汽車零部件生產中的精益改善研究

陸邈

摘 要：蘇州B汽車零部件制造公司在保證質量、控制成本的基礎上，為滿足日益增長的客戶交付，在生產過程中實施了精益改善。基于價值流圖分析，利用KPI結構樹分析方法得出關鍵的改善點。在精益改善實施的過程中，運用“3-5Why”分析方法尋找浪費根源；結合工序分析、動作分析尋找點改善方案，進而基于線平衡理論優化價值流。經實測比較：目標價值流設備利用率提高11.8%，線節拍時間下降15%，生產力提高30%，能夠滿足現有市場需求。

關鍵詞：價值流；精益改善；汽車零部件生產

中圖分類號：F273 文獻標識碼：A

Abstract： Based on quality and cost， in order to meet increasing market demand， B automotive products company located in Suzhou conducted lean improvement project in the process of production. After analyzing value stream mapping， with the method of KPI-Tree analysis， obtained the key points needed to be optimized. During the process of lean implementation， utilized“3-5 WHY”analytical tools to search for the root cause. Combined procedure analysis and action analysis， set up point improvement project and then optimized the value stream based on line balance theory. The data of practical estimation show that OEE（Overall Equipment Efficiency）of target value stream increased by 11.8% with line cycle time decreased by 15% and 30% increase in productivity， which could meet the current market demand.

Key words： value stream； lean improvement； automotive parts manufacturing

0 引 言

進入21世紀以來，經濟一體化進程越來越快，同行業之間的競爭變得空前激烈。市場需求向著個性化、多元化、快速響應的趨勢發展，市場也逐步由賣方市場向買方市場進行著轉變。在汽車制造行業，以美國福特公司為代表的“大批量、少品種”的生產方式逐漸被日本豐田公司以“多品種、小批量”為特點的精益生產方式所取代。1990年，美國學者詹姆斯·P·沃麥科和丹尼爾·T·瓊斯在《改變世界的機器》一書中首次定義了精益生產[1]；經過六年的研究，1996年出版《精益思想》，將精益生產上升到了理論的高度[2]；隨后，1999年布魯斯·A·漢德生和喬治·L·拉科出版了《精益企業》，將精益思想衍變成了一種全新的管理思想，標志著精益生產的成熟[3]。書中概括的精益生產的核心思想為：通過整合企業內部有限的資源，改進生產技術水平，優化物流流程，杜絕過量生產，消除浪費，以最小的投入獲取最大價值的產出。

價值流是隨著精益生產的問世相繼被提出的，它是從原材料進倉、經過加工成產品或轉變成服務、再到客戶手中所經歷的全部活動，其中包括了增值和不增值的部分[4]。價值流管理可以有效地識別生產過程中存在的浪費，2002年美國學者Don Tapping在《價值流管理》一書中系統、全面地介紹了價值流管理的步驟，并詳細說明了實施精益化的八個步驟的價值流圖析工具[5]。我國學者對價值流管理的研究才剛剛起步，楊雷、張曉鵬（2009）研究了空調生產中的價值流分析及其改善[6]；李軍（2008）基于價值流圖技術，進行了胖軸生產線的精益改善[7]；張學龍（2012）結合了價值流管理和工序分析方法，對企業生產流程進行了精益改善[8]。

本文將價值流分析應用于汽車零部件制造行業進行精益改善，原因在于現階段我國運用精益生產的制造型企業非常多，但取得顯著成效的很少，關鍵原因是方法的不恰當應用，純粹地把一些方法生搬硬套于生產環節，而往往忽略現實情況的限制。另一方面，運用價值流分析方法進行精益改善在我國也剛剛起步，本文研究對象選取了應用精益生產較為成熟并已取得顯著成效的世界500強企業之一，具有一定的參考性和可復制性。本文基于價值流分析，并結合“3-5why”分析、KPI結構樹分析、工序分析、生產線平衡理論、PDCA思想，詳細剖析研究了企業進行精益改善的過程及具體改善點，并對改善效果進行了評價。

1 目標價值流背景

B公司是位于蘇州的一家汽車零部件制造廠商，屬于合資企業，總部位于德國。B公司主打產品之一是轉向角傳感器，屬于汽車底盤控制核心零部件，2012年開始建線生產，主要負責轉向角傳感器的組裝工序。至2014年末，蘇州B公司生產有面向國內外36家客戶共50種不同型號的產品，這50種同類不同型號的產品，組成了一條價值流，稱之為LWS價值流。2013年以來，公司加強了對市場的擴展，業務量逐步增長。

