科研與批產混合制造過程的精益改善

宗克誠　徐文杰

(中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

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科研與批產混合制造過程的精益改善

宗克誠徐文杰

(中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

主要應用定定排產等技術對批產與科研產品進行生產計劃的優化，保障兩種產品任務的順利完成。批產產品的換產時間縮減了50%，有利于多品種、小批量生產。同時，改善后大大減少了在制品堆積，批產產品的生產過程周期縮短了48%以上。

精益生產；快速換產；定定排產；原單位

(No.38ResearchInstituteofCETC,Hefei230088,CHN)

目前，精益生產技術已在許多行業得到了廣泛應用，如汽車、消費電子、服務業等行業。而在軍工電子行業，制造模式依然相對比較落后。隨著市場化改制的推進，軍工電子行業面臨的競爭環境日益激烈，必須進行管理變革，提升自身競爭力。精益生產是世界范圍內比較成功適合制造業的生產組織管理方法[1]。精益生產能夠幫助企業減少浪費，降低成本，縮短過程周期，降低在制品，提升資金周轉率和創造更多利潤[2-5]。

電子裝備研究所的生產特點是產品種類多樣化，批產和科研混合。科研產品批量小、生產過程的不確定性因素多。科研和批產共同競爭生產資源。批產產品的技術狀態相對穩定、生產批量較大、生產過程工藝參數明確，生產所需資源清晰，質量相對穩定。科研產品的技術狀態相對不穩定，通常為首次生產的試制樣件，生產批量小，大多數為單件生產。且生產過程中不可預測的問題多，生產進度難以精確控制。批產產品生產任務的完成不但關系到經營目標的實現，更是關系到國防力量的有效保障。因此批產產品生產任務是研究所必須完成的任務。科研產品關系到新技術的發展，具有戰略上的重要性，特別是面對當今復雜多變的國際形勢，新技術的研發能夠有效提升我國國防力量。但是科研產品的研發和制造具有較多不確定性，生產任務的到達無規律。正是由于科研產品任務的隨機沖擊，經常需要組織突擊而對批產產品進行停線，拉長了批產產品生產周期，增加了在制品。盡管如此，各項目延期情況依然嚴重，因此在有限資源約束下，如何保障兩類產品任務更高效完成顯得尤為重要。

1　生產現狀及問題分析

1.1生產現狀

以研究所某廠生產為例，批產產品有4種，分別是P1、P2、P3和P4。產品加工涉及的大工序有4道，分別是表貼、電裝、檢驗和調試。表貼即表面貼裝(surfacemounttechnology，SMT)，使用表貼機將微小高密度電子元器件貼裝在印制板上[6]。電裝是人工操作，將表貼機無法貼裝以及其他一些需要人工焊接的器件進行人工裝聯。檢驗采用人工檢驗，主要對電裝質量進行判斷。調試是用儀表檢測產品的性能參數，并進行適當調整使其符合要求。

以產品P1為例，經過現場寫實，繪制制造過程物與信息流動圖如圖1所示。從表貼工序開始到交付給客戶，整個過程周期不穩定，通常大于27天。傳統的對批產產品采取大批量加工模式，導致關鍵資源的競爭加劇，科研產品的可利用資源更加有限。大批量加工在每道工序都采用批量生產方式，完成一定批量轉下一工序加工。這種方式導致生產過程存在分歧合流，產品在加工過程的各個環節都可能出現停滯和堆積[7]，由此導致生產周期長，計劃難以管控，投入的產品不知道什么時候產出[8]。

表貼工序兩周加工一次，一次生產兩周所需量，因此表貼完成后的在制品多。電裝和檢驗后也都存在在制品，由于沒有轉運規則，在制品停留時間通常大于1天。其他批產產品P2、P3和P4的生產過程與P1類似。

