精益發動機生產線布局的評估方法

鐘安飛 趙建平 黎沙

【摘 要】為了避免因生產線設計和布局原因而影響生產線的運行效率和成本，可以在生產線布局的設計期間引入精益生產指標。根據與其他生產線設定的目標進行對比，確定需要改進的項目，通過調整生產線布局、設備類型及優化工藝和人員配置，滿足精益生產的要求，減少“七大浪費”。

【關鍵詞】精益布局；浪費；產能項目；孤島；設備利用率

【中圖分類號】U468.23 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）11-0055-03

0 引言

我國汽車市場2015年銷量增長已經明顯放緩，步入成熟的新階段。自主品牌的市場份額已經超過40%。在此新的階段，汽車企業只能通過高的產品質量和合理的成本控制保持市場的競爭力。精益生產是以消除一切浪費和追求精益求精和不斷改善為目標。去掉生產環節中一切無用的東西，每位員工及其崗位的安排必須是增值的，撤掉一切不增值的崗位。精簡產品設計、生產、管理中一切不產生附加值的工作，以最優的品質、最低的成本及最高效率應對市場需求做出最迅速的響應。

現代主機廠的發動機產能項目生產線主要包含發動機裝配線和缸體、缸蓋、曲軸加工線。自主品牌的生產線的布局主要還是以傳統的按功能組織排布，例如所有的沖壓工序、焊接工序、油漆工序分門別類地布局，存在生產線不緊湊造成員工步行時間和響應長，整線設備利用率不均衡、生產效率低、人員利用率不足等浪費。精益生產主張按產品和產品族進行分組，結合產量分析， 確定是專線生產還是共線生產，以及確定選用的設備類型。而生產的布局和工作要素的分配，以及設備的選型，則要充分考慮顧客節拍時間（Takt Time），即顧客拉動產品的速度。為了指導項目期間生產線的布局設計，建立生產線布局精益指標的評估方法。查找生產線設計的瓶頸和優化項，通過生產優化生產線工藝、提高設備自動化程度和合理配置人員等，降低因生產線布局設計不合理造成的浪費。

1 孤島

孤島的評估是為了確保生產線運行后，如果生產線產生故障，班組長能夠在要求的響應時間內到達需要幫助的工位。其目的如下：{1}保持根據需求重新平衡工作量的能力。{2}確保班長現場響應的時間，保持生產流暢性。孤島是識別工廠單獨操作的員工數量。孤島僅統計周期性工作人員和團隊相互分開的數量。

產生孤島的原因：{1}成員之間被自動站隔離。{2}班組長響應任意工位暗燈的時間超過0.3個單件工時，任意2個工位之間的距離要小于0.46 m×ATT（實際單件工時），生產線布局原則上不允許有孤島的存在。

針對以上原因，通過以下例子進一步說明：假設一般班組人員為4～6名。如果一個班組被分成4個和2個，班組人員在一定的距離內，不管之間的距離有多近都認為是孤立的。

例子1：假設團隊成員數量為4人，實際單件工時=60 s，工位布局如圖1所示。因此，班長最大步行距離=0.46 m×60 sec（ATT）=27.6 m；員工1（TM#1）和員工4（TM#4）的直接距離必須小于≤27.6 m。但圖1中，員工1和員工4的距離57.5 m>27.6 m，則生產線產生孤島需要結合整個生產線通過工藝調整和設備選型，消除該孤島。

例子2：假設團隊成員數量為4人，實際單件工時=60 s，工位布局如圖2所示。最大步行距離=0.46 m×60 sec（ATT）=27.6 m；員工1（TM#1）和員工4（TM#4）的直接距離=20.7 m；20.7 m<27.6 m，因此在這個例子中，班長的響應時間不是產生孤島原因。但是，員工4（TM#4）陷在2個自動站之間。如果優化生產線的節拍或工作內容，班組的工作內容需要重新平衡，第四名員工無法重新分配工作，會降低人員利用率。因此，這個例子里面就產生了一個孤島，原因為無法重新平衡工作。