現階段，LWS價值流共有兩條生產線，采用三班工作制，8h/班，每班有30min的休息時間，即標準工時為22.5h/d。經分析，公司的生產能力已滿足不了現有客戶的需求，又經財務核算，現階段增加的業務量不足以投資新線，所以在保證質量的前提下，實行精益生產來提高產量是唯一有效地解決方案。

在保證產品質量并且控制成本的前提下，若要100%完成客戶需求，唯有提高現有生產線條件下的生產力。根據LWS價值流圖分析，結合KPI結構樹理論，導出了急需改善的幾個KPI指標，見圖1。虛線框內的即為本研究將要進行的改善點。

2 目標價值流現場調查分析

2.1 目標產品生產流程

LWS產品組裝的零部件主要有：支架齒輪、輪轂、電路板、上蓋。其組裝流程及工位布局圖見圖2。其中，目檢工序由物料員送貨時完成。S60工站作業是鐳射二維碼，用于內部追蹤；以及鐳射打標，刻印相關產品信息。S10工站作業內容是在支架齒輪、輪轂摩擦區涂油脂，并組裝齒輪和輪轂。油脂用于潤滑和減少噪聲，齒輪和輪轂用于傳遞轉動。S20工站作業內容是組裝電路板和上蓋，并最終壓接。上蓋，用于蓋住并把所有的零件連接到一起；電路板，用于測量和處理相關的信息。S30工站作業內容是把整板板從母板切成每個獨立的小板，用于工位S20的組裝。S40工站作業內容是校驗傳感器，并測試傳感器的功能是否合格。S50工站作業內容是扭矩測試，針規檢測，檢測產品的扭矩是否合格。最后，半成品將被送往噪音監測室進行抽檢。

2.2 問題識別

根據公司2013年6月份的數據，見圖3，現狀是設備利用率（Overall Equipment Efficiency，OEE）只有80.5%，相對應的浪費高達19.5%。其中組織浪費8.9%，主要包括：缺人、缺料、線上培訓、復線調試、樣件生產等；技術損失7.3%，主要包括：設備停機、復線調試、TMP等；換型損失2.8%，質量損失0.5%。根據圖1導出的改善點，運用“3-5why”提問技術，將從技術損失、組織損失、員工節拍時間、機器節拍時這幾個方面進行精益改善。根據現場觀察，發現生產線存在問題如下：

（1）工站S10涂油脂和預組裝報廢率過高。根據圖3顯示，技術損失達8.9%，進一步挖掘，發現涂油脂失敗占技術損失的21%，見圖4。通過對表1的提問分析，發現輸油管結構有問題。由于接口和拐角很多，導致油脂流通不暢；管道經常變徑使得壓力變大或不穩定，導致油水分離，從而堵塞輸油管針。

（2）工站S60鐳射成品碼節拍時間太長。根據技術部門提供的數據，見圖5，鐳射成品碼節拍時間最高，屬于瓶頸工位，需要改善。針對于S60工位，導出S60工位各項動作節拍時間矩陣圖，見圖6，不難發現，最后一項動作鐳射成品碼占用時間太長。通過對表2的提問分析，發現只能通過加快設備鐳射成品碼來實現節拍時間的降低。

（3）各工站讀取二維碼失敗率偏高。根據圖4顯示，技術停機中有17%來自于二維碼讀取失敗，2013年9月到11月期間，見圖7，由于二維碼讀取失敗造成的OEE損失呈上升趨勢。現狀是如果掃描器一次讀取失敗，需要操作員重新發出指令進行二維碼的重新掃描讀取，直到二維碼讀取成功。而根據現場觀察得到的結果是需經過多次掃描才能讀取成功的現象比較普遍。

（4）換型時間不穩定。經過現場觀察，發現每次換型時間相差很多，不同班次的員工換型時間也不同。每次換型，伴隨著長時間的停線。換型期間，出現部分員工長時間閑置的狀態，即換型作業每個人的工作量不均衡。

（5）生產過程中組織損失過高。由于組織損失的原因比較多樣且分散，沒有相關統計數據，但是可以計算得出組織損失所占比重，如圖7所示，該階段組織損失所占比重為7.3%。根據現場觀察，組織損失來自于很多方面，諸如：操作員作業熟練度不夠；換班人員沒有及時到位導致停線換班；每個班兩次停線進行5S工作；清空生產線后進行換班。

