基于價值流圖思想的生產(chǎn)線人員配置規(guī)劃

□ 楊 龍 □ 韓笑樂

同濟大學機械與能源工程學院 上海201804

1 問題的提出

價值流是一個產(chǎn)品經(jīng)過的所有過程，包括從原材料到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，以及從概念到投產(chǎn)的設(shè)計過程。價值流圖最早由美國麻省理工學院精益企業(yè)研究所的邁克·魯斯和約翰·舒克［1］在1999年提出，它可以幫助使用者看到整個生產(chǎn)流程，而不是單個工序；幫助管理者了解如何使產(chǎn)品流動起來，是制定實施計劃的基礎(chǔ)。目前價值流圖廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，包括電子、機械設(shè)備制造，乃至航空航天領(lǐng)域的生產(chǎn)線規(guī)劃和效率優(yōu)化［2-4］，主要應(yīng)用于生產(chǎn)線規(guī)劃。筆者針對A公司建立C類產(chǎn)品線時的人員配置規(guī)劃問題，應(yīng)用價值流圖的思想和工具對其進行分析計算，確保前期訂單不足時以最低人員成本滿足生產(chǎn)線運作的要求。

A公司是一家合資的制造企業(yè)，成立于2013年，主要生產(chǎn)C類產(chǎn)品，客戶為國內(nèi)相關(guān)主機生產(chǎn)商。雙方母公司均有C類產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，在合資公司成立后，中方C類產(chǎn)品的制造能力全部轉(zhuǎn)移至合資公司。在A公司建立之初，主要面臨的挑戰(zhàn)有：項目周期長，項目前期（5年內(nèi)）訂單量少，而設(shè)備投入大；產(chǎn)品生產(chǎn)過程自動化程度低，大部分設(shè)備需要人工操作。由此需要在項目前期訂單量低及保證產(chǎn)品按時交付的情況下，盡量降低運行成本。在成本構(gòu)成中，產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備是必要的，無法通過精簡設(shè)備來降低此項成本，因此合理地配置操作人員數(shù)就成為降低成本的關(guān)鍵核心問題。

2 人員配置分析流程

2.1 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程

根據(jù)整體項目前期規(guī)劃及工藝規(guī)范編制C類產(chǎn)品工藝流程圖，如圖1所示，為設(shè)備布置提供基礎(chǔ)。

2.2 標準工時和合格率的測定

建立時間標準有兩類基本策略：非工程（主觀的）標準（曾經(jīng)使用的時間）和工程（客觀的）標準（應(yīng)該使用的時間），具體采用哪種策略取決于獲取信息的成本和利用信息帶來的效益［5］。因母公司雙方均具備C類產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗，且中方公司在合資前已持續(xù)生產(chǎn)C類產(chǎn)品，可以獲得以往制造數(shù)據(jù)，并能進行實際測算，因此，筆者結(jié)合非工程標準和工程標準通過外方歷史記錄（曾經(jīng)使用的時間）和在中方車間使用秒表測試研究（應(yīng)該使用的時間）［6-7］的方法，分析統(tǒng)計并制定了較為精確的各項工序的標準工時。因為C類產(chǎn)品的生產(chǎn)自動化程度較低，基本依靠人工操作設(shè)備或手工作業(yè)，所以文中提到的工時均為人工工時。主要工序的標準工時、合格率和完成次數(shù)見表1。

2.3 產(chǎn)品及工藝過程需求分析

根據(jù)主要客戶的主項目計劃，估算出在A公司投產(chǎn)的5年內(nèi)C類產(chǎn)品的年需求量在7 000件左右。根據(jù)原料、規(guī)格和工藝流程的不同，對每道工序需要完成的次數(shù)進行計算，綜合所有產(chǎn)品的統(tǒng)計，最終得到每道工序需要完成的次數(shù)，這將為每道工序需要配備的人員數(shù)量提供需求基礎(chǔ)。

▲圖1 C類產(chǎn)品工藝流程

表1 主要工序的標準工時、完成次數(shù)（以年需求量7 079件計算）

2.4 人員配置規(guī)劃分析

因為主要客戶和年需求量都是確定的，所以在繪制人員配置規(guī)劃時不考慮訂單和交付的要求。又因為A公司尚未開始建立生產(chǎn)能力，也不需要考慮WIP（每道工序間的庫存量）、信息流和交付周期，只需完成每道工序數(shù)據(jù)箱的設(shè)計，利用每道工序需要完成的次數(shù)推算本工序需要的人員數(shù)量。

常規(guī)價值流圖工序框和數(shù)據(jù)箱包含以下數(shù)據(jù)：

AT（可用工作時間）：工作時間減去班組會議、工間休息吃飯、設(shè)備維護清理、場地清潔打掃等每天員工必須完成的非產(chǎn)品生產(chǎn)時間，記作Ta。