1.2問題分析

根據精益化思想，結合繪制的物與信息流動圖進行分析，歸納出目前制造過程存在的以下幾種主要問題：

(1)過程周期時間長，且不穩定。整個過程周期27d以上，加工時間5d以上，過程中的等待時間長。這是因為產品在設備表貼、檢驗、電裝和調試等環節隨處停滯堆積。而且表貼設備是共用設備，在這種情況下會出現分歧合流情況，導致了物料堆積，生產周期無法確定等情況。投入的產品不知道什么時候生產出來。

(2)表貼批量大。批量大的后果一是在制品增加，二是每次表貼占用設備時間長。以P1為例，一次加工需要2d時間，一周剩余時間能夠加工的其他品種就有限，導致其他項目延期。

(3)表貼換產時間長。根據表貼器件的多少換產時間有差異。經過對一個月生產的產品進行換產時間統計，平均換產時間為50min。換產時間長，導致作業人員更傾向于選擇大批量生產，減少換產次數，由此導致在制品增加、生產周期延長等一系列問題。

(4)檢驗不及時。電裝完成的零件需要在檢驗處停留，檢驗完成的零件也不能及時送到調試工序，造成了過程周期時間的延長。

2　生產過程改善

根據整個制造過程存在的問題，從均衡化小批量生產的角度進行精益化改善。均衡化小批量生產是消除過程積壓和價值流停滯的有效工具[2]。達到批產產品均衡產出，小批量轉運，縮短過程周期的目的；科研產品則能及時排產，保障進度。具體改善方案如下：

(1)快速換產。換產作業分為內換產和外換產。內換產是只有當機器停下來才能進行的操作，外換產是可以在機器運行情況下進行的操作[9]。為實現快速換產，要盡可能地變內換產為外換產。

經過寫實調研，目前換產時間為50min，其中影響換產時間的主要原因是拆料和裝料。換產時需要將前一種產品用的料盒卸下來，拆掉上面的料后再裝上下一種產品的物料。在料盒上裝料需要一定技能，耗時較多，拆料和裝料的時間為25min。拆料是將上一個產品的表貼用料從料盒中拆除，騰出料盒以供下一個產品生產使用。裝料是將下一個產品的表貼用料安裝在空的料盒上以進行表貼。拆料和裝料可以轉換為外換產，通過增加多余的料盒提前裝好下一個需要生產產品的物料。改善后，換產時間為25min左右，縮短了50%。后期，還可以通過作業改善對內換產進行優化，縮短內換產時間。

(2)定定排產。定定排產是定時不定量和定量不定時排產的結合。針對批量大的批產產品，采用定時不定量排產，每周安排固定時間生產，生產數量根據上周消耗量進行后補充生產，杜絕過多生產造成的在制品堆積。針對批量小、生產參數不穩定的科研產品，采用定量不定時排產，每周安排剩余時間進行生產，生產數量為該科研產品需要量，保障型號研制順利進行。

表1每周排產參數

產品換產時間/min原單位數量時間/min占比例P1250.36502200.1048P2309454350.2072P3230.3210003430.1633P42510606250.2976其他///4770.2271

定定排產需要知道批產產品每個加工的原單位時間。原單位是精益生產中的概念，是指針對某項作業為目的，以定量值掌握的基本單位[1]。在表貼工序指的是每表貼一件產品所需要的時間。加工時間=換產時間+原單位×數量。目前四種批產產品按照每周表貼一次組織生產，計算所需要的加工時間，如表1所示。科研產品由于基本都是第一次生產，不知道原單位時間，但是生產一次后，需要記錄原單位時間，為下一次生產提供數據。

每日可用工作時間為420min，批產產品累計占用可用工作時間為77.29%，剩余22.71%的表貼機時間用于科研產品的生產。每周批產產品P1、P2、P3和P4定時生產，剩余時間根據科研產品需求組織生產。各產品表貼每周排產時間及占此見圖3。

(3)每周生產計劃制定。依據定定排產制定每周生產計劃，批產產品定時生產，剩余時間安排為自由席，應對不確定的科研產品。由于科研產品生產批量通常為單件，加工時間比較短，主要是換產時間。按照改善后的換產時間25min，加工一個零件需要5min，且每個科研產品只加工一件來測算，自由席時間可以加工的科研產品種類為477min/30(min/個)=16個。完全滿足當前的生產要求。由此制定每周各產品排產時間如圖4所示。