3 改善措施及辦法

（1）更改工站S10、S20輸油管結構。①測量出油脂抽取泵抽取油脂時所需的最小壓力，以及油脂分離時的臨界壓力，從而確定油脂傳輸時壓力范圍；②盡量減少接頭數量，并在必須接頭處用密封圈或纏繞膜使其密封性更好，減少壓力的損失；③輸油管道口徑保持一致，減少原本因變徑帶來的壓力不穩。

（2）加快鐳射速率。經過現場觀察發現，從紅色亮起到開始鐳射，中間大約間隔有1s的時間，用于鐳射準備。而鐳射完成到綠燈亮起，間隔大約有0.5s的時間，而這部分時間是可以節省的。對此，調整鐳射工位內部參數，使其在旋轉過程中就開始進行鐳射準備，這樣等到旋轉到位后，紅燈亮起的同時可以立馬進行鐳射動作。同時縮短鐳射完成到旋轉歸位的時間。

（3）降低各工站二維碼讀取的失敗率。經現場觀察發現，①掃描儀的掃描方式是one-shit，即執行一次只掃描一次二維碼，一旦讀取不了就立即報錯，則需要人工操作輸入重新掃描的指令。現將掃描儀的掃描模式調整為Phase-mode，即執行一次任務同時掃描十次二維碼，其中只要有一個讀取成功就可以進行接下去的動作指令。②加強固定掃描儀的位置，防止在反復的旋轉過程中位置、角度的移動，并安排定期的掃描儀檢查，確保掃描儀進行指定位置的掃描讀碼。

（4）標準化換型作業，實現快速換型。①標準化換型作業流程，構建換型時間矩陣；②對員工進行線下換型培訓，達到要求才準許上崗；對于老員工，每個季度都要進行線下換型考核；③均衡換型時每個員工的工作量，避免出現有員工長時間閑置狀態。

（5）制定新的員工手則，標準化作業流程。①新員工必須符合上崗要求后才能上線工作，不熟練者只能進行線下訓練；②規定換班前5分鐘到達產線，同時在不清空線上半成品的情況下，直接換班，這樣可以省去上一班清線以及下一班鋪線的時間；③標準化各工站操作流程，將每班5S工作由兩次減少為一次。

4 精益改善效果

在每一項精益改善之后，從現場采集的數據表明，均取得了明顯的改善。需要說明是：每一項精益改善都相對獨立，所以每組數據能否反映是由該精益改善所取得成果。其中，輸油管堵塞問題，其所占OEE損失2013年6月份的1.68%降低到2014年1月的0.31%，低于目標值0.5%，見圖8；S60工站鐳射時間平均降低15%，圖9選取了7種不同料號改善前后的數據進行對比；由于二維碼讀取失敗造成的OEE損失由11月份1.49%降低到目標值0.5%以下，見圖10；而通過上述三項的技術改善，技術損失由原來的8.9%降低到了6.0%，見圖11。從幾個KPI指標來看，實施標準化換型以后，換型損失由原來的2.8%降低到了1.5%；制定了新的員工守則，標準化作業流程后，組織損失由7.3%降低到1.5%；而整條LWS價值流的設備利用率由原來的80.5%上升到了90%，增幅超過10%。除此之外，線節拍時間下降15%左右，生產力提高30%，能滿足現階段客戶需求。

參考文獻：

[1] James P. Womack， Daniel T. Jones. The machine that change the world[M]. New York： Rawson Associates， 1990.

[2] James P. Womack， Daniel T. Jones. Lean Thinking[M]. Simon & Schuster， 1996.

[3] Bruce A. Henderson， Jorge L. Larco. Lean Transformation[M]. Oaklea Publishing， 1999.

[4] Ruther M， Shook J. Learning to See： Value Stream Mapping to Add Value and Eliminate Muda[M]. The Lean Enterprise Institute， Inc， 1999：20-23.

[5] Don Tapping. Value Stream Management[M]. Productivity Pr， 2002.

[6] 楊雷，張曉鵬. 空調生產中的價值流分析及其改善[J]. 工業工程與管理，2009（1）：90-96.

[7] 李軍. 基于價值流的胖軸精益生產分析[J]. 工業工程與管理，2008（6）：128-132.

[8] 張學龍. 基于工序分析方法的企業生產流程優化研究[J]. 工業工程與管理，2012（1）：40-45.