C/T：處理一批零件需要的時間，記作Tc。

C/O：調(diào)整時間，處理上一個任務(wù)調(diào)整需要的時間，記作To。

COT：任務(wù)需要調(diào)整的次數(shù)，記作A。

FPY：每個流程步驟的首次通過率，可以理解為合格率，記作P。

Lot Size：批量大小，一次任務(wù)需要處理的零件數(shù)，記作L。

OEE：設(shè)備利用率，記作O。

零件數(shù)/天：每道工序需要完成的總數(shù)量除以工作日（240天），記作Q。

Part p/cycle：同時生產(chǎn)的零件數(shù)量，記作Q1。

Ts=C/T（min）/part： 單件標準工時=（ToA/L+Tc）/Q1，記作Ts。

Ideal R&R（p/min）：理想情況下每分鐘零件產(chǎn)出量=1/Ts，記作I。

Down time（%）：停工率，根據(jù)設(shè)備類型、維護計劃的以往記錄，估算出每道工序的停工率，記作Id。

Efficiency：工作效率，記作E。

前文提到，A公司產(chǎn)品主要工序均需要手動操作，長時間工作，操作人員的工作效率會降低，造成生產(chǎn)效率下降。產(chǎn)品處于項目研制初期，設(shè)計更改較多，新工藝技術(shù)的引入也會引起較多的技術(shù)質(zhì)量問題需要處理，這就勢必會影響產(chǎn)品的正常生產(chǎn)。所以如何設(shè)定效率值是非常重要的，這也是精益生產(chǎn)的一個重要研究方向。筆者參考國際勞工組織給出的疲勞寬放數(shù)據(jù)［8］、產(chǎn)品研發(fā)歷史經(jīng)驗，以及參考國內(nèi)單件小批生產(chǎn)類型企業(yè)精益生產(chǎn)應(yīng)用的情況［9］，綜合評定得出在現(xiàn)階段的工作效率值為85%。

但是，如果需要精確地計算人員需求，僅僅考慮這些數(shù)據(jù)是不足的，必須同時考慮人員的生產(chǎn)效率和設(shè)備故障及維護時間。此外，由于大量工序受制于人工操作，所以O(shè)EE（設(shè)備利用率）對整體影響較小，可以不考慮。經(jīng)以上分析及按照工藝流程圖的要求，使用EXCEL軟件將各項數(shù)據(jù)填入每道工序的數(shù)據(jù)箱中并按照工藝順序合并排列，可以得到工序數(shù)據(jù)箱排列，見表2。

完成全部數(shù)據(jù)錄入后，可計算每道工序完成當天零件數(shù)需要的人數(shù)R：

式中：Tb為因設(shè)計更改、報廢等需要保留的產(chǎn)能比率，Tb=1.12。

計算得到每道工序需要的人數(shù)見表3，從表3得知，部分工序不需要配置一個操作人員，那么這部分工序在班組設(shè)置時可以與其它工序合并，合并原則為工序相近且設(shè)備操作場所相近，產(chǎn)品在不同工序之間流轉(zhuǎn)時，操作人員能夠跟隨產(chǎn)品流轉(zhuǎn)完成工序操作，保證每個班組人員進行不同工序操作時盡量在同一區(qū)域內(nèi)活動，并具有良好的視覺引導(dǎo)設(shè)備布局設(shè)計［10］，以降低因人員走動對完成工序的影響。考慮到員工因意外情況（離職，病假，受傷等）造成長時間的缺崗，應(yīng)配備一名備用人員。另外根據(jù)安全和設(shè)備維護的需要，熱處理和表面處理的工序必須配備2名以上的操作人員。綜上，最終得到了該C類產(chǎn)品生產(chǎn)線人員配置表和班組人員配置表，見表4和表5。表5中，班組1經(jīng)過相加為7.1人，考慮到計算時已經(jīng)預(yù)留了12%的產(chǎn)能，而熱處理和表面處理的人員在任務(wù)不足時也可提供支持，因此班組1的實際配置為7人。

表3 每道工序需要的人員數(shù)量

表4 生產(chǎn)線人員配置表

表5 班組人員配置表

3 結(jié)束語

A公司通過在項目初期就將價值流圖的思想和工具引入，為企業(yè)在人力成本不斷上升的情況下降低運營成本提供了有效的測算工具。A公司根據(jù)表4、表5進行了人員配置，在項目前期（2013年～2017年）均有效保證了項目產(chǎn)品的交付。同時，經(jīng)過測算，生產(chǎn)線人員的工時利用率均保持在72%（每天有效工時÷8 h）左右，在同行業(yè)保持了較高的效率。在A公司開始生產(chǎn)后，表2經(jīng)過添加信息流、在制品、生產(chǎn)周期等信息，將形成C產(chǎn)品的價值流圖，也為后續(xù)工藝流程（消除浪費、提高周轉(zhuǎn)率、降低在制品等）的優(yōu)化方向提供了基礎(chǔ)。