(4)后補充生產和定時轉運。表貼根據后補充方式確定每周生產數量。其余工序采用后補充生產方式確定每日工作量。然后，規范轉運容器，實施每天定時轉運。轉運容器的收容數量、產品標識、工序名都要有可視化標簽。下工序每天將用完空箱返還給上工序，并從上工序領取第二天需求量。返還空箱的數量又傳遞給上工序第二天的生產量。達到物流和信息流的同步傳遞，而且比傳統看板容易操作[10]，如圖5所示。在表貼和電裝工序之間，電裝與檢驗工序之間設置店面，上工序讀取空箱數量組織生產，生產完成后將成品放入店面，店面按照先進先出進行存儲，并設置一天的安全庫存。

3　改善效果評價

改善后，表貼換產時間縮短了50%，以前兩周換產一次可以改善為一周換產一次，這樣有利于均衡化小批量生產的實現。每周按照定定排產計劃組織生產。從周一開始優先生產批產產品，按照后補充方式確定生產數量，不多生產。各個批產產品定時不定量生產，確保批產產品任務順利完成。利用每周自由席組織生產科研產品，由于科研產品需要耗費的時間估計不準確，所以按照定量不定時的方式完成科研生產任務。

通過精益改善，以批產產品P1為例，其過程周期時間從以前的27d減少為14d，如圖6所示。工序之間的在制品也得到控制，表貼后的在制品由之前的10天量降低為5天量，在制品減少50%。同時規范工序間的轉運，采用空箱拉動，實現物與信息流的傳遞，不多生產。

4　結語

本文引入精益生產的均衡化小批量生產理念，對電子裝備研究所批產與科研混合的制造過程進行改善。通過快速換產、定定排產、后補充生產和定時轉運等技術的應用，緩解了批產和科研產品對關鍵資源需求的壓力，同時保障了批產產品按時交付和科研產品及時生產。通過精益化改善，換產時間縮減了50%，生產過程周期縮短了48%以上，表貼后在制品庫存減少50%。傳統大批量生產模式不僅對于制造過程帶來壓力，同樣也不利于采購和質量管理。分階段大批量加工模式對于零部件的需求波動性大，給供應商組織生產帶來困難。此外，這種模式下，產品到達調試環節的周期較長而且是批量到達，出現質量問題不能夠及時發現，一旦發現就會出現大量不良品。均衡化小批量生產能夠避免以上問題的產生，同時能夠消除制造過程存在的在制品堆積和價值流停滯。均衡化在企業的應用一是體現了產品生產數量上的均衡，通過定定排產，批量產品生產的每周均衡化。二是生產過程中設備負荷、工時的均衡，批產產品和科研產品對于資源的使用達到均衡狀態，互不影響。要實現均衡生產，需要其他技術的支撐，如快速換產、定定排產、后補充生產和定時轉運等技術。當然，除了一套完整的技術，更為重要的是，精益生產提供了一套改善思路，在不過多依賴場地、人員和設備等硬件的投入下，使生產效率提高，產品質量提升，生產成本降低。通過縮短過程周期時間，提升資金周轉率，改善企業運行效率，為企業管理提供新的思路。

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Hybrid manufacturing process improvement based on lean production ofresearchproductionandvolumeproduction

ZONG Kecheng, XU Wenjie

Patternproductionschedulingisusedtoarrangetheproductionofvolumeproductsandresearchproductstoensurethesmoothaccomplishmentoftheproductionplan.Timeaboutexchangeofdieisreduced50%fromoriginalsituation,whichisbenefitofsmallvolumeproduction.Atthesametime,workinprocessisreducedandthecycletimeofproductionisshortenedby48%.

leanproduction;SMED;patternproductionscheduling;primaryunits

TH16

A

(編輯譚弘穎)(2015-09-15)

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