后，物流工段根據曲軸工段看板拉動，運送曲軸毛坯到曲軸線上料點。毛坯經過加工成曲軸成品后，根據裝配車間物料拉動，運送至裝配線曲軸上料點。見圖2生產線地理局部圖。

繪制生產線價值流圖，見圖3 價值流現狀圖。

從價值流圖看，整線節拍不均衡，雖然因為建造策略是導致3 個工位節拍與其它設備節拍不平衡的原因。節拍不平衡就會導致等待浪費。

4 平衡生產線節拍-工藝優化

先對設備的加工節拍進行統計，見圖4曲軸線節拍分析圖。共有3 個工位的設備需要對節拍進行均衡，分別為OP20工位，OP60工位，OP80工位。

4.1 優化工藝，均衡節拍

在生產線進行均衡節拍時，首先考慮以下三點：第一點，工件特征相似嗎？工件宏觀形狀要求還是材料微觀要求？第二點：工件定位加工原理相同嗎，工件主運動還是刀具主運動？第三點，前工序加工的特征工藝上是否允許可以在其它工位加工，也就是變化前特征是否是用到的加工基準。

圖4 曲軸線節拍分析圖

OP20和OP70屬于車床加工原理，可以進行加工內容，其內容不是加工基準；OP60和OP100屬于數控加工中心機床，可以進行加工內容均衡，并且加工特征不屬于加工基準；OP80和OP90為磨削加工，可以進行加工內容均衡，加工特征不屬于加工基準。

進一步結合當前設備結構，OP20和OP70之間的內容均衡無法達到減少OP20設備，但按照生產線預留增壓曲軸工藝內容，OP20可以后續加入前道粗銑平衡塊和軸頸工位。OP80和OP90之間均衡同樣無法在現有設備條件下完成，需要增加新的設備。對于生產線來講，設計23.3 萬產能并預留35 萬產能，目前3 個平衡工位通過優化減少1 個，對當前生產線的運行同樣具有積極的意義。

圖2 生產線地理局部圖

4.2 OP60和OP100間加工內容均衡

加工均衡內容：

（1）將OP60上完成的芯軸中心孔底孔和攻絲工步分開，OP60進行底孔加工，OP100進行攻絲孔加工，通常這不符合加工工藝設計，但將攻絲刀具從剛性刀具更改為浮動刀具后，消除了定位誤差對影響加緊定位。

（2）對法蘭段臺階中心孔加工中的兩工步加工更改為復合刀具單工步加工，采用復合成型刀具設計理念，將原兩步加工內容更改為單步加工減少加工時間和換刀時間。

通過以上優化，OP60節拍見圖4中優化狀態條顯示的時間節拍。

從基本的加工原理上分析，這兩種改進均有悖于加工工藝設計原理，但它滿足曲軸對于加工特征的尺寸要求，同時大大減少了設備投資和生產線均衡原則。

在生產線設計和建造中，常常存在很多經驗的方法，隨著設備、刀具等工程技術的發展，生產線的工藝也需要進行持續改進。在這個過程中，價值工程提供了一套科學的工作實施程序，這套程序圍繞以下7個問題：第一，這是什么？第二，這是干什么用的？第三，它的成本多少？第四，它的價值多少？第五有其他方法能實現這個功能嗎？第六，新的方案成本多少？功能如何？第七，新的方案能滿足要求嗎？

在運用價值流圖分析進行生產線消滅浪費，提升價值的過程中，提供了科學的方法。

制造工程和精益生產追求“合適”的理念，它不僅僅是“只在需要的時候，按需要的量生產所需的產品”。它同樣體現在加工工藝，設備選型中，只以最少的設備，最簡的工藝加工必需零件公差要求的產品保證必需產品要求下降低生產的投資-最低成本-就是制造工程的精髓和追求。

5 平衡生產線節拍-現場操作優化

圖3 價值流現狀圖

5.1 價值流圖中基本數據

價值流圖分析要求從整體來考慮目前狀態和未來狀態，也就是任何的某個局部環節的改進都放在整體中評估。整體考慮是一種理念，它要求制定未來計劃中匯總各環節或各個現場，它的數據必須是現場真實的、全部的數據。

把工藝優化效果重新放入價值圖中進行評估，我們發現以上現場運行的參數是不全面的，而價值流分析的特別關鍵的一點是現場詳細數據采集。

以下9個內容對生產的實際加工運行數據進行采集數據：第一，產品種類，我們暫定為一種產品；第二，換型（秒），首先暫定沒有；第三，周期時間，即節拍（秒）；第四，設備數量；第五，有效加工時間（分鐘/班）；第六，設置時間（分鐘），即準備時間；第七，測量時間（分鐘）；第八，班次；第九，操作者數量。

5.2 設置時間和測量時間的影響

對于生產現場，首先列出員工的所有工作內容，見圖5操作者工作內容示例表，圖5中，標注顏色項目為設置時間（準備時間），我們認為這部分時間必須在設備停止加工時進行。測量項目有較大柔性，但一般情況下，首件需要進行停機測量，基于過程控制中描述的設備能力如果合格，那么中間或者末件抽檢均不要停止加工，只需要根據測量結果對尺寸向中值進行調整即可，所以我們將測量時間單獨進行統計。