2 設備利用率

設備利用率是部門內所有設備的節拍除以設備數量和實際單件工時。設備利用率指標反映設備使用時間和可用時間的比例。它的本質是設備的節拍與時間單件工時的對比。設備利用率，即設備的投資效率。結合各自工廠的實際情況并參考國際精益設計布局的經驗，在項目前期設定設備利用率的指標。進行生產線布局的設計的時候，就要該指標確定設備數量和平衡各加工設備的工作內容。比如，上汽通用五菱汽車股份有限公司（簡稱SGMW）根據GM各工廠的經驗，并結合自身的情況把機加工設備利用率設定為85%，裝配的設備利用率為90%。公式如下：

設備利用率（%）=■

例子3：假設生產線由5個工位串聯組成，節拍如圖3所示。

總設備的節拍=45+50+30+32+50=207 sec；設備數量=5；ATT=60 sec；部門設備的利用率=（207sec/（5machines×60sec））×100=69%。

3 人力資源利用率

隨著我國人力成本的持續增加，合理地分配和安排生產線員工的工作已經成為各公司的重要工作。人力資源利用率是計算和評估操作員的操作情況。它等于操作員的工作時間除以操作員的可用時間。周期性和非周期性的員工需要分別計算。通過計算人力資源利用率，可以指導生產線布局的優化，通過工藝整合和優化及提高生產線的自動化率等方法，提高人員的利用率，減少人力成本浪費。比如，SGMW針對于周期性員工的利用率設定的目標為87%，非周期性員工的人力利用率為90%。公式如下：

周期性人力利用率（%）=■

非周期性人力利用率（%）=■

變量定義：平均操作時間指操作員完成每個工作的平均總時間；這個時間是所有類型和模塊的加權平均值。實際單件工時是調整每個主線和分裝線的時間；這個時間與每個工位的節拍不一樣。實際單件工時是主線和分裝線的時間運行速度。計劃工作時間指員工每班完成計劃工作的平均時間。可用工作時間指每班可用的工作時間。

周期性工作一般包含裝配線的大部分員工（發動機、缸蓋、變速箱等）；給設備直接上料和下料；手動包裝裝配工作；在放到外部容器前，從設備上下料檢查。此外，還包含一些附帶性的工作如移動包裝。

非周期性工作一般包含上料補充滾道物料和非定期包裝工件；這些員工也可以完成其他的上、下料等工作。

4 工位利用率

工位利用率是計算主線和分裝線工作工位的比例。通過評估工位的利用率來評估生產線的工位布局數量是否合理。減少生產線的占地面積，降低廠房的投資，減少班組長的響應時間和物流配送時間等，其計算方法是主線或分裝線總的工作工位除以主線或分裝線的總工位。每個主線和分裝線分別計算這個值（主線Loop1、主線Loop2、缸蓋分裝線、閥體分裝線等）。SGMW的工位利用率指標為28.8%。公式如下：

系統連接=系統緩存站+系統過程站

工位利用率（%）=■

5 增值工作

增值工作是計算周期性的工作中的增值時間比例。評估增值工作的比例的目的是為了辨識生產線的非增值時間。通過調整物流擺放布局、調整工藝和提高自動化水平等措施提高增值時間比例，減少過度動作浪費和去掉不必要的工位設置，減少生產人員數量。根據SGMW前期生產線的布局設計經驗，對工作的增值時間比例要求為55%。計算的公式如下：

增值工作（%）=■

變量定義：增值時間（增值時間比例通過標準化操作單獲得）；非增值時間（人工操作不增加產品價值，一般指步行、等待、獲取零件、檢查和工具維護等）。

6 其他

項目期間還評估每班直接操作員工的數量，所有輔助性員工的數量和工廠面積等。

7 總結

進行新的生產線的布局設計，通過精益布局的各項指標要求計算出項目的實際數值并與其他工廠進行比較。對低于現有工廠指標的，通過調整生產線的工藝、設備選型及提高自動化率等方法優化布局。從而提高設備利用率和工位利用率，減少初期的設備投入，通過孤島的辨識提高生產線未來重新平衡的能力和班組長的故障響應速率。總之，在生產線的設計過程中，引入精益思想可以有效地減少“七大浪費”。

參 考 文 獻

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[責任編輯：陳澤琦]