圖6操作者準備內容示例表，顯示影響設備加工時間的操作項目。

因為測量時間和設置時間的不同，導致設備加工時間不同，所以價值流圖分析的是一定時間下工位的實際產出能力，也就是單班次產量。

在這里為了便于說明問題，我們假設一個條件：首先采用產能擴能后35萬的數據分析單班次產量，說明測量時間和設置時間對單班次測量的影響，然后再按擴能前進行最終價值流圖分析。

如果不考慮測量時間，加工時間為每班8 h減去設置時間。設置時間為操作準備時間，這部分內容無法在工件自動加工時完成，所以計算設備加工時間時需要將這部分時間去除。我們得到了圖7理論單班次產量圖。因為測量是為了確認設備加工狀態，設備開機首件常常需要停機測量。我們將這種必須的停機測量時間考慮到設備加工時間統計中，發現單班次產量圖是不同的，見圖8現場單班次產量（優化前）圖。

圖5 操作者工作內容示例

兩幅數據的不同，客戶最終的要求是一定數量的合格品，所以設備的節拍不僅僅考慮設備加工一個工件的時間，而是需要考慮設備在一個班次內加工的成品數量。如果設備節拍無法進行降低時，是否可以優化測量時間？是否可以優化設置時間？

圖7 理論單班次產量圖

圖8 現場單班次產量（優化前）圖

我們通過優化測量方式，對測量時間進行優化，盡可能縮短需要停機的測量時間（見圖5中示例），重新計算單班次產量，見圖9現場單班次產量（優化后）圖。

圖9 現場單班次產量（優化后）圖

5.3 庫存和拉動

在精益生產中，工廠的庫存管理是供應鏈的一環，加強庫存管理，可縮短并逐步消除原材料、半成品、成品的滯留時間，減少搬運作業和等待時間。特別的，精益生產通過拉動生產來追求零庫存。

所謂拉動生產是以看板管理為手段，采用“取料制”即后道工序根據“市場”需要進行生產，對本工序在制品短缺的量從前道工序取相同的在制品量，從而形成全過程的拉動控制系統，絕不多生產一件產品。

在這里，拉動生產是一種工具，它的使用更多的是無條件的，而零庫存實際是一種結果或狀態。實際上庫存管理-是否真的需要零庫存-需要從價值工程的角度進行考慮。

在本文所述生產線，根據價值流圖的數據，我們發現生產線有兩個工位是其它設備產能的2/3。在每天3 班情況下，這種不平衡的狀態恰好給了我們利用庫存減低成本的可能。

整線兩班運行，OP20，OP80設定3 班生產及庫存，這樣生產線可以在第3班僅運行OP20，OP80共4 臺設備，減少了人員安排并設備運行成本。

經過以上改進后，我們再來繪制價值流圖。

6 優化后的價值流圖分析

優化后的價值流程圖見圖10。對于生產線設計中要求的預留產能和節約長期投資的分析我們在本文不做討論，僅從生產線現狀分析。最初的生產線設計按3 班生產，OP20、OP80成為瓶頸，雖然生產線滿足需求，但是其它工位會有很多等待時間，這部分設備運行成本實際上是浪費的。

同樣整體的產能需求是每天1 050工件，我們在OP10，OP20后設置在制品，OP70和OP80后設置在制品庫存，保持350件的在制品，在第1和2班滿足后續工位的同時，OP10，OP70利用緩存區進行350件物料的在制品存儲。在第3班時， OP20，OP80進行加工運行，將在制品加工到OP20，OP80后。

增加適度在制品庫存后，首先，提高設備開動時的利用率，17 個工位減少單班的運行成本；其次，減少人員，第3 班人員只需要2 名操作工即可完成加工，這樣相同產能下，減少了加工成本，增加了制造工程價值。

7 總結

價值流圖分析因為其包含現場所有實際運行數據，并強調從產品整個過程進行分析，本文說明了價值流圖分析是一種有效的工具，它不是僅僅存在于某個系統當中，因為對現場詳細的整體的描述和分析，使我們能夠更有效更全面的了解現場。

本文以一次價值流圖分析為例，通過價值流圖發現問題后，描述了從工藝設計、加工節拍、操作準備時間、庫存設定進行優化從而降低生產線人員和設備開動時間來降低制造成本。

價值流工具不僅能被動的發現生產中的浪費，也能主動的優化生產制造環節，降低制造成本，提高產品價值（利潤）。

在制造過程中，保證產品要求下持續降低制造成本才是制造工程的中心；緊緊圍繞企業的發展目標或生產策略，廣泛、靈活應用價值流分析和價值工程等新方法、新工具，對于實現企業高價值低成本具有很強的現實意義。

［1］ （美）詹姆斯.P.沃麥科，（英）丹尼爾.T.瓊斯，沈希，張文杰李京升. 精益思想. 機械工業出版社，2011. 5.

［2］ GB/T 8223.1-2009中國國家標準化管理委員會. 價值工程. 2009，05～06.

［3］ 邁克.魯斯，約翰.舒克，杜宏生，單金秀. 中英精益企業示范中心 譯 . 人民交通出版社：價值流圖分析.

F426

1009-797X （2015） 18-0087-07

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.034

唐穩生（1981-），男，總監、黨委書記，研究方向為企業管理與發展。

2015-08-17